Termoelementtien hyödyntäminen hajautetussa sähkön ja lämmön yhteistuotannossa
Linjama, Mikael (2018)
Linjama, Mikael
2018
Ympäristö- ja energiatekniikka
Teknis-luonnontieteellinen 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
2018-06-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201805221752
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201805221752
Tiivistelmä
Hajautetussa energiantuotannossa energia tuotetaan pienehköissä energiantuotantoyksiköissä ja yleensä lähellä kulutuskohdetta. Hajautetussa sähkön ja lämmön yhteistuotannossa eli CHP-tuotannossa sama laitteisto tuottaa sekä sähköä että lämpöä lähialueen tarpeisiin, tällaisia pienitehoisista laitteistoista käytetään usein nimitystä mikro-CHP.
Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää, voidaanko pienen mikro-CHP-laitteiston sähköntuotannossa hyödyntää termosähköisiä generaattoreita (TEG-elementtejä) ja onko niiden käyttö kannattavaa. Tutkimuksen pääasiallinen tavoite on kehittää olemassa olevien lämmönsiirto- ja virtausmallien pohjalta malli, jolla voidaan mitoittaa tällaisen laitteiston lämmönsiirtopinnat sekä selvittää laitteistosta saatava sähkö- ja lämpöteho. Koska malli perustuu teoreettiseen tarkasteluun, sitä voidaan soveltuvin osin hyödyntää myös muissa vastaavissa sovelluskohteissa. Kehitetty malli muodostui kuitenkin varsin monimutkaiseksi ja se johtaa iteratiiviseen laskentaan.
Tutkimuksessa kehitetyn mallin avulla mitoitetaan mikro-CHP-laitteisto, jolle lasketaan suorituskykyarvot. Koska tulisijan savukaasujen lämpötila vaihtelee merkittävästi, mitoitetulle mikro-CHP-laitteistolle tehdään myös herkkyysanalyysi savukaasuvirtauksen muutoksille. Lopuksi tarkastellaan vielä TEG-elementteihin perustuvan mikro-CHP-laitteiston taloudellista kilpailukykyä suhteessa muihin pienen sähköntarpeen kattamiseen soveltuviin laitteistoihin.
Tutkimuksessa kehitetyn mallin mukaan TEG-elementteihin perustuva mikro-CHP-laitteisto on toteutettavissa niin, että se voidaan jälkiasentaa olemassa olevaan tulisijaan. Suurimmaksi ongelmaksi muodostuu laitteiston huono sähköhyötysuhde. Taloudellisessa tarkastelussa selviää, että laitteiston hinta on varsin kilpailukykyinen verrattuna muihin saatavilla oleviin tekniikoihin. Tämä yhdistettynä hiljaisuuteen, lämpimänveden tuottoon ja toimintavarmuuteen antaa aihetta olettaa, että laitteistolle olisi markkinoita, etenkin jos TEG-elementtien hyötysuhdekehitys jatkuu ennallaan.
Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää, voidaanko pienen mikro-CHP-laitteiston sähköntuotannossa hyödyntää termosähköisiä generaattoreita (TEG-elementtejä) ja onko niiden käyttö kannattavaa. Tutkimuksen pääasiallinen tavoite on kehittää olemassa olevien lämmönsiirto- ja virtausmallien pohjalta malli, jolla voidaan mitoittaa tällaisen laitteiston lämmönsiirtopinnat sekä selvittää laitteistosta saatava sähkö- ja lämpöteho. Koska malli perustuu teoreettiseen tarkasteluun, sitä voidaan soveltuvin osin hyödyntää myös muissa vastaavissa sovelluskohteissa. Kehitetty malli muodostui kuitenkin varsin monimutkaiseksi ja se johtaa iteratiiviseen laskentaan.
Tutkimuksessa kehitetyn mallin avulla mitoitetaan mikro-CHP-laitteisto, jolle lasketaan suorituskykyarvot. Koska tulisijan savukaasujen lämpötila vaihtelee merkittävästi, mitoitetulle mikro-CHP-laitteistolle tehdään myös herkkyysanalyysi savukaasuvirtauksen muutoksille. Lopuksi tarkastellaan vielä TEG-elementteihin perustuvan mikro-CHP-laitteiston taloudellista kilpailukykyä suhteessa muihin pienen sähköntarpeen kattamiseen soveltuviin laitteistoihin.
Tutkimuksessa kehitetyn mallin mukaan TEG-elementteihin perustuva mikro-CHP-laitteisto on toteutettavissa niin, että se voidaan jälkiasentaa olemassa olevaan tulisijaan. Suurimmaksi ongelmaksi muodostuu laitteiston huono sähköhyötysuhde. Taloudellisessa tarkastelussa selviää, että laitteiston hinta on varsin kilpailukykyinen verrattuna muihin saatavilla oleviin tekniikoihin. Tämä yhdistettynä hiljaisuuteen, lämpimänveden tuottoon ja toimintavarmuuteen antaa aihetta olettaa, että laitteistolle olisi markkinoita, etenkin jos TEG-elementtien hyötysuhdekehitys jatkuu ennallaan.