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

av | maj 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

av | 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

av | maj 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!

av | jun 19, 2021 | Article, Pressmeddelande

Plein Soleil, en ledande fransk digital tidning som fokuserar på förnybar energi i byggnader, har presenterat vårt innovativa projekt DESOLINATION. Besök gärna deras webbplats för att läsa hela pressmeddelandet och lära dig mer om det här spännande projektet.

DESOLINATION, en suggestiv neologism, är ett banbrytande europeiskt projekt värt 10 miljoner euro som involverar 19 partners från 12 EU-länder. Initiativet syftar till att utveckla en unik och effektiv koppling mellan koncentrerad solenergi och avsaltningsteknik för havsvatten. Den första pilotanläggningen kommer att byggas i Saudiarabien, vilket innebär ett stort steg framåt för hållbar vattenproduktion.

Horizon 2020-projektet DESOLINATION, som inleds den 1 juni 2021 och pågår till maj 2025, kommer att introducera banbrytande teknik för att förbättra både oberoende och kopplade system för solenergi och avsaltning. Det slutliga demonstrationssystemet kommer att vara ett 2 MW kraftverk i Saudiarabien, som kombinerar dessa två lovande tekniker för att uppnå en aldrig tidigare skådad effektivitet.

Prisvärt, koldioxidsnålt sötvatten från solenergi

DESOLINATION fokuserar på Gulf Cooperation Council (GCC)-regionen och kommer att testa och driftsätta sin prototyp vid King Saud University i Riyadh, Saudiarabien. Prototypen utnyttjar stora solresurser och en betydande efterfrågan på avsaltat vatten och syftar till att leverera förnybar el till låga kostnader (<90 €/MWh) och färskvatten till ett överkomligt pris (<0,9 €/m3). Dessutom kommer systemet att avsevärt minska koldioxidutsläppen jämfört med traditionella avsaltningsmetoder: 30% minskning jämfört med direkt osmossystem, 40% jämfört med omvänd osmos och 70% jämfört med termisk avsaltning.

DESOLINATION kommer att leda till innovationer inom olika områden. På solenergifronten kommer CO2-blandningar att driva fram mer effektiva och kostnadseffektiva kraftcykler med kontrollerbara parametrar. Inom avsaltning av vatten kommer direkt osmos att utvecklas och kopplas till membrandestillation, varvid spillvärme från kraftcykeln utnyttjas för att producera sötvatten. Denna unika kombination kommer att göra det möjligt för det omvälvande kopplade systemet att uppnå hög effektivitet vid omvandling av spillvärme till sötvatten.

Under hela projektet kommer EU och GCC-länderna att samarbeta för att leverera en teknisk demonstrator på hög nivå. DESOLINATION sammanför några av världens ledande experter inom koncentrerad solenergi, design av CO2-cykeln, avsaltningsprocesser, separationsmembran och systemintegration för att uppfylla projektets mål och säkerställa ett starkt marknadsupptag efter slutförandet. I projektet ingår 19 partners från 9 EU-länder och 3 GCC-länder, varav 13 toppuniversitet och forskningscentra samt 6 industriella och små och medelstora företag.

Besök Plein Soleils webbplats för att läsa hela pressmeddelandet och få veta mer om det innovativa DESOLINATION-projektet.

Läs hela pressmeddelandet
Back to results
Back to results