Ratkaisuja kestäviin energiajärjestelmiin: analyysejä kaukolämmön optimoinnista ja mikroleviä hyödyntävistä biojalostamoista

Mikko Kouhia

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Energiajärjestelmät ovat murroksessa, kun fossiilisten polttoaineiden käyttöä vähennetään ja vaihtelevan uusiutuvan energian määrä lisääntyy sähköverkoissa. Yhteiskunnan energiahuollon ympäristövaikutukset ovat suuret, ja siksi nykyisten ja suunniteltujen järjestelmien kestävyyteen tulee kiinnittää huomiota.Väitöskirjassa tarkastellaan mahdollisia teknologiaratkaisuja lyhyellä ja pitkällä aikavälillä. Kaukolämmön tuotannon optimointi ja mikroleviin perustuvat biojalostamot on valittu väitöskirjassa tapaustutkimusten kohteeksi. Kaukolämmön tuotanto edustaa nykyjärjestelmää, joka on edelleen vahvasti sidoksissa fossiilisten ja biopolttoaineiden polttamiseen; levistä jalostetut polttoaineet on tunnistettu mahdollisuudeksi korvata fossiilisia liikennepolttoaineita uusiutuvasti. Tutkimus perustuu optimointiin ja prosessimallinnukseen. Kaukolämpöverkkoja tutkitaan erilaisilla optimointimenetelmillä: verkoston energianvarastointikykyä tutkitaan lyhyen aikavälin taloudellisella optimoinnilla, kun taas kestävyyskriteerien sisällyttämistä verkon lämpölaitosten rakentamispäätöksiin tutkitaan monimuuttujaoptimoinnilla. Mikroleviin perustuvia integroituja polttoaineiden ja biotuotteiden tuotantolaitoksia tutkitaan prosessimallinnuksen avulla. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että kaukolämmön tuotannon joustavuutta voidaan lisätä antamalla verkoston syöttöveden lämpötilan vaihdella vapaasti annettujen parametrien rajoissa. Joustavuuden hyödyntäminen alentaa lämmöntuotantokustannuksia ja mahdollistaa vaihtevien  energiantuotantomuotojen integrointia järjestelmään enenevässä määrin. Väitöskirjassa osoitetaan, että kestävän kehityksen mittareita voidaan sisällyttää kaukolämpöverkoston suunnitteluun monimuuttujaoptimoinnin menetelmiä käyttämällä. Näin tekemällä on mahdollista parantaa järjestelmän kestävyttä alhaisimmin mahdollisin kustannuksin. Tutkimuksessa vertaillaan erilaisia mikroleviin perustuvia polttoaineiden tuotantoketjuja perustuen ketjujen energiansaantoihin. Levien rasvahappojen erotus ja rasvahapoista erotetun biomassan jatkokäyttö tunnistetaan mahdollisesti parhaaksi vaihtoehdoksi. Ylikriittisessä vedessä kaasuttaminen korkean kuiva-ainepitoisuuden vallitessa tuottaa parhaimman energiansaannon, mutta tekniikka on vielä kehitysasteella vaihtoehtoihin verrattuna. Tutkimuksen viimeisessä osassa tarkastellaan integroitua leväbiojalostamoa, jossa rasvahappoja, lannoitetta ja metaania tuotetaan jätelietettä, tuhkaa ja savukaasuja hyödyntämällä. Tämä tuotantokonsepti näyttäytyy teknisesti mahdollisena.Väitöskirjan tuloksia voi käyttää aiempaa tehokkaampien ja ympäristölle kestävämpien kaukolämpöjärjestelmien suunnittelussa ja ajossa. Tulokset myös lisäävät ymmärrystä mikroleviin perustuvista biopolttoaine- ja biotuotekonsepteista ja auttavat kohdentamaan tutkimusta tuotannon taloudellisuuden parantamiseksi.
Julkaisun otsikon käännösRatkaisuja kestäviin energiajärjestelmiin: analyysejä kaukolämmön optimoinnista ja mikroleviä hyödyntävistä biojalostamoista
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Ahtila, Pekka, Vastuuprofessori
  • Holmberg, Henrik, Ohjaaja
  • Laukkanen, Timo, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-3939-8
Sähköinen ISBN978-952-60-3942-8
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • kaukolämpö
  • biojalostamo
  • optimointi
  • mallinnus
  • mikrolevät
  • kestävyys

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Ratkaisuja kestäviin energiajärjestelmiin: analyysejä kaukolämmön optimoinnista ja mikroleviä hyödyntävistä biojalostamoista'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä