Waste Heat Recovery with Organic Rankine Cycle Technology : A techno-economic analysis in vehicular applications

Abstract: Då den globala uppvärmningen ökar behöver vi hitta fler sätt att minska våra utsläpp av växthusgaser, särskilt inom transportsektorn som står för cirka 12 % av världens totala växthusgasutsläpp. Ett sätt att minska dessa utsläpp är genom att förbättra bränsleeffektiviteten på tunga lastbilar. En metod för att öka lastbilars bränsleeffektivitet som på senare tid har fått ett ökat intresse är spillvärmeåtervinning med hjälp av ORC-teknik. Dock finns det få praktiska fall av lyckade ORC-implementationer som har kommit till marknaden. Vi ämnar därför att undersöka de tekniska samt ekonomiska svårigheter med att implementera denna teknik från en lastbilstillverkares perspektiv. Undersökningen som utfördes var en litteraturstudie med stöd från semi-strukturerade intervjuer med lastbilstillverkare. En investeringsanalys utfördes för att undersöka om implementation av denna teknik är lönsam i dagens läge och om inte, vad är det som krävs för att denna teknik ska bli lönsam. Resultatet av studien är att det finns många tekniska faktorer som begränsar effektiviteten hos spillvärmeåtervinningssystemet. För det första, valet av arbetsmedium kan vara svårt då flera faktorer bör beaktas. Kokpunkt, säkerhet samt miljöpåverkan är några sådana faktorer. För det andra, högre cykelverkningsgrad genom högre systemkomplexitet är inte alltid fördelaktigt då vikten av cykelkomponenterna påverkar den totala bränsleförbrukningen negativt. För det tredje, de tillgängliga värmekällorna är beroende av körningen av motorn vilket kan påverka bränsleåtervinningen negativt. För det fjärde, kylningsbegränsningar påverkar potentialen av värmeåtervinning. För det femte, omgivningsförhållanden kan påverka värmeåtervinningen negativt då systemet är optimerat för särskilda stationära förhållanden. Genom investerings analysen drogs slutsatsen att implementering av spillvärmeåtervinning inte är lönsamt i dagens läge. Detta då den bränsleåtervinning man kan få till idag är för låg i förhållande till bränslekostnaden. Även om det inte verkar troligt att ORC-WHR kommer att appliceras i tunga lastbilar den närmsta tiden framöver, kan det komma att bli aktuellt i fall med vätgasdrivna förbränningsmotorer eller då lagstiftning kan komma att kräva bränslesparande teknologier. Samtidigt kan den pågående elektrifieringen av tunga lastbilar komma att fasa ut möjligheten av WHR-teknologi.