Sähköenergian hyödyntäminen kiviaineksen kuivauksessa ja kuumentamisessa
Suutari, Samuli (2023)
Diplomityö
Suutari, Samuli
2023
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023052648399
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023052648399
Tiivistelmä
Diplomityössä käsitellään kiviaineksen kuumennuksessa ja kuivauksessa käytettävän kuivausrumpumenetelmän, joka nykyisellään hyödyntää fossiilisia polttoaineita, korvaamista sähköisellä hybridimenetelmällä. Tutkimuskysymys on miten ja millä kustannuksilla sähköenergiaa voitaisiin käyttää kiviaineksen kuumentamiseen ja kuivaamiseen. Tutkimuksessa selvitetään, kuinka suuri osa tarvittavasta lämpötehosta on järkevää tuottaa sähkön avulla. Vertailua varten selvitetään nykyisen sekä sähköisen hybridimenetelmän energiataseet. Työssä asetetaan tiettyjä reunaehtoja, jotta energiataseet saadaan laskettua. Sähkön osalta tehdään myös oletus, että näin suuren tehomäärän vaatimaa sähköenergiaa ei ole järkevää varastoida nykyisellä tekniikalla vaan laitos tulee olla liitettynä valtakunnalliseen sähköverkkoon.
Työssä kehitetään yhtälö, jonka avulla asiakas voi laskea eri menetelmien tuotantokustannukset. Yhtälön avulla asiakas voi vertailla eri skenaarioita keskenään. Lopussa esitetään herkkyysanalyysi tuotantokustannuksista. Yhtälön ja herkkyysanalyysin avulla asiakas voi luoda laajoja skenaarioita ja vertailla näitä helposti keskenään. Loppupäätelmä on, että kokonaisuuden kannalta paras menetelmä on tuottaa normaalitilanteessa tarvittu lämpö sähkövastuksilla ja siirtää lämpö ilman avulla kiviainekseen kuivausrummussa. Lisäksi ilmalla avulla poistetaan kiviaineksessa oleva vesi prosessista. Nykyisillä energianhinnoilla sähköinen hybridimenetelmä on kalliimpi asetetuilla reunaehdoilla. Investointituet ja fossiilisiin polttoaineisiin kohdistuvat suorat tai epäsuorat hinnankorotukset muuttavat tilannetta merkittävästi edullisemmaksi sähköisen hybridimenetelmän kannalta. Lisäksi paikallisten CO-, CO2-, NOx- ja PAH-päästöjen väheneminen voi olla ratkaiseva tekijä tietyille asiakkaille. The subject of the master’s thesis is replacement of drying drum method based on fossil fuels with electrical hybrid method. The drying drum is used to dry and heat up aggregate. The research question is how and at what cost electricity could be used to heat and dry aggregates. In the research it is studied how much of the required maximum heat input is reasonable to produce with electricity. For comparison, the energy balances of the current and the electrical hybrid method are analyzed. Certain framework conditions are set in order to calculate energy balances. It was assumed that it would not be sensible to store such a large amount of electrical energy on site with the existing technology, but that the plant must be connected to the national electricity grid.
In the research formula is developed to allow the customer to calculate the cost of production of different methods. The formula allows the customer to compare different scenarios. At the end, a sensitivity analysis of the cost of production is presented. The formula and sensitivity analysis allow the customer to create extensive scenarios and compare them easily. The conclusion is that in the normal situation the best method is to produce the required heat with electrical heating resistors and use air to transfer the heat to the aggregates in the drying drum. In addition, the water in the aggregate is removed from the process with the air. At current energy prices, the electrical hybrid method is more expensive with the set framework conditions. Investment aid and direct or indirect price increases for fossil fuels will make the situation significantly more advantageous for the electrical hybrid method. In addition, the reductions of local CO, CO2 NOx, and PAH emissions can be a decisive factor for certain customers.
Työssä kehitetään yhtälö, jonka avulla asiakas voi laskea eri menetelmien tuotantokustannukset. Yhtälön avulla asiakas voi vertailla eri skenaarioita keskenään. Lopussa esitetään herkkyysanalyysi tuotantokustannuksista. Yhtälön ja herkkyysanalyysin avulla asiakas voi luoda laajoja skenaarioita ja vertailla näitä helposti keskenään. Loppupäätelmä on, että kokonaisuuden kannalta paras menetelmä on tuottaa normaalitilanteessa tarvittu lämpö sähkövastuksilla ja siirtää lämpö ilman avulla kiviainekseen kuivausrummussa. Lisäksi ilmalla avulla poistetaan kiviaineksessa oleva vesi prosessista. Nykyisillä energianhinnoilla sähköinen hybridimenetelmä on kalliimpi asetetuilla reunaehdoilla. Investointituet ja fossiilisiin polttoaineisiin kohdistuvat suorat tai epäsuorat hinnankorotukset muuttavat tilannetta merkittävästi edullisemmaksi sähköisen hybridimenetelmän kannalta. Lisäksi paikallisten CO-, CO2-, NOx- ja PAH-päästöjen väheneminen voi olla ratkaiseva tekijä tietyille asiakkaille.
In the research formula is developed to allow the customer to calculate the cost of production of different methods. The formula allows the customer to compare different scenarios. At the end, a sensitivity analysis of the cost of production is presented. The formula and sensitivity analysis allow the customer to create extensive scenarios and compare them easily. The conclusion is that in the normal situation the best method is to produce the required heat with electrical heating resistors and use air to transfer the heat to the aggregates in the drying drum. In addition, the water in the aggregate is removed from the process with the air. At current energy prices, the electrical hybrid method is more expensive with the set framework conditions. Investment aid and direct or indirect price increases for fossil fuels will make the situation significantly more advantageous for the electrical hybrid method. In addition, the reductions of local CO, CO2 NOx, and PAH emissions can be a decisive factor for certain customers.