Välitulistusprosessin optimointi biovoiman tuotannossa

This Master's thesis studies steam reheats with biomass power plants. The primary research objective is to support the development of a reheat biomass power boiler concept. The topic is approached with a broad perspective ranging from theoretical thermodynamic analysis to practical detailed boiler design. Combining biomass power generation and reheat is a relatively new field of study. Only a small number of reference bio power plants with reheat exist, and the scientific literature provides little related information on the subject. The work consists of two parts. The first part is a theoretical literature review. The second part focuses mainly on cycle efficiency and economic evaluations by studying a case: Condensing Power Plant with an electrical output of 35 MWe. The reheat cycle thermodynamics have been profoundly studied and the impact of incorporating reheat to cycle efficiency is analyzed. Reheat biomass turbines are examined to assess their suitability for this case. Existing reference plant characteristics have been reviewed. Various cycle concepts are developed and their efficiency is optimized with Solvo software. By incorporating reheat, the electrical efficiency can be improved by 1.8 to 2.5 percentage points. The efficiency data is used for profitability calculations to perform economic evaluations for reheat investments. With the current price levels, a payback period of 5 to 9 years is estimated. The reheat biomass boiler is studied in detail. Although some additional research is still recommended, the outcome of this study is the essential background information produced on the subject, which can be used to develop a reheat biomass power boiler product concept.Tämä diplomityö käsittelee höyryn välitulistusta biovoimalaitoksissa. Päätutkimuskohteena on tukea biovoimakattilakonseptin luomista, jossa on välitulistus. Aihetta lähestytään monesta näkökulmasta aina teoreettisesta termodynaamisesta analyysistä käytännön yksityiskohtaiseen kattilasuunnitteluun. Biovoiman tuotannon ja välitulistuksen yhdistäminen on suhteellisen uusi tutkimusala. Vain pieni määrä referenssi biovoimalaitoksia on olemassa, joissa on välitulistus. Tieteellinen kirjallisuus ei myöskään käsittele näitä kahta aihetta yhdistettynä. Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa tehdään teoreettinen kirjallisuusselvitys. Toinen osa keskittyy pääasiassa laitoksen prosessihyötysuhteen ja talouden tarkasteluun tutkimalla 35 MWe:n mallinnettua esimerkkilaitosta. Välitulistusprosessin termodynamiikka on syvällisesti tutkittu, ja sen vaikutusta prosessihyötysuhteeseen on analysoitu. Välitulistusturbiinien soveltuvuutta on myös arvioitu biovoimalaitoskäytössä. Olemassa olevien referenssilaitosten ominaisuuksia on tutkittu ja vertailtu. Erilaisia prosessikonsepteja on luotu ja niiden hyötysuhteita on optimoitu Solvo-ohjelmistolla. Välitulistuksen lisääminen voi nostaa hyötysuhdetta 1,8 - 2,5 prosenttiyksikköä. Hyötysuhteiden avulla lasketaan kannattavuus välitulistusinvestoinnille, jonka takaisinmaksuksi arvioidaan tämän hetkisellä hintatasolla 5 - 9 vuotta. Välitulistus biovoimakattilaa tarkastellaan yksityiskohtaisesti