Techno-economic study of renewable heat generation for canned fish manufacturing

The current thesis is a techno-economic study, based on a Greek canned fish products manufacturer (VIALCO), to investigate the replacement of its conventional fuel oil-fired boiler with renewable heat supply systems. As such, the solar thermal panels by TVP and the heat pumps (HP) are examined. The company uses steam at 6 bar - 158.8°C but needs steam at 120°C in its sterilizer, steam at 100°C in its oven, and hot water at 40-70°C for various purposes. Hence, three cases are examined as solutions; Case 1: the heat is supplied at the same temperature and pressure as today (6 bar - 158.8°C), Case 2: the heat is supplied at 2 bar – 120°C to satisfy the higher temperature needed, and Case 3: the heat is supplied at 100°C – 1 bar and is supported by a steam compressor to reach 120°C. The total thermal energy demand is 367 kWh/day. 418 solar panels can satisfy 38% of Case 1 annual needs, 361 satisfy 43% and 349 (with the steam compressor) satisfy 45%. The fuel consumption and the CO2-eq emissions are reduced by are reduced by 38%, 43%, and 45% for Cases 1, 2, and 3 respectively. When the fuel oil’s levelized cost of heat (LCOH) is 0.135 €/kWh, Case 1 is expected to cost 0.146 €/kWh and pay back in 14 years, while Case 2 is expected to cost 0.119 and pay back in 11 years, and Case 3 is expected to cost 0.115 €/kWh and pay back in 10 years. Regarding the HPs, a coefficient of performance equal to 1.5 is achieved in Case 1, 2 in Case 2, and 2.5 in Case 3, investing an amount that is expected to range between 450 and 315 €/kW. The HP solutions show an increase of 27% in the CO2-eq emission of Case 1, and reduction of 5% and 23% in Case 2 and 3 respectively. However, given that Greece's latest published electricity cost is 0.353 €/kWh, none of the HP Cases 1, 2, and 3 are expected to pay back regardless of the investment cost. On the contrary, an electricity cost equal to 0.117 €/kWh, would allow Case 2 to pay back in 14 years and Case 3 in 9 years if the investment is 450 €/kW. Their respective LCOH would be 0.107 and 0.089 €/kWh, against the 0.135 €/kWh of the reference case. In case the investment cost is 315 €/kWh the payback times would be 24, 11, and 7 years for Cases 1, 2, and 3 respectively, and the LCOH 0.131, 0.101, and 0.084 €/kWh against the reference LCOH of 0.107 €/kWh. Hence, the solar integration according to Case 3 specifications looks like the most appealing and viable for VIALCO, the HPs solutions seem more competitive in the way of future prospects, and more renewable heat supply systems are worth further investigation.

L'attuale tesi è uno studio tecnico-economico, basato su un produttore greco di prodotti ittici in scatola (VIALCO), per studiare la sostituzione della sua caldaia a olio combustibile convenzionale con sistemi di fornitura di calore rinnovabile. Pertanto, vengono esaminati i pannelli solari termici di TVP e le pompe di calore (HP). L'azienda utilizza vapore a 6 bar - 158,8°C ma necessita di vapore a 120°C nello sterilizzatore, vapore a 100°C nel forno e acqua calda a 40-70°C per vari scopi. Quindi, tre casi vengono esaminati come soluzioni; Caso 1: il calore è fornito alla stessa temperatura e pressione di oggi (6 bar - 158,8°C), Caso 2: il calore è fornito a 2 bar – 120°C per soddisfare la maggiore temperatura necessaria, e Caso 3: il calore viene fornito a 100°C – 1 bar ed è supportato da un compressore a vapore per raggiungere i 120°C. Il fabbisogno totale di energia termica è di 367 kWh/giorno. 418 pannelli solari sono in grado di soddisfare il 38% del fabbisogno annuo del Caso 1, 361 soddisfano il 43% e 349 (con il compressore di vapore) soddisfano il 45%. Il consumo di carburante e le emissioni di CO2-eq sono ridotte rispettivamente del 38%, 43% e 45% per i Casi 1, 2 e 3. Quando il costo del calore livellato dell'olio combustibile (LCOH) è di 0,135 €/kWh, il Caso 1 dovrebbe costare 0,146 €/kWh e rimborsare in 14 anni, mentre il Caso 2 dovrebbe costare 0,119 e rimborsare in 11 anni, e Il Caso 3 dovrebbe costare 0,115 €/kWh e rimborsare in 10 anni. Per quanto riguarda gli HP, si ottiene un coefficiente di prestazione pari a 1,5 nel Caso 1, 2 nel Caso 2 e 2,5 nel Caso 3, investendo un importo che si prevede oscilla tra 450 e 315 €/Kw. Le soluzioni HP mostrano un aumento del 27% delle emissioni di CO2-eq del Caso 1 e una riduzione rispettivamente del 5% e del 23% nel Caso 2 e 3. Tuttavia, dato che l'ultimo costo dell'elettricità pubblicato in Grecia è di 0,353 €/kWh, nessuno dei Casi HP 1, 2 e 3 dovrebbe rimborsare indipendentemente dal costo dell'investimento. Al contrario, un costo dell'energia elettrica pari a 0,117 €/kWh, consentirebbe al Caso 2 di ripagarsi in 14 anni e al Caso 3 in 9 anni se l'investimento è di 450 €/kW. Il loro rispettivo LCOH sarebbe di 0,107 e 0,089 €/kWh, contro i 0,135 €/kWh del Caso di riferimento. Nel Caso in cui il costo dell'investimento sia di 315 €/kWh i tempi di ritorno dell'investimento sarebbero di 24, 11 e 7 anni rispettivamente per il Caso 1, 2 e 3 e il LCOH di 0,131, 0,101 e 0,084 €/kWh contro il LCOH di riferimento di 0,107 €/kWh. Pertanto, l'integrazione solare secondo le specifiche del Caso 3 appare come la più vantaggiosa per VIALCO, le soluzioni HP sembrano più competitive in termini di prospettive future e più sistemi di fornitura di calore rinnovabile meritano ulteriori indagini.