Energy recovery and utilization from the regasification of LNG
Ανάκτηση και αξιοποίηση ενέργειας από την επαναεριοποίηση υγροποιημένου φυσικού αερίου
Διπλωματική εργασία
Συγγραφέας
Μπέλλας, Κήρυκος Αμφιλόχιος
Ημερομηνία
2024-11-27Επιβλέπων
Κουμπογιάννης, ΔημήτριοςΛέξεις-κλειδιά
LNG ; CoolProp ; Cold energy ; Seawater desalination ; Carbon capture ; NGL ; Air separation ; Organic rankine cycle ; Direct expansion cycle ; Multi objective optimization ; Waste heat ; Combined heat and powerΠερίληψη
The accelerating impacts of climate change demand urgent advancements in energy efficiency and resource optimization across industries. LNG liquefaction is a particularly energy-intensive process, yet LNG retains part of this energy in the form of "cold energy." Much of this potential energy is often wasted during regasification. This thesis explores methods to recover this residual energy, primarily focusing on power generation, while also discussing potential applications in seawater desalination, carbon capture, NGL (natural gas liquids) recovery, and air separation.
Using the Revithousa LNG import terminal as a case study, a combined ORC-DE system was modeled and optimized in MATLAB, incorporating the CoolProp library to utilize both the cold energy and waste heat from the installed CHP system. The model analyzed various ORC working fluids and configurations, applying multi-objective optimization to identify setups that maximize power output and efficiency. Leveraging the CoolProp library for precise thermodynamic properties, the MATLAB model accurately captured the interactions between the LNG cycle and ORC components under a range of operational conditions.
The optimized system demonstrated the potential to produce up to 18 MW of power, achieving a thermal efficiency of 16.49% and a second-law efficiency of 32.79%. Specific power efficiencies reached 311 kW per kg of LNG, while also reducing seawater pumping requirements, offering a more sustainable approach to LNG regasification. An economic analysis highlighted the system’s viability, with an internal rate of return (IRR) of 33.51% and a profitability index of 5.11. Overall, this system provides an effective solution for reducing the carbon footprint of LNG processing while delivering economic value.
Περίληψη
Οι επιταχυνόμενες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής απαιτούν αύξηση της ενεργειακή αποδοτικότητα σε όλους τους τομείς. Η υγροποίηση φυσικού αερίου (LNG) είναι μια εξαιρετικά ενεργοβόρα διαδικασία,, το LNG διατηρεί μέρος αυτής της «ψυχρής ενέργειας», η οποία συχνά σπαταλάται κατά την επαναεριοποίηση. Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει μεθόδους ανάκτησης αυτής της ενέργειας, εστιάζοντας κυρίως στην παραγωγή ισχύος, ενώ παράλληλα γίνεται αναφορά σε εφαρμογές όπως η αφαλάτωση θαλασσινού νερού, η δέσμευση του διοξείδιού του άνθρακα, η ανάκτηση υγρών φυσικού αερίου (NGL) και ο διαχωρισμό αέρα. Χρησιμοποιώντας ως μελέτη περίπτωσης τον τερματικό σταθμό εισαγωγής LNG στη Ρεβυθούσα, Ένα συνδυασμένο σύστημα ORC-DE μοντελοποιήθηκε και βελτιστοποιήθηκε στο MATLAB, κάνοντας χρήση της βιβλιοθήκης CoolProp για την αξιοποίηση της ψυχρής ενέργειας και της απορριπτόμενης θερμότητας ενός συστήματος ΣΘΙ. Το μοντέλο ανέλυσε τη συμπεριφορά διάφορων εργαζόμενων μέσων του ORC σε ποίκιλες διαμορφώσεις, εφαρμόζοντας πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση για τον εντοπισμό ρυθμίσεων που μεγιστοποιούν την παραγόμενη ισχύ και την απόδοση της εγκατάστασης. Το σύστημα υπολογίστηκε να έχει τη δυνατότητα παραγωγής ισχύος της τάξεως των 18 MW χρησιμοποιώντας προπυλένιο ως εργαζόμενο μέσο στον ORC, με συνολική θερμική απόδοση 16,49% και εξεργειακή απόδοση 32,79%. Το σύστημα επίσης υπό άλλες συνθήκες λειτουργίας απέδωσε ειδική ισχύ 311 kW/LNG gasified, ενώ παράλληλα μειώθηκαν οι απαιτήσεις ισχύος άντλησης θαλασσινού νερού για την θέρμανση του LNG. Τέλος, πραγματοποιήθηκε οικονομική ανάλυση του συστήματος, η οποία ανέδειξε περαιτέρω τη βιωσιμότητα του, πετυχαίνοντας εσωτερικό συντελεστή απόδοσης (IRR) 33,51% και δείκτη κερδοφορίας (PI) 5,11. Έτσι φάνηκε πως η εγκατάσταση ενός τέτοιου συστήματος προσφέρει πλεονεκτήματα για τη μείωση του αποτυπώματος διοξείδιού του άνθρακα της αγοράς του LNG, ενώ παράλληλα μπορεί να αποτελέσει κερδοφόρα επένδυση.