Energy flow analysis of a poultry process plant

Abstract

Industriell prosessering av mat innebærer ofte en del forskjellige termiske prosesser som er nødvendige for å gjøre maten trygg for oss mennesker. For bedrifter som produserer og foredler mat betyr dette at de må ha komplekse energissentraler som sørger for at disse prosessene blir ivaretatt. For store anlegg kan typiske forbrukere av termisk energi være prosessutstyr til kjøling og frysing, kjøle- og fryserom, samt systemer for oppvarming av vann, vasking og uttørking. Norsk Kylling AS skal bygge en ny fabrikk for foredling og prosessering av kylling, og denne oppgavens formål har vært å evaluere virkningsgraden til fabrikkens energisentral. Sentrale parametere i så måte har vært strømforbruk, topplast og varmegjenvinning, samt utforske potensialet for å integrere energilagring på de kalde kretsene.

For å gjennomføre analysen ble det bygget en modell av energisentralen i simuleringsverktøyet Dymola, samt en foreslått modifikasjon av energisentralen som inkluderte energilagring. Videre ble det laget en termisk lastprofil som gjenspeilet fabrikkens termiske behov gjennom et døgn, og simuleringer av begge modellene ble gjort med denne profilen som utgangspunkt.

Simuleringsresultatene viste at energianlegget hadde et strømforbruk på 20 800 kWh i døgnet, mens registrert topplast var 2,21 MW. Varme ble gjenvunnet i to separate kretser og brukt til å varme opp vaskevann, og resultatene viste at anlegget var i stand til å varme opp 74 500 og 95 600 l vann på henholdsvis 70 og 50 °C i løpet av et døgn. Den elektriske lastprofilen viste videre at anlegget kjørte med redusert kapasitet mesteparten av døgnet, og indikerte dermed en god mulighet for energilagring.

Resultatene for det modifiserte energianlegget viste at en stor reduksjon i topplasten er oppnåelig, med en registrert toppverdi på 1,07 MW – en reduksjon på 52%. For å greie denne reduksjonen økte strømforbruket med 2000 kWh sammenlignet med det konvensjonelle anlegget. Det ble vurdert, ut i fra et økonomisk perspektiv, at denne relativt små økningen er ubetydelig sammenlignet med gevinsten topplast-reduksjonen fører med seg. Produksjonen av varmtvann økte også i dette tilfellet, med en akkumulert mengde på 120 600 l vann på 70 °C. Mengden vann på 50 °C forble uendret.

Industrial food-processing often includes a number of thermal processes to make food safe for human consumption and extend its shelf life. Large-scale plants in this industry must employ complex energy systems to handle the variety of loads, which often involves process equipment for chilling and freezing, cold storages and systems for heating, washing and drying. Norsk Kylling AS is in the process of building a large-scale poultry processing plant, and the aim of this thesis is to evaluate the plants refrigeration system in terms of energy consumption, peak power requirement and heat recovery. In addition, the potential and effect of integrating cold thermal storages (CTES) is to be evaluated.

A concept for integrating CTES was developed, and simulation models of the refrigeration system and CTES concept has been built in Dymola. A thermal demand profile with a duration of 24 hours was constructed, and simulations were carried out for both systems with this profile.

Results from the simulations showed that the refrigeration system had an energy consumption of 20 800 kWh for the period and peak power was 2,21 MW. Heat was recovered in two different utilities and used for hot water pre-heating, and the system was able to produce a total of 74 500 l water at 70 °C and 95 600 l water at 50 °C. The power consumption profile revealed that the system was running at partial capacity for a majority of the time, indicating potential for CTES.

Results for the CTES concept showed a significant reduction in peak power, which was observed to be 1,07 MW – a reduction of 52%. To accomplish this reduction, the energy consumption increased with 2000 kWh, but it was assessed that the economic consequence of this is insignificant when accounting for reduction in electrical demand charges. Further benefits were found in increased hot water production; 120 600 l of 70 °C water and unchanged for the 50 °C water.