Tässä loppuraportissa esitetään projektin "Kannattavuusanalyysi ORC-voimalan soveltamisesta hyödyntämään dieselvoimalan hukkalämpöä, Tekes DrNo 1549/401/98" tulokset. ORC-prosessilla (Organic Rankine Cycle) tarkoitetaan Rankine-prosessia, jossakiertoaineena veden asemesta on sopiva orgaaninen neste, esimerkiksi tolueeni. ORC-prosessi soveltuu hyvin nimenomaan matalalla lämpötilatasolla vapautuvan hukkalämmön hyödyntämiseen. Tutkimus liittyy vuonna 1981 aloitettuun suurnopeustekniikan tutkimushankkeeseen. Tutkimuksen lähtökohtana oli tropiikin olosuhteissa peruskuormaa ajava raskasöljykäyttöinen Wärtsilä NSD 18V46 voimalaitosmoottori, jonka hukkalämmöistä tuli kyetä tuottamaan sähköä mahdollisimman alhaisilla investointikustannuksilla. Kaukolämmöntuotanto rajattiin tämän selvityksen ulkopuolelle. Edullisimmaksi perustapaukseksi valittiin seitsemän turbogeneraattorin ORC-laitos, joka hyödyntää ainoastaan moottorin pakokaasulämpöä. Kyseisen ORC-laitoksen nettosähköteho on 1142 kW, joten se lisäisi dieselmoottorin tehoa 6,8 %. ORC-laitoksen myyntihinta olisi noin 7,67 Mmk, mikäli lauhdutin voidaan rakentaa ruostumattomasta teräksestä ja noin 9,01 Mmk, mikäli olisi käytettävä titaanilauhdutinta. ORC-laitoksen ominaisinvestointikustannus olisi siten noin 6700 mk/kW - 7900 mk/kW materiaalivalinnoista riippuen. Mainittu hinta sisältää sekä komponenttien valmistajien että systeemi-integraattorin katteet. Koska höyrystimen hinta vaikuttaa olennaisesti ORC-laitoksen hintaan, voidaan puhtailla maakaasupolton savukaasuilla arvioida ominaisinvestoinnin olevan noin 1000 mk/kW alhaisempi. Olettaen 6000 h/a huipun käyttöaika saadaan ORC:llä tuotetun sähkön hinnaksi noin 0,11 mk/kWh. Suomeen rakennettavalle ORC-laitokselle on todennäköisesti lisäksi saatavissa 30 % investointituki ja sähköveron palautus. - Teoriassa voidaan osoittaa, että dieselmoottorin tehoa voidaan ORC:llä lisätä jopa 18 %, mutta ominaisinvestointi on tällöin merkittävästi korkeampi. ORC-laitoksen turbiinin 1D suunnittelua tarkennettiin sekä laitoksen turbiini mallinnettiin CFD-laskennan (numeerisen virtauslaskennan) avulla osana tätä tutkimusta. Näin kyettiin nostamaan turbiinin hyötysuhdetta, ja CFD-laskennan perusteella voidaan nyt aikaisempaa varmemmin ennustaa turbiinin todellinen hyötysuhde. ORC-laitoksen dynaaminen simulointiohjelma saatiin niin ikään valmiiksi tämän projektin puitteissa. Simulointiohjelman avulla voitiin asettaa laitoksen säädinparametrit sekä simuloida voimalan käynnistys-, ajo- sekä häiriötilanteita. Tehtyjen simulointien perusteella tehtiin johtopäätökset laitoksen säätöjärjestelmän toimivuudesta ja tuorehöyryn tilaarvojen valinnasta.
展开▼
机译：最终报告介绍了项目“使用ORC电厂利用柴油电厂废热的收益分析，Tekes DrNo 1549/401/98”的结果。 ORC（有机朗肯循环）过程是一种朗肯过程，其中使用诸如甲苯之类的合适有机液体代替水。 ORC工艺非常适合于利用低温释放的废热。该研究与1981年开始的一项高速技术研究项目有关。该研究基于WärtsiläNSD 18V46重型发电厂发动机，在热带条件下驱动基本负荷，其废热必须能够以尽可能低的投资成本发电。这项研究排除了区域供热生产。最优选的基准是七台涡轮发电机ORC工厂，该工厂仅利用发动机废气热量。该ORC工厂的净电力为1142 kW，这将使柴油发动机的功率增加6.8％。如果冷凝器可以由不锈钢制成，那么ORC工厂的售价约为767万芬兰马克，如果使用钛制冷凝器，则约为901万芬兰马克。因此，ORC工厂的具体投资成本大约为6,700 FIM / kW至7,900 FIM / kW，具体取决于材料选择。报价包括组件制造商和系统集成商的利润。由于蒸发器的价格对ORC装置的价格有重大影响，因此，使用天然气燃烧产生的清洁烟道气，可以节省的投资约为FIM 1,000 / kW。假设峰值工作时间为6000 h / a，ORC产生的电价约为FIM 0.11 / kWh。此外，在芬兰建造的ORC工厂可能会获得30％的投资补贴和电费退税。 -从理论上可以证明，使用ORC可以将柴油发动机的功率提高多达18％，但具体的投资则要高得多。作为研究的一部分，对ORC工厂中的涡轮机的一维设计进行了改进，并使用CFD（数值流计算）对工厂中的涡轮机进行了建模。这使得可以提高涡轮机的效率，并且现在可以基于CFD计算比以前更可靠地预测涡轮机的实际效率。 ORC设施的动态仿真程序也在该项目的框架内完成。借助仿真程序，可以设置电厂的控制参数，并仿真电厂的启动，驱动和干扰情况。根据执行的模拟，得出关于工厂控制系统功能和新鲜蒸汽空间值选择的结论。
展开▼
