Study on the Operation of the LUTsCO2 Test Loop with Pure CO2 and CO2 + SO2 Mixture Through Dynamic Modeling

Study on the Operation of the LUTsCO2 Test Loop with Pure CO2 and CO2 + SO2 Mixture Through Dynamic Modeling

door | mei 2, 2023 | Publications, Results - CO2 Mixtures in thermodynamic cycles

Within the framework of the Horizon 2020 DESOLINATION (DEmonstration of concentrated SOLar power coupled wIth advaNced desAlinaTion system in the gulf regION) project, CO2-based mixtures will be used as the working fluid of the power cycle coupled with the desalination plant. Desalination technologies require temperatures above 50℃, therefore a fluid with a critical temperature above 70 ℃ is required to perform the compression step in the liquid phase, minimizing compression work and increasing cycle efficiency. Blending CO2 with other fluids, such as SO2, leads to an increase in the critical temperature of the mixture and makes it suitable for transcritical cycles in concentrated solar power applications, while preserving the advantages of pure CO2 over steam cycles. Throughout the DESOLINATION project, CO2 blends will be tested in the LUTsCO2 test loop to provide validation data for the design of heat exchangers. In this work, the adaptation of the test loop to the CO2 blend is investigated. A dynamic model of the test loop is built in MATLAB-Simulink, which allows each component to be modeled independently and to realize a closed-loop cycle model coupled with a controller and real gas property tables. Steady-state simulations of the system are performed and the dynamic model of each component is verified with the design values. As a result, the study highlights the key performance and fluid dynamic differences which arise from the use of a CO2 blend instead of pure CO2.

Keywords:

  • CO2 mixtures
  • Transcritical refrigeration cycle
  • Dynamic model
  • Simulink
Read publication
Authors:

Giuseppe Petruccelli Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT, Lappeenranta, Finland

Teemu Turunen-Saaresti Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT, Lappeenranta, Finland

Aki Grönman Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT, Lappeenranta, Finland

Afonso Lugo Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT, Lappeenranta, Finland

Back to all publications
Techno-Economic Analysis of Brine Treatment by Multi-Crystallization Separation Process for Zero Liquid Discharge

Techno-Economic Analysis of Brine Treatment by Multi-Crystallization Separation Process for Zero Liquid Discharge

door | okt 8, 2022 | Publications, Results - Brine treatment

This study analyses the concept of a novel multi-crystallization system to achieve zero liquid discharge (ZLD) for desalination plants using an innovative heat recovery system consisting of a heat transfer fluid and a compressor to reduce energy consumption. The main focus is to recover water and separately extract salts from seawater brines with high purity, including calcite, anhydrite, sodium chloride, and epsomite, which can be sold to the cement industry. The system is compared with a conventional brine treatment system. The energy demand and economic feasibility of both systems are assessed to evaluate profitability at a scale of 1000 kg/h. The results estimate that the utilization of a heat recovery fluid reduces energy consumption from 690 kWhth/ton of feed brine to 125.90 kWhth/ton equaling a total electric consumption of 60.72 kWhe/ton. The system can recover 99.2% of water and reduce brine discharge mass by 98.9%. The system can recover 53.8% of calcite at near 100% purity, 96.4% of anhydrite at 97.7% purity, 91.6% of NaCl at near 100% purity, and 71.1% of epsomite at 40.7% purity. Resource recovery accounts for additional revenues, with halite and water accounting respectively for 69.85% and 29.52% of the income. The contribution of calcite and anhydrite to revenue is very low due to their low production. The levelized cost of water (LCOW) of the multi-crystallization system is 13.79 USD/m3 as opposed to 7.85 USD/m3 for the conventional ZLD system. The economic analyses estimate that the conventional ZLD system can achieve payback after 7.69 years. The high electricity cost, which accounts for 68.7% of the annual expenses, can be produced from renewable sources.
Read publication
Authors:
Mr. Kristofer Poirier
School of Water, Energy and Environment, Cranfield University, Bedford, Bedfordshire MK43 0AL, UK
Department of Engineering, Faculty of Engineering and Computer Science, German University of Technology in Oman, Halban 1816, Oman
Prof. Dr. Kumar Patchigoll School of Water, Energy and Environment, Cranfield University, Bedford, Bedfordshire MK43 0AL, UK
Back to all publications
World Utilities Congress 2022 | Abu Dhabi

World Utilities Congress 2022 | Abu Dhabi

door | mei 9, 2022 | Events, News

Our project partner Aalborg CSP received a very warm welcome at the World Utilities Congress, from May 9-11, 2022 and an excellent response from attendees, with around 150 visits to its stand presenting the DESOLINATION project.

Hosted by the Abu Dhabi National Energy Company (TAQA), and organised by dmg events, the World Utilities Congress is the global meeting place for senior local, regional and international utilities professionals to connect with governments, policy makers and industry leaders, to discuss trends and to explore technologies and innovations that influence future demand for energy and water.

More information about the event
Back to all news
Press release: DESOLINATION presented in the French Plein Soleil Webzine!

Press release: DESOLINATION presented in the French Plein Soleil Webzine!

door | jun 19, 2021 | Article, Persbericht

Plein Soleil, een toonaangevend Frans digitaal magazine dat zich richt op hernieuwbare energie in gebouwen, heeft ons innovatieve project DESOLINATION uitgelicht. We nodigen u uit om hun website te bezoeken om het volledige persbericht te lezen en meer te weten te komen over deze spannende onderneming.

DESOLINATION, een suggestief neologisme, vertegenwoordigt een baanbrekend Europees project van 10 miljoen euro waarbij 19 partners uit 12 EU-landen betrokken zijn. Het initiatief is gericht op de ontwikkeling van een unieke en efficiënte koppeling van geconcentreerde zonne-energie en zeewaterontziltingstechnieken. De eerste proeffabriek zal worden opgezet in Saoedi-Arabië en betekent een grote stap voorwaarts in duurzame waterproductie.

Het Horizon 2020 DESOLINATION-project, dat op 1 juni 2021 van start gaat en tot mei 2025 loopt, zal baanbrekende technologieën introduceren om zowel onafhankelijke als gekoppelde systemen van zonne-energie en ontzilting te verbeteren. Het uiteindelijke demonstratiesysteem wordt een energiecentrale van 2 MW in Saoedi-Arabië, waarin deze twee veelbelovende technologieën worden gecombineerd om een ongekende efficiëntie te bereiken.

Betaalbaar, koolstofarm zoetwater op zonne-energie

DESOLINATION richt zich op de regio van de Samenwerkingsraad van de Golf (GCC) en zal zijn prototype testen en implementeren op de King Saud University in Riyad, Saudi-Arabië. Door gebruik te maken van grote zonne-energiebronnen en de grote vraag naar ontzilt water, wil het prototype hernieuwbare elektriciteit leveren tegen lage kosten (<€90/MWh) en betaalbaar zoet water (<€0,9/m3). Bovendien zal het systeem de CO2-uitstoot aanzienlijk verminderen in vergelijking met traditionele ontziltingsmethoden: 30% reductie in vergelijking met directe osmosesystemen, 40% in vergelijking met omgekeerde osmose en 70% in vergelijking met thermische ontzilting.

DESOLINATION zal op verschillende gebieden innoveren. Op het gebied van zonne-energie zullen CO2-mengsels leiden tot efficiëntere en kosteneffectievere energiecycli met regelbare parameters. Bij waterontzilting zal directe osmose worden ontwikkeld en gekoppeld aan membraandestillatie, waarbij afvalwarmte van de energiecyclus wordt gebruikt om zoet water te produceren. Deze unieke combinatie zal het ontwrichtende gekoppelde systeem in staat stellen om een hoge efficiëntie te bereiken bij het omzetten van afvalwarmte in zoet water.

Gedurende het project zullen de EU- en GCC-landen samenwerken om een technologisch demonstratiemodel van hoog niveau te leveren. DESOLINATION brengt enkele van 's werelds meest vooraanstaande experts op het gebied van geconcentreerde zonne-energie, het ontwerp van CO2-energiecycli, ontziltingsprocessen, scheidingsmembranen en systeemintegratie samen om de doelstellingen van het project te halen en te zorgen voor een sterke marktintroductie na voltooiing. Het project omvat 19 partners uit 9 EU-landen en 3 GCC-landen, waaronder 13 topuniversiteiten en onderzoekscentra en 6 industriële en MKB-partners.

Bezoek de website van Plein Soleil om het volledige persbericht te lezen en meer te ontdekken over het innovatieve DESOLINATION-project.

Lees het volledige persbericht
Back to results
Back to results