Voimalaitos prosessit. Kaukolämpölaitokset 1, Tuomo Pimiä

Samankaltaiset tiedostot
Voimalaitos prosessit. Kaukolämpölaitokset 1, Tuomo Pimiä

1 Johdanto Yhteistuotantovoimalaitokseen liittyviä määritelmiä Keravan biovoimalaitos Tehtävänanto... 5 Kirjallisuutta...

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

1 Johdanto Yhteistuotantovoimalaitokseen liittyviä määritelmiä Keravan biovoimalaitos Tehtävänanto... 5 Kirjallisuutta...

Kaukolämmitys. Karhunpään Rotaryklubi

BIOENERGIAN HYÖDYNTÄMINEN LÄMMITYKSESSÄ. Lämmitystekniikkapäivät Petteri Korpioja. Start presentation

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

VOIMALAITOSTEKNIIKKA MAMK YAMK Tuomo Pimiä

PORVOON ENERGIA LUONNOLLINEN VALINTA. Mikko Ruotsalainen

[TBK] Tunturikeskuksen Bioenergian Käyttö

KESTÄVÄ METSÄENERGIA -SEMINAARI

Höyrykattilat Kattilatyypit, vesihöyrypiirin ratkaisut, Tuomo Pimiä

TEHTÄVÄ 1 *palautettava tehtävä (DL: 3.5. klo. 10:00 mennessä!) TEHTÄVÄ 2

ÅF Oljen Energiahyödyntäminen

Rajaville Oy:n Haukiputaan tehtaan energiatuotannon muutos. Loppuraportti Julkinen Pekka Pääkkönen

Kaukolämmön tuotanto Suomessa ja Saarijärvellä

Jätteiden energiahyötykäyttö ja maakaasu Vantaan Energian jätevoimala

Turun Seudun Energiantuotanto Oy Naantalin uusi voimalaitos. Astrum keskus, Salo

Maakaasu kaukolämmön ja sähkön tuotannossa: case Suomenoja

TSE Oy Naantalin monipolttoainevoimalaitos

Ajan, paikan ja laadun merkitys ylijäämäenergioiden hyödyntämisessä. Samuli Rinne

Luento 4. Voimalaitosteknologiat

Höyrykattilat Lämmönsiirtimet, Tuomo Pimiä

Kivihiilen rooli huoltovarmuudessa

Exercise 1. (session: )

Sisällysluettelo: 1. Kiinteistön lämmitysjärjestelmän valinta. Simpeleen Lämpö Oy. Kaukolämpö lämmitysvaihtoehtona Simpeleellä.

BIOVOIMALOIDEN URANUURTAJA, SÄHKÖN JA LÄMMÖN YHTEISTUOTTAJA

Suomen Kaukolämpö ry 2002 ISSN Sky-kansio 7/7

Suur-Savon Sähkö Oy. Suur-Savon Sähkö -konserni Perttu Rinta 182,3 M 274 hlöä. Lämpöpalvelu Heikki Tirkkonen 24,8 M 29 hlöä

Loppukäyttäjän/urakanantajan näkemyksiä. Tuomarniemi 8.4 Energiaseminaari Esa Koskiniemi

MIKKELIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka T8415SJ Energiatekniikka. Hannu Sarvelainen HÖYRYKATTILAN SUUNNITTELU

MITÄ SÄHKÖN LISÄKSI? LÄMPÖ- JA JÄÄHDYTYSVERKKOJEN ROOLI ÄLYKKÄÄSSÄ ENERGIAJÄRJESTELMÄSSÄ. Energiateollisuuden tutkimusseminaari 30.1.

PIEN-CHP POLTTOAINEENTUOTANTOLAITOKSEN YHTEYDESSÄ Polttomoottori- ja turbotekniikan seminaari Teknologiateollisuus Otaniemi,Espoo

Helsingin Energia Tuotannon tukipalvelut Julkinen Anna Häyrinen (6)

Helsingin Energia Tuotannon tukipalvelut Julkinen Leena Rantanen (7)

Energiaa ja elinvoimaa

Hallituksen linjausten vaikutuksia sähkömarkkinoihin

Tietoja pienistä lämpölaitoksista

Tulevaisuuden kaukolämpöasuinalueen energiaratkaisut (TUKALEN) Loppuseminaari

Millä Tampere lämpiää?

AURINKOLÄMMÖN LIIKETOIMINTAMAHDOLLISUUDET KAUKOLÄMMÖN YHTEYDESSÄ SUOMESSA

Päästövaikutukset energiantuotannossa

Jäähdytysjärjestelmän tehtävä on poistaa lämpöä jäähdytyskohteista.

Alue & Yhdyskunta. Tietoja pienistä lämpölaitoksista vuodelta 2012

Energian hinnat. Sähkön hinta kääntyi laskuun. 2012, 2. neljännes

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biomassasta

Öljyalan Palvelukeskus Oy Laskelma lämmityksen päästöistä. Loppuraportti 60K Q D

Kotkan kantasataman uusiutuvan energian hyödyntämisen selvitys aurinkosähkön käytöstä jäähdytykseen. Uusiutuvan energian kuntakatselmus - Kotka

Energiaa ja elinvoimaa

Maatilojen asuinrakennusten energiankulutuksen arviointi

Energia ja kasvihuonekaasupäästöt Suomessa. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Jämsän energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

Kohti fossiilivapaata Suomea teknologiamurroksessa

Äänekosken energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

Jätevoimala on pääkaupunkiseudun merkittävin jätehuoltohanke. Jätevoimala on Vantaan Energialle tärkeä peruskuormalaitos sähkön ja lämmöntuotantoon.

Lämpöä tähän päivään

Asiakkaalle tuotettu arvo

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

Hake- ja pellettikattilan mitoitus

Fossiilisten polttoaineiden ja sähkön hinnat laskivat toisella vuosineljänneksellä

Konventionaalisessa lämpövoimaprosessissa muunnetaan polttoaineeseen sitoutunut kemiallinen energia lämpö/sähköenergiaksi höyryprosessin avulla

Viikinmäen jätevedenpuhdistamon Energiantuotannon tehostaminen

KOE 3, A-OSIO Agroteknologia Agroteknologian pääsykokeessa saa olla mukana kaavakokoelma

Fossiilisten polttoaineiden hinnat laskivat kolmannella vuosineljänneksellä

Aurinkolämpö osana uusiutuvaa kaukolämmön tuotantoa - Case Savon Voima. Kaukolämpöpäivät Kari Anttonen

LUKU 10 HÖYRY- JA YHDISTETYT KIERTOPROSESSIT

HIGHBIO - INTERREG POHJOINEN

Energian hinnat. Verotus nosti lämmitysenergian hintoja. 2013, 1. neljännes

Mitkä tekniikat ovat käytössä 2020 mennessä, sahojen realismi! Sidosryhmäpäivä 09. Vuosaari Teknologiajohtaja Satu Helynen VTT

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

SÄHKÖN TUOTANTOKUSTANNUSVERTAILU

Liite 1A UUDET PÄÄSTÖRAJA-ARVOT

Tekijä: Markku Savolainen. STIRLING-moottori

Lämmin alkuvuosi laski kivihiilen ja maakaasun hintoja

Energian hinnat. Energian hintojen nousu jatkui. 2011, 3. neljännes

Energian hinnat. Energian hinnat nousivat. 2011, 2. neljännes

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

Lämpöpumpputekniikkaa Tallinna

KUIVAN LAATUHAKKEEN

Keski-Suomen energiatase 2009, matalasuhdanteen vaikutukset teollisuuden energiankulutukseen. Lauri Penttinen Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

Savilahden alueen energiatehokas kaukojäähdytys. Reima Lassila

Skenaariotarkastelu pääkaupunkiseudun kaukolämmöntuotannosta vuosina

Lämmön tuottaminen tuontipolttoaineilla oli aiempaa halvempaa

Kivihiilen ja maakaasun hinnat laskivat toisella vuosineljänneksellä

3/18/2012. Ennen aloitusta... Tervetuloa! Maalämpö Arto Koivisto Viessmann Oy. Tervetuloa!

VIERUMÄELLÄ KIPINÖI

Scanvarm SCS-sarjan lämpöpumppumallisto ratkaisu pieniin ja suuriin kiinteistöihin

Helsingin Energia Tuotannon tukipalvelut Julkinen Anna Häyrinen (7)

KAUKOLÄMMITYSJÄRJESTELMIEN KEVENTÄMISMAHDOLLISUUDET MATALAN ENERGIAN KULUTUKSEN ALUEILLA TUTKIMUS

Helsingin Energia Tuotannon tukipalvelut Julkinen Leena Rantanen (6)

Uuraisten energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

Öljytuotteiden hinnat laskivat viimeisellä neljänneksellä

TEHOLANTA SEMINAARI Biokaasun tuotannon kannattavuus

Fossiiliset polttoaineet ja turve. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Öljystä pellettiin: kiinteistökohtainen ja aluelämpö sekä alle 1 MW CHP

Puutavaraseminaari Asiakasnäkökulma metsäenergiaan Ahti Weijo Vaasa

Alueellinen uusiomateriaalien edistämishanke, UUMA2 TURKU

Kotkan Energia Uusiutuvan energian ohjelma

Energian hinnat. Energian hintojen nousu jatkui. 2011, 4. neljännes

Lahden tiede- ja yrityspuisto Oy Kasvun Ympäristö. Rakennamme Lahden alueesta maailmanluokan ympäristöliiketoiminta- ja tutkimuskeskittymän

Transkriptio:

Voimalaitos prosessit Kaukolämpölaitokset 1, 2015. Tuomo Pimiä

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

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.

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.

Kaukolämmön tuntivaihtelukäyrä

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.

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)

Kotkan kaukolämpöverkosto

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

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

Pysyvyyskäyrä

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

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

Laskentaesimerkki

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)

Laskenta esimerkki Piste m kg/s p bar t C 1 11.4 40 450 2 150 H kj/kg 3 1 100 höyry 4 1 100 kondenssivesi 5 100 6 120 7 120 laskettu Piste 2.

Vastaukset Piste m kg/s p Bar t C H kj/kg 1 11,4 40 450 3320 2 0,4 2 150 2775 3 11,0 1 100 2675 höyry 4 11,0 1 100 419 kondenssivesi 5 11,0 2 100 419 6 11,4 2 120 504 7 11,4 40 120 509 laskettu

Voimalaitos prosessit Kaukolämpölaitokset 2, 2015. Tuomo Pimiä

Topics Johdanto Huom! Rakennusasteen parantaminen Laitoskoon kasvattaminen Tyypillinen prosessi kytkentä -> r=0,44 Kaksivaiheinen KL-lämmitys Laskentaesimerkki Monivaiheinen SYVE-esilämmitin Laskentaesimerkki Tuorehöyrynpaineen ja lämpötilan noston vaikutus Laskentaesimerkki

Johdanto Laitoskoon kasvaessa rakennetaan laitos paremmalle rakennusasteelle. Isompilaitos Isompi rakennusaste Isompi investointi Parempihyötysuhde Korkeampi investointikulu kompensoituu käytönaikana suuremmalla sähkönmyynnillä.

HUOM! Huomaa, että seuraavien esimerkkien kohdalla jotkin arvot eivät ole täysin johdonmukaisia jos olisivat samassa prosessissa. Nämä esimerkit esittävät erilaisten prosessimuutosten vaikutusta yleisesti rakennusasteeseen. Alkuperäisiä prosessiarvoja ei muuteta eikä korjata muutosten jälkeen vaan niitä käytetään sellaisinaan rakennussuhteen tarkastelussa.

Tyypillinen prosessikytkentä 50MW r=0,44 Kymenlaakson 15.9.2015 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 23

Edellisen sivun kytkennän rakennusaste on noin 0,44. Kattilan tuorehöyryn arvot ovat myös suuremaat joten: Turbiiniin menevän höyryn entalpia on suurempi, joten Δh on suurempi Jolloin turbiinin sähkötehokin kasvaa (P=m Δh)

Kaksivaiheinen KL-vaihdin Kasivaiheisella KL-vaihtimella saadaan turbiinista suurempi sähköteho Puolet KL-vaihtimessa käytetyssä höyrystä paisuu alempaan paineeseen

Kaksivaiheinen KL-vaihdin

Lisäsähkö 2-vaiheisesta KL Puolet höyrystä virtaa (5,5kg) matalampaan paineeseen kuin aikaisemmin

Lisäsähkön laskenta Laske uusi P turb ja r kasivaiheiselle KL-vaihtimelle VIHJE! Sähkön tuotto kasvaa noin 7% P turb =? r =? P KL = 25 MW P turb = m 1 h 1 m 2 h 2 m 3 h 3 m x h x kg kj kg kj kg kj 7982kW = 11, 5 s 3320 kg 0, 4 s 2780 kg 5, 55 s 2674 kg 5, 55 r = 8MW 25MW = 0, 32 kg kj s 2590 kg

Monivaiheinen SYVE-esilämmitin Kattiloissa joissa syöttövettä esilämmitetään lämmitykseen käytetään höyryturbiinin väliottohöyryä Höyry virtaa turbiini läpi esilämmittimelle (myös massavirta kasvaa) Kaukolämpöteho pysyy vakiona, mutta turbiini tuottaa lisäsähköä.

Monivaiheinen SYVE-esilämmitin

Monivaiheinen SYVE-esilämmitin 310 Turbiinin välioton paineen määrittää SYVE:n loppulämpötila Höyry lauhtuu 185 C Väliotto höyry SYVE Veden entalpiat t=120 C t=185 C p= 11,2 bar t=185 C 504kJ/kg 785kJ/kg

Monivaiheinen SYVE-esilämmitin Piste m bar t h 7. 11,4 40 120 505 8. 12,8 40 185 785 9. 1,4 11,2 310 3070

Monivaiheinen SYVE-esilämmitin esimerkki Laske uusi P turb ja r kasivaiheiselle KL-vaihtimelle P turb =? r =? P KL = 25 MW Energiabalanssi m7*h7+m9*h9=m8*h8 Ainebalanssi m7+m9=m8

Tuorehöyryn arvojen vaikutus Alkuperäiset prosessiarvot olivat 40bar ja 450 C Korotettu p ja t seuraavassa esimerkissä ovat 80 bar and 520 C Laske uusi P turb ja r korkeammalle höyryn paineelle ja lämpötilalle

Voimalaitosprosessit Kaukolämpölaitokset 3, 2015. Tuomo Pimiä

Sisältö Välitulistus Laskenta esimerkki Sähkön ja kaukolämmön erillinen tuotanto Laskenta esimerkki Apujäähdytin Sähkönhinta apujäähdyttimellä Lämpöakku kaukolämpöverkossa Erillinen lauhdeturbiini

Välitulistus Voimalaitokset välitulistuksella toimivat paremmalla hyötysuhteella kuin ilman välitulistusta. Ensin höyry virtaa turbiinin KP-pesän läpi Sitten höyry kylmästä välitulistuksesta virtaa välitulistimen läpi Kuuma välitulistettu höyry virtaa turbiinin VP-pesään VP-pesästä höyry virtaa Matalapainepesään Välitulistus on kallis investointi Esimerkkejä Suomen välitulistetuista laitoksista (lauhde laitoksia) Inkoo 4 x 250MW Meri-Pori 560MW Tahkoluoto 220MW

Välitulistus

Välitulistus Voimalat välitulistuksella toimivat yleensä korkeilla höyryn lämpötila ja paine arvoilla Lämpötila voi olla jopa 600ºC (tulevaisuudessa suunnitteilla jopa 800ºC höyryn lämpötiloja) Luonnonkiertokattilat eivät voi toimia yli 170baarin painella Läpivirtaus kattilassa (Benson) paine ei rajoita mutta materiaalit rajoittavat maksimi painetta (Sulzer max. 200bar) Yleensä tulistuksen ja välitulistuksen lämpötilat ovat samat

Turbiinin paisunta käyrä esimerkki

Turbiini 535ºC - 535ºC

Lisäsähkön laskenta Laske uusi P turb ja r välitulistettuun systeemiin P turb =? r =? P KL = 25 MW

Sähkön ja kaukolämmön eriaikainen tuotanto Perus prosessissa tuotetulla sähköllä ja kaukolämmöllä on tietty kiinteä suhde.

Sähkön ja kaukolämmön eriaikainen tuotanto Mutta sähkön ja kaukolämmön tarve laihtelee toisistaan riippumatta Esimerkiksi sähkön hinta vaihtelee tunneittain

Sähkön ja kaukolämmön vaihtelu vuositasolla

Sähkön ja kaukolämmön vaihtelu tuntitasolla

Apujäähdytin Jos kaukolämpöä ei tarvita ja sähkönhinta sähköpörssissä on kova voidaan pelkästään sähköä tuottaa apujäähdyttimen avulla Ylimääräinen kaukolämpö voidaan dumpata apujäähdyttimeen Apujäähdyttimeen energia menee harakoille Tarvitaan siis tarpeeksi korkea sähkönhinta jotta osa energiasta voidaan menettää.

Apujäähdytin Apujäähdytin on edullinen investointi Kuitenkin sähkö on melko kallista Working area

Sähkön hinta apujäähdytin

Lämpöakku kaukolämpöverkossa Kaukolämpöakku on kallis investointi Etuna mahdollisuus varastoida sähköntuotannon aikana tehty lämpöenergia Näin voidaan tasoittaa/varastoida päivittäisiä kulutus eroja sähkön ja kaukolämmön kulutuksen välillä

Sähkön hinta apujäähdytin Minimum price of the eclectricity = Fuel price Boiler effiency = 10 MWh =11 /MWh 0,9

Erillinen lauhde turbiini Tällä kytkennällä voidaan päästä 40-44% hyötysuhteeseen sähkön tuotannossa Lauhdeturbiini on kallis investointi Jos generaattori on LP-pesän jälkeen sitä tarvitsee jäähdyttää Koska se pyörii vaikka ei ole käytössä

Erillinen lauhde turbiini THe limit price of the eclectricity = Fuel price Turbine effiency = 10 MWh =25 /MWh 0,4