CHP, ORC ja turbiinitekniikan prosessit – energiantuotannon tutut termit innovaatioiden taustalla

CHP eli Combined Heat and Power on kattokäsite laitoksille, joissa tuotetaan sekä sähköä että lämpöä. Prosessin perustana voi olla mikä vain tehokas tuotantomuoto, esimerkiksi höyry- tai kaasuturbiinit, moottorit tai innovatiivinen ORC-teknologia.

Yhteistuotannolla on merkittävä rooli suomalaisessa energiantuotannossa, jossa lämpöä saadaan tehokkaasti kaukolämpökäyttöön. Verrattuna erillistuotantoon CHP:n hyötysuhde on optimaalinen, sillä tuotannossa voidaan hyödyntää polttoaineiden energiasisältö lähes kokonaisuudessaan.

Syntyvää lämpöä voi käyttää esimerkiksi myös prosessiteollisuuden tarpeisiin. Yhteistuotanto lisää myös laitoksen omavaraisuutta, vähentää CO2-päästöjä sekä kustannuksia.

CCHP-laitos (Combined Cooling, Heat and Power) vie yhteistuotannon astetta pidemmälle, sillä se yhdistää viilennyksen lämmön- ja sähköntuotantoon. Tällöin tuotettua sähköä voidaan käyttää myös jäähdytysenergian tuottamiseen, mikä tehostaa hyötysuhdetta entisestään.

Sähkön, lämmön ja viilennyksen yhteistuotantolaitokset tehostavat energiantuotannon hyötysuhdetta ja vähentävät päästöjä.

Me Sarlinilla työskentelemme CHP-ratkaisujen parissa parhaiden laitetoimittajien kumppanina. Toimitamme moottorivoimalaitoksia räätälöidysti tarpeisiisi - yksittäisistä kaasumoottoreista kattaviin laitostoimituksiin ja huoltopalveluihin.

Brayton-sykli kuvaa kaasuturbiinien toimintaa

Kun puhumme lämpö- ja kiertovoiman tärkeimmistä prosesseista, Brayton-sykli kuvaa kaasuturbiinien termodynaamista toimintaperiaatetta. Brayton on nimetty keksijänsä George Braytonin mukaan, joka kehitti prosessin 1870-luvulla.

Normaalisti Brayton-sykli toimii avoimen kierron mukaisesti, jossa kompressori puristaa ilmaa korkeaan paineeseen ja lämpötilaan. Polttokammiossa ilma lämmitetään edelleen, ja palamistuotteet ja kaasut laajenevat vaadittuun paineeseen turbiinissa. Kiertonesteenä käytetään tyypillisesti ilmaa tai kaasua.

Suljetussa Brayton-syklissä kiertoaine kulkee lämmöntalteenottoyksikössä ja turbiinista poistunut kaasu syötetään takaisin kompressoriin. Suljetun kierron suurimpia etuja on tehokkuuden ja hyötysuhteen parantaminen.

CHP-mikroturbiinilaitoksemme ovat tehokas ratkaisu energiantuotannon hajauttamiseen, omavaraistamiseen ja kustannusten pienentämiseen. Laitoksemme toimivat monipuolisesti kaasuilla, uusiutuvasta biokaasusta nesteytettyyn biokaasuun LBG:hen ja maakaasuun LNG:hen. Kaasujen potentiaali siirtymävaiheen energiana on merkittävä, minkä vuoksi niihin liittyvät innovaatiot auttavat pienentämään suoraan energiantuotannon päästöjä teollisuudessa.

Otto-prosessi on polttomoottorin toimintaperiaate

Otto-prosessi on yleisimpiä termodynaamisia prosesseja ja käytännössä ottomoottorit ovat bensiini- ja kaasuajoneuvojen vakiintunut voimanlähde.  Otto-syklissä polttoaineseos sytytetään sähkökipinällä, mikä käynnistää palamisreaktion.

Kun kaasu palaa, se työntää mäntää alaspäin. Kuten muutkin tunnetut käyttövoimaprosessit, myös Otto-prosessi nimettiin keksijänsä Nicolaus Otton mukaan, joka kehitti prosessin 1870-luvulla.

Perinteisen ottomoottorin asema on vankka ja vuosikymmenien kehitystyön tuloksena niitä on kehitetty jatkuvasti tehokkaammiksi, vähäpäästöisemmiksi ja hyötysuhteeltaan paremmiksi. Ottomoottorin suurin haaste onkin hyötysuhde, jonka jatkuva parantaminen on ollut keskeistä moottorin tehokkuudelle ja päästövähennyksille.

Tulevaisuudessa ottomoottorien rinnalle on kehitettävä uusia innovaatioita ja sovelluksia päästövähennystavoitteiden sekä polttoaineen hinnannousun vuoksi.

Suoria päästöjä, kuten hiukkaspäästöjä, voidaan vähentää esimerkiksi kehittämällä katalysaattoreista tehokkaampia sekä parantamalla käytettävän polttoaineen laatua.

Bio- ja maakaasukäytössä moottorien päästöt ovat huomattavasti pienemmät kuin muilla fossiilisilla polttoaineilla.

Me tarjoammekin ratkaisuja myös ympäristöystävällisten kaasujen moottorivoimalaitoksista, joita voidaan käyttää esimerkiksi sähkön ja lämmön tuotantoon. Suunnittelemme laitoskokonaisuuden energianlähteen ja hyötykäytön mukaisesti, minkä ansiosta laitoksesi saa parhaan hyötysuhteen.

Rankine-prosessi on höyryturbiinien toiminnan perusta

Siinä missä Brayton-prosessi on kaasuturbiinien prosessin tukijalka, Rankine-prosessi kuvaa höyryvoimaprosessia, joka on yleisesti käytössä voimalaitoksissa ympäri maailman. Prosessissa lämpö muuntuu mekaaniseksi energiaksi suljetun kierron prosessissa, jossa kiertoaineena käytetään yleensä vettä.

Kiertoneste käy läpi faasimuutoksen nesteestä höyryksi, ja yksi prosessin etuja onkin veden kustannustehokkuus ja termodynaamiset ominaisuudet. Kiertoprosessin kehitti 1850-luvulla William J.M. Rankine.

Organic Rankine Cycle -menetelmä on kehittyneempi versio Rankine-prosessista. ORC-tekniikalla voidaan tuottaa sähköä hukkalämmöstä, jonka lämpötilataso on riittävä. Teknologia on vielä varsin uutta, ja ORC-ratkaisut ovat lähteneet yleistymään Suomessa 2010-luvulla.

Perinteisestä Rankine-prosessista poiketen kiertoaineena voidaan käyttää erilaisia orgaanisia aineita. ORC-tekniikkaan perustuva laitteisto ottaa talteen energiaa esimerkiksi kaasumoottoreiden pakokaasuista ja muuttaa sen sähköenergiaksi.

Menetelmällä voidaan muuttaa myös esimerkiksi vähäpäästöisellä biokaasulla tuotettua lämpöenergiaa sähköenergiaksi. ORC-prosessi soveltuukin moniin teollisuuden käyttökohteisiin, kuten voimalaitoksille, prosessiteollisuuteen ja hajautettuun energiantuotantoon.

Tulevaisuudessa voimme odottaa lämmön hyötykäytön roolin kasvavan, sillä hukkalämmön hyödyntäminen on täysin kiertotalouden mukaista - ja lisäksi kustannustehokasta. Menetelmä ei myöskään lisää Co2-päästöjä, sillä ORC-prosessi ei vaadi lisäpolttoainetta toimiakseen.

Me toimitamme Triogenin ORC-tekniikkaan perustuvia laitteistoja, joiden avulla voit lisätä energiantuotantosi omavaraisuutta ja tehokkuutta merkittävästi. Järjestelmällä voidaan tuottaa sähköä mm. kaasu- tai dieselmoottoreiden pakokaasuista, mikä nostaa sähköntuotannon hyötysuhdetta. Vielä ympäristöystävällisempää on muuttaa kotimaisella biopolttoaineella tuotettua lämpöenergiaa sähköenergiaksi.

Me Sarlinilla työskentelemme energiantuotannon parissa johtavien laitetoimittajien kumppanina. Palveluvalikoimamme kattaa koko kaaren energiantuotannon ulkoistamisesta yksittäisten laitteiden toimittamiseen. Olemme erikoistuneet kaasujen hyödyntämiseen ympäristöystävällisesti, ja biokaasujen hyödyntämisessä olemme Suomen ensimmäisiä toimijoita.

Pelkästään modernit laitteet ja tehokkaat prosessit eivät tee energiantuotannosta tehokasta, sillä huolto- ja valvontapalvelut ovat ratkaisevan tärkeitä laitteiden korkean käyttöasteen ja parhaan elinkaaren kannalta. Tämän vuoksi tarjoamme huoltopalveluita, jotka ylläpitävät laitoksesi toimintaa sekä auttavat hallitsemaan kustannuksia.

Tarjoamme kaikkien toimittamiemme laitteiden ja järjestelmien teknisen tuen ja huoltopalvelut, samalla kun valvomme laitoksesi toimintaa etänä 24/7. Huoltosopimus sekä vapauttaa omaa aikaasi, mutta ennen kaikkea se varmistaa korkean käyttöasteen sekä ennakoidut kulut.

Ratkaisujemme hyödyt: 

• Ulkoista energiantuotantosi meille osittain tai täysin. Otamme vastuullemme myös huollon ja etävalvonnan!
• Lisää energiantuotantosi omavaraisuutta CHP-tekniikalla tai esimerkiksi biokaasua hyödyntämällä.
• Muuta tuotantolaitoksesi hukkalämpö käyttökelpoiseen muotoon ORC-laitteistoillamme.
• Lisää energiantuotantosi hyötysuhdetta laitteistolla, joka on optimoitu tarpeisiisi.
• Kehitä toimintaasi datan ja uusien sovellusten avulla.

Toimitamme markkinoiden johtavien valmistajien ratkaisuja:

• CHP- ja CCHP-mikroturbiinilaitokset johtavalta mikroturbiinivalmistajalta Capstone Green Energyltä. Niillä voit mm. korvata prosessiteollisuudessa käytettäviä höyrykattiloita, tehostaa toimintaasi ja pienentää energiakustannuksia.
• CHP- ja CCHP-moottorivoimalaitokset johtavalta ympäristöystävällisten moottorien valmistajalta, MWM:ltä.
• Triogenin ORC-teknologiaan perustuvat lämmön hyötykäyttöjärjestelmät, joilla esim. pakokaasujen hukkalämpöä saadaan muutettua sähköenergiaksi.