Kaukolämpöverkoston laskenta ja biokattilan mitoitus- ja kannattavuuslaskenta

Transkriptio

1 PYHÄJOEN KUNTA Kaukolämpöverkoston laskenta ja biokattilan mitoitus- ja kannattavuuslaskenta Raportti FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P26211

2

3 Raportti 1 (22) Vinnamo Hannu Sisällysluettelo 1 Johdanto Tehtävän yleiskuvaus Kaukolämpöverkoston virtaustekninen laskenta Kaukolämpöverkoston mallinnus Virtaustekninen laskelma nykyisellä asiakaskannalla Virtaustekninen laskelma kasvaneella asiakaskannalla Suunniteltujen laajennusten putkien mitoitus Uuden biokattilan optimointi nykytilanteessa Uuden biokattilan optimointi huomioituna muutokset asiakkaissa Biokattilan kustannusarviot ja kannattavuuslaskelmat Johtopäätökset ja toimenpidesuositukset FCG Suunnittelu ja tekniikka Oy Osmontie 34, PL 950, Helsinki Puh , fax , Y-tunnus Kotipaikka Helsinki

4 Raportti 2 (22) Vinnamo Hannu Liitteet Liite 1: Uusien asiakkaiden putkistojen virtausnopeudet huipputilanteessa... 1 Liite 2: Laskennallinen kassavirta... 1 FCG Suunnittelu ja tekniikka Oy Osmontie 34, PL 950, Helsinki Puh , fax , Y-tunnus Kotipaikka Helsinki

5 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 3 (22) Kaukolämpöverkoston laskenta ja biokattilan mitoitus- ja kannattavuuslaskenta 1 Johdanto Pyhäjoelle on rakennettu vuonna 2009 kaukolämpöverkosto (noin 5 km ja 36 liittyjää) ja biolämpökeskus, jossa on 2,5 W:n biokattila ja 2,8 MW:n kevytöljykattila. Biokattilalla kaukolämpöenergiaa on tuotettu n MWh/a. Kevytöljyä on käytetty lähinnä vain huoltoseisokkien ja häiriötilanteiden aikana. Kesäaikainen pieni kulutus on tuottanut ajoteknisiä ongelmia, joita pyritään ratkaisemaan uudella nykyistä pienemmällä biokattilalla. 2 Tehtävän yleiskuvaus Tehtävässä on tarkasteltu nykyisen biokattilan ja kaukolämpöverkon toimintaa ja mallinnettu verkko mahdollisesti hankittavan uuden biokattilan optimaaliseksi mitoittamiseksi. Kaukolämpöverkon reittikartat ja asiakastiedot päivitettiin vastaamaan nykytilannetta. Lisäksi päivitettiin asiakkaiden tehot ja energiamäärät, sekä otetaan huomioon uudet kaavoitetut alueet ja mahdolliset poisjääneet asiakkaat. Verkkomallilla suoritettiin virtaustekninen laskenta ja kaukolämpöpumppujen nostokorkeuden ja tuoton laskenta. Laskenta tehtiin sekä nykyisellä että asiakkaan arvioimalla kasvaneella asiakaskannalla. Uuden biokattilan teho simuloitiin siten, että kattilalla voidaan tuottaa lämpöenergia erityisesti kesällä pienen kuorman aikaan ja kokonaisenergiasta biopolttoaineilla voidaan tuottaa n %. Simulointi suoritettiin sekä nykyisellä että kasvaneella asiakaskannalla. Biokattilainvestoinnille tehtiin kustannusarvio sekä kannattavuuslaskelmat, joissa huomioitiin polttoainekulut, sähkönkulutus, hallintokulut, huoltokustannukset verkosto ja lämpökeskukset, käyttökustannukset verkosto ja lämpökeskukset, pääomakulut (poistot ja korkokulut), voittoprosentti ja mahdolliset muut kulut. Lisäksi laskettiin keskimääräinen energian omakustannushinta /MWh (sisältää perusmaksun ja energiamaksun). 3 Kaukolämpöverkoston virtaustekninen laskenta 3.1 Kaukolämpöverkoston mallinnus Verkostomallinnus tehtiin FCGheat-ohjelmalla, jonka virtaustekninen laskenta perustuu avoimen lähdekoodin EPANET-ohjelmaan. Malli rakennettiin asiakkaan toimittaman verkostokartan sekä Maanmittauslaitoksen korkeusmallin perusteella. Erilaiset tilanteet arvioitiin laitoksen toteutuneiden päivätason mittausten sekä asiakaskohtaisen kuukausikulutuksen perusteella. Mallin painehäviölaskenta perustuu Darcy-Weisbachin yhtälöön. Verkostomallinnus suoritettiin yhteensä neljässä tilanteessa. Käyttötilanteita edusti talven huipputilanne ja kesän pienen kuorman tilanne. Asiakaskantaa tarkasteltiin sekä nykyisellä asiakaskunnalla että suunnitellun kolmen aluelaajennuksen kanssa. 1) Huipputilanne vuonna 2014, mikä osui tammikuulle (19.1.). Päivän sisällä edelleen arvioitiin huipputunti, jolloin laitokselta verkostoon syötetty teho oli noin 2,5 MW. Huipputilanteen kohdalla mallin perusteet ovat tarkat; parametrien säädön jälkeen mallin lähtölämpötila vastaa mitattua, paluulämpötila on noin puolen asteen sisällä mitatusta ja virtaus hyvin lähellä mitattua. Merkittävin virhelähde on asiakaskohtaisten kulutustietojen rajoittuminen kuukausitasolle.

6 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 4 (22) 2) Minimitilanne mallinnettiin heinäkuun toteutuneilla keskiarvoilla. Minimitilanteiden kohdalla tehot ja virtaukset ovat hyvin pieniä, jolloin määrällisesti pienemmät vaihtelut aiheuttavat suhteessa suuria muutoksia. Heinäkuu oli kuitenkin kokonaisuudessaan tasainen ja kuormaltaan matala kuukausi ja näin keskiarvolla saadaan kokonaiskuva kesän pienten kuormien tilanteesta. 3) Huipputilanne uusien asiakkaiden kanssa mallinnettiin sekä nykyisten että uusien asiakkaiden ottaessa mitoituskulutuksen. Yksi vanha asiakas (Pyhäjoen Puuvalmiste Oy) poistettiin. 4) Minimitilanne uusien asiakkaiden kanssa mallinnettiin lisäämällä vuoden 2014 heinäkuun tilanteeseen (skenaario 2) uusien asiakkaiden arvioitu kesäkulutus. Mallinnetut paineet perustuvat laskennallisiin arvioihin painehäviöistä sekä vaadittavaan paine-eroon meno- ja paluupuolen välillä. Mallin arvioita painehäviöistä verrattiin yhteen toteutuneeseen matalan virtauksen mittaustilanteeseen. Tämän perusteella putkien karheus arvioitiin lukemaan 0,05 mm, mikä on kaukolämpöputkien tavallisella vaihteluvälillä. Paine-eron vähimmäisvaatimus asiakkailla on 0,6 bar (Kaukolämmön käsikirja, Energiateollisuus 2006), minkä mukaan asiakkaiden lämmönvaihtimet on mitoitettu. Mallin tulokset ovat samassa suuruusluokassa Planora Oy:n aikaisemman verkostomitoituksen ja -laskennan (verkostosuunnitelma 2009) kanssa. Pumppausten energiankäytön tarkempi selvittäminen edellyttäisi tiedot pumpuista ja niiden ajotavoista. 3.2 Virtaustekninen laskelma nykyisellä asiakaskannalla Kuvassa 1 on esitetty virtausnopeudet verkostossa vuoden 2014 huipputilanteessa, missä lähtevä vesi oli noin 109 C, palaava noin 70 C ja virtaus 57 m3/h.

7 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 5 (22) Kuva 1. Virtausnopeudet vuoden 2014 huipputilanteessa. Virtausnopeus on suurimmillaan Saaren alueelle johtavassa putkessa (noin 1,4 m/s) sekä päälinjan alkupäässä (noin 1,2 m/s). Tällöin painehäviöt vastaavilla putkiosuuksilla ovat mallin mukaan 2,7 bar/km ja 1,2 bar/km. Vapaata virtauskapasiteettia on eniten verkoston pohjoisosissa, mutta alkupään rajatumpi kapasiteetti vaikeuttaa tämän mahdollista hyödyntämistä. Kuva 2. Menopuolen painehäviö vuoden 2014 huipputilanteessa. Kuvassa 2 on esitetty menopuolen painehäviö metreinä mallin solmukohdissa (10 m = noin 1 bar). Painehäviöt paluupuolella ovat samaa luokkaa. Verkoston pohjoisosiin saapuessa painehäviöihin on kulunut m painetta. Saaren alueella painehäviöihin on ääripäässä kulunut jo yli 20 m, johtuen korkeista virtausnopeuksista. Virtausvastus verkostossa muodostuu painehäviöistä, jotka näin määräävät laitokselta tarvittavan paine-eron meno- ja paluupuolien välillä. Painehäviöt kasvavat voimakkaasti virtausnopeuden kasvaessa, nelinkertaistuen virtausnopeuden kaksinkertaistuessa. Virtauksia on mahdollista laskea käyttämällä korkeampaa lähtölämpötilaa, jolloin asiakkaat saavat tehontarpeensa tyydytettyä pienemmällä virtauksella. Mallin perusteella tässä huipputilanteessa meno- ja paluupuolen välillä tulee olla paineeroa noin 5 bar, jotta kaukaisimmilla asiakkailla säilyy vaadittava 0,6 bar paine-ero. Tämän tilanteen virtauksia ja painehäviöitä voitaisiin alentaa nostamalla lähtevä lämpötila esimerkiksi arvoon 115 C. Olettaen kulutuksen ja paluulämpötilan pysyvän vakioina, virtaus laskisi alle 50 m 3 /h tehontarpeen edelleen täyttyessä. Tämä alentaisi painehäviöitä noin neljänneksellä, mikä tarkoittaa verkon kauemmille osille 0,5 bar vähemmän häviötä menopuolella (ja vastaavasti paluupuolella). Tällöin painetta

8 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 6 (22) voitaisiin pudottaa noin 1 bar, kauimmaisten asiakkaiden meno- ja paluupuolien välisen paine-eron pysyessä samana. Taulukko 1. Mallinnukset huipputilanteista nykyisellä asiakaskannalla. Lähtölämpötila Paluulämpötila Virtaus Tarvittava paine-ero 109 C 70 C 57 m 3 /h 5 bar 115 C 70 C 49 m 3 /h 4 bar Lasku nykytilanteen huipusta korkeamman lämpötilan tilanteeseen tekee noin 2,7 kw eroa pumppauksen vaatimassa teoreettisessa tehossa. Käytännössä pumpun sähköverkosta ottama teho laskee selvästi tätä enemmän, sillä myös pumpussa ja sähkömoottorissa tapahtuvat häviöt vähenevät tehon laskiessa. Esimerkiksi pumppukokonaisuuden hyötysuhteella 70 % laskisi sähköverkosta otettu teho 3,8 kw. Yhden tällaisen huippuvuorokauden aikana tämä tarkoittaa noin 90 kwh. Pumppauskustannusten kokonaissäätöjen arviointi edellyttäisi pumppausten mallintamista pidemmällä aikajaksoilla sekä muiden rajoitteiden, esimerkiksi korkean lämpötilan aiheuttamien lämpöhäviöiden kasvun, tarkempaa selvittämistä. Kuva 3. Virtausnopeudet heinäkuun tilanteessa. Pieniä kulutuksia kuvaavassa heinäkuun tilanteessa (kuva 3) virtaus oli noin 12 m3/h ja lämpötilat T1 = 106,9 C sekä T2 = 89,2 C.

9 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 7 (22) Virtausnopeudet pysyvät kaikkialla alle 0,4 m/s ja pääosin alle 0,2 m/s. Näillä virtausnopeuksilla putkihäviöt ovat hyvin pieniä; Saaren alueelle johtavassa putkessa noin 0,16 bar/km ja muualla vielä selkeästi pienempiä. Putkihäviöt ovat kokonaisuudessaan hyvin pieniä. 3.3 Virtaustekninen laskelma kasvaneella asiakaskannalla Vuoden 2014 huipputilanteen mukaisilla meno- ja paluulämpötiloilla (109/70 C) virtaus jouduttaisiin nostamaan noin arvoon 85 m 3 /h tyydyttääkseen sekä nykyisten että uusien asiakkaiden huippukulutus. Tämä nostaa virtausnopeuksia selvästi ja häviöitä radikaalisti. Kuva 4. Virtausnopeudet huipputilanteessa kasvaneella asiakaskannalla. Korkein virtausnopeus on edelleen Saaren alueelle johtavassa putkessa (yli 1,7 m/s). Tämä on verkoston suurin pullonkaula. Näin korkeilla virtausnopeuksilla painehäviöt nousevat yli 4,5 bar/km. Myös runkolinjan alkupäässä on huomattavan korkeita virtausnopeuksia, noin 1,7 m/s. Suuremman putkikoon ansiosta painehäviöt kilometriä kohti ovat kuitenkin noin puolet edellä mainitusta, mutta vastaavasti matka on pidempi.

10 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 8 (22) Kuva 5. Painehäviöt huipputilanteessa kasvaneella asiakaskannalla. Kohonneilla virtausnopeuksilla painehäviöt kasvavat merkittävästi verrattuna vuoden 2014 huipputilanteeseen, ollen jopa kaksinkertaiset. Häviöt ovat suurimmillaan Saaren alueella korkeista virtausnopeuksista johtuen sekä pohjoiseen suunnitellulla Kirkonseudun alueella erityisesti pitkän etäisyyden vuoksi. Painehäviöiden voimakas kasvu tässä skenaariossa johtaa korkeaan tarvittavaan paineeroon, noin 11 bar. Tässä mahdollisessa tulevaisuuden huipputilanteessa olisi erityisen tärkeää käyttää korkeampaa lähtölämpötilaa virtauksen ja paine-häviöiden alentamiseksi. Lasku tilanteen alkuarvosta korkeamman lämpötilan tilanteeseen laskisi virtausta noin 10 m 3 /h ja tarvittavaa paine-eroa noin 2,5 bar. Edelleen nykyinen paineraja 6 bar on kuitenkin riittämätön. Taulukko 2. Mallinnukset huipputilanteista kasvaneella asiakaskannalla. Lähtölämpötila Paluulämpötila Virtaus Tarvittava paine-ero 109 C 70 C 85 m 3 /h 11 bar 115 C 70 C 75 m 3 /h 8,5 bar Näiden pumppaustilanteiden välinen ero on huomattava: pumppaukselta vaadittu teoreettinen teho laskee 7,8 kw. Tällöin pumpun sähköverkosta ottama teho laskisi esimerkiksi kokonaishyötysuhteella 70 % noin 11 kw. Yhden tällaisen vuorokauden aikana tämä tarkoittaa 264 kwh.

11 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 9 (22) Näiden pumppaustilanteiden eroilla on merkitystä sekä mahdollisen tulevaisuuden tilanteisiin varautuvan pumppujen mitoituksen että pumppauksen energiankäytön kannalta. Korkeamman lämpötilan keskeisin hyöty on kuitenkin kapasiteetin riittävyyden varmistaminen ja yleisesti korkeiden paineiden välttäminen laitteiston ja vuotojen kannalta. Kuva 6. Virtausnopeudet kesätilanteessa kasvaneella asiakaskannalla. Uudet asiakkaat eivät muuta kesätilannetta virtausten kannalta merkittävästi. 3.4 Suunniteltujen laajennusten putkien mitoitus Uusilla alueilla tulisi suunnitelluilla putkikooilla huipputilanteessa suurimmillaan noin 0,9 1,2 m/s virtausnopeuksia vuoden 2014 huipputilanteen lämpötiloilla (109/70 C). Näillä nopeuksilla häviöt eivät ole kohtuuttomia ja usein putkistot suunnitellaankin niin, ettei virtausnopeus 1 m/s ylittyisi vakituisesti. Korkeimmillaan häviöt ovat tällöin näissä putkissa yli 3 bar/km. Vaikka tämä lukemana on korkea, matkat ovat kuitenkin lyhyitä ja huippukäyttö harvinaista, joten tämä ei muodosta suurta ongelmaa. Putkia ei kuitenkaan ole varaa pienentää, muuten riskinä on erityisesti Kirkonseudun ja Saaren alueen paineiden riittävyys, sillä virtaushäviöt jo valmiiksi korkeita huippukuormilla. Uusien putkien suunniteltu mitoitus on kapasiteetiltaan riittävä suunnitellulle uudelle asiakaskannalle. Arvio uusien alueiden putkien virtausnopeuksista huipputilanteessa on esitetty liitteessä 1. Kokonaisuudessaan verkoston kapasiteetin riittävyys suunnitelluille

12 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 10 (22) laajennuksille huipputilanteessa edellyttää riittävää lähtölämpötilaa sekä mahdollisuutta käyttää nykyistä 6 bar rajaa korkeampaa painetta riittävän virtauksen tuottamiseksi. 4 Uuden biokattilan optimointi nykytilanteessa Nykyinen kaukolämmön tuotanto on ollut tasolla 9000 MWh/a ja esim. vuonna 2014 tuotanto oli 9125 MWh. Normeerattuna vuosien keskimääräistä lämmitystarvetta vastaavaksi, saadaan normeeratuksi vuosituotannoksi MWh. Biokattilan tuotantotiedot on kerätty dataloggerilta, öljykattilan tuotanto on laskettu öljyn kulutuksesta. Tuotantoa vastaava polttoaineen kulutus on laskettu olettaen LAKA Y-2500:n hyötysuhteeksi 82% ja öljykattilan hyötysuhteeksi 92%. Normeerattua kaukolämmön tuotantoa vastaava polttoaineiden käyttö on ollut seuraavanlainen: 2014 MWh %-osuus %-osuus Öljy % % Hake % % Turve % % Puru % % Yhteensä % % Kiinteiden polttoaineiden väliset suhteet on otettu ilmoitetuista polttoaineiden ostotiedoista. Mitoitus Uuden kattilan mitoituksen lähtökohtana oli, että se pystyy vaivatta ja hyvällä hyötysuhteella tuottamaan kaukolämpöverkon pienet kuormat. Kattilan hyötysuhde alkaa merkittävästi huonontua, kun kuorma alittaa 30% nimellistehosta. Nykyistä biokattilaa, LAKA Y-2500, on ajettu jopa 10% nimellistehosta, jolloin huonon hyötysuhteen lisäksi stabiilin palamisen ylläpito vaikeutuu ja huoltotarve lisääntyy. Pienillä kuormilla kattilan hyötysuhteeseen voidaan vaikuttaa polttoainevalinnalla. Käyttämällä esimerkiksi hakkeen sijasta pelkkää pellettiä, kattilan hyötysuhde voi olla jopa 5 %-yksikköä parempi ja palaminen hallitumpaa. Lämpökuorma on pienimmillään noin 150 kw, joten uuden kattilan minimitehon tulee olla tämän alle. Jotta kuormaa ei jouduta siirtelemään edestakaisin kattilalta toiselle, uusi kattila on mitoitettava reilusti yli tehorajan, jossa Y-2500:lla alkaa alhaisesta kuormasta johtuvat vaikeudet. Eli uuden kattilan nimellisteho määräytyy minimitehovaatimuksen ja Y- 2500:n minimitehon mukaan. Mikäli molemmat kattilat pyritään pitämään hyvällä hyötysuhdealueella, 30% - 100% nimellistehosta, niin minimitehovaatimus antaisi uuden kattilan nimellistehoksi 500 kw ja toisaalta Y-2500:n minimiteho antaisi uuden kattilan nimellistehoksi 750 kw. Kattiloiden käyttökelpoiset tehoalueet tulee mennä jonkin verran päällekkäin mm. kuorman vaihtoa ajatellen. Kompromissina tingitään hieman hyötysuhteesta siten, että molempien kattiloiden kuorma liikkuu alueella 25% - 100% nimellistehosta. Tällöin uuden kattilan nimellistehoksi tulee 0,6 MW. Kaukolämpökuorman vähentyessä, erityisesti keväällä, kuormanvaihto Y-2500:ltä uudelle tulisi tehdä, kun Y-2500:n kuorma alkaa pysyvästi olla alle 0,6 MW. Tällöin ollaan jo huonontuneen hyötysuhteen alueella Y-2500:n osalta, mutta toisaalta uutta kattilaa ei kannata mitoittaa liian suureksi. Kattila koon simulointikaan ei tue investointia 0,6 MW isompaan kattilaan. Vastaavasti kuorman siirto uudelta kattilalta Y-

13 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 11 (22) 2500:lle tulee tehdä vasta, kun uuden kattilan nimellisteho ei enää riitä kaukolämpökuormaan. Normeerattu kokonaiskaukolämmön tuotanto on MWh, josta Y-2500:n osuus on 92% ja uuden kattilan 8%. Jatkossa öljyä käytetään vain häiriötilanteissa, kannattavuuslaskelmissa on oletettu öljyn osuudeksi 0,5% ja se vastaa uuden kattilan nimellisteholla ajoa noin 4,5 vuorokautta. Y-2500:n huipunkäyttöaika on tässä tarkastelussa 4126 tuntia normeeratulla kaukolämpökuormalla. Kuva 7. Y-2500 normeerattu pysyvyyskäyrä.

14 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 12 (22) Kuva 8. Normeerattu kaukolämpökuorma nykytilanteessa. 5 Uuden biokattilan optimointi huomioituna muutokset asiakkaissa Mitoitusperiaatteet uudelle kattilalle ovat samat kuin nykyiselläkin kaukolämpökuormalla. Yksi isohko asiakas on jätetty kaukolämpökuormasta pois, vuosienergia 305 MWh, ja uudet asiakkaat lisätty, joiden kaukolämmöntarpeeksi on arvioitu noin 860 MWh. Kokonaiskaukolämmöntuotannoksi saadaan 9698 MWh/a. Normeerattu kokonaiskaukolämmöntuotanto on MWh, josta Y-2500:n osuus 95% ja uuden kattilan 5%. Nykyisen kattilan ajomäärä kasvaa jonkin verran nykytilanteeseen, sillä kaukolämpökuorman kasvu laajentaa tehoaluetta, jossa Y- 2500:n kuorma on yli 25% nimellistehosta (eli vielä kohtuullisella hyötysuhdealueella). Kuten nykytilanteessakin, jatkossa öljyä käytetään vain häiriötilanteissa ja osuus on arvioitu olevan 0,5% koko polttoaineen käytöstä. Y-2500:n huipunkäyttöaika on tässä tarkastelussa 4450 tuntia normeeratulla kaukolämpökuormalla.

15 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 13 (22) Kuva 9. Normeerattu kaukolämpökuorma uudessa tilanteessa. 6 Biokattilan kustannusarviot ja kannattavuuslaskelmat Uuden biokattilan kannattavuustarkastelussa on otettu huomioon - nykyisen kattilan huono hyötysuhde, kun kaukolämpökuorma lähestyy nykyisen biokattilan minimikuormaa - öljyn käyttö nykyisen kattilan korvausenergiana, vuosihuollon sekä häiriöiden aikana - uuden kattilan pieni lisä kunnossapitokustannuksiin, 3% investoinnista - käyttökustannukset eivät muutu - öljyn hinta 76,80 /MWh, hake 21,80 /MWh, turve 17,50 /MWh ja puru 18,60 /MWh, sähkö 90 /MWh Öljyn käytöstä ei täysin päästä eroon, sillä lyhytkestoisten häiriöiden ajaksi ei kannata toista kiinteän polttoaineen kattilaa ajaa ylös. Kustannusarvio lämpökonttiin sijoitetulle 0,6 MW nimellistehoiselle biokattilalle on euroa (alv0%). Arvio perustuu konsultin kokemukseen ja rekisteriin vastaavan kokoisista toteutuksista, mutta arviossa on myös huomioitu tilaajan saamia tarjouksia. Kustannusarvio pitää sisällään kaiken tarvittavan toimivaan kokonaisuuteen: betonilaatta kontille, lämpökontti sisältäen kattilan apulaitteineen ja oman automaation, ryöstöruuvi polttoaineen tuomiseksi nykyisestä polttoainevarastosta, putkistoliitännät kaukolämpöverkkoon ja sähkönsyöttö kontille. Kontti sijoitettaisiin nykyisen biokattilan välittömään läheisyyteen, jolloin nykyisen polttoainevaraston

16 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 14 (22) hyödyntäminen on mahdollista. Muukin sijoittelu polttoainekentän läheisyydessä on mahdollinen. Silloin jää ryöstöruuvi pois, mutta polttoaineen syöttöön tarvitaan syöttötasku ja esim. etukuormaaja. Virtaustekninen laskenta ei anna kannattavuusperusteita sijoittaa kattilaa muualle verkon varrelle, sillä nykyisen polttoainevaraston ja kentän hyödyntäminen alentaa merkittävästi investointikustannuksia. Kattilassa on paineilmatoiminen automaattinuohous, automaattinen tuhkan poisto ja kontissa on eristetty tuhkatila. Savukaasujärjestelmässä on savukaasuimuri, multisykloni hiukkasten erottamiseen sekä 6 m korkea piippu. Normeerattua kaukolämmön tuotantoa vastaavan polttoaineen käyttö muuttuu investoinnin myötä seuraavasti nykytilanteessa: Uusi tilanne MWh %-osuus %-osuus Öljy 62 0,5 % % Hake % % Turve % % Puru % % Yhteensä % % Muutos MWh Muutos% Muutos% Öljy % % Hake % % Turve -1 0 % % Puru -2 0 % % Yhteensä % % Polttoaineen kokonaismäärä laskee hieman, koska kattiloiden hyötysuhde kesän pienillä kuormilla paranee nykyiseen verrattuna. Polttoaineen käyttö muuttuu seuraavasti, kun huomioidaan myös muutokset lämpöasiakkuuksissa: Uusi tilanne MWh %-osuus %-osuus Öljy 66 0,5 % % Hake % % Turve % % Puru % % Yhteensä % % Muutos MWh Muutos% Muutos% Öljy % % Hake % % Turve 27 6 % % Puru -2 0 % % Yhteensä % % Taulukosta nähdään, että kaukolämpökuormien kasvu lisää myös polttoaineen kokonaismäärää. Eli muutokset polttoaineen käytössä eivät johdu yksinomaan kattilainvestoinnista. Muutokset kaukolämpöasiakkuuksissa nostavat hieman myös pienen kuorman tehotasoa, jolloin nykyisen kattilan hyvän hyötysuhteen käyttöalue

17 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 15 (22) levenee ja investoinnin kannattavuus paranee. Seuraavassa on esitetty joitain tunnuslukuja kuvaamaan investoinninkannattavuutta verrattuna nykytilanteeseen ilman muutoksia kaukolämpökuormissa. Investointisumma Säästöt yhteensä/vuosi polttoaineet sähkö -500 kunnossapito Laskentakorko 10 % Sisäinen korko 11,8 % Nettonykyarvo (10%,10a) Takaisinmaksuaika 5,7 Kannattavuustarkastelu osoittaa, että investointi uuteen kesäkäyttöön mitoitettuun biokattilaan on kannattava. Investoinnin kannattavuus perustuu pääosin öljyn käytön merkittävään vähentymiseen sekä pienten kuormien parantuneeseen hyötysuhteeseen, jolloin kiinteän polttoaineen käyttö tehostuu. Kaukolämpökuorman kasvulla ei ole merkittävää vaikutusta investoinnin kannattavuuteen. 7 Johtopäätökset ja toimenpidesuositukset Työssä on mallinnettu Pyhäjoen kaukolämpöverkon toiminta ja laskettu mallilla verkon virtausnopeuksia sekä pumppaustehoja. Lisäksi mitoitettiin kaukolämpöverkkoon kytkettävä biokattila kesäajan pieniä kuormia varten ja laskettiin investoinnin kannattavuus. Kaukolämpöverkoston mallinnus ja ääritilanteiden laskenta osoittaa, että verkostossa on paikoitellen suuria virtausnopeuksia. Mallin perusteella nykyinen suurin sallittu paine 6 bar ei riitä tyydyttämään huipputarvetta kasvaneella asiakaskunnalla. Paine-ero laskee liian alas suunniteltujen Kirkonseudun ja Kielosaaren alueen ääripäissä. Riittävän kapasiteetin tuottamiseksi näille alueille paine-eron laitokselta tulisi olla arviolta 8,5 bar lämpötiloilla 115/70 C. Verkosto on mitoituspaineeltaan 16 bar ja rajoittava tekijä on tällä hetkellä kattilan paineraja. Laajennusten toteutuessa riittävän kapasiteetin varmistaminen edellyttää mahdollisuutta paineenkorotukseen laitoksella kattilan jälkeen tai verkostossa. Pumppaustehojen optimointi edellyttäisi tarkempia pumppu- ja ajotapatietoja. Huomioitavaa ovat myös lämpöhäviöt. Esimerkiksi vuoden 2014 kaukolämmöntuotanto oli 9125 MWh, mutta asiakkailta laskutettiin vain 7108 MWh. Näiden perusteella verkkohäviöksi tulisi noin 22%. Tässä tarkastelussa käytettävissä olleiden tietojen perusteella ei voida tarkemmin määritellä johtuuko suuri häviö mittausvirheistä, kattilahäviöistä vai verkkohäviöistä. Erityisesti polttoainetaseissa näyttäisi olevan eroja ostetun polttoaineen ja lämpöenergioista laskettujen polttoainemäärien välillä. Kattilamitoituksessa päädyttiin nimellisteholtaan 0,6 MW:n kattilaan. Kattilainvestointi on kannattava ja perusteltu. Kannattavuus perustuu pääosin kaukolämmön tuotannossa käytettävän öljyn korvaamiseen hakkeella. Pienemmälläkin kattilalla kesäkuormat pystytään tuottamaan. Tällöin joudutaan nykyisellä biokattilalla ajamaan jonkin verran pidempiä pienen kuorman jaksoja huonolla hyötysuhteella. Tällaisen vaihtoehdon kannattavuustarkastelua ei ole tehty.

18

19 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 1 (2) Liite 1 Liite 1: Uusien asiakkaiden putkistojen virtausnopeudet huipputilanteessa

20 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 2 (2) Liite 1

21 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 1 (2) Liite 2 Liite 2: Laskennallinen kassavirta Investoinnit biokattilakontti Kaukolämmön myyntituotot Muut tuotot Henkilöstökulut yhteensä Palveluiden ostot Aineet,tarvikkeet ja tavarat Vaatteisto Voiteluaineet Polttoaineet yhteensä Öljy Hake Turve Puru Sähkö Vesi Kalusto Muu materiaali Toimintakulut Toimintakate Poistot *) Tulos *) Uuden kattilan tasapoistot 10 vuotta, muut poistot /a

22 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 2 (2) Liite 2 Investoinnit biokattilakontti+ boosterpumppu kl-putkisto Kaukolämmön myyntituotot Muut tuotot Henkilöstökulut yhteensä Palveluiden ostot Aineet,tarvikkeet ja tavarat Vaatteisto Voiteluaineet Polttoaineet yhteensä Öljy Hake Turve Puru Sähkö Vesi Kalusto Muu materiaali Toimintakulut Toimintakate Poistot *) Tulos *) Uuden kattilan ja boosterpumpun tasapoistot 10 vuotta, kl-putkiston tasapoistot 20 vuotta, muut poistot /a