Integration of polygeneration systems in low-temperature district heating and cooling networks

Abstract

Es van desenvolupar sis capítols de tesi; El capítol 1 proporciona informació de fons i possibles escenaris per als sistemes de poligeneració, concretament, la integració de la gasificació de biomassa i l'electròlisi de l'aigua impulsada per energies renovables per a la producció de gas de síntesi ric en hidrogen. El capítol 2 ofereix un estudi de revisió de la integració de les bombes de calor a les xarxes DHC (District Heating and Cooling) i com és una solució innovadora i rendible per a diferents sectors de descarbonització. El capítol 3 va desenvolupar un model de gasificació rigorós però senzill per dissenyar i simular una planta de gasificació de biomassa mitjançant el programa de resolució d'equacions Engineering Equation Solver (EES). El capítol 4 incloïa una investigació experimental de la gasificació amb vapor de closques de nucli de palma (PKS) per a la producció de gas de síntesi lliure de N_2 rica en hidrogen en un gasificador alotèrmic de corrent descendent atmosfèric a escala pilot. El capítol 5 incloïa el disseny i la caracterització tèrmica d'una pila d'electròlisi alcalina per a la generació d'hidrogen a pressió atmosfèrica. Finalment, en l'últim capítol, s'integren tots els models desenvolupats prèviament i les dades experimentals per analitzar sistemes de poligeneració en xarxes de calefacció i refrigeració de districte de baixa temperatura a Lachine Est a Mont-real,

Se desarrollaron seis capítulos de tesis; El Capítulo 1 proporciona información de antecedentes y posibles escenarios para los sistemas de poligeneración, específicamente, la integración de la gasificación de biomasa y la electrólisis de agua impulsada por energías renovables para la producción de gas de síntesis rico en hidrógeno. El Capítulo 2 proporciona un estudio de revisión de la integración de bombas de calor en redes DHC (District Heating and Cooling) y cómo puede ser una solución innovadora y rentable para diferentes sectores de descarbonización. El Capítulo 3 desarrolló un modelo de gasificación riguroso pero sencillo para diseñar y simular una planta de gasificación de biomasa utilizando el programa de resolución de ecuaciones Engineering Equation Solver (EES). El Capítulo 4 incluyó una investigación experimental de la gasificación con vapor de cáscaras de palmiste (PKS) para la producción de gas de síntesis libre de N_2 rico en hidrógeno en un gasificador alotérmico atmosférico de corriente descendente a escala piloto. El capítulo 5 incluyó el diseño y caracterización térmica de una celda de electrólisis alcalina para la generación de hidrógeno a presión atmosférica.

Six thesis chapters were developed; Chapter 1 provides background information and possible scenarios for polygeneration systems—specifically, the integration of biomass gasification and renewable-energies-driven water electrolysis for hydrogen-rich syngas production. Chapter 2 provides a review study of the integration of heat pumps into DHC (District Heating and Cooling) networks and how it be an innovative and profitable solution for different decarbonizing sectors. Chapter 3 developed a rigorous but straightforward gasification model for designing and simulating a biomass gasification plant using the equation solver program Engineering Equation Solver (EES). Chapter 4 included an experimental investigation of the steam gasification of palm kernel shells (PKS) for hydrogen-rich N_2- free syngas production in a pilot-scale atmospheric downdraft allothermal gasifier. Chapter 5 included the design and thermal characterization of an alkaline electrolysis cell for hydrogen generation at atmospheric pressure. Finally, in the last chapter, all previously developed models and experimental data are integrated to analyze polygeneration systems in low-temperature district heating and cooling networks in Lachine Est in Montreal, Canada.