Tallinna Tehnikaülikool

Jätkusuutliku energeetika ja kütuste uurimisrühm

Uurimisrühma juht: kaasprofessor tenuuris Alar Konist PhD, tel. 620 3907, alar.konist@taltech.ee.

Uurimisrühma liikmed: Tõnu Pihu, Dmitri Nešumajev, Birgit Maaten, Andrei Dedov, Alejandro Lyons Ceron, Mais Baqain, Tiina Ailt, Leili Hiiesalu, Iige Brempel, Liisi Blank

Võtmesõnad – kütused, põlemine, pürolüüs, gaasistamine, tuhad, aktivatsioonienergia, CO2 heitmed, CCS ja CCU (sh. oxyfuel)

Ülevaade:

Energia tootmise üks põhieesmärk on protsesside efektiivistamine ja heitmete, sh. süsinikdioksiidi heitkoguste vähendamine. Ühe võimalusena uurib uurimisrühm põlevkivi ja biomassi koospõletamise võimalusi nt. tsirkuleeriva keevkihi (CFB) katlas. Kavandatud protsess võimaldab vähendada lisaks heitmetele ka ohtlike jäätmete tuhaprodukte, mida on senini igal aastal tekkinud ligikaudu kuus miljonit tonni.

Ühe olulisema teemana tegeleb uurimisrühm süsiniku püüdmise ja ladustamise või kasutamise ehk nn. CCUS tehnoloogiate kasutusvõimaluste uurimisega. Põhiliseks eesmärgiks on uurida kas hapniku ja CO2 põlemise tingimuste rakendamisel on võimalik saavutada piisava puhtusega CO2 voog, mida saaks energiatootmise ringlusest välja juhtida, saavutamaks kliimaneutraalsust. Lisaks uuritakse moodustunud tuhale tõhusamat kasutamist. Selleks uuritakse tuhkade sorptsioonilisi omadusi ja käitumist anorgaanilise aine tuhkade proovidest. Uuringuteks on kasutada tänapäevane infrastruktuur: 60kW CFB katseseade, TGA / DSC-MS, LA-ICP-MS, WD-röntgenanalüsaator, gaasi adsorptsioon analüsaator, osakeste eripinna ja poorsuse määramise seade (Quantachrome Autosorb iQ-C), elementanalüsaatorid (CHNS ja O), jne.

Teadusrühma käsutuses on akrediteeritud teaduslaboratoorium, mis võimaldab välja anda sertifitseeritud analüüsitulemusi erinevate kliente toodud erinevate iseloomudega proovidele. Samuti on labor akrediteeritud statsionaarsete saasteallikate õhuemissioonide määramise valdkonnas.

Tulemused: 2019 aasta suurimakaks töövõiduks on, et uurimisrühma 2018-2019 a. teadustöö tulemusena on alates 01.01.2020 põlevkivitöötuses tekkivad tuhajäätmed mitteohtlikud, mis võimaldab tuha taaskasutamisele otsida erinevaid võimalusi.

Olulisemad projektid:

  • PSG266 - Aktiveerimistingimuste mõju poorse süsiniku valmistamisel põlevkivist (2019-2022)
  • RITA1/02-20 - Kliimamuutuste leevendamine läbi CCS ja CCU tehnoloogiate (2019 – 2021)
  • LEP17084 - Biomassi termokeemiliste protsesside alased teadusuuringud OÜ Utilitas Tallinna Elektrijaamas (2017 – 2020)
  • LEP19011 - Põlevkivitehnoloogiate alased teadusuuringud Enefit Energiatootmise AS (2019)
  • LMIN18074 - Põlevkivituhkade ohtlikkuse uuring (2018 – 2019)

Suurepärased artiklid:

  • Konist, A.; Jarvik, O.; Pikkor, H.; Neshumayev, D.; Pihu, T. (2019). Utilization of pyrolytic wastewater in oil shale fired CFBC boiler. Journal of Cleaner Production, 234, 487−493.10.1016/j.jclepro.2019.06.213.
  • Maaten, B.; Konist, A.; Siirde, A. (2019). High-speed thermogravimetric analysis of the combustion of wood and Ca-rich fuel. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.10.1007/s10973-019-08785-6.
  • Neshumayev, D.; Pihu, T.; Siirde, A.; Jarvik, O.; Konist, A. (2019). Solid heat carrier oil shale retorting technology with integrated CFB technology. Oil Shale, 36 (2), 99−113.10.3176/oil.2019.2S.02.

Nutikad kaugküttelahendused ja kasvuhoonegaaside emissioonide keskkonnamõju integreeritud hindamise uurimisrühm

Uurimisrühma juht: kaasprofessor tenuuris Anna Volkova, PhD., tel. 620 3905 anna.volkova@taltech.ee
Liikmed: Andres Siirde, Eduard Latõšov, Igor Krupenski, Vladislav Mašatin, Kertu Lepiksaar, Siim Poom

Energiatehnoloogia instituut

Ülevaade

Teadusrühm tegeleb uute tehniliste lahenduste väljatöötamisega selleks, et liikuda nutika, kõrge efektiivsusega ja taastuvenergia varustusega kaugkütte kontseptsiooni suunas. Oluliseks tegevuseks on ka kasvuhoonegaaside emissioonide keskkonnamõju integreeritud hindamine. Teadusrühma poolt on käsitletud ja uuritud tehnilisi tingimusi kaugkütte süsteemide arendamiseks ja energiaefektiivsuse parandamiseks. Soojuse tootmise, edastamise ja tarbimise kombineeritud optimeerimine annab olulist primaarenergia säästu.

Kaasaaegsed kaugkütte süsteemid vähendavad energia tarbimist ja CO2 emissiooni. Teadusrühma poolt on käsitletud ja uuritud tehnilisi tingimusi kaugkütte süsteemide arendamiseks ja energiaefektiivsuse parandamiseks. Uurimistöö tulemuste rakendamine võimaldab kaugküttes toimuvate protsesside kirjeldamist ja optimeerimist, kus selle aluseks on vastavad töötingimused ja kehtivad regulatsioonid. Soojuse tootmise, edastamise ja tarbimise kombineeritud optimeerimine annab olulist primaarenergia säästu.

Uuritakse peamisi takistusi, mida olemasolevas kaugküttesüsteemis on vaja ületada, et kasutusele võtta neljanda põlvkonna kaugküte (4GDH). Väljatöötamise staadiumis on neljanda põlvkonna 4GDH-kontseptsiooni hindamise metoodika ja rakendamisvõimalused Eesti kaugküttesüsteemides. Hinnatakse võimalust soojusenergia salvestamise integreerimiseks Eesti kaugkütte sektorisse.
Uuritakse kaugküttega paralleelse tarbimisega seotud probleeme ja selle mõju kaugkütte süsteemile. Arendatakse paralleelse tarbimise rakendamise teostatavuse hindamise metoodikat

Grupi viimase aja teadustöö on seotud järgmiste teemadega:

  • Olemasolevate suureulatuslike kaugküttesüsteemide üleviimine 4. põlvkonna kaugküttele; 
  •  Soojusenergia salvestamise ühendamine biomassil põhineva CHP-ga;
  • Madalatemperatuurilised kaugküttevõrgud;
  • Suurte soojuspumpade integreerimine kaugküttesüsteemidega;
  • Elektrijaama käitamisstrateegia akumulatsioonipaagi integreerimisel;
  • Kaugküttepiirkondade arengukavad;
  • GIS-põhine kaugküttevõrkude optimeerimine;
  • Jätkusuutlikku kaugkütet tutvustav mobiilirakendus NutiSoojus;
  • Paralleeltarbimise mõju kaugküttele;
  • Kaugküttevõrkude optimeerimine;
  • Kaugkütte ja jahutuse primaarenergia tegurite arvutamine;
  • Madalatemperatuurilise kaugküttevõrgu soojusvarustus kõrgetemperatuurilise kaugküttesüsteemi tagasivoolu osast;
  • Tagasivoolu temperatuuri vähendamise mõju kaugküttevõrgule;
  • Eesti kaugküttepiirkondade arendamise stsenaariumid.


Uudiseid

Balti riikide looduslikud ja tööstuslikud soojusallikad on alakasutatud | Tehnika | ERR

Таллиннцы получат в январе огромные счета за отопление: цены вырастут на 56% - Delfi RUS

Viimased olulisemad teadusprojektid:

  • Põhjalik tööriistakomplekt madalatemperatuuriliste alamvõrkude integreerimiseks olemasolevatesse kaugküttevõrkudesse (2020 – 2022), International Energy Agency
    Projekti põhieesmärk on välja töötada üldistatavad lahendused energiakaskaadide lahenduse juurutamiseks ja suuremahulisteks rakendamisteks madalatemperatuuriliste alam-kaugküttevõrkude kauduning levitada tulemusi riiklikele kaugkütte liitudele ja kaugkütte operaatoritele.
  • 5GDHC tehnoloogia tehnoökonoomiline toimivus ja teostatavusuuring agendipõhise modelleerimise ja GISi abil (2020 – 2022), Nordic Energy Research
    Selle projekti raames töötatakse välja agendipõhise modelleerimise ja GISi abil simulatsiooniplatvorm, et hinnata 5. põlvkonna kaugkütte- ja jahutussüsteemide (5GDHC) tehnoloogia tehnilisi ja majanduslikke võimalusi ning uurida 5GDHC võimalikke rakendusi Balti riikides ja Põhjamaades.
  • Soojuspumpade kasutamise potentsiaal Balti riikides (2020 − 2021) Nordic Energy Research
    Projekti raames uuritakse soojuspumba potentsiaali ja sotsiaalmajanduslikke kulusid Balti riikides. Põhiülesanneteks on hinnata kõrgete temperatuuridega soojusallikate potentsiaali suurte soojuspumpade ja elektrikatelde kasutamiseks. Hinnatakse ka suurte merevee soojuspumpade potentsiaali ja kulutõhusust, soojuspumpade potentsiaali lõppkasutussektorites ja individuaalsete soojuspumade sotsiaalmajanduslilkke kulusid.

2018. - 2021. aastal uurimisgrupi liikmete poolt või osalusel ilmunud või ilmumas artiklid:

Volkova, A.; Krupenski, I.; Ledvanov, A.; Hlebnikov, A.; Lepiksaar, K.; Latõšov, E.; Mašatin, V. (2020). Energy cascade connection of a low-temperature district heating network to the return line of a high-temperature district heating network. Energy, 198, #117304. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117304

Lepiksaar, K.; Volkova, A.; Rušeljuk, P.; Siirde, A. (2020). The effect of the District Heating Return Temperature Reduction on Flue Gas Condenser Efficiency. Environmental and Climate Technologies , 24, 3, 23−38. DOI: https://doi.org/10.2478/rtuect-2020-0083

Rušeljuk, P.; Volkova, A.; Lukić, N.; Lepiksaar, K.; Nikolić, N.; Nešović, A.; Siirde, A. (2020). Factors Affecting the Improvement of District Heating. Case Studies of Estonia and Serbia. Environmental and Climate Technologies , 24, 3, 521−533. DOI: https://doi.org/10.2478/rtuect-2020-0121

Volkova A., Latõšov E., Siirde A. (2020) Heat storage combined with biomass CHP under the national support policy. A case study of Estonia. Environmental and Climate Technologies, Vol. 24 https://doi.org/10.2478/rtuect-2020-0011

Volkova, A.; Latõšov E.; Lepiksaar K.; Siirde A. (2020). Planning of district heating regions in Estonia. International Journal of Sustainable Energy Planning and Management, Vol.25, 2020 https://doi.org/10.5278/ijsepm.3490

Latõšov, E.; Siirde, A.; Volkova, A.; Thaldfeldt, M.; Kurnitski, J. (2019). The impact of parallel energy consumption on the district heating networks. Environmental and Climate Technologies, 23, 1−13. https://doi.org/10.2478/rtuect-2019-0001

Volkova, A.; Latõšov, E.; Mašatin, V.v; Siirde, A. (2019). Development of a user-friendly mobile app for the national level promotion of the 4th generation district heating. International Journal of Sustainable Energy Planning and Management, 19, 21−35. https://doi.org/10.5278/ijsepm.2019.20.3

Pieper, H.; Mašatin, V.; Volkova, A.; Ommen, T.; Elmegaard, B.; Markussen, V. B. (2019). Modelling framework for integration of large-scale heat pumps in district heating using low-temperature heat source. International Journal of Sustainable Energy Planning and Management, 67−86. https://doi.org/10.5278/ijsepm.2019.20.6

Krupenski, I.; Volkova, A.; Pieper, H.; Ledvanov, A.; Latõšov, E.; Siirde, A. (2019). Small low-temperature district heating network development prospects. Energy, 714−722. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.04.083

Reino, A.; Latõsov, E.  Impact of Primary Energy Factors to Achieving Building Energy Performance Targets in Estonia. 7. European Conference on Renewable Energy Systems ECRES 2019 PROCEEDINGS  10.-12.juuni 2019, Madrid, Hispaania. Ed. E. Kurt, J. Manuel Lopez Guede, F. Petrakopoulou Robinson. Erciyes University , 670−679.

Lukic, N.; Nešović, A.; Nikolić, N.; Siirde, A.; Volkova, A.; Latosov, E. (2019). Energy performance of the Serbian and Estonian family house with a selective absorption facade. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 659 (1), 012047.10.1088/1757-899X/659/1/012047. https://doi.org/ 10.1088/1757-899X/659/1/012047

Volkova, A.; Siirde, A.; Mašatin, V. (2018). Methodology for evaluating the transition process dynamics towards 4th generation district heating systems. Energy, 150, 253−261.10.1016/j.energy.2018.02.123. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.02.123

5GDHC:

Selle projekti raames töötatakse välja agendipõhise modelleerimise ja GISi abil simulatsiooniplatvorm, et hinnata 5. põlvkonna kaugkütte- ja jahutussüsteemide (5GDHC) tehnoloogia tehnilisi ja majanduslikke võimalusi ning uurida 5GDHC võimalikke rakendusi Balti riikides ja Põhjamaades.

https://www.etis.ee/Portal/Projects/Display/3025ea65-db21-443a-81b5-f253880e85c4

IEA DHC:

Projekti põhieesmärk on välja töötada üldistatavad lahendused energiakaskaadide lahenduse juurutamiseks ja suuremahulisteks rakendamisteks madalatemperatuuriliste alam-kaugküttevõrkude kaudu ning levitada tulemusi riiklikele kaugkütte liitudele ja kaugkütte operaatoritele.

https://www.etis.ee/Portal/Projects/Display/d869a4cf-814b-4501-9c71-5a6fb3bdf77a

Keemiatehnika teadus- ja arenduskeskus

Uurimisrühma juht: vanemteadur Oliver Järvik, PhD, tel 620 3909, oliver.jarvik@taltech.ee
Liikmed: Jelena Veressinina, Sven Kamenev, Heidi Lees, Heliis Pikkor, Inna Kamenev, Jennie-Ry Mesi, Parsa Mozaffari, Sepehr Mozaffari, Zachariah Steven Baird 

Keemiatehnika - Oliver Järvik
Energiatehnoloogia

Ülevaade

Keemiatehnika teadus- ja arenduskeskuse eesmärgiks on toetada Eesti tööstus- ja tootmisettevõtete protsessi- ja tootearenduslikke uuringuid. Tegeletakse nii eksperimentaalsete uuringutega kui ka arvutuste (modelleerimise) põhiste uuringutega.

Keskuse teadustööd on vaadeldavad kui rakendusliku keemiatehnilise termodünaamika põhised protsessi- ja tootearenduslikud uuringud. Need on mõeldud toetama teaduspõhiste insenerlike lahenduste abil keemiatehnoloogiate ja keemiatoodete parendamist ja uute väljatöötamist ning nende tegevustega kaasnevate keskkonnaohtude ja riskide vähendamist. Uuringud hõlmavad ka tootmise ja toodete käitlemisega seonduvate riskihinnangute, ohustsenaariumite analüüsi ja kahjude likvideerimise strateegiate kujundamise toetamist. Uurimisgrupi eksperimentaalne võimekus hõlmab nii termodünaamiliste andmete mõõtmist kui ka ainesüsteemide termilise käitumise kirjeldamist.

2021. aastal tegeleti pürolüüsi alaste uurimistöödega (sh väävli käitumise uurimine pürolüüsil) ja pürolüüsõlide omaduste modelleerimisega (PC-SAFT mudelite väljatöötamine pürolüüsõlidele).

Esimeses alamvaldkonnas uuriti peamiselt hüdroksüülrühmi sisaldavaid orgaanilisi ühendite ja kukersiitsest põlevkivist toodetud hüdroksüülrühmi sisaldavate utteõlide termodünaamilisi omadusi. Töö tulemusena on saadud uusi katseandmeid ja on tegeletud neid katseandmeid kirjeldavate rakenduslike empiiriliste määramiskorrelatsioonide arendamisega, põhinedes nii omaduste vahelistel kui ka FTIR spektri põhistel regressioonidel.

Teises alamvaldkonnas tegeleti põlevkivi pürolüüsi uuringutega erinevatel pürolüüsi tingimustel. Eesmärgiks oli saada sisendandmeid kaasaegsete pürolüüsimudelite rakendamiseks põlevkivi pürolüüsi käitumise kvantitatiivseks kirjeldamiseks.