Lämpösähköilmiön hyödyntäminen kaasutubiinivoimalaitoksen sähköntuotannossa
Päivömaa, Iida (2020)
2020
Ympäristö- ja energiatekniikan DI-tutkinto-ohjelma - Degree Programme in Environmental and Energy Engineering, MSc (Tech)
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-05-25
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005225578
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005225578
Tiivistelmä
Erilaiset hukkalämmön talteenoton sovellukset yleistyvät niin julkisissa kuin yksityisissäkin hankkeissa energiatehokkuusvaatimusten tiukennuksien ja ilmaston muutoksen torjumisen myötä. Tässä diplomityössä oli tarkoitus selvittää, voidaanko lämpösähköelementtejä hyödyntää kustannustehokkaasti kaasuturbiinivoimalaitoksen sähköntuotannossa. Lämpösähköelementtien avulla pystytään tuottamaan sähköä elementin yli vallitsevasta lämpötilaerosta. Tarkastelun kohteena oli kaasuturbiinin jälkeisten savukaasujen hyödynnettävissä oleva lämpöteho.
Työssä tarkasteltiin kannattavuutta kahdella eri Kanadalaisen valmistajan TecTegin lämpösähköelementillä. Toinen elementeistä on tarkoitettu korkeiden lämpötilojen, jopa 600 °C sovelluksiin ja toinen matalamman, maksimissaan 360 °C lämpötilasovelluksiin.
Tarkastelu tehtiin elementtien yhdistelmällä, sekä molemmille elementeille erikseen. Laskelmissa käytettiin hyödyksi Vuosaaren B-kombivoimalaitoksen kaasuturbiinin savukaasun arvoja. Lämpösähköelementtien tuottama teho, sekä niiden kustannukset laskettiin valmistajan sivuilla ilmoitetuilla arvoilla. Hyödynnettävyyttä tarkasteltiin myös tilanteissa, joissa lämpösähköelementtien hinta laskee, tai niiden hyötysuhde paranee.
Saaduista tuloksista voidaan päätellä, että kyseisten tarkastelussa olleiden lämpösähköelementtien hyödyntäminen ei niiden nykyisellä hyötysuhteella ja hinnalla ole kannattavaa. Jos savukaasuista halutaan hyödyntää koko käytettävissä oleva lämpöenergia, vaadittavien lämpösähköelementtien kappalemäärä, sekä kustannukset nousivat kohtuuttoman korkeiksi ominaiskustannusten ollessa yli 18 euroa tuotettua wattia kohden ja investointikustannusten noustessa yli 200 miljoonaan euroon, tällöin elementtien tuottama teho on 11,53 megawattia. Tarkastelutilanteista nykyhetken parametreilla ominaiskustannuksiltaan edullisin hinta 9,62 euroa tuotettua wattia kohden saatiin matalamman lämpötilan sovellusten lämpösähköelementille lämpötilavälllä 300-100 °C. Tällöin laskettu takaisinmaksuaika investoinnille venyy 43 vuoteen, joka on kyseiselle investoinnille kestämättömän pitkä aika. Lämpösähköelementtien hinnan laskiessa, sekä hyötysuhteen parantuessa hyödynnettävyyden kannattavuus paranee. Hyötysuhteen parantaminen on kuitenkin mahdollista vain tiettyyn tasoon asti, tämän vuoksi kannattavuuden parantamiseksi tulisi ennemmin löytää edullisia ja tehokkaita lämpösähkömateriaaleja.
Työssä tarkasteltiin kannattavuutta kahdella eri Kanadalaisen valmistajan TecTegin lämpösähköelementillä. Toinen elementeistä on tarkoitettu korkeiden lämpötilojen, jopa 600 °C sovelluksiin ja toinen matalamman, maksimissaan 360 °C lämpötilasovelluksiin.
Tarkastelu tehtiin elementtien yhdistelmällä, sekä molemmille elementeille erikseen. Laskelmissa käytettiin hyödyksi Vuosaaren B-kombivoimalaitoksen kaasuturbiinin savukaasun arvoja. Lämpösähköelementtien tuottama teho, sekä niiden kustannukset laskettiin valmistajan sivuilla ilmoitetuilla arvoilla. Hyödynnettävyyttä tarkasteltiin myös tilanteissa, joissa lämpösähköelementtien hinta laskee, tai niiden hyötysuhde paranee.
Saaduista tuloksista voidaan päätellä, että kyseisten tarkastelussa olleiden lämpösähköelementtien hyödyntäminen ei niiden nykyisellä hyötysuhteella ja hinnalla ole kannattavaa. Jos savukaasuista halutaan hyödyntää koko käytettävissä oleva lämpöenergia, vaadittavien lämpösähköelementtien kappalemäärä, sekä kustannukset nousivat kohtuuttoman korkeiksi ominaiskustannusten ollessa yli 18 euroa tuotettua wattia kohden ja investointikustannusten noustessa yli 200 miljoonaan euroon, tällöin elementtien tuottama teho on 11,53 megawattia. Tarkastelutilanteista nykyhetken parametreilla ominaiskustannuksiltaan edullisin hinta 9,62 euroa tuotettua wattia kohden saatiin matalamman lämpötilan sovellusten lämpösähköelementille lämpötilavälllä 300-100 °C. Tällöin laskettu takaisinmaksuaika investoinnille venyy 43 vuoteen, joka on kyseiselle investoinnille kestämättömän pitkä aika. Lämpösähköelementtien hinnan laskiessa, sekä hyötysuhteen parantuessa hyödynnettävyyden kannattavuus paranee. Hyötysuhteen parantaminen on kuitenkin mahdollista vain tiettyyn tasoon asti, tämän vuoksi kannattavuuden parantamiseksi tulisi ennemmin löytää edullisia ja tehokkaita lämpösähkömateriaaleja.