Ενεργειακή και οικονομική αξιολόγηση της ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας από μονάδα IGCC βιομάζας μέσω κύκλου ORC

Γεωργουσόπουλος, Σεραφείμ; Georgousopoulos, Serafeim

dc.contributor.author	Γεωργουσόπουλος, Σεραφείμ	el
dc.contributor.author	Georgousopoulos, Serafeim	en
dc.date.accessioned	2020-09-08T10:05:01Z
dc.date.available	2020-09-08T10:05:01Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51067
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18765
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Απορριπτόμενη θερμότητα	el
dc.subject	Βιομάζα	el
dc.subject	Αεριοποίηση	el
dc.subject	Οργανικός κύκλους Rankine	el
dc.subject	Οικονομική	el
dc.subject	Ενεργειακή	el
dc.subject	Waste heat recovery	en
dc.subject	Biomass	en
dc.subject	Gasification	en
dc.subject	Energetic	en
dc.subject	Economic	en
dc.subject	IGCC	en
dc.title	Ενεργειακή και οικονομική αξιολόγηση της ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας από μονάδα IGCC βιομάζας μέσω κύκλου ORC	el
dc.title	Energetic and economic analysis of waste heat recovery from biomass-fueled IGCC power plant via Organic Rankine Cycle	en
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η ενεργειακή και οικονομική αξιολόγηση της ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας από μονάδα αεριοποίησης βιομάζας συνδυασμένου κύκλου (BIGCC – Biomass Integrated Gasification Combined Cycle) με δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα CO2 μέσω οργανικού κύκλου Rankine ORC.	el
heal.generalDescription	This diploma thesis presents an energetic and economic analysis of waste heat recovery from biomass-fueled integrated gasification combined cycle - BIGCC power plant with pre-combustion carbon capture via Organic Rankine Cycle.	en
heal.classification	Μηχανολογία	el
heal.classification	Mechanical	en
heal.classification	Ενέργεια	el
heal.classification	Energy	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-21
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η ενεργειακή και οικονομική αξιολόγηση της ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας από μονάδα αεριοποίησης βιομάζας συνδυασμένου κύκλου (BIGCC – Biomass Integrated Gasification Combined Cycle) με δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα CO2 μέσω οργανικού κύκλου Rankine ORC. Οι μονάδες IGCC και ιδίως καυσίμου βιομάζας είναι πιθανόν μελλοντικά να αντικαταστήσουν τις συμβατικές μονάδες φυσικού αερίου και άνθρακα και να εδραιωθούν ως η κύρια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλης ισχύος. Αυτό διότι οι μονάδες αυτές δεν εξαρτώνται από την εξόρυξη φυσικού αέριου και άνθρακα και μπορούν να βασιστούν σε καύσιμο το οποίο παράγεται στην ίδια χώρα που έχει εγκατασταθεί ο σταθμός. Ένα ακόμα πλεονέκτημα αυτών των μονάδων είναι η δυνατότητα παραγωγής χημικών παραπροϊόντων με αποτέλεσμα την περαιτέρω εκμετάλλευση της βιομάζας και έτσι την μείωση του συνολικού περιβαλλοντικού αντίκτυπου. Παρόλα αυτά το μεγάλο κόστος επένδυσης αποθαρρύνει τους επιχειρηματίες να επενδύσουν σε αυτή. Το μεγάλο κόστος δεν έγκειται μόνο στην αγορά και την εγκατάσταση του εξοπλισμού, αλλά και στις υψηλές ιδιοκαταναλώσεις του σταθμού, όπως η μονάδα διαχωρισμού αέρα ASU και το σύστημα δέσμευσης CO2, οι οποίες μειώνουν την συνολική καθαρή ηλεκτροπαραγωγή του σταθμού. Το πρόβλημα αυτό είναι δυνατόν να περιοριστεί με την εγκατάσταση μονάδων οργανικού κύκλου Rankine – ORC, οι οποίες μπορούν να αξιοποιήσουν τα απορριπτόμενα θερμά ρεύματα του σταθμού προς περαιτέρω ηλεκτροπαραγωγή. Στο πρώτο και δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια ανασκόπηση των τεχνολογιών IGCC και ORC και παρατίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο της κάθε μιας. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια ανασκόπηση της βιβλιογραφίας και των δημοσιεύσεων σχετικά με την εκμετάλλευση απορριπτόμενης θερμότητας από μονάδες αεριοποίησης μέσω ORC. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται η δυνατότητα εναλλακτικής ψύξης του αέρα ενδιάμεσα των συμπιεστών της μονάδας ASU μέσω του ORC αντί για νερό, με σκοπό την αξιοποίηση της θερμότητας του και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Παρόμοια λογική αλλά στην περίπτωση των συμπιεστών του CO2 του συστήματος δέσμευσης CO2 μελετάται στο πέμπτο κεφάλαιο. Στο έκτο κεφάλαιο ερευνάται η αξιοποίηση της θερμότητας του αερίου σύνθεσης πριν την καύση στον αεριοστρόβιλο. Επισημαίνεται ότι η μελέτη των διατάξεων ORC γίνεται με χρήση οργανικών ρευστών χαμηλού δείκτη ODP και GWP καθώς και μίγματα αυτών. Η μοντελοποίηση των διατάξεων ORC έγινε στο λογισμικό Aspen Plus®. Στο έβδομο κεφάλαιο συνοψίζονται τα αποτελέσματα της θερμοδυναμικής μελέτης και διαπιστώνεται η συνεισφορά των διατάξεων ORC ως προς την μονάδα BIGCC. Επίσης στο ίδιο κεφάλαιο πραγματοποιείται η οικονομική μελέτη των διατάξεων που εξετάστηκαν. Αρχικά παρατίθεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση των οικονομικών στοιχείων των μονάδων IGCC. Στην συνέχεια γίνεται μια εκτίμηση του κόστους του εξοπλισμού των εκάστοτε διατάξεων ORC βάσει εμπειρικών μοντέλων. Τέλος, μελετάται η οικονομική βιωσιμότητα της επένδυσης, όπου θα προκύψει σε ποιο υποσύστημα του σταθμού τελικά συμφέρει να εγκατασταθεί ORC.	el
heal.abstract	This diploma thesis presents an energetic and economic analysis of waste heat recovery from biomass-fueled integrated gasification combined cycle - BIGCC power plant with pre-combustion carbon capture via Organic Rankine Cycle. IGCC power plants and especially the biomass-fueled are likely to replace conventional natural gas and coal based power plants in the future and establish themselves as the main generator of high-power electricity. Than can be because BIGCC power plants are not depended on the extraction of natural gas and coal and are based on fuel produced in the same country where the plant is installed. Another advantage of these plants is the ability to produce chemical by-products, thereby further exploiting biomass and thus reducing the overall environmental impact. However the high investment cost discourages investors to invest in it. The high cost lies not only in the purchase and installation of the equipment, but also in the station's high self-consumption, such as the air separator unit - ASU and the CO2 capture system, which reduce the station's overall net electricity generation. This problem can be mitigated by the installation of an Organic Rankine Cycle - ORC units, which can utilize the waste heat of the station for further power generation. The first and second chapters provide an overview of IGCC and ORC technologies and provide a theoretical background for each. The third chapter reviews the literature and publications on the exploitation of waste heat from gasification plants through the ORC. Chapter four explores the possibility of alternative air cooling between ASU compressors via ORC instead of water-cooling cycle, in order to harness its heat and generate electricity. Similar logic but in the case of the CO2 compressors of the CO2 capture system is discussed in chapter five. The sixth chapter explores the heat utilization of synthesis gas before combustion in a gas turbine. It is noted that the ORCs are studied using low- ODP and GWP organic fluids and mixtures of them. The ORC layouts were modeled in Aspen Plus® software. The seventh chapter summarizes the results of the thermodynamic study and identifies the contribution of the ORCs to the BIGCC plant. This chapter gives an economic study of the concepts examined. A literature overview of the financial data of the IGCC units is presented first. The cost of the equipment of the individual ORCs is then estimated based on empirical models. Finally, the financial viability of the investment is studied, which will determine which subsystem of the station is ultimately advantageous to install ORC.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.advisorName	Karellas, Sotirios	en
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	130 σ.
heal.fullTextAvailability	false