Potentiella användningsområden för spillvärme från vätgasproduktion

Autor: Öhman, Jesper
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Vätgas tar en allt större plats i den gröna omställningen inom gruv- och stålindustrin vilket initiativtagande projekt såsom Hybrit och H2 Green Steel bevisat. Vätgas framställs ofta från fossila bränslen vilket genererar koldioxidutsläpp men om produktionen istället sker med elektricitet från förnybara energikällor anses tillverkningen förnybar. Exempel på sådana produktionsmetoder är alkalisk elektrolys och Proton Exchange Membrane (PEM) vilka är de två metoder som utvärderats i denna rapport. Dock blir en stor del av den konsumerade elektriciteten till spillvärme där 20% anses användbar. Spillvärmen är lågvärdig med temperaturer på 75°C för alkalisk elektrolys och 50°C för PEM vilket medför att det är svårt att hitta användningsområden för den. Därför har syftet med projektet varit att undersöka vilka användningsområden som spillvärmen kan få avsättning för samt bedöma lönsamheten för dessa. De mängder spillvärme som undersöktes var 1, 3, 5, 7 och 9 MW. Användningsområdena som undersöktes var generering av elektricitet, generering av kyla, gruvventilation, vattenrening, växthus, energilagring samt kombination av användningsområden. För att erhålla information om teknologier på marknaden gällande generering av elektricitet och kyla samt växthus kombinerades litteraturstudier med marknadsundersökningar. För gruvventilationen, vattenreningen och energilagringen konstruerades beräkningsmodeller i Excel för att samla resultat för analys. Det var möjligt att generera elektricitet och kyla med spillvärmen från alkalisk elektrolys. Det var inte lönsamt att generera elektricitet medan lönsamheten för att generera kyla inte gick att bestämma. Gruvventilationen hade kort återbetalningstid för värmeväxlaren vid små mängder spillvärme och luftflödet 100 m3/s medan högre luftflöden gav en ökad årlig reducerad energikostnad och därmed kortare återbetalningstid. Stora mängder spillvärme kunde värma vattnet för vattenreningen från 4°C till 15°C under hela året men lönsamheten för vattenreningen kunde inte bedömas på grund av brist på information angående kostnader. Rapporter visade att det var möjligt att utnyttja spillvärme från datacenter för att värma växthus vilket innebar att det borde vara möjligt med spillvärme från vätgasproduktion. Energiförlusterna och temperatursänkningarna för energilagren var små vilket visade att det var möjligt att lagra energi från spillvärmen under perioder när den inte användes. Dock var det osäkert ifall det var lönsamt eller inte. Den mest intressanta kombinationen av användningsområden var gruvventilation och vattenrening eftersom deras maximala energibehov inträffade olika tider på året. Flera områden bedömdes som potentiella användningsområden för spillvärmen. Dock behöver ytterligare studier utföras, speciellt gällande lönsamheten för områdena.
Recently, hydrogen has gotten more attention in the green transition within the mining- and steel industry which projects like Hybrit and H2 Green Steel have proven. Hydrogen is often created from fossil fuels which generate carbon dioxide emissions but if the production of hydrogen is instead powered by renewable energy sources, it can be considered sustainable. Alkali electrolysis and Proton Exchange Membrane (PEM) are two examples of such processes and they are the methods that have been investigated in this report. However, a large portion of the consumed electricity is rejected as waste heat where 20% is considered usable. It is low grade waste heat with temperatures of 75°C for alkali electrolysis and 50°C for PEM which makes it difficult to recover and use. Therefore, the aim of this project has been to investigate the potential areas in which waste heat can be utilized as well as the profitability of them. The amounts of waste heat investigated were 1, 3, 5, 7 and 9 MW. The investigated areas of utilization were generation of electricity, generation of cold, mining ventilation, water cleaning, greenhouses, energy storage and combination of different areas. A literature study was combined with researching the market to gather information about existing technologies on the market for generation of electricity and cold as well as greenhouses. Calculation models were created in Excel for mining ventilation, water cleaning and energy storage to gather results for analysis. It was possible to generate electricity and cold with waste heat from alkali electrolysis. It was not profitable to generate electricity while the profitability for generating cold could not be determined. The mining ventilation had a short payback time for the heat exchanger at low amounts of waste heat with an air flow of 100 m3/s while higher air flows resulted in an increase of the yearly reduced energy cost and therefore a shorter payback time. Large amounts of waste heat could heat the water to the water cleaning from 4°C to 15°C during the whole year but the profitability remained undetermined due to lack of information regarding costs. Reports showed that it was possible to utilize waste heat from data centers for heating greenhouses which implies that it should be possible to use waste heat from hydrogen production for the same application. The energy losses and temperature reduction for the energy storages were small which showed that it was possible to store energy from the waste heat during periods when it was not used. However, it was unsure if it was profitable or not. The most interesting combination of utilization areas was mining ventilation with water cleaning since their maximal heating demand occurred at different times during the year. Several areas were assessed as potential areas of utilization for the waste heat. However, more studies need to be conducted, especially regarding the profitability for the utilization areas.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: