Kemikaalikiertopolttoon perustuvan höyryvoimalaitoksen mallintaminen IPSEpro:lla

Kandidaatintyön tavoitteena on suunnitella IPSEpro-ohjelmistolla kemikaalikiertopolttoa hyödyntävä höyryvoimalaitos. Kandidaatintyössä tutustutaan kemikaalikiertopolton pääperiaatteisiin ja etuihin hiilidioksidin talteenotossa. IPSEpromallin alkuarvot lasketaan Matlab-pohjaisella 0-D mallilla. IPSEpro-ohjelmistoa esitellään. IPSEpro:lla suunniteltu voimalaitos esitetään ja sitä verrataan kilpaileviin hiilidioksidin talteenottotekniikoihin. Kemikaalikiertopolttoon perustuva höyryvoimalaitos on kilpailukykyinen olemassa olevien teknologioiden kanssa polttoaineen ollessa maakaasua. Kiinteisiin polttoaineisiin siirryttäessä on suoritettava jatkotarkasteluita.

Influence of mixed fuels combustion on boiler operation

The aim of this work is to study the effect of different fuel mixtures on the operation of circulating fluidized bed (CFB) boiler. The applicability of heat balance modeling software IPSEpro to simulate CFB boiler operation is also investigated. The work discusses various types of boilers and methods of boiler operation. The fuel properties and the possible fuel influence on the boiler efficiency are described. Various biofuel types that are possible to use in combination with other fuels are presented. Some examples of the fuel mixtures use are given. A CFB boiler model has been constructed using IPSEpro and applied to analyze boiler operation outside design conditions. In the simulations, the effect of different load levels and moisture contents for the fuel mixture has been studied.

Productizing of advanced service for power plants

Työn tavoitteena on kehittää ABB:lle palvelutuote, jota voidaan tarjota voimalaitosasiakkaille. Uuden palvelutuotteen tulee vastata ABB:n uuden strategian linjauksiin. Palvelulla tarjotaan asiakkaille 1.1.2015 voimaan tulleen energiatehokkuuslain määrittelemien pakollisten toimenpiteiden suoritusta. Työssä kerätään, käsitellään ja analysoidaan tietoa voimalaitosasiakkaille suunnatun palvelun tuotteistamisprosessin päätöksenteon tueksi. Palvelutuotteen kehittämistä varten tutkitaan ABB:n nykyisiä palvelutuotteita, osaamista ja referenssi projekteja, energiatehokkuuslakia, voimalaitosten energiatehokkuus-potentiaalia ja erilaisia energiakatselmusmalleja. Päätöksenteon tueksi tehdään referenssiprojektina energia-analyysi voimalaitokselle, jossa voimalaitoksesta tehdään ipsePRO simulointiohjelmalla mallinnus. Mallinnuksen ja koeajojen avulla tutkitaan voimalaitoksen minimikuorman optimointia. Markkinatutkimuksessa selvitetään lainsäädännön vaikutusta, nykyistä markkinatilannetta, potentiaalisia asiakkaita, kilpailijoita ja ABB:n mahdollisuuksia toimia alalla SWOT–analyysin avulla. Tutkimuksen tulosten perusteella tehdään päätös tuotteistaa voimalaitoksille palvelutuote, joka sisältää kaikki toimet energiatehokkuuslain asettamien vaatimusten täyttämiseen yrityksen energiakatselmuksen vastuuhenkilön, energiakatselmuksen ja kohdekatselmuksien teon osalta. Lisäksi työn aikana Energiavirasto myönsi ABB:lle pätevyyden toimia yrityksen energiakatselmuksen vastuuhenkilönä, mikä on edellytyksenä palvelun tarjoamiselle.

Desenvolvimento e teste de um programa computacional para simulação de plantas térmicas e de potência

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Techno-economic assessment and uncertainty analysis of thermochemical processes for second generation biofuels

Biomass-To-Liquid (BTL) is one of the most promising low carbon processes available to support the expanding transportation sector. This multi-step process produces hydrocarbon fuels from biomass, the so-called “second generation biofuels” that, unlike first generation biofuels, have the ability to make use of a wider range of biomass feedstock than just plant oils and sugar/starch components. A BTL process based on gasification has yet to be commercialized. This work focuses on the techno-economic feasibility of nine BTL plants. The scope was limited to hydrocarbon products as these can be readily incorporated and integrated into conventional markets and supply chains. The evaluated BTL systems were based on pressurised oxygen gasification of wood biomass or bio-oil and they were characterised by different fuel synthesis processes including: Fischer-Tropsch synthesis, the Methanol to Gasoline (MTG) process and the Topsoe Integrated Gasoline (TIGAS) synthesis. This was the first time that these three fuel synthesis technologies were compared in a single, consistent evaluation. The selected process concepts were modelled using the process simulation software IPSEpro to determine mass balances, energy balances and product distributions. For each BTL concept, a cost model was developed in MS Excel to estimate capital, operating and production costs. An uncertainty analysis based on the Monte Carlo statistical method, was also carried out to examine how the uncertainty in the input parameters of the cost model could affect the output (i.e. production cost) of the model. This was the first time that an uncertainty analysis was included in a published techno-economic assessment study of BTL systems. It was found that bio-oil gasification cannot currently compete with solid biomass gasification due to the lower efficiencies and higher costs associated with the additional thermal conversion step of fast pyrolysis. Fischer-Tropsch synthesis was the most promising fuel synthesis technology for commercial production of liquid hydrocarbon fuels since it achieved higher efficiencies and lower costs than TIGAS and MTG. None of the BTL systems were competitive with conventional fossil fuel plants. However, if government tax take was reduced by approximately 33% or a subsidy of £55/t dry biomass was available, transport biofuels could be competitive with conventional fuels. Large scale biofuel production may be possible in the long term through subsidies, fuels price rises and legislation.