Hiilidioksidin talteenotto amiinipesurilla säätävissä voimalaitoksissa : Amiinipesurin säätö nopeissa kuormanmuutostilanteissa

Abstract

Tuuli- ja aurinkoenergian kasvava osuus sähköntuotannosta aiheuttaa haasteita sähköverkon taajuuden ylläpitämiseen. Näiden uusiutuvien energiamuotojen tueksi tarvitaan säätävää sähköntuotantoa, jota tuotetaan nopeasti reagoivilla voimalaitoksilla. Tällaisia nopeasti reagoivia voimalaitoksia ovat esimerkiksi kaasuturbiinivoimalaitokset. Usein nopeasti reagoivissa voimalaitoksissa käytetään fossiilisia polttoaineita, joista aiheutuu merkittäviä päästöjä ilmakehään. Työn tarkoituksena on selvittää, miten amiinipesuri soveltuisi hiilidioksidin talteenottoon nopeasti reagoivissa voimalaitoksissa ja niiden nopeissa kuormanmuutostilanteissa. Amiinipesuri on laite, jolla poistetaan hiilidioksidia savukaasuista. Amiinipesuri koostuu kahdesta kolonnista, joista pesukolonnissa hiilidioksidimolekyylit talteen otetaan savukaasuista absorboivan aineen liuokseen ja haihdutuskolonnissa liuoksesta puhtaaksi hiilidioksidikaasuksi. Amiinipesurin säätöön vaikuttaa sekä amiinipesurin rakenne että voimalaitos, jonka savukaasulinjaan amiinipesuri on kytketty. Voimalaitoksen muuttujat, jotka amiinipesurin säätöön vaikuttavat, ovat esimerkiksi voimalaitokselta tulevan savukaasun koostumus ja massavirta sekä voimalaitokselta saatavan höyryn määrä. Amiinipesurin rakenteesta aiheutuvat muuttujat ovat kolonnien koko, käytetty absorboiva aine sekä halutut paineet ja lämpötilat. Amiinipesurin säätöstrategiaa suunnitellessa tavoitteena on maksimoida talteen otetun hiilidioksidin määrä ja minimoida energiankulutus. Lopullinen säätöstrategia riippuu usein myös muista rajoittavista tekijöistä. Tässä työssä on tarkasteltu kolmea eri säätöstrategiaa. Säätöstrategioita tutkittaessa kävi ilmi, että nopeissa kuormanmuutostilanteissa amiinipesurin energiankulutus voi nousta melko korkeaksi ja hiilidioksidia saadaan otettua vähemmän talteen kuin olisi tavoitteena. Paras säätötulos saatiin monimutkaisella säätöstrategialla. Tämä säätöstrategia voisi olla tarpeeksi tehokas myös nopeisiin kuormanmuutostilanteisiin. Tämä säätöstrategia on kuitenkin optimoitu vain tiettyyn toimintapisteeseen, joten sitä ei voida yleistää käytettäväksi kaikissa nopeissa kuormanmuutostilanteissa toimivissa amiinipesureissa. Amiinipesuri voi soveltua käytettäväksi nopeissa kuormanmuutostilanteissa, mutta amiinipesurin säätöstrategia täytyy suunnitella vastaamaan toimintaympäristöään. Hyvin suunnitellun säätöstrategian optimoinnilla ja säätöparametrien valinnalla voidaan saavuttaa hyviä säätötuloksia, ja saada amiinipesuri toimimaan halutusti myös nopeissa kuormanmuutostilanteissa.