Puupohjaisen tuotekaasun hyödyntämisen edellytykset polttokennoissa
Hyrkäs, Jori (2016)
2016
Konetekniikan koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-11-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201610254643
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201610254643
Tiivistelmä
Tämän diplomityön aihe on saatu Volter Oy:ltä. Työn tavoitteena oli selvittää, millä edellytyksillä puupohjainen tuotekaasu olisi hyödynnettävissä polttokennoissa. Täten työ voisi toimia ensimmäisenä vaiheena uuden voimalaitoksen kehityksessä, johon sisältyy mahdollisuuksien tunnistaminen, teknologian arviointi ja markkinatavoitteet.
Polttokennoista houkuttelevan vaihtoehdon puukaasukäyttöiseen pienvoimalaitokseen tekee niiden korkea hyötysuhde myös pienen kokoluokan sovelluksissa. Muita etuja ovat hiljainen käyntiääni ja vähäinen huollontarve.
Jotta polttokennovoimalaitoksen suorituskykyä voitiin arvioida, toteutettiin voimalaitokselle laskentamalli. Malli toteutettiin Microsoft Excel taulukkolaskentaohjelman Visual Basic-ohjelmointikielellä. Laskentamalli luotiin jokaiselle komponentille erikseen ja järjestelmän toimintaan vaikuttavia tekijöitä tarkasteltiin staattisessa tilanteessa.
Laskentamallilla saadut tulokset esiteltiin komponenteittain. Tuloksien esittelyssä pyrittiin tunnistamaan voimalaitoksen hyötysuhteen kannalta merkittävimmät tekijät. Lopuksi määritettiin voimalaitoksen hyötysuhde sekä tarkasteltiin voimalaitoksen investointikustannuksiin vaikuttavia tekijöitä. Investointikustannuslaskelmien avulla määritettiin voimalaitoksen suurin sallittu kustannus, jolloin voimalaitosinvestointi olisi vielä kannattava markkina-alueella, jossa sähkönhinta on 30 c/kWh.
Työssä selvisi, että puukaasun hyödyntäminen polttokennossa edellyttää erittäin puhdasta tuotekaasua. Polttokennoista kiinteäoksidipolttokenno on tällä hetkellä soveltuvin epäpuhtauksien sietokyvyltään, mutta sille ei kuitenkaan ole määritetty tarkkoja epäpuhtauksien sallittuja pitoisuuksia. Nykyisillä tuotekaasun puhdistusmenetelmillä ei myöskään välttämättä saavuteta polttokennolle riittävää puhtaustasoa. Työssä määritettiin suuntaa antava voimalaitoksen sähköntuotannon hyötysuhde ja sallittu investointikustannus kohdemarkkinalle sekä näihin vaikuttavat tekijät.
Polttokennoista houkuttelevan vaihtoehdon puukaasukäyttöiseen pienvoimalaitokseen tekee niiden korkea hyötysuhde myös pienen kokoluokan sovelluksissa. Muita etuja ovat hiljainen käyntiääni ja vähäinen huollontarve.
Jotta polttokennovoimalaitoksen suorituskykyä voitiin arvioida, toteutettiin voimalaitokselle laskentamalli. Malli toteutettiin Microsoft Excel taulukkolaskentaohjelman Visual Basic-ohjelmointikielellä. Laskentamalli luotiin jokaiselle komponentille erikseen ja järjestelmän toimintaan vaikuttavia tekijöitä tarkasteltiin staattisessa tilanteessa.
Laskentamallilla saadut tulokset esiteltiin komponenteittain. Tuloksien esittelyssä pyrittiin tunnistamaan voimalaitoksen hyötysuhteen kannalta merkittävimmät tekijät. Lopuksi määritettiin voimalaitoksen hyötysuhde sekä tarkasteltiin voimalaitoksen investointikustannuksiin vaikuttavia tekijöitä. Investointikustannuslaskelmien avulla määritettiin voimalaitoksen suurin sallittu kustannus, jolloin voimalaitosinvestointi olisi vielä kannattava markkina-alueella, jossa sähkönhinta on 30 c/kWh.
Työssä selvisi, että puukaasun hyödyntäminen polttokennossa edellyttää erittäin puhdasta tuotekaasua. Polttokennoista kiinteäoksidipolttokenno on tällä hetkellä soveltuvin epäpuhtauksien sietokyvyltään, mutta sille ei kuitenkaan ole määritetty tarkkoja epäpuhtauksien sallittuja pitoisuuksia. Nykyisillä tuotekaasun puhdistusmenetelmillä ei myöskään välttämättä saavuteta polttokennolle riittävää puhtaustasoa. Työssä määritettiin suuntaa antava voimalaitoksen sähköntuotannon hyötysuhde ja sallittu investointikustannus kohdemarkkinalle sekä näihin vaikuttavat tekijät.