Comparison of Ethanol Steam and Autothermal Reforming Processes

Darbā tika apskatīti un salīdzināti divi termoķīmiskās pārveidošanas procesi: autotermiskā etanola pārveidošana un etanola tvaika pārveidošana. Darbā parādīta iespējamā sistēmas shēma, kurā izmantoti abi procesi ūdeņraža iegūšanai protonu apmaiņas kurināmā elementa vajadzībām. Norādītas arī sistēmas atšķirības atkarībā no izmantotās pārveidošanas veida. Noteikts, ka vairāk uzmanības jāpievērš papildus enerģijas pievadīšanai tvaika pārveidošanā un papildus gaisa uzsildīšanai autotermiskajā procesā. Tiek konstatēts, ka liela nozīme ir arī izmantotā kurināmā īpasībām, it īpaši attiecībā uz darba uzsākšanai nepieciešamā enerģijas apjomu. Ar datormodelēšanas palīdzību tika iegūtas pārveidošanas procesa sakarības, konkrēti gāzes sastāva atkarība no pārveidošanas temperatūras. Izmantojot veiktos eksperimentus, tika parādīts iespējamais ieejas produktu, reaktora un katalizatora uzsildīšanai nepieciešamais laiks, kas eksperimentālajai etanola autotermiskās pārveidošanas sistēmas iekārtai ir aptuveni 50 minūtes, kas ir salīdzinoši ilgs laika periods, salīdzinot ar iepriekš veiktajiem pētījumiem. Autotermiskās etanola pārveidošanas sistēmas lietderības koeficients ir aptuveni 70%. Etanola tvaika pārveidošanas sistēmai tas ir lielāks – aptuveni 80%. Darbā tika definētas pamatiespējas darba uzsākšanas laika apjoma samazināšanai un kopējās sistēmas efektivitātes paaugstināšanai, kas var tikt veikts, optimizējot sistēmas komponentes un izmantojot siltummaiņus

Education for Sustainable Development in the Context of International Student Exchange Programs

International student exchange programs are great developing opportunity for environmental science students. DBU scholarship program's aim is to develop topical researching areas and to promote environmental protection in Latvia and Germany, as well as to make more close international contacts in the researching field

Optimization of Ethanol Autothermal Reforming Process with Chemical Equilibrium Calculations

Darbā, izmantojot izveidoto etanola autotermiskā pārveidošanas procesa imitācijas modeli ChemCAD vidē, ar ķīmiskā līdzsvara aprēķinu palīdzību tiek aplūkots kā svarīgākie pārveidošanas procesa faktori ietekmē oglekļa veidošanās iespējamību, ūdeņraža ieguves vērtību un procesa lietderības koeficientu. Analizētie procesa faktori ir ūdens tvaika-oglekļa attiecība S/C, gaisa patēriņa koeficients λ un temperatūra pārveidošanas reaktorā TATR. Tā kā pārveidošanas procesu mērķis ir sasniegt iespējami augstāku H2 koncentrāciju pārveidotajā gāzē, vienlaicīgi nodrošinot maksimāli lielu procesa lietderības koeficientu, tika veikta optimizācija ar mērķa funkcijām, kas iekļāva ūdeņraža ieguvi un procesam pievadītā siltuma daudzumu. Rezultātā tika noskaidrots, ka maksimālais lietderības koeficients, kas ir definēts, kā iegūtā ūdeņraža enerģijas un procesam pievadītās enerģijas attiecība, aplūkotajā faktoru vērtību diapazonā ir 0,61, kas tiek sasniegts pie λ vērtības 0,1,S/C vērtības 2,5-3 un temperatūras reaktorā TATR 680 – 695°C. Šajos apstākļos ūdeņraža ieguve ir 4,41–4,55 mol/molC2H5OH

Economic Modelling of CHP Potential in Energy Supply System of Latvia = Koģenerācijas potenciāla ekonomiskā modelēšana Latvijas energoapgādes sistēmā

Latvian energy system has one of the highest penetration rate of district heating, and one of the lowest share of domestic electricity production among countries of EU. Therefore, use of CHP in district heating to decrease dependence on imported electricity and fuel as well as to minimise the environmental impact of heat and power supply is feasible solution that has to be promoted. The main target of the work was to continue investigation of potential heat loads of district heating available for CHP plants, selection of appropriate CHP technologies corresponding to the size of the district heating systems and available fuel, and creation of model where electricity prices from the studied CHP plants could be determined. Studies of CHP potential, based on actual fuel consumption in nearly all Latvian district heating systems with Winter maximum heat load exceeding 1 MW was done and the results are presented in this work. These results allowed to evaluate an amount of heat and electricity which could be potentially produced in Latvia by CHP plants, and corresponding saving of primary energy resources compared to separate heat and power production. Furthermore, the calculated savings of primary energy resources made it possible to estimate potential reduction of environmental impact when CHP production is compared with separate heat and power production. This reduction of environmental impact is expressed in tons of CO2, NOx and SOx eliminated by CHP, and corresponding monetary value of this reduction is found by looking at CO2 prices in emission trade market and estimates of externalities of these pollutants. With help of the model of economic calculations, investment needed to exploit the studied CHP potential is calculated, and prices of produced electricity by various CHP technologies are calculated. The calculation includes also fuel price forecast in order to compare prices of CHP electricity with forecast of general electricity price level during time period of up to 2020. The fuels that are considered to be used by analysed CHP systems are natural gas, wood and coal. Thus, the economic calculation model helps to find the optimum scenario for utilisation of CHP potential in Latvia during the considered time period with target condition that the weighted average electricity price from CHP plants is kept at minimum

Reforming of Bioethanol to Hydrogen for Use in Fuel Cell Cogeneration Plants

Darbā ir veikta bioetanola autotermiskās pārveidošanas procesa eksperimentālā izpēte un iegūto mērījumu datu regresijas analīze. Darba galvenais mērķis bija, izmantojot eksperimentālos datus, iegūt regresijas sakarības starp būtiskākajiem atkarīgajiem mainīgajiem, tādiem kā ūdeņraža un oglekļa oksīda koncentrācija iegūtajā gāzē un neatkarīgajiem mainīgajiem, tādiem kā gaisa patēriņa koeficients, ūdens-oglekļa molārā attiecība, reaģentu temperatūra pārveidošanas reaktora ieejā, un spiediens reaktorā. Eksperimentālā autotermiskā pārveidotāja sistēma sastāv no iztvaicētāja, reaktora un vienpakāpju ūdens-gāzes apmaiņas reakciju reaktora. Darbā attēlotas empīriski iegūtas sakarības starp ūdeņraža un oglekļa oksīda koncentrācijām un tās ietekmējošiem faktoriem izejā no autotermiskās pārveidošanas reaktora. Ūdeņraža un oglekļa oksīdu koncentrāciju vērtības, kas aprēķinātas ar regresijas vienādojumiem tiek salīdzinātas ar vērtībām, kas tiek iegūtas no ķīmiskā līdzsvara aprēķiniem, kas veikti ar imitācijas datorprogrammu „ChemCAD”. Iegūtie regresijas vienādojumi ir lietojami, lai optimizētu pārveidošanas procesu ar nolūku iegūt maksimālas ūdeņraža un minimālas oglekļa oksīda koncentrācijas pārveidošanas gāzē

Integration of Bioethanol Fuel Cell Cogeneration Systems into Latvian Energy Supply System

Latvia takes an active part in research on the climate change issues and the country has undertaken EU and Kyoto obligations for CO2 emission reduction and increase of share of the renewable energy sources in energy supply mix. Dependence on imported energy sources, growth of electricity prices, the need for support to local producers are the main reasons for use of new renewable energy technologies in the Latvian energy sector. One of the technologies which are considered to take an important part in the future in Latvian energy sector is fuel cell cogeneration plants, which could play an important role not only in increase of use of domestically produced bio-ethanol, but also as the energy import minimizing solution with significance measurable in regional and global levels. Fuel cell technology is a rapidly developing technology in the world. Since the hydrogen, which is the fuel for most types of fuel cells, cannot be found on Earth in pure form, the ways of producing hydrogen from other energy sources are widely discussed. Liquid fuels can be stored easily in large quantities without losses and they are commercially available. Because of these qualities, liquid fuels are considered as one of the best hydrogen storage solutions for fuel cell systems. Ethanol, produced domestically from renewable feedstock is one of the most promising sources of hydrogen production for use in fuel cell cogeneration plants. The techno-economic model built with “RETScreen 4.0” simulation program (http://www.retscreen.net/) is presented in the work, and the model allows to evaluate the dependence of the main technical and economic parameters such as electricity production and primary savings relative to separate power and heat production, electricity production costs, achieved GHG emission reductions and financial viability of the bio-ethanol fuel cell cogeneration systems on various critical factors. The results obtained by the techno-economic model of bio-ethanol fuel cell cogeneration plant show the dependence of electricity production costs on bio-ethanol price, bio-ethanol reforming efficiency and investment costs. The electricity production costs of fuel cell cogeneration plant is compared with the electricity purchase tariff from cogeneration plants using renewable fuels set by the existing legislation. Data for hydrogen production from bio-ethanol via autothermal fuel processing is obtained for the model from previously made experimental investigation of small scale autothermal reforming reactor. The results show the technical and economic feasibility of bio-ethanol powered fuel cell cogeneration plants in Latvian energy supply system under several scenarios of development of critical impact factors

Biometāna potenciāls Latvijā

Metanācijas process ir viens no biomasas pārveidošanas procesiem biogāzē, kura rezultātā tiek iegūta biogāze ar dabas gāzei raksturīgu metāna koncentrāciju - biometāns. Biometāna izmantošana sfēras ir gan transporta nozare, gan enerģētikas sektors, to ir iespējams ērti transportēt, izmantojot esošos dabas gāzes piegādes tīklus un uzglābāt dabas gāzes krātuvēs. Par biometāna izejvielām kalpo lignīnsaturošās vielas (piem., koksne un tās atlikumi), bet kopējā biometāna iegūšanas efektivitāte pārsniedz 65%. Nākotnes prognozes liecina par to, ka biometānu ražojošās rūpnīcas varētu būt vidēja lieluma ar jaudas diapazonu no 20 līdz 100 MW, un sagaidāms, ka tās būs komerciāli pieejamas, sākot ar 2020. gadu

Modeling of the Adiabatic and Isothermal Methanation Process

Increased use of biomass offers one of the ways to reduce anthropogenic impact on the environment. Using various biomass conversion processes, it is possible to obtain different types of fuels: •solid, e.g. bio-carbon; •liquid, e.g. biodiesel and ethanol; •gaseous, e.g. biomethane. Biomethane can be used in the transport and energy sector, and the total methane production efficiency can reach 65%. By modeling adiabatic and isothermal methanation processes, the most effective one from the methane production point of view is defined. Influence of the process parameters on the overall efficiency of the methane production is determined

Bio-Ethanol Powered Microreformer for PEM-Fuel Cell with up to 300 W Output Capacity

Darbā tika aprakstīts bio-etanola mikro-pārveidotājs, kas tika konstruēts priekš protonu apmaiņas membrānas kurināmā elementa. Tā kā priekš šādām mazām sistēmām ļoti svarīgi ir samazināt siltuma zudumus, tika noteikts sistēmas lietderības koeficients, parāditas eksperimentāli un ar simulācijas palīdzību iegutais gāzes sastāvs. Vērtējot šādu sistēmu konkurētspēju tirgū, tika aprakstītas tās prieksrocības un aprēķināta iespējamā elektroenerģijas cena, kas tika salīdzināta ar dīzeļa akumulatora vērtībām