Temperaturreglering med hjälp av solreflektering och värmeväxling för att möjliggöra odling av alger

45 Pages·2014·1.59 MB·Swedish

Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap
Miljö- och energisystem

Matilda Schollin

Temperaturreglering med hjälp av
solreflektering och värmeväxling för
att möjliggöra odling av alger

Temperature control using solar reflection and heat
exchange to allow the growing of algae

Examensarbete 22,5 hp
Högskoleingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik

Juni 2014
Handledare: Jan
Forsberg
Examinator: Lena
Stawreberg
Karlstads universitet 651 88 Karlstad
Tfn 054-700 10 00 Fax [phone]
[email protected] www.kau.se

Sammanfattning
Användningen av fossila bränslen är ett problem i dagens samhälle. Fossila bränslen
bidrar till utsläpp av växthusgaser, andra föroreningar och det finns dessutom inte någon
energisäkerhet i användning av dessa bränslen. Det används mycket fossila bränslen i
Sverige och en sektor som använder en stor del fossila bränslen är transportsektorn. En
förflyttning från fossila bränslen till förnyelsebara bränslen behövs.
Med den teknik som används i de flesta transportmedel vore det bra, för att en
förflyttning ska ske, om det fanns ett flytande förnyelsebart bränsle att tillgå i stor skala.
De flytande förnyelsebara bränslen som finns att tillgå i dag konkurrerar ofta med
odling av mat och användningen av dessa bränslen medför därför andra problem. En ny
idé är att odla alger vid pappers- och massaindustrier för att producera förnyelsebara
bränslen. Alger innehåller olja som kan pressas ut och bli biodiesel och algresterna kan
sedan rötas till biogas eller pressas till pellets.
Anledningen till att odling av alger vid pappers- och massaindustrier det undersöks, är
för att det finns outnyttjade resurser där som skulle kunna utnyttjas för detta ändamål.
För industrierna skulle det innebära ett bättre industriellt kretslopp samt ökade
inkomster tack vare försäljning av algerna eller algprodukter. Ett av de största
problemen med att odla alger vid industrier är att de odlas utomhus och det kan då bli
svårt att hålla ett bra temperaturintervall i odlingsdammen.
I detta arbete har olika alternativ till system för att hålla ett bra temperaturintervall i en
raceway vid Bäckhammars bruk undersökts genom att bygga upp en rimlig och
trovärdig modell i simuleringsprogrammet Simulink. Ett antal simuleringar över olika
system för temperaturreglering gjordes i modellen för att ta reda på vilket system som
var det bästa.
Det system som skulle vara bäst att använda är att reflektera bort en del solinstrålning
från dammen en del av året samt använda både kylande och värmande värmeväxling så
vattnet i racewayen kan värmas respektive kylas när behoven finns.

Abstract
The use of fossil fuels is a problem in today's' society. Fossil fuels contribute to
pollution, the increase of greenhouse gases and to the lack of energy safety in the usage
of these kind of fuels. A lot of fossil fuels is being used and especially in the
transportation sector. It is essential to start using renewable energy sources instead of
fossil fuels.
Because of the technique that most means of transportation uses, the best thing, in order
to make a transportation possible, would be to make a high amount of liquidated
renewable energy source available. The liquid renewable energy source that is available
today is often competing with the cultivation of food, therefore the usage of these kind
of energy sources lead to other problems. One possibility is to grow algae at pulp and
paper industries in order to produce renewable energy sources. Algae contains oil that
can be squeezed out and transform into biodiesel and the rest products can later produce
biogas by digestion, or it could be pressed into pellets.
The reason for this study focusing on cultivation of algae in pulp and paper industries is
because of the unused resources which exists there, which could be used to grow algae.
This would mean, for the industries, a better industrial cycle and also higher income
because of the selling of algae and the product it produces. One problem with
cultivation of algae, by industries, is that they are grown outdoors which makes it harder
to keep the temperature, in the pond, at the right level.
This study have tested different alternatives to keep the temperature in a raceway at
Bäckhammars mill, this by building a reasonable model in the simulation program
Simulink. Several simulations have been done on various systems in the model in order
to find out which system that was the most suitable.
The most suitable system would be to reflect part of the sunlight from the pond, during
one part of the year, and also use a mix between cooling and heating exchange this
would lead to the water temperature, in the raceway, being able to increase and decrease
regarding to the needs at the time.

Förord
Den här rapporten är resultatet av kursen Examensarbete under vårterminen 2014.
Arbetet har utförts på Karlstads Universitet och mätningar har gjorts på algodlingen vid
Bäckhammars bruk.
Detta examensarbete har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har
därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid
seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete.
Jag vill tacka min handledare Jan Forsberg på Karlstads Universitet som varit till hjälp
vid frågor och problem under arbetets gång. Även Maria Sandberg på Karlstads
Universitet ska ha ett tack för hjälp och idéer vid starten av arbetet.
Matilda Schollin
Karlstad, Maj 2014

Innehållsförteckning

1. Inledning .................................................................................................................................. 1
1.1 Bakgrund ............................................................................................................................ 1
1.1.1. Algprojektet/Samarbetspartners ................................................................................. 3
1.2. Syfte .................................................................................................................................. 4
1.3. Mål .................................................................................................................................... 4
1.4. Avgränsningar ................................................................................................................... 4
2. Teori ......................................................................................................................................... 5
2.1. Algodling ........................................................................................................................... 5
2.2. Raceway ............................................................................................................................ 7
2.3. Ekvationer ......................................................................................................................... 8
3. Metod ..................................................................................................................................... 10
3.1. Simulink .......................................................................................................................... 10
3.2 Tidsintervall ..................................................................................................................... 10
3.3. Modellen ......................................................................................................................... 11
3.4. Verifiering ....................................................................................................................... 12
3.4.1 Solinstrålning ............................................................................................................ 13
3.4.2. Värmeväxling ........................................................................................................... 14
3.5. Simuleringar .................................................................................................................... 15
4. Resultat ................................................................................................................................... 16
5. Diskussion .............................................................................................................................. 18
6. Slutsats ................................................................................................................................... 19
7. Referenser .............................................................................................................................. 20
Bilaga 1 ......................................................................................................................................... A
Bilaga 2 ......................................................................................................................................... B