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