Selvitys pienen ja keskisuuren lämpölaitoksen sähköntuotantomahdollisuuksista

Abstract

Työssä tutkittiin, kuinka pienen kokoluokan hakevoimalalla tuotettua lämpöenergiaa voitaisiin käyttää myös sähköntuotantoon, ja jäljelle jäävä lämpöenergia syötettäisiin kaukolämpöverkkoon. Opinnäytetyössä selviteltiin jo olemassa oleviin hakelämpölaitoksiin liitettävissä olevia sähköntuotantomenetelmiä. Työhön otettiin myös tämän hetken kehityksessä lupaavimpia aiheita, jotka eivät välttämättä käy suoraan hakekattilaan liitettynä, vaan vaatisivat kokonaan toisenlaisen prosessin. Opinnäytetyö tehtiin lisäselvityksenä Forest-Power-projektin alaprojektiin nimeltään: Energiaosuuskuntien lämpölaitosten nykytila ja päästöt.

Ensin työssä kartoitettiin millaisia sähköntuotantomenetelmiä on olemassa pienen kokoluokan sähkötehoille. Niitä löytyi melko hyvä valikoima kuten esimerkiksi stirling-moottori ja ORC-prosessi, mutta tietoa jouduttiin etsimään hyvin monista eri lähteistä. Lisäksi yksittäisiin sähköntuotantomenetelmiin keskittyneistä tutkimuksista oli tehty diplomitöitä sekä opinnäytetöitä.

Kolmesta kehityksen lupaavimmista menetelmistä tehtiin energiatase laskelmat. ORC-prosessin hyötysuhde oli 10 % jota käytetään hyvin yleisesti teollisuuden hukkalämmön talteenottoon lämpötila-alueella 100-300 °C. Stirling-moottori taas toimii lämpötilaerolla jonka hyötysuhde saatiin laskelmissa 27 %.

Hajautettu energiantuotanto on tänäpäivänä uudessa nosteessa ja vuosikymmenen kuluttua markkinoilla on varmasti tarjolla kompakteja energiantuotantoyksiköitä pienessä kokoluokassa.

The aim of this thesis project was to examine how thermal energy produced in a small-scale power plant could also be used for electricity generation while only feeding the remaining thermal energy into the district heating network. The thesis explored the power generation methods of existing thermal plants. The work was also included the development of the most promising topics such as the ORC process that do not necessarily follow directly from the boiler connected to the application, but would require an entirely different process. The thesis was part of a sub-project belonging to the ForestPower project which dealt with heating plants and their emissions. The thesis was an assignment included in the ForestPower project, sub-project titled: Energy Cooperatives heating plants, and the current state of emissions.

This project first identified power generation methods that exist for small-scale electric power. A fairly good selection was found such as the Stirling engine and the ORC process, but the information had to be sought in a very wide variety of sources. In addition theses and dissertations studies were found that were dedicated to individual methods of power generation.

Three methods were concluded to be the most promising developments in the energy bal-ance calculations. Their ORC process efficiency was 10%, which is very commonly used for industrial waste heat recovery in the temperature range 100-300 ° C. On the other hand, using a Stirling engine running by the temperature difference ratio was 27 % in the calcula-tions.

Distributed energy is today in a new upswing, and in a decade, after the market is established, there will propably be available compact power units in a small scale.