Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Vanadium for flow batteries: a design study
Mälardalen University, School of Business, Society and Engineering.
2013 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

As society strives to transition for sustainable energy generation is it a major challenge to optimize and develop the renewable energy generation that currently exists, both in terms of individual components and their interactions in the entire energy system. The generation from renewable sources is often irregular and not always when the demand arises. By being able to store the excess energy generated and then deliver it when the demand occur results in a more sustainable energy system. Flow batteries are a possible technology for energy storage. An important component of flow batteries are vanadium and to find methods for extracting vanadium in an economical way is an important step in the development of this technology.

The idea behind the thesis was therefore to investigate different extraction methods for vanadium where the most promising methods, from an economic and energy perspective, are examined in more detail. The vanadium should then be used to electrolyte in flow batteries. It has also been examined how the cost is affected by moving a planned facility for extraction from the ashes to a developing country with lower personnel costs. In the thesis was also included to explore similar projects on a larger scale conducted in Sweden, how the view of vanadium is from an EU perspective and how flow batteries can be a part of an energy system.

The methods considered most promising is extraction from mineral mining and extraction from ashes. A planned production plant has been dimensioned for both processes of production and energy demand is calculated. The study showed that both processes are expected to produce vanadium below current purchase price, which would then contribute to a cheaper production cost of flow batteries. It turned out that the production of vanadium from ash extraction would be significantly reduced by moving the business to a developing country. The operation stage in the mining operation which accounts for the highest energy demand is the size reduction of the ore. In the extraction process of vanadium from ash, it is primarily the fusion furnace and the fly ash filter required which has the highest energy demand. The similar extraction projects investigated was, from ashes, the so-called SOTEX process in Stenungsund and the mineral mining process had the Ranstad project as reference. The EU approach to vanadium is currently that the metal is not classified as a critical raw material but if economic instability would occur in any of the major manufacturing countries it would be considered as a more critical raw material.

Flow batteries functioning as energy storage in a PV hybrid system was investigated and it was concluded that flow batteries are technically well suited for energy storage in this type of system.

Abstract [sv]

Då samhället strävar efter att övergå till en hållbar energiproduktion är det en stor utmaning att effektivisera och utveckla den förnyelsebara energiproduktion som idag finns, både när det gäller enskilda komponenter och deras samspel i hela energisystem. Produktion från förnyelsebara energikällor sker ofta ojämnt och inte alltid när behovet uppstår. Genom att kunna lagra den överskottsenergi som produceras och sedan leverera den då behovet uppstår medför det till ett mer hållbart energisystem. Flödesbatterier är en möjlig teknik för lagring av energi. En viktig komponent i flödesbatterierna är vanadin och att hitta metoder för att utvinna vanadin på ett ekonomiskt sätt är ett viktigt steg i utvecklingen av denna teknik.

Idén bakom examensarbetet var därför att kartlägga olika utvinningsmetoder för vanadin där de mest lovande metoderna, från ett ekonomiskt och energi perspektiv, undersöks mer utförligt. Vanadinet i sin tur ska sedan användas till elektrolyt i flödesbatterier. Det har även undersökts hur kostnaden påverkas av att flytta en tänkt anläggning för utvinning ur aska till ett utvecklingsland med lägre personalkostnader. I examensarbetet ingick även att undersöka liknande projekt i större skala som bedrivits i Sverige, hur synen på vanadin är ur ett EU perspektiv samt hur flödesbatterier kan vara en del av ett energisystem.

De metoder som ansetts mest lovande är utvinning från mineralbrytning samt utvinning ur aska. En tänkt produktionsanläggning har dimensionerats för båda processer där produktionskostnad och energiförbrukning beräknats. Studien visade att båda processerna förväntas kunna producera vanadin under dagens inköpspris vilket då skulle bidra till en billigare produktionskostnad för flödesbatterier. Det visade sig att produktionen av vanadin ur askutvinning skulle minskas avsevärt genom att flytta verksamheten till ett utvecklingsland. Det moment i gruvdriften som står för största energiförbrukningen är storleksreduceringen av den malm som bryts. Vid processen för utvinning av vanadin ur aska är det främst den smältningsugn samt det filter för flygaska som krävs. De liknande projekt som verkat inom utvinning ur aska var den s.k. SOTEX processen i Stenungsund och för mineralbrytning har Ranstad projektet undersökts. EU:s syn på vanadin är i nuläget att metallen inte klassas som en kritisk råvara men om ekonomisk instabilitet skulle uppstå i något av de större tillverkande länderna skulle råvaran klassas som mer kritisk.

Flödesbatteri fungerande som energilagring i ett förnyelsebart energisystem undersöktes där slutsatsen var att flödesbatterier tekniskt sett är mycket väl lämpade som energilagring i denna typ av system.

Place, publisher, year, edition, pages
2013. , 79 p.
Keyword [en]
Vanadium Redox Flow Battery (VRFB), Vanadium extraction, Investment economics, Mineral processing, Ash handling, Sustainable energy system
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:mdh:diva-26454OAI: oai:DiVA.org:mdh-26454DiVA: diva2:759889
External cooperation
ABB AB
Subject / course
Energy Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-03 Created: 2014-10-31 Last updated: 2014-12-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

rapport_era400_cst08003_final(1940 kB)295 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1940 kBChecksum SHA-512
0678a5acf3b5d938620bb949ed7bb4feb9062dca1402cceb7fcc644b611422da9b12d306838355f55b984a838b2bc9af67127bfe22924d40b1a1b97c2e6aa1b4
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Söderkvist, Christoffer
By organisation
School of Business, Society and Engineering
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 295 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 238 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf