Elektrolyyserin hukkalämmön hyödyntäminen kaukolämpöverkossa

Abstract

Opinnäytetyön toimeksiantaja oli Business Tornio Oy, jonka tarpeena oli saada selvitys elektrolyyserin tuottamasta hukkalämmön määrästä sekä sen hyödyntämismahdollisuuksista. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää vetyä sähköstä tuottavan elektrolyyserin synnyttävää hukkalämmön määrää, sekä tarkastella sen hyödyntämistä Tornion kaupungin kaukolämpöverkossa. Lisäksi luotiin toimeksiantajalle skaalattavissa oleva laskumalli, jolla voidaan arvioida hukkalämmön määrää kahdella eri elektrolyyserityypillä halutussa tehoskaalassa.

Opinnäytetyön toteuttamiseksi molemmille elektrolyysereille laadittiin kaksiosainen, sähkökemiallisesta sekä lämpötermisestä osasta koostuva lämpömalli, joilla laskettin elektrolyyserin tuottamaa hukkalämpöenergiaa, jota syntyy sivutuotteena vedyntuotannossa. Hukkalämmön kauko-lämpöön hyödyntämisen tarkastelussa kysyttiin Tornion Energialta kaupungin kaukolämpöverkon tarkempia tietoja, joita tarkastelemalla voitiin arvioida elektrolyyserin tuottaman hukkalämmön hyödyntämistä Tornion kaukolämpöverkossa. Alkuperäisen suunnitelman mukaan tutkimuksessa oli tarkoitus selvittää lämpöpumppujen käyttöä hukkalämmön lämpötilan nostamisessa, joka tarjoasi tehokkaamman tavan hyödyntää hukkalämpöä kaukolämpöverkossa. Työn laajuuden takia kuitenkin päätettiin luopua lämpöpumppuosiosta ja keskityttiin pelkästään lämmönsiirtimien käyttöön hukkalämmön talteenotossa. Tutkimuksen perusteella kuitenkin kävi ilmi, että lämpöpumppujen sijaan tarkastellut lämmönsiirtimet eivät ole riittävä ratkaisu sellaisenaan hukkalämmön riittämättömän lämpötilan takia Tornion kaukolämpöverkossa. Jatkotutkimusta suositellaan kaukolämpöpumppujen käytöstä.

Opinnäytetyön tuloksena saatiin selville, että elektrolyyseristä riippuen sen kokonaistehosta noin 20–30 % koostuu prosessissa syntyvästä hukkalämmösta, jonka hyödyntäminen kaukolämpöverkon lämmittämisessä on erittäin merkittävä keino lisätä prosessin kokonaishyötysuhdetta ja vähentää vedyn tuotannosta koituvia kustannuksia.