03 Kuronen Mika
5.5.2015 Energiatehokkuuden parantaminen talousveden jakelussa DI Mika Kuronen 20.5.2015 Sisältö • Pohjana samanniminen diplomityö, Aalto-yliopisto • Tilaaja Tuusulan seudun vesilaitos kuntayhtymä, mukana myös VVY, Vesihuoltolaitosten kehittämisrahasto ja Hyvinkään Vesi • • • • • Hyötysuhde ja ominaisenergia Kokonaisuus, verkosto ”Talousveden pumppaus ja energiatehokkuus” –kysely Kehittämisen prosessi, tiedonkeruu Pumppujen hankinta 1 5.5.2015 Hyötysuhde • Taajuusmuuttaja • Korkea hyötysuhde (yleensä 95…98 %) • Maltilliset vaihtelut • Vähän vaikutuskeinoja ja selvää vertailutietoa • Sähkömoottori • • • • Melko korkeat hyötysuhteet (yleensä 88…96 %) Käytössä pääosin maltilliset vaihtelut, ongelmana matalat kuormat Hankintavaiheessa selviä vaihtoehtoja ja vertailutietoa, energiatehokkuusluokat Märkämoottoreilla perinteisesti jopa 5…10 % huonompi hyötysuhde • Pumppu • Komponenteista matalin hyötysuhde (yleensä 70…85 %) • Vaihtelee käytössä voimakkaasti toimintapisteen mukaan • Kuormalla pienempi merkitys Ominaisenergia • Energiankulutus kuutiota kohti, yleensä Wh/m³ tai kWh/m³ • Tavoitteena lopulta ominaisenergian minimointi, mikä ei aina osu suoraan yhteen hyötysuhteen maksimoinnin kanssa Tarkkana minkä yhdistelmän hyötysuhde tai ominaisenergia kyseessä! Esimerkki pumppausenergian jakautumisesta Taajuusmuuttaja 97 %, Sähkömoottori 92 %, Pumppu 75 % Verkostossa hydraulisesta energiasta 21 % häviöihin Verkostosta poistuvassa vedessä on edelleen turhaa energiaa: tarpeettoman korkea paine käyttäjillä, vuotovedet 2 5.5.2015 Verkosto • Tehokkaiden laitosten painottaminen (prosessi, pumppaus, sijainti) • Korkean paineen välttäminen, painepiirijako, vesitornien korot • • Energiatehokkuuden kannalta hyvä olla runsaasti painepiirejä/paineenkorotuksia • Vesitornin suunnitteluvaihe sitoo pitkälti korkotason vuosikymmeniksi Virtaamien tasaaminen • Säiliötilavuuksien hyödyntäminen ja laitosten ajotavat • Virtausvastukset vähenevät ja pumput voidaan mitoittaa tarkemmin • Optimoimalla yksi osa kerrallaan ei välttämättä optimoida kokonaisuutta • Ohjaus tehokkaaksi nykyisillä pumpuilla vs. mitoittaa uusia pumppuja • Monimutkaisissa järjestelmissä tarkempaan optimointiin päästään käsiksi lähinnä mallintamalla Vesilaitoskysely ”Talousveden pumppaus ja energiatehokkuus” • 11 monivalintakysymystä • VVY:n jäsenlaitoksille: 287 vastaanottajaa, 92 vastaajaa • 15 laitosta > 10 000 m³/vrk • 30 laitosta < 1000 m³/vrk • Ei tavoittanut VVY:n ulkopuolisia laitoksia, joita lukumääräisesti paljon, mutta pieniä • Kyselyn voidaan olettaa keränneen enemmän vastauksia asiasta keskimäärin kiinnostuneemmilta ja näin antavan liian positiivisen kuvan 3 5.5.2015 • Taajuusmuuttajat otettu hyvin laajalti käyttöön, mikä on lähtökohtaisesti positiivinen ilmiö • Mahdollistavat matalat kuormat, mikä voi tuottaa myös ongelmia • Taajuusmuuttaja ei suoranaisesti muuta pumpun hyvän hyötysuhteen toiminta-aluetta – vain skaalaa sitä affiniteettisääntöjen mukaisesti 4 5.5.2015 • Kaksi vastaajaa kolmesta ilmoitti vesilaitoksen tekevän pumppuvalinnan, neljännes suunnittelijan • Tiedonkulku • Käyttökustannukset laitokselle • Laitosten pumppauksista verkostoon merkittävä osa uppopumpuilla • Suoraan kaivosta 23 % ja puhdasvesisäiliöstä uppopumpuilla 18 % vastaajista • Näissä merkittävä säästöpotentiaali • Uppopumppausten välttäminen • Kehittyvät moottoritekniikat • Pumppujen elinkaaret pitkiä • > 10 vuotta 91 % • > 15 vuotta 40 % Energiatehokkuuden parantamisen prosessi Projektin aloitus Kohteiden valinta Tiedonkeruu ja analysointi •Tavoitteet •Henkilöstö, osaaminen •Suurimmat pumppaukset, muuttuneet tuotot, vanhat pumput •Tiedonkeruun helppous •Laitostason ominaisenergia •Virtaama, paine, teho/kulutus, pinnankorkeus •η ja Es -laskenta, kuvaajia: Q-η, Q-Es, Q-H •Säästöjen arviointi, kannattaako toimenpiteisiin ryhtyä? Toimenpiteet •Pumpun tai pumppujen uusiminen •Ohjaustapojen muutokset Jälkiseuranta •Säästöjen todentaminen •Kokemuksista oppiminen 5 5.5.2015 Tiedonkeruu • Virtaama ja paine yleensä valmiiksi • Teho/kulutus usein puuttuu • Erilliset tehomittaukset • Taajuusmuuttajasta • Helppo: laite valmiina ja automaatiossa • Tarkkuudessa huomattavia eroja, paranemaan päin? • Yleensä sähkömoottorille syötetty teho – lisäksi omat häviöt • Kulutustiedot sähköyhtiöltä • Nykyään tarjolla tuntitasolla lähes kaikista liittymistä • Liittymätarkkuus: hyödynnettävyys pumppausten analysointiin vaihtelee (esim. laitokset vs paineenkorotusasemat) • Jatkokäsittely • Jatkuvaa seurantaa varten tulisi tiedonsiirto sähköyhtiöltä vesilaitokselle saada automatisoitua • Tarkastelua voi tehdä myös ilman tehotietoja • Tallennuskapasiteetti nykyään halpaa – laajamittainen tiedonkeruu maksaa lähinnä aloituskustannukset 6 5.5.2015 Pumpun hankinta • Ylimitoitus yleistä • Rinnanajo, erikokoiset pumput • Uusiminen kohtuullisen edullista ja helppoa, mitoitus maltillisella kasvuvaralla • Energiakustannukset elinkaaren aikana huomattavasti hankintahintaa suuremmat • Esimerkiksi 10…20 –kertaiset • Laitoksilla tapahtuvissa pumppauksissa usein korkea staattinen nostokorkeus • Tavallinen virtaus huomattavasti huippupistettä matalampi • Tavallinen nostokorkeus lähellä huippupistettä • Toimitaan parhaan hyötysuhteen alueen vasemmalla puolella, jos pumppu mitoitettu suoraan huippupisteeseen • Pelkän huippupisteen hyötysuhteen huomioiminen ei kuvaa todellista energiankäyttöä, jos tavallinen käyttö poikkeaa merkittävästi Pumpun hankinta • Mitoitus kahden toimintapisteen avulla: 1. Vaadittava huippupiste 2. Tavallista toiminta-aluetta edustava energiankulutuksen kannalta optimoitava piste • Ilmoitetaan tarjouspyynnössä selkeästi: • Pumpun kyettävä toimimaan pisteessä 1 • Pyydetään ilmoittamaan pumppu-moottori-yhdistelmän kokonaishyötysuhde pisteessä 2 • Lasketaan energiankulutus hyötysuhteen avulla • Kyseinen nostokorkeus ja keskimääräinen vuotuinen vesimäärä • Laskenta-aika esim. 10 tai 15 vuotta • Vertaillaan pumppuja hankintahinnan ja energiakustannusten perusteella 7 5.5.2015 Kehityskohteita • Tärkeintä löytää selkeästi huonon hyötysuhteen pumppaukset • Perustasolla selvittäminen ei vaikeaa eikä kallista • Mitä isompi pumppaus, sitä tarkemmin kannattaa selvittää • Pumppuvalinta • Tavallisen käyttöalueen energiankäytön huomiointi • Ylimitoituksen välttäminen • Taajuusmuuttajien häviöt • Selkeälle tutkimus- ja vertailutiedolle kysyntää • Kokonaisuuden optimointi, verkostohäviöt, energiatehokkuus suunnittelussa mukana (pitkät aikaskaalat) Kiitos Mika Kuronen [email protected] FCG Suunnittelu ja tekniikka Oy [email protected] 8
© Copyright 2024