Energy efficiency improvements in Swedish construction material industry with High Temperature Heat Pumps
2024 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Industries spend a significant portion of their total energy consumption on process heating, which is frequently based on fossil fuels encourage by its high temperature and power demands and accounts for a large portion of their greenhouse gas emissions. Reaching their climate goals by 2030 and beyond requires industries to electrify and reduce the carbon content of the process heating. A crucial technology for decarbonizing industrial process heating is heat pumps than can supply process heating at the highest efficiencies and based on potentially emission-free electricity. They are already a well-proven technology and are being used in industries for heating temperatures under 100 °C. Industrial heat pumps are becoming more and more advantageous as a technology, and their range of application as the preferred technology has grown to temperatures far beyond 100 °C. While several technologies are being developed, there are currently few solutions available for the significant portion of process heat requirements above 100 °C. With well-developed industries for industrial heat pumps, which are being expanded to high temperature heat pumps (HTHP), Europe and Japan are the leaders in technological advancement.
The aim of this work is to evaluate the use of HTHPs to enhance drying processes in the manufacturing of construction materials such as gypsum and polystyrene. The project focuses on critical goals such as increasing energy efficiency and lowering operating costs, which are essential for sustainable industrial operations.
Results show that HTHPs provide considerable energy efficiency improvements over more traditional systems. This efficiency lowers CO2 emissions, energy consumption, and stabilizes energy costs. Nevertheless, the transition to HTHP technology faces challenges such as high initial installation costs and integration complexity, research going forward seeks to increase refrigerant with higher temperature outputs' efficiency and development.
As found, the investment payback periods are shorter in cases of electric and gas heaters. With electric heaters, the company is more exposed to price changes, while gas heaters offer a more balanced scenario. In the case of heat pumps, a CO2 neutrality can be achieved and significantly lower net electricity consumption over the years, although it with the challenge of a higher initial investment.
Abstract [sv]
Industrin spenderar en betydande del av sin totala energiförbrukning på processuppvärmning, som ofta är baserad på fossila bränslen som uppmuntras av dess höga temperatur- och effektbehov och står för en stor del av deras utsläpp av växthusgaser. För att nå sina klimatmål till 2030 och framåt kräver industrierna att elektrifiera och minska kolhalten i processuppvärmningen. En avgörande teknik för att avkolna industriell processvärme är värmepumpar som kan leverera processvärme med högsta verkningsgrad och baserad på potentiellt utsläppsfri el. De är redan en väl beprövad teknik och används i industrier för uppvärmning av temperaturer under 100 °C. Industriella värmepumpar blir mer och mer fördelaktiga som teknik, och deras användningsområde som den föredragna tekniken har vuxit till temperaturer långt över 100 °C. Medan flera tekniker utvecklas, finns det för närvarande få lösningar tillgängliga för den betydande delen av processvärmebehov över 100 °C. Med välutvecklade industrier för industriella värmepumpar, som utökas till högtemperaturvärmepumpar (HTHP), är Europa och Japan ledande inom tekniska framsteg.
Syftet med detta arbete är att utvärdera användningen av HTHP för att förbättra torkningsprocesser vid tillverkning av byggmaterial som gips och polystyren. Projektet fokuserar på kritiska mål som att öka energieffektiviteten och sänka driftskostnaderna, vilket är avgörande för hållbar industriverksamhet.
Resultaten visar att HTHP ger avsevärda energieffektiviseringar jämfört med mer traditionella system. Denna effektivitet sänker CO2-utsläpp, energiförbrukning och stabiliserar energikostnaderna. Ändå står övergången till HTHP-teknik inför utmaningar som höga initiala installationskostnader och integrationskomplexitet, forskning framöver strävar efter att öka köldmediet med högre temperatureffekters effektivitet och utveckling.
Som konstaterats är återbetalningsperioderna för investeringen kortare i fall med el- och gasvärmare. Med elvärmare är företaget mer utsatt för prisförändringar, medan gasvärmare erbjuder ett mer balanserat scenario. När det gäller värmepumpar kan en CO2-neutralitet uppnås och avsevärt lägre nettoelförbrukning över åren, även om det med utmaningen med en högre initial investering.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 60
Series
TRITA-ITM-EX ; 2024:189
Keywords [en]
High Temperature Heat Pump, Industry, Construction Materials, Waste heat, Decarbonization, Energy Transition, Drying process.
Keywords [sv]
Högtemperaturvärmepump, industri, konstruktionsmaterial, spillvärme, avkolning, energiomställning, torkprocess.
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-353098OAI: oai:DiVA.org:kth-353098DiVA, id: diva2:1897138
Supervisors
Examiners
2024-09-122024-09-122024-09-12Bibliographically approved