Voimalaitos prosessit. Kaukolämpölaitokset 1, Tuomo Pimiä

Transkriptio

1 Voimalaitos prosessit Kaukolämpölaitokset 1, Tuomo Pimiä

2 Sisältö Kaukolämpölaitokset Johdanto Tuntivaihtelu käyrä Peruskuormalaitos Huippukuormalaitos Laitoskoon optimointi Pysyvyyskäyrä Kokonaiskustannus Laitoksen käytön optimointi Laskenta esimerki

3 Johdanto Yleensä kaukolämpölaitokset tuottavat sähköä kaukolämmön lisäksi. Laitoksen koko määräytyy kaukolämmön tarpeen mukaan. Koko on yleensä n. 50% kaukolämmön maksimitarpeesta. Sillä pystytään tuottamaan n. 80% koko kaukolämmön tarpeesta. Laitokset rakennetaan pitkäkäyttöikä mielessä, koska pääasiassa kaukolämpöä tarvitaan vain talviaikaan.

4 Asuinrakennuksen lämmöntarve on n. 20W/m 3 (huippukulutus, kun ulkoilman lämpötila on - 30 C). Esim. 200 m 2 (500m 3 ) talo huonekorkeus 2,5m tarvitsee noin 10kW lämpöä. Asuinrakennusten lämmöntarve vaihtelee voimakkaasti ulkoilman lämpötilan mukaan.

5 Kaukolämmön tuntivaihtelukäyrä

6 Vuotuisen tehontarpeen vaihtelun johdosta noin 80% energiantarpeesta voidaan tuottaa halvoilla polttoaineilla. Ja puuttuva 20% tuotetaan huippukulutus laitoksilla. Nämä ovat investointihinnaltaan halpoja mutta polttoaineina käytetään kalliita mutta helppoja polttoaineita kuten maakaasu ja kevyttä polttoöljyä. Nämä laitokset ovat pääasiassa miehittämättömiä kaukokäytettyjä laitoksia.

7 Kahden erityyppisen laitoksen kombinaatio tekee kaukolämmön tuotannosta edullista ja joustavaa. Siksi lämmöntuotanto tulisi jakaa perus- ja huippukuormalaitosten kesken. Optimoimalla laitosten käyttöaika käyttökulujen suhteen, voidaan lämmöntuotannon hinta minimoida. Kaukolämmön peruskuormalaitokset ovat kustannustehokkaita yli 10MW kokoluokassa. (Kattilan lämpöteho)

8 Kotkan kaukolämpöverkosto

9 Peruskuormalaitokset Peruskuormalaitos: Kallis investointi Halvat käyttökustannukset -> (halvat polttoaineet: turve, puu, hiili, etc ) Tuottavat myös sähköä

10 Huippukuormalaitokset Huippukuormalaitos: Halpainvestointi Kalliit käyttökustannukset (kevyt öljy, maakaasu) Miehittämätön, kaukokäytetty Usein vakiotoimituskattila

11 Pysyvyyskäyrä

12 Kokonaiskustannus Voimaliatoksen kustannukset voidaan jakaa kiinteisiin kuluihin =a( /kw) (investointi) ja muuttuviin kustannuksiin = b( /MWh) (polttoaine) C kok =a+t k *b =kokonaiskustannus t k = käyttöaika/vuosi

13 Käyttöajan optimointi ah = investointi, huippu ap = investointi, perus /MW Huippuvoima halvempaa Perusvoima halvempaa Risteyskohdasta nähdään milloin ko. laitostyyppi on edullisempi käyttää. t k

14 Laskentaesimerkki

15 Laskentaesimerkin alkutietoja Syöttövesitankin paine2 baaria Tuorehöyryn paine p=40 bar, t=450ºc Kaukolämpöteho Φ KL =25MW Kaukolämpövesi lämpenee 50-90ºC KL-lämmönvaihtimen asteisuus 10ºC Vastapaine höyry on 100ºC (oletus = höyry on kylläistä)

16 Laskenta esimerkki Piste m kg/s p bar t C H kj/kg höyry kondenssivesi laskettu Piste 2.

17 Vastaukset Piste m kg/s p Bar t C H kj/kg 1 11, , , höyry 4 11, kondenssivesi 5 11, , , laskettu

18