Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Competitive power production from industrial surplus heat

Alternativ tittel: Konkurransedyktig kraftproduksjon fra industriell overskuddsvarme

Tildelt: kr 13,0 mill.

COPRO-prosjektet har bidratt til fremskritt på praktisk kraftproduksjon fra industriell overskuddsvarme, relatert til optimalt design av nøkkelkomponenter og sykluser for lav-til-medium-temperatur varmekilder. Gjennom evalueringer av industri-spesifikke case studier har vi bygget en bedre forståelse av kostnader, praktiske begrensinger og de komplekse interaksjonene av å integrere varme-til-kraft systemer i industrielle prosesser. Industripartnerne Alcoa, Hydro og Equinor representerer sluttbrukere med industriprosesser som case studiene er basert på. GE Power Norway og FrioNordica har bidratt som teknologileverandører, og SINTEF Energi, NTNU og KTH har vært forskningspartnere. Bakgrunnen for prosjektet var mangelen på konkurransedyktige alternativer for utnyttelse av overskuddsvarme, som fører til at enorme energimengder dumpes til omgivelsene. Gjenvinning og gjenbruk av overskuddsvarme er derfor av stor betydning, og har potensial til å spille en nøkkelrolle i å nå nasjonale og internasjonale energi- og miljømål. Direkte gjenbruk av overskuddsvarme vil være det mest effektive og rimeligste, men er i mange tilfeller uaktuelt, for eksempel på grunn av manglende varmebehov innen rimelig geografisk nærhet. Dette er veldig ofte tilfellet for norsk energiintensiv industri, og konvertering av varme til strøm står igjen som det gjenværende alternativet for stor skala utnyttelse. Det finnes nå flere kommersielle teknologikonsepter for konvertering av spillvarme til kraft, men implementeringen holdes tilbake av høye kostnader i forhold til den elektriske kraften som blir produsert. Prosjektet har vurdert gjenvinning av industriell overskuddsvarme i temperaturområdet 125-250 °C, et temperaturområde hvor lønnsom energigjenvinning i dag er utfordrende. COPRO's forskningsinnsats og resultater kan grovt sorteres innenfor: * Hvorfor: Forstå hvorfor tekno-økonomien for typiske implementeringer er så krevende * Hva: Identifisere kombinasjoner av optimalisert teknologi og industrielle betingelser som blir attraktive *Hvordan: Beskrive realistiske industri-scenarier, utforske muligheter for forbedret teknologi, og bidra til å tette de identifiserte gapene Målet til prosjektet har derfor vært å utvikle kunnskap, verktøy og metoder som kan benyttes til å bedre konkurransedyktigheten til kraftproduksjon fra overskuddsvarme, mer spesifikt gjennom å: 1) Identifisere lovende industri scenarier, og forstå interaksjonen mellom varmegjenvinning og industrisystemet 2) Optimalisere system- og komponentutforming for disse spesifikke industricasene, med hensyn på kraftproduksjon, total systempåvirkning, praktiske forhold, og kostnader Det har vært forsket på mange ulike aspekter gjennom prosjektet, de viktigste har vært kraftprosesser, arbeidsmedier og -blandinger, optimalisering av utformingen til varmevekslere, turbiner og ekspandere, kostnadsvurderinger, og industrielle prosessbetingelser i dag og i fremtiden Å dreie forskningen rundt spesifikke case vurderes å ha vært svært hensiktsmessig og effektfullt, og har tjent to viktige formål: * Sikrer at teknologien som utvikles har høyest mulig relevans for industrien som skal ta den den i bruk, ved å inkludere konkrete industri-spesifikke betingelser og begrensninger * Muliggjør evaluering av teknologien under realistiske betingelser og systemgrenser, på et format som industrien enkelt kan forholde seg til Hovedresultater fra prosjektet omfatter endelige evalueringer av "Energigjenvinning fra avgass i Aluminium elektrolyseverk" og "Offshore energigjenvinning fra eksport gas kompresjon" case. Studiet på aluminium-caset inkluderte også kostnadsevaluering og -optimalisering, mens det i offshore-caset ble fokusert på å minimere vekt. De foreslåtte systemløsningene i begge case indikerte kost-nytte på et nivå som gjør videre utvikling interessant. En rekke tema er foreslått for fremtidig arbeid og prosjekter, innenfor videre kompetansebygging, industriell integrasjon og validering av metodikk, samt praktisk demonstrasjon av nye teknologikonsept. Prosjektets PhD-kandidat ved NTNU vil etter planen bli ferdig i løpet av 2020. Hans arbeid med turbinmodellering og -utvikling har ført til omfattende internasjonalt samarbeid, inkludert hospitering ved det Tekniske Universitetet i Delft (2018), og Queen Mary Univeristy of London (2019). Det har også vært samarbeid med Politecnico de Milano, det tekniske universitet i Munchen, og London Imperial College. I tillegg har 5 MSc-studenter, 5 prosjektstudenter, og 3 sommerforskere arbeidet direkte tilknyttet prosjektet.

Partnerne i COPRO har fått en utvidet forståelse av kraftproduksjon fra overskuddsvarme i egne industriprosesser. Denne forståelsen muliggjør å vurdere utnyttelse av overskuddsvarme i samspill med påvirkningen på kjerneprosessen, noe som gjør at potensial og gevinster kan maksimaliseres og mulighetene for praktisk implementering øker. Industripartnerne rapporterer at prosjektet har synliggjort forbedringspotensialet på egne anlegg og prosesser, og gitt innsikt i potensielle muligheter, begrensninger og effekter ved implementering av de undersøkte konseptene. Bidraget til å utdanne en rekke studenter og yngre forskere på den konkrete tematikken trekkes også frem som en viktig effekt - nye eksperter utgjør et rekrutteringsgrunnlag til industrien og er et svært kraftig virkemiddel for kunnskapsoverføring.

Profitable industrial waste heat recovery is key to reducing industrial energy consumption while also reducing operating costs. COPRO addresses this through the development of heat-recovery power cycles with mixed working fluids (hydrocarbons, CO2, N2). These working fluids have non-isothermal evaporation, meaning that they are well suited for heat recovery from industrial liquids and gases. The target is to optimize the mixture so that the heating curve of the working fluid follows the cooling curve of the industrial heat source. This phenomenon in combination with adapted heat-exchanger and turbomachinery design will result in higher heat recovery efficiency. Cost can be reduced provided that working fluid mixture, components and process design are optimized together. Efficient numerical algorithms for multivariate optimization will be integrated in the heat-to-power process simulations, for simultaneous optimization of components and power process when using most suitable working fluid mixtures. Also, part-load performance and transient behaviour will be simulated. COPRO primarily targets recovery of industrial waste heat in the range of 125-250°C, which is a temperature range where profitable energy recovery currently is challenging. Promising heat-to-power cases for plants owned by the COPRO partners Alcoa and Hydro will be investigated in detail (both prototype and full-scale waste heat-to-power). Corresponding scenarios for the partners' future-technology energy-intensive plants will be evaluated. The potential for specific investment cost reduction compared to present technologies will be documented. This will enable quantification of the fulfillment of the overall COPRO objective, which is to develop superior cycle and component concepts that improve the attractiveness and competitiveness of moderate (125-250°C) heat to power conversion in industry.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

ENERGIX-Stort program energi