DHTrain - Development of an efficient support network and operation model for the municipal energy sector

Transkriptio

1 DHTrain - Development of an efficient support network and operation model for the municipal energy sector Veli-Matti Mäkelä This project is co-funded by the European Union, the Russian Federation and the Republic of Finland Veli-Matti Mäkelä 2 1

2 Sisällöstä Kaupungin energiatehokkuus Kaukolämmön tuotantolaitosten mitoitus ja käyttö Verkoston mitoitus ja laskenta Pumppaus osana kokonaisuutta Mahdollisuuksien mukaan muitakin teknisiä asioita Kokemuksia eri työtehtävistä joita olen saanut tehdä Veli-Matti Mäkelä 3 Kaukolämpöjärjestelmä Delivery of Fuel (peat) 2. Fuel Tank (peat) 3. Burner 4. DH Heat Exchanger 5. Turbine and Generator 6. Expansion tank for DH-water 7. Transformer for electricity 8. DH Pumping Station 9. DH Metering Centre 10. DH Substation Veli-Matti Mäkelä 4 2

3 Suomalaisen kaukolämmityksen suunnittelun periaatteet Koko energiajärjestelmän hyötysuhteen maksimointi Polttoaineresurssien mahdollisimman tehokas hyödyntäminen CHP tuotannon maksimointi mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella Yhdistetyn ja erillistuotannon optimaalinen käyttö Tiivis kaupunkirakenne (järjestelmän kannalta) Asiakaslähtöinen säätö ja automaatio Asiakas käyttää energiaa vain sen minkä tarvitsee Asiakas säätää käyttämänsä energian määrän omilla laitteillaan Kaukolämpöyhtiö huolehtii että energiaa on saatavilla (T ja Δp) Tavoitteena pitkä käyttöikä Suunniteltu yli 30 vuotta (putket, kattilat jne.) Vaatii toteutuakseen veden laadun, suljetun ja epäsuoran kytkennän jne.) Turvallisuus ja käytettävyys Korkeapaineinen kaukolämpöjärjestelmä ja asiakkaan verkostot on aine hydraulisesti eroteltu Veli-Matti Mäkelä 5 Lauhdutusvoimalaitos (P) ja lämmön ja sähkön yhteistuotanto (CHP) P CHP G 1 2 G Höyrykattila 5 Lauhtumishäviöt 2 Turbiini 6 KL lämmönsiirrin 3 Generaattori 7 KL verkosto Lauhdutussiirrin Veli-Matti Mäkelä 6 3

4 Lämpöindeksin kehitys kaukolämmitetyissä rakennuksissa kwh/m 3 a kwh/m 2 a Wilhelms ja Tanner-Faarinen Veli-Matti Mäkelä 7 Lämmöntuotanto Peruskuormalaitokset CHP laitokset Kattilalaitokset Teollisuuden jätelämpö Huipputuotanto Kattilalaitokset Vanhemmat CHP -laitokset Varalaitokset Kattilalaitokset Uudet alueet Siirrettävät lämpökeskukset Veli-Matti Mäkelä 8 4

5 tunnit Laitosten mitoituksesta - lämpötehon tarve MW teho Huippukuormalaitokset 150 teho Peruskuormalaitos tunnit

6 Present Russian system level problem HOB HOB or CHP plant? HOB Veli-Matti Mäkelä 11 1 HOB Finnish system SH CHP plant Main parts of DH system 1.Heating plant 2.Distribution network 3.Customer connection 4.Metering centre 5.DH substation Veli-Matti Mäkelä 12 6

7 New system design Russian cities and towns HOB HOB CHP plant Veli-Matti Mäkelä 13 Kaukolämpöverkoston säädöstä Veli-Matti Mäkelä 14 7

8 Useampi tuotantolaitos samassa verkossa Veli-Matti Mäkelä 15 Kaukolämmön tuotanto Suomessa v yhteensä 37,1 TWh Yhteistuotanto 69,2 % Erillistuotanto 30,8 % Wilhelms ja Tanner-Faarinen

9 Kaukolämmön tuotanto ja yhteistuotannon osuus TWh/a % 77 % 79 % 77 % 77 % 75 % 75 % 76 % 75 % 73 % 74 % 75 % 71 % 73 % 69 % 75 % 72 % 72 % 72 % 74 % 76 % 76 % 71 % Yhteistuotantolämpö Wilhelms ja Tanner-Faarinen TWh/a Yhteistuotannon avulla saavutettu energiansäästö Polttoaineen kulutus ilman yhteistuotantoa Toteutunut polttoaineen kulutus säästö yhteistuotannosta Wilhelms ja Tanner-Faarinen 9

10 Verkoston suunnittelun periaatteita - Yleissuunnitelma Yleistä 2-putkijärjestelmä 120 C ja 16 bar 15 vuoden tähtäin Verkon mitoitukseen vaikuttavat tekijät: rakennusten ominaistehontarve W/m³ sopimusvesivirta m³/h johto-osuuden painehäviö, bar/km meno- ja paluuveden lämpötilaero mitoitustilanteessa (mitoittavassa käyttötilanteessa) johdon sijainti verkossa rakennettavan johdon lähtöpisteessä käytettävissä oleva paine-ero epäedullisimmassa käyttötilanteessa Asiakkaalla aina 60 kpa Veli-Matti Mäkelä 19 Kanavarakenteet Concrete element 2Mpuk (steel pipes with poly urethane insulation and two plastic cover pipes) MpuL (esim. Fiskars type)) Mpuk (steel pipes with poly urethane insulation And only one plastic cover pipe) Veli-Matti Mäkelä 20 10

11 Saneeraustyömaa Veli-Matti Mäkelä Veli-Matti Mäkelä 22 11

12 Eri johtojen mitoituksesta Talojohdot Hetkellisteho (kesä/talvi) ΔT = C 4 bar/km Jakelujohdot Tehojen risteily ΔT = C 2 bar/km Siirtojohdot ΔT = C 1-2 bar/km Veli-Matti Mäkelä 23 Verkostolaskenta Virtaus- ja painehäviölaskenta Karttapohjainen Ymmärrettävä mitä ollaan tekemässä ja mitä tuloksista saadaan irti Uuden verkoston suunnittelu Olemassa olevan verkoston toiminta Lämmöntuotannon optimointi Veli-Matti Mäkelä 24 12

13 Renovation of a pipe DH supply temperature 110 C Cooling of DH water 40 C Supply pressure in power plant 10,5 bar Return pressure in power plant 2 bar Picture 10. Pressure difference in CTPM16 in present situation Picture 11. Pressure difference in CTPM16 with a new 409 m pipe from chamber TK218A 13

14 Venttiileistä Veli-Matti Mäkelä Veli-Matti Mäkelä 28 14

15 Kaukolämmön mittaus Veli-Matti Mäkelä 29 Tarkasteltava kokonaisuutta = primäärienergian käyttöä Ainoastaan valittavan ratkaisun kokonaisenergian kulutus = energiaresurssien käyttö on merkittävää Osittaisoptimointia ei kannata harrastaa Ei riitä että kiinteistö käyttää vähän energiaa Kiinteistön käyttämän energian on kulutettava mahdollisimman vähän polttoainetta tai raaka energiaa Lähtökohtia Eri lämmitystavat soveltuvat eri kohteisiin, ei ole automaattisesti oikeaa Kaukolämmitys on taajamien lämmitysmuoto Siispä kaupungit pitää rakentaa kaupungeiksi Ja maaseutu voi olla maaseutua Maalämpöpumppu on paras tällä hetkellä tiedossa oleva sähkölämmitysmuoto => Jatkossa esimerkkitapauksia, jotka samalla kuvaa kokonaistarkastelun merkittävyyttä! Veli-Matti Mäkelä 30 15