1 Vesilaitosten ilmastonmyönteinen toiminta -tuloksia kehityshankkeesta Vesihuoltonuoret seminaari Tampereella 6.11.2009 Projekti-insinööri Pöyry Environment Oy 2 1
Oma tausta Lähtöisin Raumalta Koulutus: Diplomi-insinööri, insinööri Lappeenrannan teknillinen yliopisto 2001-2007, Ympäristötekniikka, syventymiskohteena Päästöjen hallinta Edelliset työantajat: Suomen ympäristökeskus SYKE, BAT työn koordinointia Suomessa ja selvitys biopolttoaineiden valmistuksesta, 10 kk Pöyry Environment Oy, Projekti-insinööri 1.4.2008, vesihuollon laitossuunnitteluosastolla Esi-, yleis- ja toteutussuunnittelutehtäviä Energia-auditointeja 3 Hankkeen esittely Kehityshanke Työkalut ja mittarointi vesilaitosten ympäristömyönteiseen toiminnan kehittämiseen toteutettiin yhteistyössä neljän vesihuoltolaitoksen kanssa, joissa suoritettiin karkea energia-auditointi sekä laskettiin laitoksen toiminnan hiilijalanjälki VVY sekä kaikki mukana olleet laitokset osallistuivat kehityshankkeen tukemiseen omalla rahallisella osuudellaan Mukana olleet laitokset Helsingin Vesi, Vanhankaupungin vesilaitos Espoon Vesi, Suomenojan jätevedenpuhdistamo Lahti Aqua Oy, Ali-Juhakkalan jätevedenpuhdistamo Hämeenlinnan Seudun Vesi Oy, Paroisten jätevedenpuhdistamo 4 2
Hankkeen esittely, Energia-auditointi Tarkastelukohteet ja -vuodet valittiin yhteistyössä laitosten kanssa. Lähtötietojen pohjalta luotiin kuvaus kohteen sähkö- ja lämpöenergiankäytön nykytilanteesta sekä selvitettiin mahdolliset energiansäästökohteet Mahdollisiin energiansäästökohteisiin ehdotettiin suoritettavaksi energiaa säästäviä toimenpiteitä tai suositeltiin tarkempaa tarkastelua Ehdotetuista toimenpiteistä selvitettiin karkea energiansäästöpotentiaali sekä suoritettiin kannattavuustarkastelu 5 Esimerkki puhdasvesilaitoksen energiankäytön nykytilanteesta, Vanhankaupungin vesilaitos Tarkasteluvuosi 2007, koska vuosi 2008 poikkeuksellinen Päijännetunnelin remontin vuoksi Verkostoon pumpattu vesimäärä: 36,23 milj. m 3 Sähköenergiankulutus: 12 693 MWh Helsingin Energia: 12 677 MWh Oma varavoima: 16 MWh Sähköenergiankulutus/m 3 : 0,35 kwh/m 3 600 500 14 % 9 % 5 % Sähkönkulutuksen jakautuminen Vanhankaupungin vesilaitoksella 2007 Helsingin energia: 12 677 MWh Varavoima: 16 MWh 10 % 62 % KP-PUMPPAUS Lämpöenergianhankinta Vanhankaupungin vesilaitoksella 2007, MWh OTSONOINTILAITOS KEMIKAALIRAKENNUS. HIEKKASUODATUS JA VÄLIPUMPPAUS AKTIIVIHIILILAITOS 400 Lämpöenergiankulutus: 3 790 MWh 300 Helsingin Energia: 1 971 MWh 200 Helsingin Vesi, Viikinmäki: 1 819 MWh Lämpöenergiankulutus/m 3 : 0,10 kwh/m 3 100 0 TAMMI MAALIS TO UKO HEINÄ SYYS MARRAS Viikinmäki HKE 6 3
Esimerkki jätevedenpuhdistamon energiankäytön nykytilanteesta Hämeenlinnan Seudun Vesi Oy, Paroisten jätevedenpuhdistamo Tarkasteluvuosi 2008 Puhdistettu jätevesimäärä: 7,18 milj. m 3 Sähköenergiankulutus: 3 738 MWh Lännen Oma Voima Oy: 3 738 MWh Sähköenergiankulutus/m 3 : 0,52 kwh/m 3 Lämpöenergiankulutus: 1 697 MWh Myynti Vattenfallille: 783 MWh Kokonaistuotanto: 2 480 MWh Lämpöenergiankulutus/m 3 : 0,24 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 kwh/m 3 20000 0 Sähkönkulutuksen jakautuminen Paroisissa 2008, MWh Ostosähkö: 3738 MWh 22 % 31 % 47 % Muut Ilmastus Lietteenkäsittely Lämpöenergian myynti ja oma käyttö 2008, kwh Tammi Maalis Touko Heinä Syys Marras Myyty Oma käyttö 7 Esimerkkejä potentiaalisista energiasäästökohteista Vanhankaupungin vesilaitos Hiekkasuodattimien huuhteluvesien pumppaus Suomenoja jätevedenpuhdistamo t Nostopumppaus linjoille 1-4 Biokaasun hyödyntämisen parantaminen 8 4
Vanhakaupunki, Hiekkasuodattimien huuhteluvesipumppaus Nykytilanne: Suodattimet huuhdellaan verkostopaineella, vaikka huuhtelussa vaadittava paine on huomattavasti alhaisempi Toimenpide-ehdotus: Oma pumppaus suodatinten huuhteluvesille välipumppaamosta ennen puhdasvesialtaisiin pumppaamista Saavutettu tt hyöty ja kannattavuus: Vuosittainen kustannussäästö 3 000 7 000 Jo nykyisellä kapasiteetilla investointia voidaan pitää kannattavana. 9 Suomenoja, Nostopumppaus linjoille 1-4 Nykytilanne: Nostopumppaus suoritetaan taajuusmuuttajaohjatusti neljällä uppopumpulla, nostokorkeus 6,5 m. Toimenpide-ehdotus: Nostetaan imualtaan pinnankorkeutta 0,2 m Saavutettu hyöty ja kannattavuus: Nostopumppaus linjoille 1-4 Virtaama (58 % tulovirtaamasta) 60 572 m 3 /d Virtaama 0,701 m 3 /s Pumppausenergian säästö 20 082 kwh/a Kustannussäästö 1 406 /a Pumppauksen tehokkuus 0,454 kwh/m 3 /100m Toimenpiteellä on pieni investointikustannus johtuen automaatiojärjestelmän ohjaustapamuutoksista. Järjestely hankaloittaa kuitenkin linjakohtaista virtaaman säätöä. Ennen toimenpiteiden suorittamista on varmistettava, ettei niistä aiheudu haittaa aikaisemmissa tai myöhemmissä prosessivaiheissa 10 5
Suomenoja, Biokaasun hyödyntämisen parantaminen Nykytilanne: Tuotetusta biokaasusta n. 7 % jää hyödyntämättä sähköksi tai lämmöksi ja poltetaan soihdussa Toimenpide-ehdotus: Investoidaan uuteen kaasumoottoriin, jolla pystytään hyödyntämään kaikki tuotettu biokaasu. Olemassa oleva kaasumoottori jäisi varalaitteeksi huoltotilanteita varten. Lähtötiedot ja oletukset: Hyödyntämättä jäänyt biokaasu 2008: 231 000 m 3 (7 % kok. tuotannosta) Ominaiskaasuntuotanto 450 m 3 n/tvss Biokaasun lämpöarvo: 6,2 kwh/ m 3 n Kaasumoottorin sähköntuotannon hyötysuhde: 35 % Kaasumoottorin lämmöntuotannon hyötysuhde: 50 % Sähkön hinta: 70 /MWh Lämmön hinta: 40 /MWh Syöttötariffi 133,5 /MWh Sähkö myydään tariffihinnalla verkkoon ja ostetaan markkinahinnalla takaisin laitokselle 11 Suomenoja, Biokaasun hyödyntämisen parantaminen Saavutettu hyöty ja kannattavuus: Ostosähkön tarve vähenee 525 MWh/a Kustannushyöty: Ilman syöttötariffia 37 000 /a Syöttötariffilla 107 000 /a Takaisinmaksuaika Ilman syöttötariffia 51 a Syöttötariffilla 8 a Kannattavuuslaskelma Parametri Laatu Arvo Ostosähkön tarve MWh/a - Ennen investointia 8 451 - Kaasumoottori-investoinnin jälk. 7 926 Hyödynnettävä lämpöenergia MWh/a - Ennen investointia 750 - Kaasumoottori-investoinnin jälk. 750 Sähköenergiakustannukset /a - Ennen investointia 592 000 - Kaasumoottori-investoinnin i t i i jälk. (ei syöttötariffia) 555 000 - Kaasumoottori-investoinnin jälk. (syöttötariffi 0,1335 /kwh) 485 000 Lämpöenergian hyödyntäminen /a - Ennen investointia 30 000 - Kaasumoottori-investoinnin jälk. 30 000 Energiakustannukset /a - Ennen investointia 592 000 - Kaasumoottori-investoinnin jälk. (ei syöttötariffia) 555 000 - Kaasumoottori-investoinnin jälk. (syöttötariffi 0,1335 /kwh) 485 000 Kustannushyöty /a - Kaasumoottori-investoinnin jälk. (ei syöttötariffia) 37 000 - Kaasumoottori-investoinnin jälk. (syöttötariffi 0,1335 /kwh) 107 000 Investointikustannus - Kaasumoottori 680 000 Takaisinmaksuaika (Korko 5%) a - Kaasumoottori (ei syöttötariffia) 51 - Kaasumoottori (syöttötariffi 0,1335 /kwh) 8 12 6
Paroinen, Ilmastuksen säätötavan uusiminen Nykytilanne: Vuonna 1990 hankitut turbokompressorit, 3 kpl á 200 kw keskimäärin käytetään yhtä kompressoria siipipyörien asennolla 65 % (laitteen testikäyrän mukaisesti tuotto on tuolloin noin 9 000 m 3 /h). Säätöalue yhdellä kompressorilla on noin 3 340 10 800 m 3 /h Vuonna 2008 ilmamäärämittauksen mukaan ilmantuotto keskimäärin 2 300 m 3 /h. Kuormituksen mukaan laskettuna ilmantarve noin 2 700 m 3 /h. Ilma jaetaan ilmastusvaiheisiin I ja II. Altaiden vesisyvyyksissä vaiheilla on eroa noin 0,8 m. Toimenpide-ehdotus: ehdotus: Vaihdetaan kompressorit uusiin, sekä järjestetään vaiheille I ja II omat säätöpiirinsä. 13 Paroinen, Ilmastuksen säätötavan uusiminen Saavutettu hyöty ja kannattavuus: Ilmastuksen säätötavan ja kompressorien uusiminen Nykyinen ilmastusnergian kulutus 1 150 MWh/a Laskennallinen ilmastusenergian tehontarve 650 MWh/a Tehontarve uusilla kompressoreilla (arvio) 765 MWh/a Kustannussäästö (sähköenergian hinta 0,07 /kwh) 26 950 /a Investointi (arvio) 110 000 Takaisinmaksuaika (korkokanta 5 %) 4,7 a Investointi on kannattava. Samalla prosessin hallinta ja ilmantuoton säädettävyys parantuvat. Jatkotoimenpiteet: Prosessimallinnuksella ja CFD -mallilla ehdotetaan tarkistettavaksi kompressorin tarkempi mitoitus eri tilanteissa, sekä varmistamaan ilmastusaltaiden sekoitukseen tarvittava teho ilmalla sekä potkuri- tai lapasekoittimilla. 14 7
Esimerkki yhteenvedosta, Suomenojan jätevedenpuhdistamo Kaikkien ehdotettujen toimenpiteiden jälkeen voidaan vuosittain säästää 725 MWh sähköenergiaa Hyödyntämällä kaikki tuotettu biokaasu, saataisiin energiakustannussäästöjä lisäksi (Ilman syöttötariffia 37 000 /a) Syöttötariffilla 107 000 /a Energiansäästö kaikkien toimenpiteiden jälkeen Tulopumppauksen sähköenergian säästö MWh/a 34,6 Nostopumppauksen sähköenergian säästö MWh/a 20,1 Mädättämöiden sekoittimien i sähköenergian säästö MWh/a 140,2 Sähköntuotannon lisääminen (ilman syöttötariffia) MWh/a 530,0 Yhteensä MWh/a 724,9 Energiankulutuksen pieneneminen % 5,1 Kustannussäästö (sähkön hinta 0,07 /kwh) /a 50 741 15 Esimerkki jatkotoimenpiteistä, Suomenojan jätevedenpuhdistamo Pumppujen nykyisten maksiminostokorkeuksien tarkistaminen käyttämällä niitä hetken suljettua venttiiliä vasten Eniten sähköenergiaa kuluttavien prosessilaitteiden todellisen sähköenergiankulutuksen määrittäminen moottoreiden virtamittauksilla Tarkemmat kaasumoottori-investointien kannattavuuslaskelmat pitemmän ajan lähtötiedoilla, kun syöttötariffin taso varmistuu Rakennusten lämmön talteenoton järjestämisen kannattavuuden tarkistaminen rakennuksissa, joissa sitä ei ole toteutettu 16 8
Hiilijalanjälki, Tutkimuksen lähtökohdat Työn rajaus Kioton pöytäkirjan kasvihuonekaasut: hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4 ) ja typpioksiduuli (N 2 O) Suorat päästöt välittömät, omasta toiminnasta aiheutuvat päästöt: itse tuotettu energia, prosessin haihduntapäästöt ja laitoksen omat ajot (kuvassa Scope 1) Epäsuorat päästöt omaan toimintaan välillisesti liittyvät päästöt: kemikaalien ja jätteiden kuljetukset ja ostetun energiantuotannon päästöt (Scope 2 ja 3) 17 Lähde: WBCSD, The Greenhouse Gas Protocol Initiative Laskentaperusteet Energiantuotanto Sähkö 225 gco 2 /kwh Lämpö 220 gco 2 /kwh (Energiateollisuus Ry, Motiva, Suomen Kaukolämpöyhdistys) Metaanista tuotetun sähkön tai lämmön päästöjä ei huomioitu Raskaan PÖ päästöt huomioitu Liikenne Työntekijöiden työmatkat, laitoksen kaluston liikennöinti, kemikaalien ja jätteiden kuljetusmatkat Ominaispäästöt LIPASTO-tietokannasta (VTT) Prosessissa muodostuvat päästöt (Jäteveden puhdistamot) Haihduntapäästöt ilmastusaltaista sekä lietteenkäsittelyn aikana Laskennallisesti arvioitu PRTR-mallin mukaisesti 18 9
Laskentaperusteet Kemikaalit Huomioitiin erillisenä osuutena Paljon epävarmuustekijöitä Tiedot kerättiin kirjallisuudesta, kemikaalivalmistajilta, l i haastatteluiden, tt ympäristölupien ja Pöyryn asiantuntijalausuntojen perusteella Päädyttiin keräämään tiedot kemikaalien valmistuksen aikaisen energiankulutuksen osalta Kemikaalien tuotannon päästöt 300 250 200 gco2 ekv. /kg 150 100 50 0 Ferrosulfaatti Ferrisulfaatti Hiilidioksidi Happi Poltettu kalkki Meesatuhka Sooda 19 Hiilijalanjälki - Vanhakaupunki Yhteenvetotaulukko, Helsinki - Vanhakaupunki Suora hiilijalanjälki* gco2ekv./m 3 0,5 Ostetun sähkön hiilijalanjälki gco2ekv./m 3 79 Kokonaishiilijalanjälki l jälki ** gco2ekv./m 3 94 Energiansäästöpotentiaalin hiilijalanjälki gco2ekv./m 3-4,4 * Itse tuotettu energia, laitoksen liikennesuoritteet ja päivittäiset työmatkat. ** Ostettu ja itse tuotettu energia (fossiilinen), laitoksen liikennesuoritteet, päivittäiset työmatkat, kemikaalien ja jätteiden kuljetukset. Kokonaishiilijalanjälki tco2 ekv./a Ostetun energian tuotannon päästöt suurin komponentti Sähkön osuus 84% Lämmön osuus 13% Liikenne 3% kokonaisuudesta, josta 86% muodostui kemikaalien kuljetuksista Energiasäästön avulla ~2% vähenemä kokonaisjalanjälkeen Laitoksen liikennöinti 3,3 % Oma sähköntuotanto 0,1% Ostettu sähkö 84% Ostettu lämpö 13% 20 10
Hiilijalanjälki - jätevedenpuhdistamot Kokonaishiilijalanjälki 286-494 gco 2 ekv./m 3 Ilmastus 66% Energian tuotanto 28% Lietteenkäsittely 5% Liikennöinti 1% Ilmastus Lietteenkäsittely Energian tuotanto Liikennöinti 21 Hiilijalanjäljen vähentäminen Ilmastuksen (66%) päästöjen hallinnalla olisi suurin vaikutus käytännössä hyvin vaikeaa. Miten päästöjä voitaisiin kerätä? Energiankulutuksen (28%) optimoinnilla Energiansäästöpotentiaalin avulla 2-8 % vähentymä hiilijalanjälkeen Suomenoja 4,3 gco 2 ekv./m 3 (-2% hiilijalanjäljestä) Ali-Juhakkala 14,7 gco 2 ekv./m 3 (-4% hiilijalanjäljestä) Paroinen 13,4 gco 2 ekv./m 3 (-8% hiilijalanjäljestä) Vanhakaupunki 4,4 gco 2 ekv./m 3 (-2% hiilijalanjäljestä) Energiatehokkaat ratkaisut Vaihtoehtoisesti vihreän sähkön osto Lietteenkäsittelyn (5%) päästöjen hallinnalla Päästöjen hallittu kerääminen Onko mahdollista? Liikennöinnin (1%) minimoinnilla pieni vaikutus Kemikaalien kuljetusmatkat muodostavat suurimman osan päästöistä kuljetusten optimointi 22 11
Jatkokehitystarpeet Kansainvälisen ISO-standardin määrittelemän hiilijalanjäljen laskentaperusteiden tarkemmat ohjeistukset vesihuoltolaitoksille Vesihuoltolaitoksien toiminnan kehittäminen vastaamaan kansallisiin haasteisiin energiatehokkaan yhteiskunnan edistämisessä Laitosten oman ympäristöjohtamisen tason määrittäminen sekä toimenpiteet tason saavuttamiseen 23 Hankkeen yhteenveto, Energiankulutus Sähköenergiankulutuksen yhteenvetotaulukko Laitoksen tulovirtaama 2008 Lämpöenergiankulutuksen yhteenvetotaulukko Laitoksen tulovirtaama 2008 Espoo - Suomenoja jvp m 3 /a 38 118 627 Espoo - Suomenoja jvp m 3 /a 38 118 627 Lahti - Ali-Juhakkala jvp m 3 /a 5 989 900 Lahti - Ali-Juhakkala jvp m 3 /a 5 989 900 Hämeenlinna - Paroinen jvp m 3 /a 7 184 290 Hämeenlinna - Paroinen jvp m 3 /a 7 184 290 Helsinki - Vanhakaupunki (2007) vl m 3 /a 36 232 000 Helsinki - Vanhakaupunki (2007) vl m 3 /a 36 232 000 Sähköenergiankulutus 2008 Lämpöenergiankulutus 2008 Espoo - Suomenoja jvp MWh/a 14 272,7 Lahti - Ali-Juhakkala jvp MWh/a 3 756,7 Hämeenlinna - Paroinen jvp MWh/a 3 738,6 Helsinki - Vanhakaupunki (2007) vl MWh/a 12 693,2 Espoo - Suomenoja jvp MWh/a? Lahti - Ali-Juhakkala jvp MWh/a 2 622,0 Hämeenlinna - Paroinen jvp MWh/a 1 697,0 Helsinki - Vanhakaupunki (2007) vl MWh/a 3 790,0 Sähköenergiankulutus käsiteltyä vesikuutiota kohti 2008 Selvityksessä mukana olevat laitokset Espoo - Suomenoja jvp kwh/m 3 Lämpöenergiankulutus käsiteltyä vesikuutiota kohti 2008 0,37 Selvityksessä mukana olevat laitokset Lahti - Ali-Juhakkala jvp kwh/m 3 0,63 Espoo - Suomenoja jvp kwh/m 3? Hämeenlinna - Paroinen jvp kwh/m 3 0,52 Lahti - Ali-Juhakkala jvp kwh/m 3 0,44 Helsinki - Vanhakaupunki (2007) vl kwh/m 3 0,35 Hämeenlinna - Paroinen jvp kwh/m 3 0,24 Referenssilaitokset Helsinki - Viikinmäki jvp kwh/m 3 Helsinki - Vanhakaupunki (2007) 038 0,38 Referenssilaitokset vl kwh/m 3 0,10 Tampere - Viinikanlahti jvp kwh/m 3 0,38 Tampere - Viinikanlahti jvp kwh/m 3 0,21 Tampere - Rahola jvp kwh/m 3 0,30 Tampere - Rahola jvp kwh/m 3 0,34 Pori - Luotsinmäki jvp kwh/m 3 0,47 Oulu - Taskila jvp kwh/m 3 0,09 Oulu - Taskila jvp kwh/m 3 0,34 Kuopio - Lehtoniemi jvp kwh/m 3 0,34 Tampere - Rusko vl kwh/m 3 0,49 Vaasa - Pilvilampi vl kwh/m 3 0,45 24 12
Hankkeen yhteenveto, Energiansäästöpotentiaali Ehdotetuilla toimenpiteillä voidaan energiankulutusta vähentää laitoskohtaisesti 5 11 %. Vuosittaiset kustannussäästöt nousevat kymmeniin tuhansiin euroihin. Kaikki ehdotetut toimenpiteet eivät ole taloudellisesti kannattavia, mutta useat niistä ovat. Lisäksi useat kohteet ovat joka tapauksessa saneerausinvestoinnin tarpeessa, joten pelkällä taloudellisella kannattavuudella ei toimenpiteitä voida perustella. 25 Hankkeen yhteenveto, Kokemukset Lähtötietojen saatavuus selkeä ongelma Luotettavan energia-analyysin saavuttamiseksi tarvitaan kattavammat lähtötiedot, perusteellisempaa tarkastelua sekä mittauksia Laitokset koostuvat erilaisista osaprosesseista, joten niiden yhteismitallinen vertaaminen on hankalaa. Vertailu pitää perustaa referenssiarvoihin, jotka perustuvat esim. energiankulutukseen AVL:a kohti ja ottavat huomioon laitoksen kokoluokan ja puhdistusvaatimukset Pumppausten energiatehokkuuden vertailuun on hyvänä työkaluna kansainvälisesti käytetty yksikkö kwh/m 3 /100m Karkeallakin energia-analyysilla saadaan kuva laitoksen energiankäytöstä sekä löydetään energiansäästömahdollisuuksia. 26 13
Lopuksi Energia-auditoinnin avulla voidaan saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä Energia-auditoinnin toimenpiteiden avulla osallistut omalta osaltasi Suomen energiansäästötalkoisiin ja nostat imagoasi ympäristöystävällisempänä toimijana Haluatko olla edelläkävijä vai perässähiihtäjä? Pöyry Environment Oy on Suomen ainoa vesialan konsulttitoimisto, joka tarjoaa energia-auditointipalveluja Yhteystiedot: Energia-auditointi Hiilijalanjälki Jaana Tyynismaa (& Olli Miettinen) puh. 010 331 21321 puh. 010 331 26606 fax 010 33 26603 fax 010 33 26603 jussi.maenpaa@poyry.com jaana.tyynismaa@poyry.com Pöyry Environment Oy Jaakonkatu 3, PL50, 01621 Vantaa www.poyry.com 27 14