Utvikling av CO2 RSW-anlegg ombord på fiskebåt

Abstract

Målet med denne masteroppgaven er å undersøke dynamisk drift av RSW-anlegg med CO2 for å optimalisere kapasitet og redusere energibruk. Ulike faktorer som spiller inn på den dynamiske driften for et RSW-anlegg, ble først kartlagt. At prosessen kan drives gunstig i subkritisk drift ble vurdert som mest avgjørende på grunn av generelt lav sjøvannstemperatur i Norge. Fire ulike løsninger som er utviklet av SINTEF Energi for RSW-anlegg ble drøftet i denne rapporten. Simuleringer i Csim viste at alle systemløsningene klarte å kjøle vannet i tanken på de 12 timer som maksimalt er disponibelt. Et system med tørr fordamper og gasskjøler ga best COP i subkritisk drift. En kontrollstrategi for minimal energibruk ble videre foreslått for subkritisk drift. I samarbeid med SINTEF og NTNU ble det skrevet en artikkel om dette temaet til den internasjonale kjølekonferansen ICR2011 i Praha. Simuleringer viste 50 % reduksjon i kompressorarbeid. Resultatene fra eksperimenter i laboratoriet viste at kompressorarbeidet kan reduseres ved bruk av kontrollstrategien, men at reduksjonen i energiforbruk vil variere med anleggets spesifikasjoner. Denne driftsmåten gjør at sirkulasjonspumpene må drives lengre, og hvilke energibesparelser som kan oppnås, avhenger av pumpevirkningsgrad, trykktap og muligheten for regulering av kompressorturtall og kondenseringstrykk. Det er nødvendig med et komplekst reguleringssystem for å oppnå de største energibesparelser. Dagens RSW-modell i Dymola manglet en rørkjelvarmeveksler, og dette ble implementert i løpet av denne oppgaven i samarbeid med SINTEF. Resultatene fra simuleringer ble sammenlignet med stasjonære simuleringer av det samme anlegget i Csim, da denne modellen er mer verifisert. Modellen i Dymola ga til slutt kun 3 % avvik i nedkjølingstid fra Csim.For å oppnå en kontrollstrategi for minimal energibruk i transkritisk drift er det gunstig med en direktekoblet høytrykksoptimalisator. Et nytt reguleringssystem basert på maksimalverdisøking ble vurdert, og en modell med utgangspunkt i denne kontrollstrategien ble utviklet i Dymola i løpet av denne masteroppgaven. Simuleringer av RSW-anlegg viste at denne maksimalverdisøkeren fant det høytrykket som ga best COP selv i dynamisk drift av komplekse system. Da RSW-anlegget i hovedsak drives subkritisk, vil høytrykksoptimalisatoren ha større potensial for energisparing ved bruk i andre CO2-anlegg, som oftere drives transkritisk. Dette kan for eksempel være varmepumper for varmtvannsberedning.