Θερμοδυναμική και οικονομική διερεύνηση ενσωμάτωσης συστήματος ORC για εκμετάλλευση απορριπτόμενης θερμότητας σε εγκατάσταση συμπίεσης CO2

Καραγεώργης, Χρήστος Ιγνάτιος; Karageorgis, Christos Ignatios

dc.contributor.author	Καραγεώργης, Χρήστος Ιγνάτιος	el
dc.contributor.author	Karageorgis, Christos Ignatios	en
dc.date.accessioned	2023-03-24T10:15:53Z
dc.date.available	2023-03-24T10:15:53Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57300
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24998
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Εκμετάλλευση απορριπτόμενης θερμότητας	el
dc.subject	Συμπίεση CO2	el
dc.subject	Οργανικός Κύκλος Rankine	el
dc.subject	Θερμοδυναμική διερεύνηση	el
dc.subject	Οικονομική διερεύνηση	el
dc.subject	Waste heat recovery	en
dc.subject	CO2 compression	en
dc.subject	ORC	en
dc.subject	Thermodynamic investigation	en
dc.subject	Economic investigation	en
dc.title	Θερμοδυναμική και οικονομική διερεύνηση ενσωμάτωσης συστήματος ORC για εκμετάλλευση απορριπτόμενης θερμότητας σε εγκατάσταση συμπίεσης CO2	el
dc.title	Thermodynamic and economic investigation of ORC integration for waste heat recovery from a CO2 compression plant	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θερμικοί Σταθμοί Μετατροπής Ενέργειας	el
heal.classification	Thermal Energy conversion in Power Plants	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-21
heal.abstract	Στη σύγχρονη εποχή η βιομηχανία της ενέργειας παράγει αέρια του θερμοκηπίου ενισχύοντας την υπερθέρμανση του πλανήτη. Για την μείωση των εκπομπών CO2 που παράγονται από ανθρώπινες δραστηριότητες και επιβαρύνουν το περιβάλλον, καταλυτικό ρόλο διαδραματίζει η δέσμευση και αποθήκευση του άνθρακα (Carbon Capture and Storage – CCS). Σημαντικό κομμάτι της CCS είναι η συμπίεση CO2 κατά την οποία παράγεται θερμότητα σε χαμηλής ή μεσαίας κλίμακας θερμοκρασίες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκε η εκμετάλλευση της απορριπτόμενης θερμότητας συμπιεστών CO2 για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με σκοπό την ελαχιστοποίηση της κατανάλωση του συστήματος συμπίεσης. Μελετήθηκαν συστήματα 4, 5 και 6 συμπιεστών με ενσωμάτωση συστήματος ORC αλλά και χωρίς αυτήν. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό Aspen Plus V12.0. Η βελτιστοποίηση που πήρε μέρος είχε στόχο την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης των συμπιεστών και όχι την μέγιστη παραγωγή του ORC. Για τον λόγο αυτό η βέλτιστη επιλογή για συμπίεση CO2 με λόγο συμπίεσης 1:150, είναι το εξαβάθμιο σύστημα με το ψυκτικό R1234ze σε πίεση ατμοποίησης του ORC ίση με 9 bar και Thtf,gc,out=25 °C ή το R1234yf στην ίδια θερμοκρασία αλλά σε πίεση 12 bar. Η ελάχιστη κατανάλωση που επιτυγχάνεται και στις 2 περιπτώσεις ισούται με 4,136 kWe. H μείωση κατανάλωσης των συμπιεστών λόγω του ORC και ο βαθμός απόδοσης του ORC ισούνται με 1.21 % και 2.16 %, αντίστοιχα. Επίσης, πραγματοποιήθηκε οικονομική αξιολόγηση για την ενσωμάτωση του συστήματος ORC. Σε αυτήν βρέθηκε ότι το σύστημα 4 συμπιεστών έχει την μεγαλύτερη Καθαρή Παρούσα Αξία (2,190,973 €), τον μεγαλύτερο Εσωτερικό Συντελεστή Απόδοσης (36.7 %) και την μέγιστη ετήσια εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας (1,252 MWe/έτος). Επίσης, παρουσιάζει την μικρότερη Έντοκη Περίοδο Αποπληρωμής (2.8 έτη) και το χαμηλότερο ειδικός κόστος επένδυσης (3,710 €/kWe). Συνεπώς, η ενσωμάτωση ORC σε σύστημα 4 συμπιεστών CO2 παρουσιάζεται ως η οικονομικά προτιμότερη επένδυση. Από την ανάλυση ευαισθησίας που πραγματοποιήθηκε παρατηρήθηκε ότι με την αύξηση του κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας μειώνεται η Έντοκη Περίοδος Αποπληρωμής (DPP). Επίσης, φαίνεται ότι η DPP είναι ανάλογη του κόστους επένδυσης καθώς μεγαλύτερο κεφάλαιο απαιτεί περισσότερα χρόνια αποπληρωμής ενώ μικρότερο κεφάλαιο σημαίνει ταχύτερη απόσβεση. Η ελάχιστη τιμή της DPP και των τριών συστημάτων συναντάται στο τετραβάθμιο σύστημα. Εντοπίζεται για κόστος ηλεκτρικής ενέργειας 200 €/MWh (0.20 €/kWh), για κεφάλαιο ίσο με το 70 % του αρχικού κόστους επένδυσης και ισούται με 1.79 έτη. Τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής μελέτης έδειξαν την αξιόλογη αξιοποίηση του ORC σε εγκατάσταση συμπίεσης CO2 για εκμετάλλευση απορριπτόμενης θερμότητας το οποίο αξίζει να γίνει αντικείμενο μελλοντικών ερευνών.	el
heal.abstract	In modern times, the energy industry produces greenhouse gases, enhancing global warming. Carbon Capture and Storage (CCS) plays a catalytic role in reducing CO2 emissions produced by human activities and burdening the environment. An important part of CCS is the compression of CO2 during which heat is produced in a low or medium range of temperatures. In this thesis, the exploitation of the waste heat of CO2 compressors, to produce electricity, was examined in order to minimize the consumption of the compression system. Systems of 4, 5 and 6 compressors with and without ORC presence were studied. The study was performed with Aspen Plus V12.0 software. The optimization that took part was aimed at minimizing the consumption of the compressors and not the maximum output of the ORC. For this reason, the optimal choice for CO2 compression with a compression ratio of 1:150, is the six-stage system with the refrigerant R1234ze at an ORC evaporation pressure equal to 9 bar and temperature Thtf,gc,out 25 °C or with R1234yf at the same temperature but at a pressure of 12 bar. The minimum consumption achieved in both cases is equal to 4,136 kWe. The consumption reduction of compressors due to the ORC system and the thermal efficiency of ORC are equal to 1.21 % and 2.16 %, respectively. Also, a financial evaluation was performed for the ORC system. It was found that the 4-compressor system has the highest Net Present Value (€ 2,190,973), the highest Internal Rate of Return (36.7 %) and annual electricity savings (1,252 MWe/year). This system also presents the shortest Discounted Payback Period (2.8 years) and the lowest specific investment cost (3,710 €/kWe). Therefore, adding ORC to a 4-compressor CO2 system presents itself as the most economically preferable investment. From the sensitivity analysis carried out, it was observed that with the increase in the cost of electricity, the Discounted Payback Period (DPP) decreases. Moreover, it appears that the DPP is proportional to the investment capital as a larger capital requires more years of repayment while a smaller capital means faster payback. The minimum value of DPP of all three systems is found in the four-stage system. It is identified for an electricity cost of 200 €/MWh (0.20 €/kWh), for capital equal to 70 % of the initial investment capital and equals to 1.79 years. The results of the present diploma study showed the remarkable utilization of ORC in a CO2 compression system for the exploitation of waste heat which deserves to be the subject of future research.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	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	76 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false