KOHTI ENERGIATEHOKASTA VESIHUOLTOLAITOSTA Vesihuolto 2018, 24.5.2018 Tomi Kiuru, Motiva Oy @MotivaOy Miksi kiinnittää huomiota energiatehokkuuteen? Money talks! Investoinnin sisäinen korko helposti >> 15 % Oheishyödyt Energiatehokkuuden parantamisen kokonaishyödyt ovat jopa 2,5-kertaiset energiakustannussäästöihin verrattuna! 1
Lähde: IEA Yritysten kokemat energiatehokkuuden oheishyödyt Asiakastyytyväisyys ja -kokemus Vastuullisuus ja maine Kilpailukyky ja kilpailuasema Päästöjen väheneminen Vaikutus osakkeen arvoon Lupaehtojen täyttäminen Pakkotoimien välttäminen Jäähdytyskuormien pieneneminen Sähkön huippukuormien pieneneminen Laitteiden/prosessin ohjattavuus ja säädettävyys Tilatehokkuus ja rakennusten arvon kasvaminen Huolto- ja korjaustarpeen väheneminen Tuotantolaitteiden arvon säilyminen ja käyttöiän piteneminen Tuotannon tasalaatuisuus Tuotantokatkosten väheneminen Työturvallisuus Työskentelyolosuhteiden paraneminen Melun Väheneminen Oppiminen ja työn Järkeistyminen Työmotivaation ja yhteisöllisyyden kasvu 2
KOHTI ENERGIATEHOKASTA VESIHUOLTOLAITOSTA Laitosnäkökulma Energiatehokkuus ja energian säästäminen on kannattavaa bisnestä! Sisäinen korkokanta helposti >>15 % Energiatehokkuusinvestointien oheishyödyt (Motivan selvitys julkaistaan 2018) Muut investoinnit kuitenkin huomattavasti yleisempiä, jolloin energiatehokkuuden parantuminen on usein itse oheishyöty. Tähän oheishyötyyn kannattaa kiinnittää huomiota! Kuntanäkökulma Tavoitteet ja sitoumukset (usein CO 2 -päästöjen kautta) Kansallinen näkökulma Energiatehokkuus on kansallinen kilpailukykytekijä Suomi on sitoutunut energiatehokkuuden parantamiseen sekä kansallisiin ja kansainvälisiin ilmastotavoitteisiin Kansalliset tavoitteet vesihuoltolaitoksen energiatehokkuustyön tukena 3
ENERGIATEHOKKUUS- SOPIMUKSET2017 2025 Energiatehokkuussopimukset Suomen ensisijainen valinta EED toimeenpanossa Energiatehokkuussopimukset ovat Suomessa ensisijainen keino täyttää EU:n tiukat energiatehokkuusvelvoitteet Energiatehokkuusdirektiivi (2012/27/EU) (EED) Tavoitteena olla keskeisessä roolissa EED toimeenpanossa myös vuoden 2020 jälkeen Vapaaehtoiset sopimukset ovat vaihtoehto uudelle kansalliselle lainsäädännölle tai muille uusille pakkokeinoille Rakentuu hyvälle yhteistyölle valtion, toimialojen, yritysten ja kuntien välillä Kaikilla sama tavoite ja suunta Suomea sitovien energiatehokkuusvelvoitteiden toimeenpano onnistuu vapaaehtoisin keinoin vain, jos sopimustoiminta on: kattavaa ja täyttää asetetut tavoitteet energiankäytön tehostumisesta 4
Energiatehokkuussopimukset 2017 2025 ELINKEINOELÄMÄN ENERGIATEHOKKUUSSOPIMUS TEOLLISUUS Energiavaltainen teollisuus l Elintarviketeollisuus l Kemianteollisuus Teknologiateollisuus l Puutuoteteollisuus l Yleinen teollisuus ENERGIA-ALA Energiantuotanto Energiapalvelut PALVELUALA Kaupan ala l Matkailu- ja ravintolapalvelut l Autoala l Yleinen palveluala KIINTEISTÖALAN ENERGIATEHOKKUUSSOPIMUS KUNTA-ALAN ENERGIATEHOKKUUSSOPIMUS HÖYLÄ IV ENERGIATEHOKKUUSSOPIMUS TOIMITILAKIINTEISTÖT VUOKRA- ASUNTOYHTEISÖT KAUPUNGIT & KUNNAT KUNTAYHTYMÄT LÄMMITYSPOLTTONESTEIDEN JAKELU Öljylämmityskiinteistöt 5
Energiatehokkuussopimukset HYÖDYT LIITTYJÄLLE Energiankäytön tehostuminen muuttuu hyödylliseksi toimintatavaksi Turhien energiakulujen karsinta lisää kannattavuutta ja tulosta Tarkoituksenmukainen energiankäyttö on vastuullista Mahdollisuus hyödyntää valtion energiatukea energiatehokkuustoimiin Toiminnan ilmastokuorma vähenee Liittyy luontevaksi osaksi johtamisjärjestelmiä Rakentaa ja vahvistaa myönteistä julkisuuskuvaa Joustavampi ja mielekkäämpi vaihtoehto uudelle kansalliselle lainsäädännölle tai muille uusille pakkokeinoille Energiatehokkuussopimukset 2017 2025 ESIMERKKI TAVOITTEEN ASETTAMINEN ELINKEINOELÄMÄ* KUNTA-ALA KIINTEISTÖALA Ohjeellinen energiansäästötavoite sopimuskaudelle 2017 2025 1. Sopimukseen liitettävä liittyjän viimeisin normaalivuotta edustava energiankäyttö yhteensä 1 000 MWh 2. Välitavoite vuodelle 2020 vähintään 4 % = 40 MWh 3. Kokonaistavoite vuodelle 2025 vähintään 7,5 % = 75 MWh Ohjeellinen energiansäästötavoite kaudelle 2014 2025 1. Sopimukseen liitettävä liittyjän viimeisin normaalivuotta edustava energiankäyttö yhteensä 1 000 MWh 2. Välitavoite vuodelle 2020 vähintään 7 % = 70 MWh 3. Kokonaistavoite vuodelle 2025 vähintään 10,5 % = 105 MWh Energiankäytön ei edellytetä tavoitevuosina 2020 ja 2025 olevan sopimukseen liitettyä lähtötilannetta alhaisempi Tavoitteen toteuttamista seurattaessa hyväksytään seurantajärjestelmään raportoidut valitulla tavoitteen asettamiskaudella toteutetut toimenpiteet, joiden energiansäästövaikutus on edelleen voimassa tarkasteluvuonna ja jotka koskevat tavoitteen laskennan perusteena olevaa energiankäyttöä yhteensä 6
Energiatehokkuussopimukset 2017 2025 LIITTYJÄ SITOUTUU JATKUVAAN PARANTAMISEEN Tavoitteena on sisällyttää energiatehokkuuden jatkuva parantaminen osaksi käytössä olevia tai käyttöön otettavia johtamisjärjestelmiä tai toimintasuunnitelmia Tavoitteiden saavuttamiseksi liittyjä sitoutuu: Toiminnan organisointiin ja suunnitteluun Energiankäytön tehostamismahdollisuuksien selvittämiseen Kustannustehokkaiden energiankäytön tehostamistoimenpiteiden toteuttamiseen Energiatehokkuuden huomioon ottamiseen suunnittelussa ja hankinnoissa Henkilökunnan koulutukseen ja energiatehokkuusasioiden viestintään Vuosittaiseen raportointiin Liittyjä pyrkii myös uuden energiatehokkaan teknologian käyttöönottoon ja uusiutuvien energialähteiden käytön lisäämiseen. Jokainen liittyjä toteuttaa toimia omista lähtökohdistaan ja sitoutuu tekemään parhaansa tavoitteen saavuttamiseksi. Työ edellyttää johdon sitoutumista, pitkän aikavälin päämäärien ja tavoitteiden asettamista sekä niiden systemaattista toteuttamista ja seurantaa 7
ENERGIAKATSELMUKSET 8
Mikä on Motiva-mallin energiakatselmus? Motivan mallin mukainen energiakatselmus on TEM:n ohjeiden mukaan toteutettu kokonaisvaltainen selvitys kohteen energian käytöstä ja kaikista kannattavista säästömahdollisuuksista sekä uusiutuvien energialähteiden käyttömahdollisuuksista Kunnat, mikro- ja pk-yritykset voivat saada tukea 40 % TEM/Motivan ohjeiden mukaisesti suoritettuun katselmukseen. Energiatehokkuussopimukseen liityneiden tuki on 50 %. Energiakatselmukset toteutetaan Motivan myöntämän vastuuhenkilöpätevyyden hankkineiden henkilöiden valvonnassa yhteistyössä kohteen omien ja muiden asiantuntijoiden kanssa. Motiva vastaa katselmoijien koulutuksesta, markkinoinnista, laadunvarmistuksesta sekä katselmustoiminnan kehitystyöstä Kunnat, mikro- ja pk-yritykset voivat saada tukea 40 % TEM/Motivan ohjeiden mukaisesti suoritettuun energiakatselmukseen. Energiatehokkuussopimukseen liittyneiden tuki on 50 %. 9
Katselmusmalleja eri tarpeisiin Kiinteistön energiakatselmus yleisimmin käytetty katselmusmalli, joka soveltuu tavanomaisella tai vaativalla tekniikalla varustetulle palvelurakennukselle. Teollisuuden energia-analyysi keskittyy tehdaspalvelujärjestelmien ja kiinteistötekniikan lisäksi tuotantoprosessin energiatehokkuuden parantamiseen. Teollisuuden 2-vaiheinen energiakatselmus ja -analyysimalli soveltuu hyvin vesihuoltolaitoksille UUSI! MUUT MALLIT: Energiakatsastus Kiinteistön käyttöönottokatselmus Kiinteistön seurantakatselmus Teollisuuden energiakatselmus Prosessiteollisuuden energia-analyysi Voimalaitoksen energia-analyysi Kaukolämpökatselmus 10
ENERGIATUKI Mihin vesihuoltolaitos voi saada energiatukea? Mihin energiatukea myönnetään? Energiatukea voidaan myöntää sellaisiin investointi- ja selvityshankkeisiin, jotka edistävät: 1) uusiutuvan energian tuotantoa tai käyttöä 2) energiansäästöä tai energian tuotannon tai käytön tehostamista 3) muutoin energiajärjestelmän muuttumista vähähiiliseksi. Tukea ei myönnetä hankkeille, jotka on käynnistetty ennen tukipäätöstä. Lisäksi tukea voidaan myöntää aikaisintaan rahoituspäätöspäivästä alkaen aiheutuviin kustannuksiin. Tuella on oltava merkittävä vaikutus hankkeen käynnistämiseen. 11
Kenelle energiatukea myönnetään? Energiatukea voivat saada: kaiken kokoiset yritykset, mukaan lukien ammatin- ja liikkeenharjoittajat sekä toiminimet yhteisöt, kuten kunnat, seurakunnat ja säätiöt Vesihuoltolaitokset ovat tukikelpoisia organisaatiomuodosta riippumatta! Tuet selvityshankkeisiin Energiatuen osuus hyväksyttävistä kustannuksista selvityshankkeeseen voi olla enintään: energiatehokkuussopimuksiin liittyvät kuntasektorin, mikroyritysten ja pk-yritysten energiakatselmukset 50 % muut energiakatselmukset, -analyysit ja selvityshankkeet 40 % Tukea ei myönnetä katselmuksiin suurille yrityksille. Suureksi yritykseksi määritellään yritys tai konserni, jonka työntekijämäärä on yli 250 tai liikevaihto on yli 50 M ja tase yli 43 M. Määrittelyssä otetaan huomioon Suomessa rekisteröidyn konsernin tai yrityksen sekä sen Suomessa tai ulkomailla omistamien yritysten yhteenlasketut työntekijät, liikevaihdot ja taseet. Jos suuri vesihuoltolaitos on Oy-muotoinen, tilanne on tarkastettava! 12
Tuet energiansäästö- ja energiatehokkuusinvestointeihin 2018 Energiansäästöä ja energiatehokkuutta edistävät investoinnit Tavanomainen teknologia: 20 % energiatehokkuussopimuksiin liittyneille yrityksille ja yhteisöille. 25 % kun edellä olevassa käytetään ESCO-palvelua. 15 % muille kuin energiatehokkuussopimuksiin liittyneille yrityksille ja yhteisöille, kun käytetään ESCO-palvelua. HUOM! Uutta teknologiaa sisältäville hankkeille myönnetään tapauskohtaisesti korotettua tukea (20 40 %) myös energiatehokkuussopimusten ulkopuolisille yrityksille ja kunnille. Tuki uusiutuvan energian investoinneille 2018 Tavanomainen teknologia: Lämpöpumppuhankkeet 15 %* Aurinkosähköhankkeet 25 % Biokaasuhankkeet 20-30 % Lämpökeskushankkeet (puupolttoaineet) 10-15 % Aurinkolämpöhankkeet 20 % Pienvesivoimahankkeet 15-20 % Kaatopaikkakaasuhankkeet 15-20 % Pientuulivoimahankkeet 20-25 % * pois lukien jäte- ja hukkalämmön hyötykäyttöön liittyvät hankkeet, joihin sovelletaan energiansäästöön liittyviä tukiprosentteja. 13
Mitä ei tueta? Rajoitukset tai tukea ei myönnetä (valikoidusti vesihuoltolaitoksiin liittyviä): Tukea ei myönnetä valaistukseen liittyviin tavanomaisen teknologian hankkeisiin Tukea ei myönnetä rakennusten eristykseen, kylmäkalusteiden ja -laitteiden oviin tai kansiin tai muihin vastaaviin ratkaisuihin Tuettavien hankkeiden investointikustannusten on oltava vähintään 10 000 euroa Tukea ei myönnetä lämmöntuotantohankkeille, jos hankkeen seurauksena siirrytään kaukolämmöstä erilliseen lämmöntuotantoon Lämpökeskusten osalta vaaditaan vähintään 70 % uusiutuvan energian osuutta polttoainekäytöstä Tukea ei myönnetä uudisrakennuskohteissa tehtäviin hankkeisiin (pois lukien uusi teknologia ja aurinkosähköhankkeet). Energiavarastoihin liittyviä hankkeita tuetaan ainoastaan, jos samalla investoidaan uusiutuvan energian tuotantokapasiteettiin tai energiatehokkuutta parantaviin koneisiin ja laitteisiin. Energiavarastoon liittyvien kustannusten enimmäismäärä hankkeessa on 50 % hankkeen kokonaiskustannuksista. Polttoaineen jakeluun liittyvien hankkeiden osalta tukea voidaan myöntää ainoastaan tuotantolaitoshankkeiden yhteydessä. Tukea voidaan myöntää korkeintaan yhdelle tuotantolaitoksen välittömässä läheisyydessä sijaitsevalle jakeluasemalle. ESCO-palveluiden osalta edellytyksenä on vähintään 70 %:n säästötakuu ja todennettavien säästöjen osuus kokonaissäästöistä todentamisjakson aikana on vähintään 60 % euromääräisesti laskettuna Tuulivoima-, biokaasu-, puupolttoaine-, aurinko- ja aaltovoimalahankkeita voidaan tukea ainoastaan, jos hanke ei täytä uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta (1396/2010) annetun lain 9-11 :ssä säädettyjä syöttötariffijärjestelmän hyväksymisen edellytyksiä tai 30 :ssä säädettyjä tarjouskilpailuun osallistumisen edellytyksiä tai 33 :n 1 momentin 6 kohdan a alakohdassa tarkoitettua vuosituotantovelvoitetta. Jos hanke kuitenkin sisältää uutta teknologiaa, voidaan sille tällä perusteella myöntää energiatukea. Energiatuen hakeminen Energiatukea haetaan Business Finlandin sähköisen asiointipalvelun kautta. www.businessfinland.fi/suomalaisille-asiakkaille/asiointipalvelu Etenkin kaikissa investointihankkeissa on suositeltavaa olla yhteydessä Business Finlandin energiatukitiimiin jo varhaisessa vaiheessa. HUOM! Tukea ei myönnetä hankkeille, jotka on käynnistetty ennen tukipäätöstä. Lisäksi tukea voidaan myöntää aikaisintaan rahoituspäätöspäivästä alkaen aiheutuviin kustannuksiin. Energiakatselmuksen aloittamiseksi katsotaan sitovan tilauksen tekeminen. Investointi katsotaan aloitetun, kun sitä koskeva lopullinen ja sitova investointipäätös tai laitetilaus on tehty tai rakentaminen on aloitettu. 14
ENERGIATEHOKAS VESIHUOLTOLAITOS 2016-2018 ENERGIATEHOKAS VESIHUOLTOLAITOS Hankkeessa mukana 15
Tuoda esiin hyviä esimerkkejä energiatehokkaista ratkaisuista vesilaitoksilla. Tarjota hyödyllistä tietoa ja ratkaisuja vesihuoltolaitosten energiatehokkuuden parantamiseksi. Energiatehokas vesihuoltolaitos 20 tietokorttia ja vesilaitosesimerkkiä Tavoitteet vesihuoltolaitokset kiinnittävät nykyistä enemmän huomiota energiatehokkuuteen ja toteuttavat toimenpiteitä myös käytännössä. vesihuoltolaitoksille tietoa hyvistä käytännöistä ja toteutetuista ratkaisuista. Kohderyhmänä vesihuoltolaitosten koko henkilöstö. Ohjeet ja esimerkit: energiatehokkuuteen yleisesti liittyvät asiat koko vesihuollon ketju painottaen merkittävimpiä energiakulutuskohteita www.motiva.fi/vesihuoltolaitos 16
Materiaali soveltuu hyvin koulutustarkoituksiin! 17
ENERGIATEHOKAS ILMASTUS Energiatehokas vesihuoltolaitos 1/2018 ENERGIATEHOKAS ILMASTUS Yli puolet jätevedenpuhdistamon energiankäytöstä kuluu ilmastukseen. Optimoi hapen- ja ilmantarve sekä ilmansyötön energiankäyttö - saavutat merkittävää energiansäästöjä. Energiankulutuksen ja energiatehokkuuden kannalta ilmastuksessa on kolme osatekijää: 1) hapentarve, 2) ilmantarve, 3) ilmamäärän syöttämiseen kuluva energia. Lietteenkäsittely 11 % Sekoittajat 7 % Lietteenkierrätys 2 % Lietteenpalautus 3 % Mekaaninen käsittely Suodatu Muu 6 % Tulopumppaus 5 % Esimerkki energiankulutuksen jakaumasta jätevedenpuhdistamossa. Ilmastuksen osuus tyypillisesti 50-70 % Ilmastus 55 % Energiankulutus (kwh/m 3 ) Keskimääräinen virtaama (m 3 /d) Energiankulutus (kwh/kg poistettu BOD 7ATU) Energiankulutus (kwh/kg poistettu OCP) <0,50 37 900 1,5 280 0,51-1 6 400 2,5 400 >1 1 300 7 960 Kuva: Kaaviokuva aktiivilieteprosessista, Lähde: Pöyry Jätevedenpuhdistamoiden keskimääräisiä energiankulutuksen tunnuslukuja. 18
Oikea hapen- ja ilmantarve HAPENTARPEEN MÄÄRÄÄ Ilmastukseen tuleva BODja typpikuorma Lietteen laatu; elävän biomassan määrä, ph, eliökanta, laskeutuvuus/ plokin koko Lieteikä Lämpötila Laitostyyppi (vain BOD:n poisto, nitrifikaatio vai kokonaistypenpoisto) ILMANTARPEESEEN VAIKUTTAA Ilmastintyyppi Ilmastimien kunto Ilmastimien määrä Allassyvyys Hapen asetusarvot ILMASTUSJÄRJESTELMÄN ENERGIANKULUTUS Kompressorityyppi Kompressorien, putkiston ja säätöventtiilien mitoitus vs. todellinen kuormitus Instrumenttien määrä, sijoitus, tarkkuus Ohjaus- ja säätöjärjestelmä Säätöventtiilien tyyppi Asetusarvot ja säätöpiirien viritys Laitteistojen kunto Tasaisen kuorman merkitys tärkeä Selvitä mahdollisuudet käyttää viemäriverkostoa, tulopumppauksen ohjausta sekä vanhoja, käytöstä poistettuja altaita tulokuorman tasaukseen. Pyri tasaamaan lokajäte esim. välisäiliöllä ja teollisuuden kuormitus jo puhdistamon ulkopuolella. Ilmamäärän ohjaus Prosessiin syötettävän ilman määrä riippuu laitoksen ohjaustavasta. Useimmiten ilmastusta ohjataan tavoitehappipitoisuudella, joka vaihtelee yleensä välillä 1,5 3,5 mgo 2 /L riippuen lohkosta. Vältä yli-ilmastusta! Ensimmäisissä ilmastuslohkoissa hapentarve on kuormituksesta johtuen suurempi ja hapentarve vastaavasti vähenee seuraavissa lohkoissa. Harkitse ja selvitä ilmastuksen jaon muutoksia! Hyvin toimivalla laitoksella tavoitehappipitoisuus voi olla jopa alle 1 mgo 2 /l, mikäli laitoksen ohjaus toimii optimaalisella tavalla. Huolehdi mittareiden kunnosta Prosessin toiminnan ja ilmastuksen tehokkaan ohjauksen kannalta on erittäin tärkeää, että liuenneen hapen pitoisuutta mittaavat mittarit toimivat täsmällisesti. Väärin kalibroidut tai rikkinäiset mittarit antavat virheellisen kuvan ilmastuksen happipitoisuudesta, joka voi johtaa tarpeettoman suureen ilmastukseen ja sitä kautta tehottomaan ja korkeaan energiankulutukseen laitoksella. Laitoksella on hyvä olla erillinen kannettava happimittari, jolla mittareiden toiminta voidaan tarkastaa. Lisäksi on erittäin tärkeää huoltaa ja puhdistaa happimittarit säännöllisesti. Nyrkkisäännöt: 1) Mitä korkeampi kuorma, matalampi lieteikä, korkeampi lietepitoisuus ja korkeampi lämpötila, sitä suurempi on hapentarve. 2) Nitrifikaatio kuluttaa happea noin nelinkertaisesti verrattuna BOD:n hapetukseen tarvittavaan happimäärään. 3) Kokonaistypenpoistossa osa BOD-kuormasta hapetetaan denitrifikaatio-vaiheessa nitraatilla, jolloin happea kuluu jonkin verran vähemmän kuin puhtaasti nitrifioivassa laitoksessa. 19
Energiankulutus ja siihen vaikuttavat tekijät Kompressorit ja niiden valinta Ilmastuskompressorit muodostavat suuren osan ilmastuksen ja siten jätevedenpuhdistuksen energiankulutuksesta Kompressorityyppejä on erilaisia ja ne sopivat ominaisuuksiltaan erilaisiin olosuhteisiin. Laitoksella käytössä olevia kompressoreita tulee pyrkiä ajamaan optimiarvolla. Lisäksi puhdistamolla tulisi olla varajärjestelmänä ainakin yksi kompressori. Suuremmilla puhdistamoilla on käytössä turbokompressorit. Turbokompressorit ovat karkeasti arvioituna optimaalisimmat laitoksilla, joiden asukasvastineluku on yli 30 000 AVL Alle 30 000 AVL laitoksilla on yleensä käytössä kiertomäntäkompressorit Varsinaisesti kompressoreiden hankintaan ei kuitenkaan ole nyrkkisääntöä ja kunkin kompressorin soveltuvuus laitoksella on aina tapauskohtaista. Tärkein jätevedenpuhdistamon energiankulutusta määrittävä tekijä on usein kompressorien ja säätöventtiilien oikea mitoitus ja ohjaus käsiteltävään kuormitukseen ja sen päivittäiseen vaihteluun nähden. Tehosta ohjaustapaa Laitoksen ilmastuskompressoreita ja moottoreita arvioidessa tulee kiinnittää huomiota laitteistokokonaisuuksiin ja niiden optimaaliseen ohjaukseen. Ilmastus kuluttaa yleisesti niin suuren osan koko laitoksen sähköenergiasta, että jopa 1 % säästöllä on merkittävä kustannusvaikutus laitoksen sähköenergiankuluihin. ESIMERKKI: HSY, VIIKINMÄKI Ohjaustavan tehostamisella siten, että yhdellä kompressorilla ajetaan mahdollisimman pitkään ennen seuraavan kompressorin kytkemistä päälle, saavutettiin Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla noin 1% energiansäästö koko laitoksella. Tämä ohjaustapa vähentää myös pysäytysten ja käynnistysten määrää. Tehokkain ohjaustapa riippuu kuitenkin laitoksesta. Lisäksi samassa yhteydessä kasvatettiin ilmastuksen tiheyttä lohkoissa 3 ja 4. Kompressorit tuottavat huomattavan määrän myös lämpöenergiaa, joka otetaan Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla talteen lämmönvaihtimilla ja johdetaan laitoksen tuloilman lämmittämiseen LTO-piirin kautta. Turbo Kiertomäntä Kiertomäntäruuvikompressori Energiankulutus Korkea hyötysuhde (75-83%). Suurnopeuskompressorit kuuluvat tehokkaimpiin Hyötysuhde noin 60% Hyötysuhde noin 65-70%. Hanki energiatehokasta, valitse elinkaarikustannusten perusteella Kompressoreiden energiatehokkuuteen on helpointa vaikuttaa hankintavaiheessa. Hyötysuhteeltaan heikkojen kompressoreiden ja moottoreiden uusimisella voi säästää merkittävästi energiankulutuksessa laitoksilla. Soveltuvuus Hinta Soveltuu hyvin suureille laitoksille (>30 000 AVL), joilla on suuri ilmankulutus. Korkea investointikustannus suurilla laitoksilla silti hyvä takaisinmaksuaika. Soveltuu hyvin pienemmille laitoksille ja pienemmälle ilmankulutukselle. Yleisesti sopii hyvin mataliin allassyvyyksiin. Matalammat investointikustan nukset kuin turbokompressoreilla. Soveltuu hyvin pienemmille laitoksille ja korkeisiin paineisiin. Matalammassa paineessa toimiva tyyppi muistuttaa paljon kiertomäntää. Hieman korkeammat investointikustannukset kuin kiertomäntäkompressoreilla. ESIMERKKI: HSY, SUOMENOJA Espoon Suomenojan puhdistamolla uuden esiilmastuskompressorin hankinta maksoi itsensä takaisin alle vuodessa laitteiston mahdollistamalla energiansäästöllä. Esi-Ilmastuksessa oli aikaisemmin käytetty kahta erikokoista kompressoria, joista suurempi tuotti optimihyötysuhteellaan liikaa ilmaa prosessin hapenkulutukseen nähden ja vastaavasti pienempi liian vähän. Näiden ajaminen yhdessä ei myöskään ollut energiatehokasta, sillä yhdellä kompressorilla voidaan ajaa yhtäjaksoisesti tasaisemmin verrattuna kahteen kompressoriin, joiden yhteiskäytössä tarvitaan enemmän käynnistyksiä ja pysäytyksiä. 20
Ilmastimet Ilmastintyypillä sekä käytössä olevien ilmastimien kunnolla on keskeinen vaikutus ilmastuksen tehokkuuteen ja energiankulutukseen. Huolla ja puhdista Ilmastuksen toimivuuden ja energiatehokkuuden kannalta on erityisen tärkeää puhdistaa ja huoltaa ilmastimet säännöllisesti. Lisää ilmastintiheyttä Ilmastuksen energiatehokkuutta voi tehostaa myös lisäämällä ilmastintiheyttä asentamalla huoltojen yhteydessä lisää ilmastimia altaan alkupäähän, missä kuorma on korkein. Tällöin yhden ilmastimen syöttämä ilmamäärä pienenee, jolloin hapensiirtotehokkuus paranee. Optimoi allassyvyys Allassyvyys vaikuttaa myös ilmastuksen ja hapensiirron tehokkuuteen. Syvissä ilmastusaltaissa (> 12 m) vedenpaine on altaan pohjalla suuri ja kompressoreilta tarvitaan suurempi teho kuin matalammissa altaissa. Toisaalta syvemmissä altaissa hapensiirtotehokkuus on suurempi, koska ilmakuplalla on pidempi matka altaan pinnalle ja suurempi osa sen sisältämästä hapesta ehtii siirtyä veteen. Altaiden syvyys tulee huomioida ilmastimia hankittaessa. Altaiden syvyyttä voidaan lisätä esimerkiksi saneerausten yhteydessä, mikäli vaikeat pohjaolosuhteet ym. tekijät eivät ole esteenä. Ohjaustavalla on väliä Laitoksilla on erilaisia tapoja ohjata ilmastuksen tavoitehappipitoisuutta riippuen puhdistusprosessista, automatiikasta ja instrumentoinnista. Yleisin ratkaisu on, että kompressorit pitävät yllä vakiopainetta painetukissa ja säätöventtiilit ylläpitävät tavoitehappipitoisuutta ilmastusaltaissa. Säätöventtiilin kanssa samassa piirissä on yleensä happimittaus ja usein myös ilmamäärämittaus. Uudemmissa ratkaisuissa hapen tavoitearvo muuttuu ammoniumtyppimittauksen perusteella. Puhdistamoilla, joilla on otettu käyttöön lähtevän veden ammoniumtyppipitoisuuteen perustuva ohjaus, on havaittu säästöjä ilmastuksen energiankulutuksessa verrattuna vakiona säilyvään tavoitehappipitoisuuteen. Ilmastuksen ja energiankulutuksen kannalta merkittävimmät laitteet ovat kompressorit ja niiden moottorit sekä ilmastimet. Laitteistovalinnat ja niiden kunto vaikuttavat oleellisesti ilmastuksen energiatehokkuuteen. Instrumentointi Sijoita oikein, huolla ja kalibroi säännöllisesti Väärin sijoiteltu ja huoltamaton instrumentointi tuottaa väärää tietoa, lisää energiankulutusta ja vaarantaa puhdistustuloksen. Kattava, oikein sijoiteltu, huollettu ja kalibroitu instrumentointi auttaa keräämään tärkeää tietoa prosessin toiminnasta ja optimoimaan esim. kompressorien toimintaa. Tärkeitä huomioitavia asioita sijoittelun kannalta ovat mittauspisteen edustavuus ja laitteiden huollettavuus. Instrumentoinnin sijoittaminen riippuu laitoksen ja prosessin tyypistä. Esimerkiksi ilmastusaltaassa, joka on jaettu useampaan lohkoon, erilliset happimittarit voi sijoittaa jokaiseen lohkoon ja ammoniumtyppimittaus ensimmäiseen ja viimeiseen ilmastettuun lohkoon. Ilmastuksen seurannan kannalta merkittävimpiä mittauksia ovat mm. ilmamäärä-, happi- ja typpimittaukset. Venttiilit Satsaa säädettävyyteen ja seuraa venttiilien toimintaa Ilmastusprosessin olennainen osa on kompressoreilla tuotettavan ilman johtaminen prosessin eri vaiheisiin. Tähän tarkoitukseen käytetään säätöventtiileitä, joiden toimintaa ohjataan ohjaustavan mukaisesti mittausten avulla. Näin varmistetaan juuri oikeat ilmamäärät prosessin eri vaiheissa. Oikeanlainen venttiilivalinta vaikuttaa sekä prosessin parempaan toimintaan että ilmastuksen energiatehokkuuteen. Jätevedenpuhdistamoilla on yleisesti käytössä läppäsäätöventtiileitä, mutta esim. pallokalottisäätöventtiilillä päästäisiin parempaan säädettävyyteen. Venttiilien toiminnan seuraaminen on myös tärkeää, sillä merkittävä venttiilien heiluminen tai epätyypilliset asennot voivat viitata häiriöön ilmastuksen ohjaustavassa tai prosessissa. Oikeanlaiset mittaukset, laitevalinnat ja niiden tarkoituksenmukainen sijoittelu sekä säännöllinen kunnossapito mahdollistavat prosessin seuraamisen ja energiatehokkuuden. 21
ENERGIATEHOKAS ILMASTUS Muista nämä! Ilmastuksen energiankulutukseen vaikuttavat tekijät: hapentarve, ilmantarve ja ilman syöttöön kuluva energia. keskeiset laitteet: kompressorit ja niiden moottorit sekä ilmastimet. OPTIMOI HAPEN- JA ILMANTARVE JA ILMANSYÖTTÖÖN KÄYTETTÄVIEN KOMPRESSOREIDEN & MOOTTOREIDEN ENERGIANKÄYTTÖ Kompressorit Hanki energiatehokkaita ilmastuskompressoreita ja moottoreita, kiinnitä huomiota elinkaarikustannuksiin hankintahinnan sijaan. Aja kompressoreita optimiarvolla. Mitoita kompressorit ja säätöventtiilit oikein ja ohjaa niitä kuormituksen ja sen päivittäiseen vaihtelun mukaan. Ota kompressorien lämpö talteen. Ilmastimet Huolla ja puhdista. Lisää ilmastintiheyttä. Huomioi allassyvyys. Hyödynnä ohjaustavalla saatavat säästöt. Instrumentointi Varmista riittävä kattavuus. Sijoita oikein. Huolla ja kalibroi säännöllisesti. Huolehdi mittareiden kunnosta, jotta et ylimitoita ilmastusta. Venttiilit Satsaa säädettävyyteen. Seuraa venttiilien toimintaa. CASE: Kuopion Vesi ILMASTUSSANEERAUS Lehtoniemen jätevedenpuhdistamolla Energiatehokas vesihuoltolaitos 1/2018 22
Ilmastus uusiksi Ympäristöluvan kiristyvä nitrifikaatiovaatimus johti ilmastuslinjan saneeraukseen Kuopion Veden Lehtoniemen jätevedenpuhdistamolla. Laajan saneerauksen yhteydessä uusittiin vanhat ilmastusaltaat ja rakennettiin kokonaan uusi käsittelylinja. Samalla vanhat ilmastuskompressorit vaihdettiin. Tehostamistoimista huolimatta ilmastuksen sähkönkulutus kasvoi, mutta puhdistustulos parani merkittävästi. Samalla melu väheni ja laitoksen energiaomavaraisuus kasvoi. Uusi ympäristölupa asetti Lehtoniemen jäteveden puhdistamolle ympärivuotisen nitrifikaatiovaatimuksen. Uusi ammoniumtypen ympärivuotinen poistovaatimus edellytti ilmastusallaskapasiteetin lisäämistä noin puolella. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi puhdistamolle piti rakentaa kokonaan uusi käsittelylinja. Allassyvyyksien vertailussa päädyttiin samaan syvyyteen kuin käytössä olevissa altaissa. Myös vanhojen käytössä olevien ilmastusaltaiden saneeraus sisältyi yhtenä osana puhdistamolla tehtyyn laajamittaiseen saneeraukseen. Vanhat ilmastuskompressorit uusittiin. Ne olivat olleet käytössä jo vuodesta 1974 asti. Vanhoihin altaisiin uusittiin ilmaputkistot ja kaikki vanhat ilmastuslautaset vaihdettiin. Laitoksen uusittu automaatio mahdollisti ilmastusaltaiden ohjaustavan muutoksen. Tavoitteet energiatehokkuuden osalta Ympärivuotisen nitrifikaation saavuttaminen oli ilmastuksen osalta saneerauksen tärkein tavoite. Ilmastuskompressorien vaihdolla tavoiteltiin energiatehokkuuden parantumista. Automatiikan uusiminen ja sähkömäärämittausten lisääminen edesauttavat tämän tavoitteen toteuttamista. Ilmastusaltaiden osuus kokolaitoksen sähkönkulutuksesta oli ennen saneerausta noin 25 %. Tehostuneen ilmastuksen ja uusien kompressorien avulla tavoiteltiin myös tämän osuuden pienentämistä. Koko laitoksen osalta sähkön omavaraisuus oli ennen saneerausta noin 70 %. Tavoitteena oli puhdistustehon nostosta ja uusista rakennuksista huolimatta pitää omavaraisuus samalla tasolla ja mahdollisesti jopa nostaa sitä. Koko laitoksen lämmön omavaraisuus oli ennen saneerausta noin 90 %. Sen osalta tavoitteena oli päästä täysin omavaraiseksi. Toteutuksen kuvaus Kun nitrifikaation mitoituslämpötila oli 10 o C, aktiivilieteprosessia oli laajennettava 50 % nykyisestä suuremmaksi. Laajennus käsitti yhden uuden linjan, jonka ilmastusaltaan tilavuus oli 1,5 kertainen vanhojen linjojen tilavuuteen verrattuna ja jälkiselkeytys oli noin 20 % laajempi kuin vanhat jälkiselkeytyslinjat. Uusi ilmastusallas rakennettiin saman syvyiseksi kuin vanhat altaat (3,8 m). Vanhat kiertomäntäkompressorit uusittiin. Kaikki kompressorit käyttävät samaa ilmastuksen runkolinjaa ja samaa painetta. Uusia ilmastuskompressoreja voidaan ohjata joko vakiopaineella tai optimipaineella. Automaatiojärjestelmä hakee optimipaineen eli mahdollisimman matalan paineen, jolla ilmastus toimii riittävän tehokkaasti. Käytännössä optimipaine on ollut 43 45 kpa välillä. Esiselkeytyksestä tuleva jätevesi jaetaan siten, että uudelle linjalle johdetaan 34 % virtaamasta ja vanhoille linjoille 22 % kullekin. Lämpimänä aikana käytetään myös esidenitrifikaatiota, jolloin säästetään ilmastusenergian ja kalkin kulutusta sekä hillitään pintalietteen muodostusta selkeytysaltaissa. Esiselkeytyksestä tulevaa kuormaa vähennetään esisaostuksella ja biologisella esikäsittelyllä, jossa esiselkeytysaltaan 6 liete kierrätetään esi-ilmastusaltaan alkuun. Ilmastusaltaiden hapellisia ja hapettomia lohkoja ohjataan suoraan NH 4 -mittausten avulla. Mittaukset eivät toimineet ilmastusaltaiden loppupäässä. Ne jouduttiin siirtämään jälkiselkeytysaltaiden loppuun, jossa ne ovat toimineet tyydyttävästi. Kaikissa ilmastusaltaissa, vanhoissa ja uudessa on nitraatinkierrätyspumput. Näiden avulla saavutetaan mahdollisimman hyvä denitrifikaatio riippumatta palautusliete virtaamasta. 23
SANEERAUKSEN HYÖDYT Aktiivilieteprosessiin menevää orgaanista kuormitusta vähennettiin kemiallisella esisaostuksella siten, että noin 60 % BOD7-kuormasta poistetaan ennen biologista prosessia. Entinen rejektivesiallas muutettiin normaaliksi esi-ilmastusaltaaksi, jolloin sitä voidaan käyttää orgaanisen aineen poiston tehostamiseksi myös hyvin korkeakuormitteisena biologisena vaiheena. Tämä saadaan aikaiseksi johtamalla biologinen ylijäämäliete sekä yhden esiselkeytysaltaan poistoliete esiilmastusaltaaseen tulevan veden joukkoon. Kaikkiin vanhoihin ilmastusaltaisiin vaihdettiin uudet Xylem Sanitaire Silver Series 2 ilmastus- lautaset. Vanhat Aerzen ilmastuskompressorit vaihdettiin Kaeser HB1600 PI kompressoreihin. Vaihtoehtoina olivat turbotyyppiset ja kiertomäntätyyppiset kompressorit. Käyttötarkoitukseen sopivat parhaiten kiertomäntätyyppiset kompressorit. Kolmilapaisena runkoputken resonointi ja ääni ongelma poistui lähes kokonaan. Lehtoniemen jätevedenpuhdistamon AVL:n mukaista kapasiteettia nostettiin 105 000 137 200. Tällä varauduttiin kapasiteetin riittävyyteen aina vuoteen 2040 asti. Ilmastus on saneerauksenkin jälkeen Lehtoniemen puhdistamon suurin sähköä kuluttava yksikköprosessi. Ilmastusaltaiden saneerauksella saavutettiin huomattava melutason lasku ja energiatehokkuuden paraneminen, kun uusittu automaatiojärjestelmä mahdollisti kehittyneiden ohjausjärjestelmien käyttöönoton. Sähkön osalta omavaraisuusaste säilyi koko laitoksella noin 65 % vaikka saneerauksessa puhdistamolle rakennettiin uusia rakennuksia ja puhdistustulos parani huomattavasti. Myös sähkömäärän mittauksia lisättiin. Nämä mahdollistavat tulevaisuudessa energian käytön optimointia. Aikaisemmin käytettävissä oli 2 kpl 250 kw ja 1 kpl 75 kw ilmastuskompressorit. Nyt käytössä on 4 kpl 160 kw ilmastuskompressoreita. Ilmastusaltaiden osuus kokonaissähkön kulutuksesta säilyi lähes samana noin 30 %. Lämpöenergian suhteen laitos on nyt omavarainen. 2010 2016 Generaattorilla tuotettu sähkö, MWh/a 1988 2500 TALOUDELLISET LUVUT Urakka toteutettiin 2012 2015 välisenä aikana. Ostettu sähkö, MWh/a 1026 1300 Sähkökulutus yhteensä, MWh/a 3010 3800 Sähköomavaraisuus, % 66 66 Ilmastuksen sähkönkäyttö, MWh/a 760 1200 Ilmastuksen osuus koko laitoksen sähkönkulutuksesta % 25 30 Uusien ilmastus- ja jälkiselkeytysaltaiden rakennus-, koneisto- ja SIA kustannukset olivat noin 3 miljoonaa euroa. Vanhojen ilmastus- ja jälkiselkeytysaltaiden vastaavat työt maksoivat noin 2 miljoonaa euroa. Koko hankkeen lopulliset rakennuskustannukset olivat 20,7 miljoonaa euroa. Taulukko 1. Puhdistamon sähkönkäyttö ennen saneerausta ja saneerauksen jälkeen. Tehostamistoimista huolimatta ilmastuksen sähkönkulutus kasvoi entisestä, mutta puhdistamon esikäsittelyteho ja kokonaispoistoteho ovat parantuneet merkittävästi. 24
Kuopion veden vinkit ilmastuslinjan saneeraajille 1) Mittauksen luotettavuus parani, kun ammoniumtypen mittaus siirrettiin ilmastusaltaiden lopusta jälkiselkeytysaltaiden loppuun. 2) Ilmastuskompressorien taajuusmuuttajat olisi kannattanut sijoittaa muualle kuin sähkötilaan, sillä nyt ne tuottavat sähkötilaan huomattavan lämpökuorman joka joudutaan kompensoimaan jäähdytyksellä. 3) Allaskohtaiset virtausmittaukset oli hankala saada täsmäämään laitoksen tulo ja lähtö virtaamiin. Mittauksille lisättiin K-kerroin, joka aseteltiin kohdalleen. Mittauksen nollakohta voidaan tarkastaa valvomoohjauksen avulla linja kerrallaan. 4) Ilmastuksen säätöventtiilit eivät toimi halutulla tavalla. Ongelmana on profibusväylän kautta ohjatut venttiilientoimilaitteet, jotka menevät aika-ajoin häiriöön. Syyksi epäillään toimilaitteen väyläkorttia. Niitä on vaihdettu jo lähes kaikkiin ongelmana olleisiin toimilaitteisiin. Motiva on tuottanut aineiston osana Energiatehokas vesihuoltolaitos -hanketta (2016 2018), jossa on laadittu erilaisia käytännönläheisiä esimerkkejä ja ohjeita vesihuoltolaitoksen energiatehokkuutta edistävistä toimista ja ratkaisuista. Hankkeeseen osallistuivat Vesilaitosyhdistys VVY, Helsingin seudun ympäristöpalvelut HSY, Hämeenkyrön kunnan vesihuoltolaitos, Hämeenlinnan Seudun Vesi Oy, Kuopion Vesi, Kurikan Vesihuolto Oy, Lahti Aqua Oy, Lempäälän Vesi, Nokian Vesi Oy, Oulun Vesi, Tampereen Vesi, Turun seudun puhdistamo Oy, Turun Vesiliikelaitos, Tuusulan seudun vesilaitos kuntayhtymä, Vaasan Vesi, Vihdin Vesi, ABB Oy, Flowplus Oy, Hyxo Oy, Oilon Oy ja SKS Control Oy. Hanketta rahoittivat Vesihuoltolaitosten kehittämisrahasto, Energiavirasto sekä hankkeeseen osallistuneet laite-, palvelu- ja järjestelmätoimittajat. www.motiva.fi/vesihuoltolaitos Sisältö : Kuopion Vesi ja Motiva, Kuva: istock. 2018 25
www.motiva.fi 26