Belastningstilpasset pumpedrift - FMS Moodle
Belastningstilpasset pumpedrift Fredericia Fjernvarme a.m.b.a. Emil Larsen & Søren Laursen Bachelor projekt 27-05-2015 Bachelorprojekt 27/05/2015 Titelblad Titel Belastningstilpasset pumpedrift Problemformulering Hvordan skal en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift se ud, så den mest rentable driftsplan for Fredericia Fjernvarme kan opnås? Forfattere Emil Larsen E20121025 Søren Laursen E20121016 Antal normalsider 36,05 normalsider (85.508 anslag med mellemrum) Dato for aflevering 27/5-2015 Institutionens navn Fredericia Maskinmesterskole Fag/modul Bachelorprojekt 6. A Emil Larsen & Søren Laursen Side 1 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Abstract The district heating demand in the Danmarksgade District in Fredericia has increased to a level where expensive boiler operation has become necessary in cold periods, due to a too small transit pipeline between the supply center in Danmarksgade and the exchange center in Gl. Havn. To address this problem, Fredericia District Heating has implemented a new pump at the Gl. Havn center to operate as an extra supply point for the Danmarksgade District. This makes it possible to reduce heat losses in the transit pipeline and to reduce the total pump operating costs depending on the pump configurations used in each load area. The purpose of this project is therefore to clarify how much the new pump operating configurations can influence the overall operating costs at all load areas, though analysis and operating cost calculations, so a load customized pump operation can be obtained. The project concludes that the optimal solution for Fredericia District Heating is to let the Gl. Havn pump supply the entire district heating consumption in the load areas from 10Gj/h to 40Gj/h at the summer valve settings and from 25Gj/h to 30Gj/h at the winter valve settings. Furthermore it is concluded that the pump has to operate with a speed of at a least 80% in the load areas from 45Gj/h to 75Gj/h at the summer valve settings and from 35Gj/h to 120Gj/h at the winter valve settings. Emil Larsen & Søren Laursen Side 2 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Indholdsfortegnelse Titelblad ............................................................................................................................................... 1 Abstract ................................................................................................................................................ 2 Forord ................................................................................................................................................... 5 Tak ........................................................................................................................................................ 5 Indledning ............................................................................................................................................ 6 Problemstilling ................................................................................................................................. 6 Problemformulering......................................................................................................................... 7 Problemløsning ................................................................................................................................ 7 Afgrænsning ..................................................................................................................................... 7 Metodeafsnit ........................................................................................................................................ 8 Grundanalyse ....................................................................................................................................... 9 Transitledningsproblemer ................................................................................................................ 9 Driftskonfigurationer for den nye pumpe ..................................................................................... 10 Relevante systemopsætninger ...................................................................................................... 11 Empiri ................................................................................................................................................. 12 Logdata ........................................................................................................................................... 12 Pumpekarakteristikker ................................................................................................................... 13 Pumpe virkningsgrader .................................................................................................................. 16 Motor-, frekvensomformer- og oliekedel virkningsgrader ............................................................ 16 Materialespecifikationer ................................................................................................................ 17 Brændværdi og priser på el, fjernvarme og olie ............................................................................ 17 Hovedanalyse ..................................................................................................................................... 17 Arbejdspunkter .............................................................................................................................. 17 Logdata ....................................................................................................................................... 17 Før belastningsfordelingen ........................................................................................................ 19 Første pumpedriftskonfiguration............................................................................................... 27 Anden og tredje pumpedriftskonfiguration ............................................................................... 32 Effekter ........................................................................................................................................... 41 Hydrauliskeffekt ......................................................................................................................... 41 El-effekt ...................................................................................................................................... 41 Varmetab........................................................................................................................................ 43 Olieforbrug ..................................................................................................................................... 45 Emil Larsen & Søren Laursen Side 3 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Priser og et samlet overblik ........................................................................................................... 49 Konklusion .......................................................................................................................................... 51 Perspektivering .................................................................................................................................. 54 Litteraturliste ..................................................................................................................................... 55 Bøger .............................................................................................................................................. 55 Online ............................................................................................................................................. 55 Emil Larsen & Søren Laursen Side 4 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Forord Som afslutning på maskinmesteruddannelsen er dette projekt blevet udarbejdet. Projektet er skrevet med baggrund i vores praktikophold hos Fredericia Fjernvarme. Projektet omhandler en kortlægning af, hvordan driftsomkostningerne vil fordele sig ved forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder, så en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift kan afklares. Bilag til rapporten er samlet i et separat bilagshæfte, og henvisninger dertil er skrevet i teksten eller fremgår af fodnoter. Tak Der skal lyde en stor tak til de personer, der har hjulpet os i forbindelse med dette projekt: Fredericia Fjernvarme Carl Hellmers, Direktør Allan Lindengren Pedersen, Driftsmester Jan Hartung, Driftstekniker Kenn Gade Thomsen, Ledningsmester Henning Hansen, Elektriker Anna Larsen, Kontorassistent Lis Ernstsen, Kontorassistent Fredericia Maskinmesterskole Jakob Langkjær, Fagvejleder Rikke Andreassen, Metodevejleder Desmi A/S Birgit Dreyer, Internsalgsingeniør Logstor A/S Bjerne K. Jepsen, Senioringeniør Emil Larsen & Søren Laursen Side 5 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Indledning Problemstilling Fredericia Fjernvarme er et privat forbrugerejet fjernvarmeselskab, som forsyner mere end 95%1 af varmeforbruget i deres forsyningsområde, delt ud på 4 forsyningsdistrikter. Danmarksgade distriktet, som projektet fokuserer på, dækker forbrugerne i den centrale del af Fredericia omkring befæstningsvolden, som består af to forskellige centraler, ved henholdsvis Gl. Havn og Danmarksgade, samt en transitledning som forbinder disse. Gl. Havn er en vekslercentral, hvor fjernvarmeforsyningen fra TVIS bliver overført til Fredericia Fjernvarmes eget system, og hvor fjernvarmen bliver videretransmitteret op til forsyningscentralen i Danmarksgade gennem transitledningen. Hvis der skulle opstå forsyningsproblemer fra TVIS, er der her opstillet tre oliekedler som forsyningssikkerhed for forbrugerne. Danmarksgade distriktet har gennem de senere år fået tilkoblet flere forbrugere, hvilket har resulteret i, at transitledningen er blevet for lille i forhold til de spidsbelastninger, der kan finde sted i kolde perioder. Dette har resulteret i ekstra driftsomkostninger, da man har været nødsaget til at køre med oliekedlerne, for at kunne levere det nødvendige fjernvarmebehov ud til forbrugerne. For at imødekomme dette problem har Fredericia Fjernvarme etableret en ny pumpe ved Gl. Havn centralen, som skal fungere som et ekstra forsyningspunkt til Danmarksgade distriktet. Herved kan Danmarksgade centralens belastningsgrad nedsættes inden for det niveau, som pumpens kapacitetsområde kan dække, så transitledningen derfor ikke længere er belastet i samme grad. Dette giver mulighed for at lukke Danmarksgade centralen ned og sætte transitledningen på standby i de belastningsområder, som ligger inden for pumpens kapacitetsområde. Herved forsynes hele distriktet fra dette ekstra forsyningspunkt, så pumpedriftsomkostninger og varmetab reduceres. Ydermere vil ændringer i belastningsfordelingen have en indflydelse på de samlede pumpedriftsomkostninger, da pumpeenhedernes arbejdsområder og virkningsgrader ændrer sig alt efter de forskellige pumpekonfigurationer. Dette betyder nye muligheder for en optimeret driftsplan. Der ønskes derfor en klarlægning af, hvor stor en indflydelse den nye pumpe ved Gl. Havns driftskonfigurationer kan have på de samlede driftsomkostninger ved alle belastningsområderne sammenholdt med driftsomkostningerne før anlægsændringen. Herved kan en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift afklares, så den mest rentable driftsplan fremadrettet for Fredericia Fjernvarme kan opnås. 1 http://www.fredericiafjernvarme.dk Firmaprofil Emil Larsen & Søren Laursen Side 6 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Problemformulering Hvordan skal en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift se ud, så den mest rentable driftsplan for Fredericia Fjernvarme kan opnås? Problemløsning For at få afklaret dette har projektet opstillet følgene hypotese: ”Igennem analyser og driftsomkostningsberegninger kan det påvises hvordan en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift skal se ud, så den mest rentable driftsplan for Fredericia Fjernvarme kan opnås” Anlægsanalysernes formål er at danne de grundlæggende rammer for projektet, som er nødvendige for at kunne vælge den rigtige empiri og udarbejde den videre analyse. En af de første grundlæggende ting er at få belyst, i hvilke belastningsområder transitproblemerne opstår, så det kan klarlægges, hvor ekstraomkostningerne i form af oliekedeldrift har været nødvendige. En anden væsentlig ting er at vurdere, hvilke pumpedriftskonfigurationer den nye pumpe ved Gl. Havn skal testes med i de forskellige belastningsområder, så der kan skabes et overblik over dens indflydelse på driftsomkostningerne. Ydermere skal der fortages en systemredegørelse, som er nødvendig for forståelsen af systemets funktion og virkemåde samt at belyse hvilke systemopsætninger, der er relevante for projektet. Når disse grundlæggende rammer for projektet er på plads, kan hovedanalysen påpege, hvilket niveau de forskellige driftsomkostninger vil befinde sig på. Dette gøres ved først at fastlægge arbejdspunkter for diverse pumper, så deres nødvendige tilførte el-effekt kan beregnes ved de forskellige pumpedriftskonfigurationer i de forskellige belastningsområder. Herefter fastlægges det pågældende varmetab i transitledningen og olieforbruget ved de samme omstændigheder, så et samlet billede af driftsomkostningerne til sidst kan dannes ud fra et sammenhørende prisniveau på el, fjernvarme og olie, så problemformuleringen kan besvares. Afgrænsning Projektet anvender de belastningsområder og sammenhørende driftsdata, der har været aktuelt i hele 2014 som belastningsfordelings referencepunkter. Der vil i den videre analysedel udelukkende fokuseres på de forskellige pumpedriftskonfigurationers påvirkning på varmetabet i transitledningen og ikke varmetabet i bynettet. Ydermere afgrænses projektet til ikke at medtage varmetab i interne rørsystemer og oliekedler. Projektet fokuserer udelukkende på driftsomkostninger til pumpedrift, varmetab i transitledningen samt olieforbrug, og ikke på driftsomkostningerne til elforbrug for oliekedler, vandbehandlingsanlæg og hydroforanlæg. Emil Larsen & Søren Laursen Side 7 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Situationer hvor TVIS ikke har kunne levere den nødvendige fjernvarmemængde, er ikke medtaget i empiri indsamlingsfasen, da projektet kun fokuserer på normal driftssituationer for Fredericia Fjernvarme. Projektet afgrænses til ikke at fokusere på de eventuelle problemer, der kan være i de pågældende rørdimensioner, bynettet har ved det nye forsyningspunkt ved Gl. Havn centralen. Det antages derfor, at rørdimensionerne ikke sætter en begrænsning i forhold til, hvad den nye pumpe ved Gl. Havn kan levere. Metodeafsnit For at kunne besvare problemformuleringen er det nødvendigt at få de grundlæggende rammer på plads gennem anlægsanalyser, så en videre analyse kan danne det nødvendige overblik over de samlede driftsomkostninger ved forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder. Indledningsvis må det belyses hvor ekstraomkostningerne, i form af oliekedeldrift, har været nødvendige, så der skabes et overblik over, hvilke belastningsområder transitproblemerne opstår i. Dette klarlægges ved en gennemgang af referenceårets belastningsområder i Fredericia Fjernvarmes SRO system, så kedeldriftsomkostningerne kan medtages i de samlede driftsomkostningerne. Herefter fastsættes hvilke pumpedriftskonfigurationer, den nye pumpe ved Gl. Havn skal testes med igennem projektet. Dette gøres ved at vurdere hvilke pumpedriftskonfigurationer, for den nye pumpe, der har den største indflydelse på de samlede driftsomkostninger i de forskellige belastningsområder. Ydermere skal der fortages en systemredegørelse, som er nødvendig for forståelsen af systemet. Dette gøres ved at analysere systemets funktion og virkemåde, gennem SRO systemet samt dialog med de ansatte, så de relevante systemopsætninger for projektet bliver afklaret. Når disse grundlæggende rammer for projektet er på plads, indsamles der efterfølgende i hovedanalysedelen, logdata fra 2014 i SRO systemet, over herskende flow, tryk, temperaturer og omdrejningstal på pumper rundt i systemet. Dette giver mulighed for at opstille effektberegninger, så pumpernes arbejdspunkter kan fastslås gennem pumpekarakteristikker ved forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder. Med disse arbejdspunkter er det muligt at beregne pumpernes afgivne hydrauliske effekt. Herefter indsamles der virkningsgrader for pumper og elmotorer, så den aktuelle tilførte el-effekt kan beregnes ved forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder. For at belyse omfanget at varmetabet i transitledningen ved de samme omstændigheder indsamles, der efterfølgende data omkring transitledningens materialespecifikationer fra ledningsafdelingens dataregister. Disse data skal i en kombination med den indsamlede logdata fra SRO’en, bruges til at fastlægge dette varmetab gennem varmetransmissionsberegninger. Emil Larsen & Søren Laursen Side 8 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Med viden om i hvilke belastningsområder oliekedeldrift har været nødvendigt og lastfordelingen mellem dem, kan gældende virkningsgrader fastlægges ud fra indsamlet data om oliekedelspecifikationer. Herefter indsamles der data for oliens brændværdi, så olieforbruget ved de forskellige spidsbelastninger til sidst kan fastlægges. Når el-effekten ved diverse pumper, varmetabet i transitledningen og olieforbruget er fastlagt ved de forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder, indsamles der data omkring priser på el, fjernvarme og olie så de samlede driftsomkostninger, kan fastsættes gennem beregninger. Afslutningsvis udarbejdes et søjlediagram over driftsomkostningsniveauet, og hvordan dette fordeler sig ved de forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder, som skal danne et samlet overblik over analyseresultaterne. Ud fra dette visuelle grundlag kan det konkluderes, hvordan en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift skal se ud, så den mest rentable driftsplan for Fredericia Fjernvarme kan opnås. Grundanalyse Transitledningsproblemer For at belyse i hvilke belastningsområder transitledningsproblemerne opstår, og herved fastlægge i hvilke belastningsområder ekstraomkostningerne til oliekedeldrift har været nødvendige, gennemgås hele referenceårets belastningsområder gennem Fredericia Fjernvarmes SRO system. Ved at logge den leverede effekt fra transitledningen og oliekedlerne samt effektefterspørgslen i bynettet kan det fastlægges, hvornår disse problemer opstår. Figur 1 SRO billede over optimal drift - transitledningseffekt og bynets effektefterspørgsel Emil Larsen & Søren Laursen Side 9 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Gennem observationerne af SRO’en ses at belastningsområderne strækker sig fra 10Gj/h til 120Gj/h. Den leverede effekt fra transitledningen og bynettets effektefterspørgsel følges pænt ad i belastningsområderne fra 10Gj/h til og med 85Gj/h. Selv når en hurtigopstået effektefterspørgsel ude i bynettet (rød kurve) forekommer, har transitledningen (grøn kurve) ikke problemer med at følge med i dette belastningsområdespænd, se figur 1. Figur 2 SRO billede af transitproblemer Ved belastningsområderne omkring 90Gj/h i kolde perioder begynder transitledningsproblemerne at opstå. Her ligger bynettets effektefterspørgsel på et niveau, hvor transitledningen har problemer med at følge med, som ses på figur 2. Når effektefterspørgslen ude i bynettet stiger over dette niveau, kan transitledningen ikke følge med, og det er derfor nødvendigt at oliekedlerne spæder til (blå kurve) for at kunne levere den nødvendige fjernvarme ud til forbrugerne. Dette ses typisk morgen og aften og særligt mandag morgen i kolde perioder, fordi institutioner og virksomheder har haft lukket for fjernvarmeforbruget i weekenden. Ud fra disse observationer vurderes det, at ekstraomkostningerne til oliekedeldrift har været nødvendigt i alle belastningsområder over 85Gj/h. Driftskonfigurationer for den nye pumpe For at kunne skabe et overblik over den nye pumpe ved Gl. Havns indflydelse på driftsomkostningerne i de forskellige belastningsområder skal det fastsættes, hvilke pumpedriftskonfigurationer den nye pumpe ved Gl. Havn skal testes med. Dette gøres ved at Emil Larsen & Søren Laursen Side 10 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 vurdere hvilke pumpedriftskonfigurationer, der vil have den største indflydelse på de samlede driftsomkostninger. I belastningsområderne, som ligger inden for den nye pumpens kapacitetsområde, vurderes det at den mest optimale driftskonfiguration vil være at lade pumpen levere hele fjernvarmebehovet ud til forbrugerne. Dette giver mulighed for at lukke Danmarksgade centralen ned og sætte transitledningen på standby, så pumpedriftsomkostninger og varmetab reduceres. Selvom virkningsgraden ikke vil ligge optimalt i alle den nye pumpes arbejdspunkter, vil driftsomkostningerne stadig ligge på et betydeligt lavere niveau i forhold til det varmetab, der ellers ville være i transitledningen. I belastningsområderne, som ligger udenfor den nye pumpes kapacitetsområde, vil pumpen kun kunne bidrage med en del af det fjernvarmebehov, som forbrugerne har. En sådan belastningsfordeling vil have en indflydelse på de samlede pumpedriftsomkostninger, da pumpeenhedernes arbejdsområder og virkningsgrader ændrer sig. Ud fra disse betrækninger er der en vis usikkerhed om hvilke driftskonfigurationer, der vil resultere i de laveste driftsomkostninger. Derfor testes pumpens indflydelse på dette ved to forskellige driftskonfigurationer, værende 65- og 80% af dens nominelle omdrejningstal, for at give nogle pejlemærker, som kan påpege, hvordan en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift skal se ud. Relevante systemopsætninger Ved at analysere systemets funktion og virkemåde gennem SRO systemet samt dialog med de ansatte, udarbejdes en systemredegørelse2 , der klarlægger hvilke systemopsætninger, der har relevans for projektet. Ud fra denne systemredegørelse ses det, at Fredericia Fjernvarme er nødsaget til at anvende forskellige ventilindstillinger ved vinter- og sommerdrift grundet fysiske forhold. Dette vil betyde, at projektet skal behandle belastningsområdespændet på to forskellige måder, fordi sommerventilindstillingerne og vinterventilindstillingerne vil betyde, at flowet vil fordele sig på hver sin måde i systemet, og at der vil være forskellig sammenhæng mellem belastningsområde, tryk, temperature, flow og diverse omdrejningstal. I systemredegørelsen ses det også, at der er installeret to forskellige bynetforsynings pumper på Danmarksgade centralen. Den større vinter bypumpe og den mindre sommer bypumpe kører individuelt alt efter det pågældende flowniveau, som er bestemt ud fra en hysterese. Dette vil betyde, at projektet skal fastlægge en flowgrænse hvorpå, der bliver skiftet mellem disse to pumper, da der ikke kan redegøres for hvilken af de to pumper, der skal anvendes, hvis det beregnede flow ligger indenfor hysteresen. Da denne hysterese ligger fra 300m3/h til 340m3/h, fastlægges flowgrænsen på 320m3/h. Ydermere ses det også, at der er installeret tre ens oliekedler på Danmarksgade centralen, som en forsyningssikkerhed. Disse tre oliekedler kommer i drift en efter en, som er bestemt ud fra to hystereser, når det pågældende flowniveau efter oliekedlerne stiger. Dette vil betyde, at projektet 2 Bilag 2 - Systemredegørelse Emil Larsen & Søren Laursen Side 11 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 også her skal fastlægge en flowgrænse, hvor der bliver skiftet mellem de tre oliekedler, fordi der ikke kan redegøres for hvor mange af dem, der skal anvendes, hvis det beregnede flow ligger indenfor en af hystereserne. Den ene flowgrænse fastlægges på 240m3/h, ved den hysterese, der ligger fra 220m3/h til 260m3/h, hvor der her skiftes mellem de to første oliekedler. Den anden flowgrænse fastlægges på 485m3/h, ved den hysterese, der ligger fra 450m3/h til 520m3/h, hvor der her skiftes mellem de to sidste oliekedler. Empiri Formålet med dette afsnit er at kommentere, begrunde og vurdere metoden, hvorpå de kvalitative og kvantitative empiri er indsamlet i hovedanalysen. Logdata For at kunne kortlægge hvor stor en indflydelse den nye pumpe ved Gl. Havns driftskonfigurationer kan have på de samlede driftsomkostninger, skal der indsamles driftsdata fra SRO’en over, hvordan flow, tryk, temperaturer og omdrejningstal på pumper har fordelt sig rundt i systemet ved alle belastningsområderne ud fra referenceåret. Herved er det muligt at opstille beregninger, som kan kortlægge, hvilket niveau driftsomkostningerne vil befinde sig på alt efter hvilke pumpedriftskonfigurationer, der anvendes. Derfor skal de enkle belastningsområder først defineres. Ud fra grundanalysen ses at belastningsområderne strækker sig fra 10Gj/h til 120Gj/h, og at dette belastningsområdespænd skal behandles på to forskellige måder grundet forskellige ventilindstillinger. Derfor er det vigtigt at få klarlagt, hvilke belastningsområdespænd disse to ventilindstillinger strækker sig over. Gennem observationerne af SRO’en ses at de belastningsområder, som kan optræde i systemet ved sommerventilindstillingerne strækker sig fra 10Gj/h til 75Gj/h, og at vinterventilindstillingerne strækker sig fra 25Gj/h til 120Gj/h. Skiftet mellem de disse to ventilindstillinger3, sker ikke efter en konkret dato, men efter hvordan vejret er i forår og efterår. For at kunne opfange i hvilke belastningsområder driftsomkostningerne ændrer sig, har projektet valgt at skalere de to belastningsområdespænd med 5Gj/h per belastningsområde, så sommer- og vinterventilindstillingerne henholdsvis har 14 og 20 forskellige belastningsområder. Eftersom at belastningsområderne nu er defineret, er det muligt at indsamle den nødvendige logdata ud fra SRO’en. Dette gøres ved at gennemgå referenceåret og notere interessante datoer for, hvornår de enkelte belastningsområder har været aktuelle, og hvor de nødvendige driftsdata efterfølgende er logget ud fra. Der vil uden tvivl være måletolerancer på alle måleinstrumenterne, som er tilkoblet SRO systemet, selvom de bliver kalibreret en gang årligt. Denne indsamlingsmetode vurderes til at være valid grundet kalibreringsintervallet, og fordi datagrundlaget referenceåret 2014 vil give det mest realistiske billede af, hvordan systemet vil opføre sig fremover i forhold til de belastningsområder, der kan være gældende. 3 Bilag 10 - Forenklede diagrammer over ventilindstillinger Emil Larsen & Søren Laursen Side 12 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Pumpekarakteristikker Med den indsamlede logdata fra Fredericia Fjernvarmes SRO system er det muligt at fastlægge arbejdspunkter og de hydrauliske effekter for de enkelte pumpeenheder i referenceåret, hvor den nye pumpe ved Gl. Havn ikke har været i brug. For også at kunne fastlægge arbejdspunkter og de hydrauliske effekter, når en belastningsfordeling bliver aktuel med de forskellige pumpedriftskonfigurationer, er det nødvendigt at have pumpekarakteristikker for alle de pågældende pumper i systemet, da der ikke findes en datalog over dette. Der har dog været problemer med at indsamle pumpekarakteristikker over Vinter bypumpen, som er en DESMI NSL 250-330B4, grundet uvished om størrelsen af løbehjulsdiameteren. For at kunne afklare dette har projektet været i telefonisk kontakt med pumpeleveredøren DESMI, som har henvist til pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP fra deres hjemmeside5. Da dette program er designet til at fremvise pumpekarakteristikker ud fra de enkelte pumpespecifikationer og omdrejningstal, vil det være muligt at fastlægge størrelsen af løbehjulsdiameteren ud fra kendte arbejdspunkter. Dato for Arbejdspunkt: 6.5.2014 kl: 09.03.31 p-diff: 1,5bar Flow: 384,5m3/h Omdr: 60,97% Figur 3 Udsnit fra bilag 4 - Verificering af vinter bypumpe Ved at logge arbejdspunkter for vinter bypumpen gennem Fredericia Fjernvarmes SRO system og indtaste disse i pumpeidentifikationsprogrammet hver især sammen med forskellige løbehjulsdiametre, kan dette fastlægges fordi arbejdspunktet skal ligge der, hvor anlægskarakteristikken skærer pumpekarakteristikken. Gennem test af 46 forskellige arbejdspunkter har projektet vurderet, at vinter bypumpen har en løbehjulsdiameter på 315mm. Dette er begrundet ud fra, at disse arbejdspunkter ligger på den pågældende pumpekarakteristik hver gang, som vil være det punkt, hvor anlægskarakteristikken skærer pumpekarakteristikken, som det ses på figur 3. 4 Bilag 3 – Data over pumpeenheder – Vinter bypumpeenhed http://www.desmi.com - Download – Selection Programs 6 Bilag 4 – Verificering af vinter bypumpe 5 Emil Larsen & Søren Laursen Side 13 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 For at verificere denne vurdering og pumpeleveredøren DESMI’s henvisning kontrolleres programmet WinPSP med en af de pumper, hvor alle pumpespecifikationer er kendte. Dato for Arbejdspunkt: 2.2.2014 kl: 09.07.01 p-diff: 1,83bar Flow: 101,5m3/h Omdr: 60,67% Figur 4 Udsnit fra bilag 5 - Verificering af WinPSP Gennem test af 47 forskellige arbejdspunkter fra en testkørsel af DESMI NSL 125-3308 pumpen ved Gl. Havn i pumpeidentifikationsprogrammet, vurderes det at de pumpekarakteristikker, som WinPSP fremviser samt den tidligere vurdering af løbehjulsdiameteren, er reelle. Dette er begrundet ud fra, at alle de 4 arbejdspunkter ligger placeret på den pågældende pumpekarakteristik, som ses for et arbejdspunkt på figur 4. Det har ligeledes ikke været muligt at indsamle pumpekarakteristikker for Sommer bypumpen og Transit pumpen, som henholdsvis er af type DAE NPHS 2009 og Kosan Svanehøj NIM 200 TLG10, da de er af ældre dato, og at der derved ikke længere findes data over dette. For også at kunne fastlægge arbejdspunkter og hydrauliske effekter for disse pumper, når en belastningsfordeling bliver aktuel, har det været nødvendigt at vurdere et alternativt. Dette gøres ved at teste aktuelle arbejdspunkter i pumpeidentifikationsprogrammet sammenholdt med de kendte trykstudsdiametre og pumpehustyper. 7 Bilag 5 – Verificering af WinPSP Bilag 3 – Data over pumpeenheder – Gl. Havn pumpeenhed 9 Bilag 3 – Data over pumpeenheder – Sommer bypumpeenhed 10 Bilag 3 – Data over pumpeenheder – Transit pumpeenhed 8 Emil Larsen & Søren Laursen Side 14 af 55 Bachelorprojekt Dato for Arbejdspunkt: 28.6.2014 kl: 23.36.08 27/05/2015 p-diff: 0,21bar Flow: 118,81m3/h Omdr: 20,44% Figur 5 Udsnit fra Bilag 6 – Verificering af sommer bypumpen Da sommer bypumpen er en horisontalcentrifugalpumpe med en trykstudsdiameter på 200mm, har projektet valgt at anvende en DESMI NSLH 200-265 pumpe som udgangspunkt, som er den pumpe i deres horisontale serie, som passer bedst ud fra disse specifikationer. Ved at teste denne pumpe i WinPSP sammen med 411 forskellige arbejdspunkter og forskellige løbehjulsdiametre, vurderes det, at denne type pumpe med en løbehjulsdiameter på 260mm vil være et godt alternativ, hvilket ses på figur 5. Dato for Arbejdspunkt: 13.5.2014 kl: 05.02.52 p-diff: 0,89bar Flow: 230,91m3/h Omdr: 44,78% Figur 6 Udsnit fra Bilag 7 - Verificering af transit pumpen Eftersom at transit pumpen er en vertikalcentrifugalpumpe med en trykstudsdiameter på 200mm, har projektet her valgt at anvende en DESMI NSL 200-415B pumpe som udgangspunkt, som er den pumpe i deres vertikal serie, som passer bedst ud fra disse specifikationer. Ved også at teste denne pumpe i WinPSP sammen med 4 12 forskellige arbejdspunkter og forskellige løbehjulsdiametre, vurderes det, at denne type pumpe med en løbehjulsdiameter på 350mm vil være et godt alternativ, hvilket ses på figur 6. 11 12 Bilag 6 – Verificering af sommer bypumpe Bilag 7 – Verificering af transit pumpe Emil Larsen & Søren Laursen Side 15 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Pumpe virkningsgrader Når de hydrauliske effekter er beregnet, er det nødvendigt at kende virkningsgraderne for pumperne i de enkelte arbejdspunkter for at kunne beregne den afgivne mekaniske effekt fra elmotorerne P2. Disse pumpevirkningsgrader indsamles gennem pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP, ud fra pumpernes arbejdspunkter. Denne indsamlingsmetode vurderes til at være valid til shunt-, Gl. Havn- og vinter bypumpen, fordi de aktuelle pumper findes i programmet, samt at deres målte arbejdspunkter stemmer overens med de enkelte pumpekarakteristikker. Ydermere vurderes denne indsamlingsmetode til at være acceptabel for de to pumpealternativer, sommer bypumpen og transit pumpen, da deres målte arbejdspunkter også stemmer overens med de enkelte pumpekarakteristikker. Virkningsgraderne vil naturligvis ligge på et lavere niveau i virkeligheden, da pumperne er af ældre dato, men da det ikke har været muligt at fremskaffe de virkelige virkningsgrader grundet manglende pumpekarakteristikker, har projektet været nødsaget til at arbejde videre ud fra dette grundlag. Motor-, frekvensomformer- og oliekedel virkningsgrader Efter at de afgivne mekaniske effekter fra elmotorerne er fastlagt, skal motorernes virkningsgrader indsamles for at kunne beregne frekvensomformernes afgivne effekt P1. Motorvirkningsgraderne for shunt-, sommerog vinter bypumpeenhederne er indsamlet fra et 13 motoridentifikationsprogram fra motorleveredøren VEM’s hjemmeside . Ydermere er motorvirkningsgraderne for transit- og Gl. Havn pumpeenhederne indsamlet gennem telefonisk kontakt med motorleveredøren BEVI, som har tilsendt datablad14 over dette. For at kunne beregne den optagende el-effekt for pumpeenhederne ud fra frekvensomformernes afgivne effekt, har projektet indsamlet frekvensomformervirkningsgrader gennem telefonisk kontrakt til producenten Danfoss, som efterfølgende har tilsendt datablad15over dette. Oliekedlernes virkningsgrader er indsamlet gennem Fredericia Fjernvarmes arkiv over komponentdata, som stammer fra oliekedelproducenten Danstoker. Det optimale ville være at efterprøve og verificere disse informationer ved at opstille effektberegninger ud fra konkrete målinger på procesudstyret . Men da det ikke har været en mulighed, har projektet været nødsaget til at stole på producenternes oplysninger og anvende disse i den senere beregningsproces. 13 http://www.shop.vem-group.com Bilag 48 – Virkningsgrader for BEVI motorer 15 Bilag 49 – Virkningsgrader for frekvensomformerer 14 Emil Larsen & Søren Laursen Side 16 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Materialespecifikationer For at kunne beregne varmetabet i transitledningen er der indsamlet data omkring transitledningens materialespecifikationer fra ledningsafdelingens dataregister. Informationerne omkring varmeledningstallet for isoleringen kan variere fra det virkelige billede, da transitledningen er af ældre dato, og at vand derved kan have fundet vej ind til isoleringen pga. korrosionsdannelse, men dette kan der ikke tages højde for. Brændværdi og priser på el, fjernvarme og olie Gennem samtale med Fredericia Fjernvarmes personale og diverse hjemmesider er der indsamlet informationer om, hvilket niveau deres udgifter til el, fjernvarme og olie er, og hvilken brændværdi olien har. Hovedanalyse Efter at de grundlæggende rammer for projektet er kommet på plads, kan overblikket over de samlede driftsomkostninger ved forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder skabes gennem bestemmelse af arbejdspunkter, elforbrug, varmetab, olieforbrug og driftsomkostninger. Arbejdspunkter Logdata For at kunne fastlægge arbejdspunkterne for diverse pumper ved forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder indsamles logdata fra SRO’en over herskende flow, tryk, temperaturer og omdrejningstal på pumper rundt i systemet. De indsamlede driftsdata er foretaget fra Danmarksgade centralens SRO billede, som ses på figur 7 ud fra det enkelte belastningsområde, og det klarlægges i det efterfølgende afsnit, hvilke værdier der er tale om, og hvad de senere skal bruges til. Emil Larsen & Søren Laursen Side 17 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 7 Oversigt over logdata Værdierne der er markeret med blåt, viser fremløbs og returløbs temperaturen på fjernvarmen i bynettet. Disse værdier er nødvendige for at kunne beregne den massestrøm, der skal bruges ude i bynettet ved det enkelte belastningsområde. Værdierne der er markeret med gult, viser transitledningens fremløbs og returløbs temperaturer ved Danmarksgade centralen, og de lysegrønne viser transitledningens fremløbs og returløbs temperaturer ved Gl. Havn centralen. Disse værdier skal både bruges til at fastlægge massestrømmene og varmetabene i transitledningen. Alle de røde værdier viser differenstryk, omdrejningstal og flow for transitpumpen samt transitledningens leverede effekt. Disse værdier bruges til bestemme et arbejdspunkt og beregne de hydrauliske effekter for transitpumpen. Alle de grønne værdier viser differenstryk, omdrejningstal og flow for sommer- og vinter bypumperne. Disse værdier bruges til at bestemme arbejdspunkter og til at beregne de hydrauliske effekter for pumperne. De brune værdier viser omdrejningstal og flow for shunt pumpen, som bruges til at bestemme arbejdspunkter og til at beregne de hydrauliske effekter for pumpen. Emil Larsen & Søren Laursen Side 18 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Grundet mulige fejlaflæsninger, fejlvisninger og at de enkelte belastningsområder optræder på vidt forskellige tidpunkter på døgnet og året, vil der være variation i dataloggen over de ønskede værdier i belastningsområderne ved sommer- 16 og vinterventilindstillingerne 17 . Derfor har projektet valgt at foretage 10 logpunkter fordelt ud på året ved hvert enkelt belastningsområde. Herved kan det afklares, på hvilket niveau værdierne gennemsnitlig har været i de enkelte belastningsområder. Ud fra den indsamlede logdata over sommer- og vinterventilindstillinger ses det at diverse tryk, temperaturer og omdrejningstal varierer inden for et lille område. Det vurderes derfor, at en gennemsnitsværdi ud fra 10 logpunkter vil give et valid billede af, hvordan værdierne hænger sammen med det enkelte belastningsområde. Det ses dog også, at de loggede flow værdier kan variere mellem 150-200m3/h i de høje belastningsområder, og det vurderes derfor at de 10 logpunkter ikke er tilstrækkelige her. Med den indsamlede logdata fra SRO’en er det nu muligt at fastlægge de enkelte arbejdspunkter for pumperne ved forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder gennem effektberegninger og pumpekarakteristikker. Før belastningsfordelingen For at kunne vurdere hvilke pumpedriftskonfigurationer der skal anvendes, er det nødvendigt at få fastlagt, hvilket niveau driftsomkostningerne, vil befinde sig på uden en aktuel belastningsfordeling for at have noget at sammenligne de nye pumpedriftskonfigurationer med. Arbejdspunkterne skal derfor bestemmes ud fra flow og differenstryk, som også skal danne et beregningsgrundlag for de nye pumpedriftskonfigurationer. Som udgangspunkt ville det være optimalt at bruge de loggede flow værdier fra referenceåret. Men da disse værdier varierer for meget, har projektet valgt at beregne flowfordelingen i alle belastningsområder i stedet for, som ses på bilagene 11-44 punkt 1.1, så dette kan klarlægges. Disse beregninger er i det efterfølgende afsnit illustreret med udgangspunkt i belastningsområdet 10Gj/h18 ved sommerventilindstillingen. Bynetforsyning Ved at opstille en effektformel ud fra det enkelte belastningsområde og de sammenhørende gennemsnitlige temperaturer er det muligt at beregne den gennemsnitlige massestrøm gennem den aktuelle bypumpe ved det pågældende belastningsområde, så flowet kan klarlægges. 𝑚̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑚̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑃𝑏𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒 𝐶𝑓𝑣 ∗ (𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚 − 𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟 ) ∗ 3,6 ∗ 1000 10 ∗ 1000 = 42,04 𝑘𝑔⁄𝑠 4,2 ∗ (65,91 − 50,18) ∗ 3,6 16 Bilag 8 – Logdata sommerventilindstillinger Bilag 9 – Logdata vinterventilindstillinger 18 Bilag 11 – Pumpedriftsomkostninger - Sommer 10Gj/h 17 Emil Larsen & Søren Laursen Side 19 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑚̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Massestrømmen gennem den aktuelle by pumpe [kg/s] 𝑃𝑏𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒 = Det aktuelle belastningsområde [GJ/h] 𝐶𝑓𝑣 = Fjernvarmens varmefylde [kJ/kg*K] 𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚 = Fjernvarmens gennemsnitlige fremløbstemperatur i bynettet [°C] 𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟 = Fjernvarmens gennemsnitlige returløbstemperatur i bynettet [°C] Fjernvarmes temperatur svinger fra ca. 40-99°C, som bevirker at varmefylden varierer fra 4,1764,211[kJ/kg*K] 19 . Projektet har i denne sammenhæng valgt at fastsætte varmefylden til 4,2[kJ/kg*K] og derved ikke at tage højde for denne variation, grundet at det vil have en minimal indflydelse på slutresultatet. Ud fra den beregnede massestrøm og densiteten kan flowet nu klarlægges. Densiteten er også en værdi, som varierer i takt med fjernvarmetemperaturen. Denne værdi vil variere fra 992-959kg/m3 20 inden for fjernvarmens temperatursvingninger, og da det også vil have en minimal indflydelse på slutresultatet, har projektet valgt at fastsætte denne værdi til 1000kg/m3 𝑄̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑄̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑚̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 3600 𝜌𝑓𝑣 42,04 ∗ 3600 = 151,3 𝑚3 ⁄ℎ 1000 𝑄̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Den aktuelle by pumpes leverede flow [m3/h] 𝑚̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Massestrømmen gennem den aktuelle by pumpe [kg/s] 𝜌𝑓𝑣 = Fjernvarmens densitet [kg/ m3] Eftersom flowet ligger på et niveau under de 320m3/h, er det sommer bypumpen, som er i drift, og for at kunne bestemme det aktuelle arbejdspunkt anvendes det gennemsnitlige differenstryk, der har været over pumpen i belastningsområdet 10 Gj/h. 𝐻𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝐻𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑝𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 105 𝜌𝑓𝑣 ∗ 𝑔 1,001 ∗ 105 = 10,19 𝑚𝑉𝑆 1000 ∗ 9,82 𝐻𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Den aktuelle pumpes differenstryk [mVS] 𝑝𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Den aktuelle pumpes differenstryk [bar] 𝜌𝑓𝑣 = Fjernvarmens densitet [kg/ m3] 𝑔 = Tyngdeaccelerationen i Danmark [m/s2] 19 20 Bilag 45 – Variation i varmefylde og densitet - Varmefylde Bilag 45 – Variation i varmefylde og densitet – Densitet Emil Larsen & Søren Laursen Side 20 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Arbejdspunktet for sommer bypumpen vil gennemsnitlig ligge ved 151,3m3/h og 10,19mVS i belastningsområdet 10Gj/h. Ud fra dette arbejdspunkt beregnes anlægskarakteristikkens k-værdi, så dens koordinater kan bestemmes, og et grafisk billede kan fremvises. 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = 𝐻𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 2 (𝑄̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ) 10,19 = 0.000445 ℎ2 ⁄𝑚5 (151,3)2 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = Anlægskarakteristikkens k-værdi [h2/m5] 𝐻𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Den aktuelle pumpes differenstryk [mVS] 𝑄̇𝑏𝑦.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Den aktuelle bypumpes leverede flow [m3/h] Figur 8 Arbejdspunkt for sommer bypumpen ved 10Gj/h - sommerventilindstilling For senere at være i stand til at indsamle virkningsgrader for pumper er det nødvendigt at få fastlagt omdrejningstallet i de enkelte arbejdspunkter. Det ville her være oplagt at anvende den loggede gennemsnits værdi for omdrejningstallet, men da flowet er fremkommet gennem beregninger, vurderes det, at den mest præcise løsning vil være at anvende pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP. Dette gøres ved gradvist at nedjustere omdrejningstallet på pumpen indtil at pumpekarakteristikken skærer anlægskarakteristikken i arbejdspunktet. Emil Larsen & Søren Laursen Side 21 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Transit pumpen For også at kunne beregne det gennemsnitlige flow for transit pumpen opstilles en sammenbygget effektformel ud fra det enkelte belastningsområde samt den sammenhørende loggede gennemsnits temperaturdifferens og afleverede effekt fra transitledningen. 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡 ∗ 1000 𝐶𝑓𝑣 ∗ (𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚.𝐷𝐺 − 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟.𝐷𝐺 ) ∗ 3,6 = ∗ 3600 𝜌𝑓𝑣 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 9,846 ∗ 1000 4,2 ∗ (70,62 − 50,7) ∗ 3,6 = ∗ 3600 = 117,7 𝑚3 ⁄ℎ 1000 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Den aktuelle bypumpes levede flow [m3/h] 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡 = Transitledningens afleverede effekt [GJ/h] 𝐶𝑓𝑣 = Fjernvarmens varmefylde [kJ/kg*K] 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚.𝐷𝐺 = Fjernvarmens gennemsnitlige fremløbstemperatur fra transitledningen [°C] 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟.𝐷𝐺 = Fjernvarmens gennemsnitlige returløbstemperatur fra transitledningen [°C] 𝜌𝑓𝑣 = Fjernvarmens densitet [kg/ m3] Ved at anvende det loggede gennemsnitlige differenstryk over transit pumpen i belastningsområdet 10 Gj/h kan det aktuelle arbejdspunkt bestemmes ud fra det beregnede flow. 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 105 𝜌𝑓𝑣 ∗ 𝑔 0,14 ∗ 105 = 1,43 𝑚𝑉𝑆 1000 ∗ 9,82 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Transit pumpes differenstryk [mVS] 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Transit pumpes differenstryk [bar] 𝜌𝑓𝑣 = Fjernvarmens densitet [kg/ m3] 𝑔 = Tyngdeaccelerationen i Danmark [m/s2] Arbejdspunktet for transit pumpen vil gennemsnitlig ligge ved 117,7m3/h og 1,43mVS i belastningsområdet 10Gj/h. Ud fra arbejdspunktet beregnes anlægskarakteristikkens k-værdi, så dens koordinater kan bestemmes, og et grafisk billede kan fremvises. 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = Emil Larsen & Søren Laursen 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 2 (𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ) 1,43 = 0.000103 ℎ2 ⁄𝑚5 (117,7)2 Side 22 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = Anlægskarakteristikkens k-værdi [h2/m5] 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Transit pumpes differenstryk [mVS] 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Transit pumpen leverede flow [m3/h] Figur 9 Arbejdspunkt for transit pumpen ved 10 Gj/h - sommerventilindstilling Omdrejningstallet i de forskellige arbejdspunkter skal igen fastlægges for at kunne indsamle virkningsgrader for pumpen på et senere tidspunkt. Dette gøres igen ved gradvist at nedjustere omdrejningstallet på pumpen, indtil at pumpekarakteristikken skærer anlægskarakteristikken i arbejdspunktet i pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP. Shunt pumpen Da det ikke har været muligt at logge differenstrykket over shunt pumpen, er det nødvendigt at anvende det loggede gennemsnitlige flow og omdrejningstal, for at kunne bestemme det pågældende arbejdspunkt. Emil Larsen & Søren Laursen Side 23 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 10 Shunt problemer Ved at indtaste det loggede gennemsnitlige omdrejningstal på 10,01% ≈ 117rpm fra belastningsområdet 10 Gj/h, ses det på figur 10, at shunt pumpen ikke er i stand til at levere det loggede flow på 39,38m3/h. Det er derfor nødvendig at få bestemt, hvordan shunt pumpens arbejdspunkt skal håndteres. For at belyse hvordan shunt pumpen arbejder, noteres fra samme dato og tidspunkt den afgivne effekt P1 på displayet fra pumpeenhedens frekvensomformer, som sammenholdes med det aktuelle omdrejningstal og flow gennem pumpen fra SRO’en. Denne metode har været nødvendigt, da det ikke er muligt at logge nogle værdier omkring effekt forbrug på pumpeenhederne. Dato: 27.4.2015 kl. 10.54 Frekvensomformer: 0,11kW SRO’en: 23,4% ≈ 274rpm & 83,5m3/h Figur 11 Shunt pumpe test 1 Emil Larsen & Søren Laursen Side 24 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Som det ses på figur 11, er shunt pumpen heller ikke her i stand til at levere det loggede flow på 83,5m3/h ved 274rpm, og at pumpens arbejdspunkt derfor ligger et ukendt sted på pumpekarakteristikken. Grundet den lave afgivne effekt fra frekvensomformeren samt det høje flow vurderes det, at arbejdspunktet må ligge på pumpekarakteristikkens yderste koordinat, som er estimeret til (75m3/h – 0,0025bar). Med udgangspunkt i dette koordinat samt de pågældende virkningsgrader , beregnes frekvensomformerens afgivne effekt P1 for at kunne sammenligne det estimerede arbejdspunkt med det virkelige. 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑝𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 0,0025 ∗ 𝑄̇𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 102 3600 75 ∗ 102 = 0,005𝑘𝑊 3600 Da koordinat ligger udenfor den fremviste pumpekarakteristik i WinPSP, er det nødvendigt at estimere virkningsgraden for shunt pumpen. 𝑃1.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑃1.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 0,005 = 0,11𝑘𝑊 0,30 ∗ 0,15 𝑃1.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpeenhedens frekvensomformers afgivne effekt [kW] 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpes hydrauliske effekt [kW] 𝑝𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpes differenstryk [bar] 𝑄̇𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpens leverede flow [m3/h] 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpens virkningsgrad 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = Shunt motorens virkningsgrad Beregningen viser, at det valgte koordinat i dette tilfælde vil resultere i at motorens optagende effekt på 0,111kW ligger op af virkelige på 0,11kW. Det vurderes derfor, at det testede koordinat ligger tæt op af det aktuelle arbejdspunkt. Selvom denne beregning giver et godt billede af arbejdspunktet, er det ikke ensbetydende med, at punktet ligger her hver gang, derfor noteres og testes de samme data fra en anden dato og tidspunkt for at have noget at sammenligne med. Dato: 28.4.2015 kl. 07.49 Frekvensomformer: 0,79kW Emil Larsen & Søren Laursen SRO’en: 44,3% ≈ 518rpm & 130,2m3/h Side 25 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 12 Shunt pumpe test 2 Som det ses på figur 12 er shunt pumpen her i stand til at levere det loggede flow på 130,2m 3/h ved 518rpm. Arbejdspunktet er her estimeret til at ligge i koordinatet (130,2m3/h – 0,06bar), og med udgangspunkt i dette samt de pågældende virkningsgrader , beregnes frekvensomformerens afgivne effekt P1, for igen at kunne sammenligne det estimerede arbejdspunkt med det virkelige. 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑝𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 0,06 ∗ 𝑄̇𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 102 3600 130,2 ∗ 102 = 0,22𝑘𝑊 3600 Da koordinat igen ligger udenfor den fremviste pumpekarakteristik i WinPSP, er det nødvendigt at estimere virkningsgraden for shunt pumpen. 𝑃1.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ∗ 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑃1.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = 0,22 = 1,3𝑘𝑊 0,35 ∗ 0,48 𝑃1.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt frekvensomformerens afgivne effekt [kW] 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpes hydrauliske effekt [kW] 𝑝𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpes differenstryk [bar] 𝑄̇𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpens leverede flow [m3/h] 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Shunt pumpens virkningsgrad 𝜂𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = Shunt motorens virkningsgrad Beregningen i den anden test viser, at det valgte koordinat i dette tilfælde vil resultere i, at motorens optagende effekt på 1,3kW er noget større end det virkelige på 0,79kW. Det vil sige, at det testede koordinat ikke stemmer overens med det aktuelle arbejdspunkt, og at shunt pumpen heller ikke her er alene om at levere det loggede flow, som dataloggen viser der er i ledningen. Emil Larsen & Søren Laursen Side 26 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Dette kan forklares ud fra, at der er en trykdifferens mellem returledningen fra bynettet og ledningen efter hydrofortanken, som gør at der vil opstå et naturligt flow gennem shunt pumpen. Det er ud fra disse betrækninger ikke muligt, at anvende de loggede flow værdier for shunt pumpen til at bestemme de aktuelle arbejdspunkter ved de forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder. Projektet har derfor været nødsaget til at fastsætte et effektforbrug, så shunt pumpeenheden kan medtages i det samlede overblik over driftsomkostningerne. Som det ses på billagene over logdata for sommer-21 og vinterventilindstillinger22, kører shunt pumpen i alle belastningsområder undtagen fra 90Gj/h til 120Gj/h i områderne ved vinterventilindstillingerne. Da transitledningen ikke længere kan være med i disse belastningsområder, falder temperaturen efter oliekedlerne ned til den ønskede temperatur i bynettet, og shunt pumpen stopper derfor med at shunte kold fjernvarme fra bynets returløbet til bynets fremløbet. Det vil sige, at shunt pumpen ikke vil køre i de situationer, hvor oliekedeldrift er eller bliver nødvendige. Frekvensomformerens afgivne effekt P1 for shunt pumpen fastlægges i det efterfølgende til 1,5kW ved alle de forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder, hvor oliekedeldrift ikke har været nødvendig. Denne værdi er valgt ud fra, at det gennemsnitlige omdrejningstal for shuntpumpen ikke har været over 50% i referenceåret, og at dette omdrejningstal ikke forventes at stige, når en belastningsfordeling bliver aktuel. Ydermere vil differenstrykket over pumpen ligge lavt, grundet at alle arbejdspunkterne er placeret yderst på pumpekarakteristikkerne. Den fastlagte værdi ligger velvidende på et højere niveau, end det virkelig vil være i de fleste belastningsområder, men denne værdi er valgt for at være på den sikre side, så shunt pumpens elforbrug ikke bliver kortlagt for lavt. Dog vil dette formentligt kun udgøre en lille del af det samlede elforbrug, og derfor ikke have den store indflydelse på slutresultatet. Første pumpedriftskonfiguration Efter at alle pumpernes arbejdspunkter i alle belastningsområder er bestemt ud fra referenceåret, hvor en belastningsfordeling ikke har været aktuel, er det nu muligt at beregne de nye arbejdspunkter for de forskellige pumper ved den første pumpedriftskonfiguration. I grundanalysen blev det vurderet, at den mest optimale driftskonfiguration ville være at lade den nye pumpe ved Gl. Havn levere hele fjernvarmebehovet ud til forbrugerne i de belastningsområder, som ligger inden for pumpens kapacitetsområde. Danmarksgade centralen kan herved lukkes ned, og transit ledningen kan sættes på standby, så pumpedriftsomkostninger og varmetab reduceres. Det er i det efterfølgende afsnit illustreret, hvordan dette er grebet an med udgangspunkt i belastningsområdet 10Gj/h23 ved sommerventilindstillingen. 21 Bilag 8 – Logdata sommerventilindstillinger Bilag 9 – Logdata vinterventilindstillinger 23 Bilag 11 – Pumpedriftsomkostninger - Sommer 10Gj/h 22 Emil Larsen & Søren Laursen Side 27 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Bynetforsyning Det gennemsnitlige arbejdspunkt for den nye pumpe ved Gl. Havn skal ligge samme sted, som sommer bypumpens gennemsnitlige arbejdspunkt ved 151,3m3/h og 10,19mVS i belastningsområdet 10Gj/h. Dette er gældende, da der ikke vil være nogle ændringer i forhold til de nødvendige fremløbs- og returløbstemperaturer i bynettet, når bynettet forsynes fra det nye forsyningspunkt, da disse temperaturer hænger sammen med det pågældende belastningsområde. Ydermere har anlægskarakteristikken ikke ændret sig, da fjernvarmebehovet stadig er det samme. Figur 13 Kontrol af Gl. Havn pumpen Ved at indtaste arbejdspunktet 151,3m3/h og 10,19mVS i WinPSP ud fra Gl. Havn pumpens nominelle omdrejningstal og specifikationer ses det, at arbejdspunktet ligger under pumpekarakteristikken, og at belastningsområdet 10 Gj/h derfor ligger inden for pumpens kapacitetsområde. Emil Larsen & Søren Laursen Side 28 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 14 Arbejdspunkt for Gl. Havn pumpen ved 10 Gj/h - sommerventilindstilling For også her at fastlægge omdrejningstallet i de forskellige arbejdspunkter nedjusteres omdrejningstallet gradvist på pumpen, indtil pumpekarakteristikken skærer anlægskarakteristikken i arbejdspunktet i pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP, så virkningsgraden for pumpen senere kan fastlægges. Denne fremgangsmåde anvendes i alle belastningsområderne ved sommer- og vinterventilindstillingerne, for at kortlægge hvilke belastningsområder denne pumpedriftskonfiguration kan være gældende. I belastningsområderne fra 10Gj/h til 40Gj/h for sommerventilindstillingerne, og fra 25Gj/h til 30Gj/h for vinterventilindstillingerne anvendes denne pumpedriftskonfiguration, som henholdsvis ses på bilagene 11-17 og 25-26, punkt 2.1. Transit pumpen For at kunne sætte transitledningen på standby skal der indbygges en række ventiler, som kan isolere ledningen fra Danmarksgade centralen ved en omstilling. Ydermere er det nødvendigt at opretholde et flow i ledningen, så fjernvarmen cirkuleres og at korrosion derved undgås. Ifølge Emil Larsen & Søren Laursen Side 29 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Fredericia Fjernvarmes ledningsmester24, skal fjernvarmen i transitledningen cirkuleres en gang i timen for at undgå korrosionsdannelse i røret. For at være i stand til at bestemme transit pumpens arbejdspunkt i denne situation er det nødvendigt at beregne, hvor mange m3 fjernvarme transitledningen indeholder. Dette beregnes ud fra transitledningens rørspecifikationer, som blev indsamlet i systemredegørelsen.25 2 𝑉𝑟ø𝑟 = 𝜋 ∗ 𝑟𝑟ø𝑟 ∗ 𝑙𝑟ø𝑟 ∗ 2 𝑉𝑟ø𝑟 = 𝜋 ∗ 0,1252 ∗ 1181,7 ∗ 2 = 116𝑚3 𝑉𝑟ø𝑟 = Fjernvarme mængden i transitledningen [m3] 𝑟𝑟ø𝑟 = Transitledningens radius [m] 𝑙𝑟ø𝑟 = Transitledningens længde [m] Det vil sige, at transit pumpen skal levere et flow på 116 m3/h for at opnå den ønskede fjernvarme cirkulation. Men da transitledningen ikke før har været lukket ned på standby, har det ikke været muligt at fortage nogle målinger, så anlægskarakteristikken kan fastlægges. Det er derfor nødvendigt at beregne tryktabet i transitledningen, for at kunne fastsætte det nødvendige differenstryk over pumpen og derved arbejdspunktet. Tryktabet i transitledningen beregnes ved at anvende Fredericia Fjernvarmes rørleverendør Logstor’s tryktabsberegningsprogram Logstor Calculator26. Men da dette program kun kan bruges til at beregne tryktab gennem lige rør, har projektet gennem mailkontakt med Logstor fået tilsendt en oversigt27 over, hvor meget rørlængde, der ekstra skal tillægges for at medregne de 40 stk. 90° rørbøjninger. 𝑙𝑒𝑘𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑅 ∗ 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑟ø𝑟𝑏ø𝑗𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 𝑙𝑒𝑘𝑠𝑡𝑟𝑎 = 3,6 ∗ 40 = 144𝑚 𝑙𝑒𝑘𝑠𝑡𝑟𝑎 = Rørbøjnings kompensation [m] 𝑅 = Kompensations koefficient Det vil give en samlet længde på: (1181,7 ∗ 2) + 144 = 2507,4𝑚 24 http://www.fredericiafjernvarme.dk - kontakt – medarbejdere – ledningsafdeling – ledningsmester: Kenn Gade Thomsen 25 Bilag 2 - Systemredegørelse 26 http://www.calc.logstor.com/#Login 27 Bilag 46 – Oversigt over data for 90° bøjninger Emil Larsen & Søren Laursen Side 30 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Ved at indtaste det nødvendige flow på 116m3/h, den beregnede længde på 2507m samt inder diameteren på 250mm i Logstor Calculator, beregnes tryktabet i transitledningen, som også er det differenstryk, der skal være over transit pumpen i det ønskede arbejdspunkt. Figur 15 Trykfaldsberegning fra Logstor Calculater Arbejdspunktet for transit pumpen vil ligge ved 116m3/h og 3,04mVS i alle belastningsområderne fra 10Gj/h til 40Gj/h for sommerventilindstillingerne og fra 25Gj/h til 30Gj/h for vinterventilindstillingerne, hvor den første pumpedriftskonfiguration anvendes. Ud fra arbejdspunktet beregnes anlægskarakteristikkens k-værdi ,så dens koordinater kan bestemmes og et grafisk billede kan fremvises. 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 2 (𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 ) 3,04 = 0.00023 ℎ2 ⁄𝑚5 (116)2 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = Anlægskarakteristikkens k-værdi [h2/m5] 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Transit pumpes differenstryk [mVS] 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 = Transit pumpens leverede flow [m3/h] Emil Larsen & Søren Laursen Side 31 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 16 Arbejdspunkt for transit pumpen ved første pumpekonfiguration For at fastsætte omdrejningstallet i dette arbejdspunkt, så pumpens virkningsgrad kan bestemmes på et senere tidspunkt, nedjusteres omdrejningstallet gradvist igen, indtil at pumpekarakteristikken skærer anlægskarakteristikken i arbejdspunktet i WinPSP. Anden og tredje pumpedriftskonfiguration Efter at alle pumpernes arbejdspunkter er bestemt i belastningsområderne inden for den nye pumpe ved Gl. Havns kapacitetsområde, skal de nye arbejdspunkter for de forskellige pumper i de resterende belastningsområder, som ses på bilagene 18-24 og 27-44 i punkt 2.1 og 3.1, beregnes ved den anden og tredje pumpedriftskonfiguration, hvor en belastningsfordeling nu er aktuel. De to forskellige pumpedriftskonfigurationer er i grundanalysen valgt til 65- og 80% af den nye pumpes nominelle omdrejningstal ud fra en vis usikkerhed om, hvilke driftskonfigurationer der vil resultere i de laveste driftsomkostninger. Det er i det efterfølgende afsnit illustreret, hvordan dette er grebet an med udgangspunkt i belastningsområdet 80Gj/h28 ved vinterventilindstillingen. Bynetforsyning Selvom at en belastningsfordeling nu er aktuel, er forbrugernes fjernvarmebehov ikke ændret. Det vil sige at det samlede arbejdspunkt for de to forsyningspumper ved begge pumpedriftskonfigurationer, skal ligge i det samme arbejdspunkt, som den aktuelle bypumpe havde før belastningsfordelingen var gældende ved de pågældende belastningsområder. Dette 28 Bilag 36 – Pumpedriftsomkostninger - Vinter 80Gj/h Emil Larsen & Søren Laursen Side 32 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 begrundes ud fra at de to pumper nu anvendes som paralleldrift. I belastningsområdet 80Gj/h ved vinterventilindstillingen lå bypumpens arbejdspunkt ved 539,4m3/h og 16,5mVS før belastningsfordelingen. Derfor skal de to forsynings pumper begge ligge med et differenstryk på 16,5mVS, og dele de 539,4m3/h mellem sig. Arbejdspunkterne for Gl. Havn pumpen ved de to pumpedriftskonfigurationer bestemmes ved at indtaste de beregnede omdrejningstal på 1150,5rpm og 1416rpm ved henholdsvis 65- og 80%, samt det nødvendige differenstryk på 16,5mVS i WinPSP. Herved kan det flow som Gl. Havn pumpen bidrager med ved den anden og tredje pumpedriftskonfiguration bestemmes. Figur 17 Bestemmelse af flow bidrag ved 65% pumpedriftskonfiguration Figur 18 Bestemmelse af flow bidrag ved 80% pumpedriftskonfiguration Gl. Havn pumpen vil her bidrage med henholdsvis 193m3/h og 291m3/h ved de to tilfælde, og det kan nu fastlægges, hvor meget Danmarksgade centralens bynetforsynings pumpe skal bidrage med. 𝑄̇𝐷𝐺.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔𝑡.65% = 𝑄̇𝐵𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣 − 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% 𝑄̇𝐷𝐺.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔𝑡.65% = 539,4 − 193 = 346,4 𝑚3 ⁄ℎ Emil Larsen & Søren Laursen Side 33 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑄̇𝐷𝐺.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔𝑡.80% = 𝑄̇𝐵𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣 − 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% 𝑄̇𝐷𝐺.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔𝑡.80% = 539,4 − 291 = 248,4 𝑚3 ⁄ℎ 𝑄̇𝐷𝐺.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔𝑡.65% & 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% = Nødvendigt flow fra Danmarksgade centralens bynetforsynings pumpe ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [m3/h] 𝑄̇𝐵𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣 = Nødvendigt fjernvarme behov [m3/h] 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% & 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% = Gl. Havn pumpens flow bidrag ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [m3/h] Figur 19 Arbejdspunkt for vinter bypumpen ved 65% pumpedriftskonfiguration Da det nødvendige flow fra Danmarksgade centralens bynetforsynings pumpe er beregnet til 346,4m3/h, og at det derved ligger over hysteresegrænsen på 320m3/h ved 65% pumpedriftskonfiguration, er det her vinter bypumpen der her skal klare opgaven. Figur 20 Oversigt over arbejdspunkter for Gl. Havn- og vinter bypumpen ved 65% pumpedriftskonfiguration Emil Larsen & Søren Laursen Side 34 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 21 Arbejdspunkt for sommer bypumpen ved 80% pumpedriftskonfiguration Ved 80% pumpedriftskonfigurationen er det sommer bypumpen, der skal klare opgaven, grundet at det nødvendige flow fra Danmarksgade centralens bynetforsynings pumpe her er beregnet til 248,4m3/h, og at det derved ligger under hysteresegrænsen på 320m3/h. Figur 22 Oversigt over arbejdspunkter for Gl. Havn pumpen og sommer bypumpen ved 80% pumpedriftskonfiguration For igen at kunne indsamle virkningsgraden på pumperne på et senere tidspunkt, fastlægges omdrejningstallet ved gradvist at nedjustere det, som ses på figur 19 og 21, indtil at pumpekarakteristikken skærer anlægskarakteristikken i arbejdspunktet i pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP. Som det ses på bilag 9 ligger det gennemsnitlige loggede differenstryk for bynetforsynings pumpen i belastningsområderne fra 95Gj/h til 120Gj/h, over (22,9mVS ≈ 2,25bar), som er det Emil Larsen & Søren Laursen Side 35 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 differenstryk som Gl. Havn pumpen max kan levere ved 65% pumpedriftskonfiguration. Det vil sige, at denne pumpedriftskonfiguration ikke kan anvendes i disse områder. Transit pumpen Belastningsfordelingen ved anvendelsen af den anden og tredje pumpedriftskonfiguration vil betyde, at transitledningen ikke længere er belastet i samme grad, og at transit pumpens arbejdspunkter derfor vil ændre sig. For at kunne få fastlagt disse nye arbejdspunkter er det nødvendigt at beregne den fjernvarmeeffekt, som Gl. Havn pumpen bidrager med ved de to nye pumpedriftskonfigurationer. Dette gøres ud fra de loggede gennemsnitsværdier for fremløbs- og returløbstemperaturen på fjernvarmen i bynettet, som hænger sammen med det pågældende belastningsområde. 𝑃𝐺𝑙.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% ∗ 𝐶𝑓𝑣 ∗ (𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚 − 𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟 ) 3,6 = ∗ 3,6 1000 𝑃𝐺𝑙.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% 𝑃𝐺𝑙.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% 193 3,6 ∗ 4,2 ∗ (76,95 − 41,63) = ∗ 3,6 = 28,63 𝐺𝑗⁄ℎ 1000 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% ∗ 𝐶𝑓𝑣 ∗ (𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚 − 𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟 ) 3,6 = ∗ 3,6 1000 𝑃𝐺𝑙.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% 291 3,6 ∗ 4,2 ∗ (76,95 − 41,63) = ∗ 3,6 = 43,16 𝐺𝑗⁄ℎ 1000 𝑃𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% & 𝑃𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% = Gl. Havn pumpens bidrag med fjernvarmeeffekt ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [Gj/h] 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% & 𝑄̇𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% = Gl. Havn pumpens flow bidrag ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [m3/h] 𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚 = Fjernvarmens gennemsnitlige fremløbstemperatur i bynettet [°C] 𝑡𝑏𝑦𝑛𝑒𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟 = Fjernvarmens gennemsnitlige returløbstemperatur i bynettet [°C] 𝐶𝑓𝑣 = Fjernvarmens varmefylde [kJ/kg*K] Ud fra Gl. Havn pumpens beregnede bidrag med fjernvarmeeffekt kan den effekt, som transitledningen skal levere til Danmarksgade centralen, nu beregnes. Dette gøres ved at fratrække det beregnede bidrag af fjernvarmeeffekt fra den loggede gennemsnitlige transitledning effekt, som hænger sammen med det pågældende belastningsområde. Emil Larsen & Søren Laursen Side 36 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.65% = 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡 − 𝑃𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.65% = 80,31 − 28,63 = 51,69 𝐺𝑗⁄ℎ 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.80% = 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡 − 𝑃𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.80% = 80,31 − 43,16 = 37,15 𝐺𝑗⁄ℎ 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.65% & 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.85% = Nødvendig leveret fjernvarmeeffekt for transitledning ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [Gj/h] 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡 = Den loggede gennemsnitlige transitlednings effekt [Gj/h] 𝑃𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.65% & 𝑃𝐺𝐿.𝐻𝑎𝑣𝑛.𝑏𝑖𝑑𝑟𝑎𝑔.80% = Gl. Havn pumpens bidrag med fjernvarmeeffekt ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [Gj/h] Det er nu muligt at beregne, hvilket flow transit pumpen skal levere ved den anden og tredje pumpedriftskonfiguration ud fra den nødvendige leverede fjernvarmeeffekt for transitledningen og de loggede gennemsnitlige transitlednings temperaturer, som hænger sammen med det pågældende belastningsområde. 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% = 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.65% 3,6 ∗ 𝐶𝑓𝑣 ∗ (𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚.𝐷𝐺 − 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟.𝐷𝐺 ) 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% = 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% = 51,69 ∗ 3,6 ∗ 1000 = 237,14 𝑚3 ⁄ℎ 3,6 ∗ 4,2 ∗ (95,57 − 43,67) 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.80% 3,6 ∗ 𝐶𝑓𝑣 ∗ (𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚.𝐷𝐺 − 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟.𝐷𝐺 ) 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% = ∗ 3,6 ∗ 1000 ∗ 3,6 ∗ 1000 37,15 ∗ 3,6 ∗ 1000 = 170,45 𝑚3 ⁄ℎ 3,6 ∗ 4,2 ∗ (95,57 − 43,67) 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% & 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% = Nødvendigt leveret flow for transit pumpen ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [m3/h] 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.65% & 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑛𝑦.80% = Nødvendig leveret fjernvarmeeffekt for transitledning ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [Gj/h] 𝐶𝑓𝑣 = Fjernvarmens varmefylde [kJ/kg*K] 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑚.𝐷𝐺 = Fjernvarmens gennemsnitlige fremløbstemperatur fra transitledningen [°C] 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟.𝐷𝐺 = Fjernvarmens gennemsnitlige returløbstemperatur fra transitledningen [°C] Efter at det nødvendige leverede flow for transit pumpen nu er fastlagt, skal differenstrykket over pumpen i de to tilfælde bestemmes. Dette har dog ikke umiddelbart kunne lade sig gøre, fordi det hverken har været muligt at logge eller måle et differenstryk, da disse pumpedriftskonfigurationer Emil Larsen & Søren Laursen Side 37 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 ikke har været anvendt endnu. Ydermere har det heller ikke været muligt at beregne systemets tryktab grundet rørsystemets grad af kompleksitet. Anlægskarakteristikkens hældning vil umiddelbart ændre sig en smule fra den ene pumpedriftskonfiguration til den anden, fordi de øvrige pumper vil påvirke dette på forskellig vis, da de har forskellige pumpekarakteristikker og arbejdspunkter. Derfor har projektet valgt at foretage en undersøgelse af, hvor meget transit pumpens anlægskarakteristik ændrer sig alt efter det pågældende belastningsområde, som ses på bilag 47. Undersøgelsen, som er fortaget ud fra gennemsnitsværdierne fra belastningsområderne 20, 45, 60, 80 og 100 Gj/h ved vinterventilindstillingerne, viser at der vil være en minimal forskel i anlægskarakteristikken. Projektet har ud fra denne betrækning valgt at antage, at transit pumpens anlægskarakteristik er ens i det pågældende belastningsområde før og efter, at en belastningsfordeling bliver aktuel. Ud fra denne antagelse er det muligt at bestemme differenstrykket over transit pumpen, når den anden og tredje pumpedriftskonfiguration anvendes ved at tage udgangspunkt i transit pumpens arbejdspunkt fra før belastningsfordelingen. Ud fra dette arbejdspunkt, kan anlægskarakteristikkens k-værdi fastlægges, så de andre arbejdspunkter på kurven kan bestemmes. 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% ∗ 105 = 𝜌𝑓𝑣 ∗ 𝑔 3,79 ∗ 105 = = 38,59 𝑚𝑉𝑆 1000 ∗ 9,82 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpes differenstryk før belastningsfordeling [mVS] 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpes differenstryk før belastningsfordeling [bar] 𝜌𝑓𝑣 = Fjernvarmens densitet [kg/ m3] 𝑔 = Tyngdeaccelerationen i Danmark [m/s2] 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% 2 (𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% ) 38,59 = 0.00028 ℎ2 ⁄𝑚5 (368,49)2 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = Anlægskarakteristikkens k-værdi [h2/m5] 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpes differenstryk før belastningsfordeling [mVS] 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Volumenstrømmen for transit pumpen før belastningsfordeling [m3/h] Emil Larsen & Søren Laursen Side 38 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Differenstrykket over transit pumpen i de to tilfælde, kan nu bestemmes ud fra anlægskarakteristikkens k-værdi og det nødvendige leverede flow for transit pumpen, 2 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% = 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 ∗ (𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% ) 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% = 0,00028 ∗ (237,14)2 = 15,98 𝑚𝑉𝑆 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% = 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 ∗ (𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% ) 2 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% = 0,00028 ∗ (170,45)2 = 8,26 𝑚𝑉𝑆 𝑘 − 𝑣æ𝑟𝑑𝑖 = Anlægskarakteristikkens k-værdi [h2/m5] 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% & 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% = Transit pumpes differenstryk ved den enkelte pumpedriftskonfiguration [mVS] 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% & 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% = Nødvendigt leveret flow for transit pumpen ved den enkelte pumpedriftskonfiguration [m3/h] Figur 23 Arbejdspunkterne for transit pumpen ved 65% og 80% pumpedriftskonfiguration Transit pumpens to nye arbejdspunkter er nu bestemt, og for også her er at kunne indsamle virkningsgraden på pumpen i de to arbejdspunkter på et senere tidspunkt, fastlægges omdrejningstallet ved gradvist at nedjustere det, som ses på figur 24 og 25, indtil at Emil Larsen & Søren Laursen Side 39 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 pumpekarakteristikken skærer anlægskarakteristikken pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP. i arbejdspunkterne i Figur 24 Arbejdspunkt for transit pumpen ved 65% pumpedriftskonfiguration Figur 25 Arbejdspunkt for transit pumpen ved 80% pumpedriftskonfiguration Grundet at transit pumpens anlægskarakteristik går igennem koordinatet (0mVS – 0m3/h), og at begge de nye arbejdspunkter ligger placeret på denne karakteristik, kan omdrejningstallet i de to tilfælde også beregnes ved hjælp af affinitetsligningen. 𝑛65% = 𝑛65% = 237,14 ∗ 1515 = 974,99 𝑟𝑝𝑚 368,49 𝑛80% = 𝑛80% = Emil Larsen & Søren Laursen 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% ∗ 𝑛0% 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.80% ∗ 𝑛0% 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% 170,45 ∗ 1515 = 700,79 𝑟𝑝𝑚 368,49 Side 40 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑛65% & 𝑛80% = Omdrejningstallet ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [rpm] 𝑛0% = Omdrejningstallet før belastningsfordelingen [rpm] 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.65% & 𝑄̇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.85% = Nødvendigt leveret flow for transit pumpen ved den pågældende pumpedriftskonfiguration [m3/h] Som det ses ud fra anvendelsen af affinitetsligningen, ligger de beregnede omdrejningstal på 974,99rpm og 700,79rpm meget tæt op af de nedjusterede omdrejningstal på 970rpm og 700rpm. Det vurderes derfor, at metoden til bestemmelsen af omdrejningstallet i alle arbejdspunkterne, som er anvendt gennem hele projektet, er reel. Effekter Hydrauliskeffekt Efter at alle arbejdspunkerne for de forskellige pumper er bestemt før og efter belastningsfordelingen ved alle belastningsområderne, er det nu mulig at beregne den hydrauliske effekt som pumperne tilfører fjernvarmen, som ses på bilagene 11-44 punkterne 1.2, 2.2 og 3.2. Det er i det efterfølgende afsnit illustreret, hvordan dette er grebet an med udgangspunkt i transit pumpen før en belastningsfordeling i belastningsområdet 80Gj/h29 ved vinterventilindstillingen. 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% ∗ 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = 3,79 ∗ 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% ∗ 102 3600 368,49 ∗ 102 = 38,78𝑘𝑊 3600 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpes hydrauliske effekt før belastningsfordeling [kW] 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpens differenstryk før belastningsfordeling [bar] 𝑄̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpens leverede flow før belastningsfordeling [m3/h] El-effekt Med kendskab til pumpernes hydrauliske effekter er det nu muligt at beregne pumpeenhedernes elforbrug ved at indsamle og anvende virkningsgraderne for de enkelte enhedskomponenter, som ses på bilagene 11-44 punkterne 1.3, 2.3 og 3.3. Det er i det efterfølgende afsnit illustreret, hvordan dette er grebet an igen med udgangspunkt i transit pumpen før en belastningsfordeling i belastningsområdet 80Gj/h30 ved vinterventilindstillingen. Ud fra pumpernes hydrauliske effekter, og de enkelte pumpers virkningsgrader, som er indsamlet gennem pumpeidentifikationsprogrammet WinPSP ved at indtaste de enkle pumpers arbejdspunkter og omdrejningstal, kan de enkelte motorers afgivne effekter P2 beregnes. 30 Bilag 36 – Pumpedriftsomkostninger - Vinter 80Gj/h Emil Larsen & Søren Laursen Side 41 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑃2.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟.0% = 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% 𝑃2.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟.0% = 38,78 = 50,37𝑘𝑊 0,77 𝑃2.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟.0% = Transit motorens afgivne effekt før belastningsfordeling [kW] 𝑃ℎ𝑦𝑑.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpens hydrauliske effekt før belastningsfordeling [kW] 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒.0% = Transit pumpens virkningsgrad i arbejdspunktet før belastningsfordelingen Virkningsgraderne for motorerne er indsamlet gennem et motoridentifikationsprogram 31 og tilsendte datablade32 fra motorleverandørerne VEM og BEVI ud fra motorernes beregnede afgivne effekter. Virkningsgraderne fra de tilsendte datablade er grundet få oplysninger, fremkommet ved hjælp af interpolation. Ydermere er virkningsgraderne for frekvensomformerne indsamlet gennem tilsendte datablade33 fra producenten Danfoss. Det er nu muligt at beregne alle pumpeenhedernes elforbrug ud fra de indsamlede virkningsgrader. 𝑃𝑒𝑙.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑜𝑚𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟.0% = 𝑃2.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟.0% 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟.0% ∗ 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑜𝑚𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟.0% 𝑃𝑒𝑙.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑜𝑚𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟.0% = 50,37 = 54,9𝑘𝑊 0,936 ∗ 0,98 𝑃𝑒𝑙.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑜𝑚𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟.0% = Transit frekvensomformerens optagende el-effekt før belastningsfordeling [kW] 𝑃2.𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟.0% = Transit motorens afgivne effekt før belastningsfordeling [kW] 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟.0% = Transit motorens virkningsgrad i arbejdspunktet før belastningsfordelingen 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡.𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑜𝑚𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟.0% = Transit frekvensomformerens virkningsgrad i arbejdspunktet før belastningsfordelingen Virkningsgraderne, som er fremkommet ved hjælp af interpolation, vil ikke være helt korrekte, da beregningsmetoden vil resultere i en fast hældning mellem de oplyste punkter. Virkningsgraden vil i virkeligheden forløbe som en blød kurve og derved give et andet resultat end det beregnede. Men da projektet ikke har haft andre muligheder for at fremskaffe de respektive virkningsgrader, og at de beregnede virkningsgrader vil variere minimalt fra disse, anses indsamlingsmetoden som acceptabel. 31 http://www.shop.vem-group.com Bilag 48 – Virkningsgrader for BEVI motorer 33 Bilag 49 – Virkningsgrader for frekvensomformere 32 Emil Larsen & Søren Laursen Side 42 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Varmetab Varmetab er uundgåeligt i et fjernvarmesystem på grund af temperaturforskellen mellem fjernvarmen i rørledningerne og den omgivende jord. Grundet kompleksiteten af beregningerne angående varmetabet ude i bynettet har projektet valgt kun at fokusere på varmetabet i transitledningen. Transitledningens fremløbstemperatur ligger på et højere niveau, end bynettets fremløbstemperatur, som ses på den indsamlede logdata på bilag 8 og 9. Dette skyldes, at det nødvendige flow ude i bynettet ikke kan komme gennem transitledningen på grund af for små rørdimensioner. Man er derfor nødt til at anvende en højere temperatur her for at kunne levere den nødvendige fjernvarmeeffekt til Danmarksgade centralen, som vil betyde, at der vil forekomme et betydeligt varmetab. Dette varmetab vil dog nedbringes, når den første pumpedriftskonfiguration anvendes, hvor transitledningen sættes på standby. Her skal fjernvarmetemperaturen ifølge Fredericia Fjernvarmes Driftsmester34 nedbringes til en fast temperatur på 40°c. Denne temperatur er fastsat til dette for at undgå, at transitledningen ødelægges af de materialespændinger, som vil opstå, hvis temperaturen nedbringes yderligere. Det ville være oplagt at fastlægge dette varmetab ved at beregne den pågældende fjernvarmeeffekt ved indgangen samt udgangen af både fremløbs- og returløbsrørerne i transitledningen og fratrække disse individuelt med hinanden. Herved kunne den fjernvarmeeffekt, som går tabt på grund af varmetransmission, klarlægges. Dette har dog vist sig at være en kompliceret opgave grundet den konstante variation af forbrugernes fjernvarme behov. Ud fra denne betragtning burde temperatuen i indgangen på både fremløbs- og returløbsrørerne ligge på et højere niveau end i udgangen af disse, men som det ses ud fra den indsamlede logdata på bilag 8 og 9, varierer dette. Dette skyldes, at logdataen fra SRO’en er fortaget ud fra faste datoer og tidspunkter, og at flowet gennem den 1181,7m lange transitledning varierer i takt med forbrugernes fjernvarmebehov. Det er derfor ikke muligt fremskaffe et stationært billede af det niveau, varmetabet ligger på ved de enkelte belastningsområder med denne beregningsmetode. Grundet dette har projektet valgt at anvende varmetransmissionsberegninger for at kunne fastlægge varmetabet i transitledningen ved alle belastningsområderne, som ses på bilag 51. Ved at beregne fjernvarmerørets varmetransmissionskoefficient er det muligt at fastlægge varmtabet ud fra længden og den logaritmiske middeltemperaturdifferens mellem fjernvarmens ind- og udgangstemperatur i røret samt jordtemperaturen. Men ud fra de ovenstående betragtninger kan denne logaritmiske middeltemperaturdifferens ikke fastlægges, og projektet er derfor nødsaget til at anvende den pågældende fjernvarmes indgangstemperatur samt den omgivende jordtemperatur i stedet for. Det er i det efterfølgende afsnit illustreret, hvordan dette er grebet 34 http://www.fredericiafjernvarme.dk - kontakt – medarbejdere – driftsafdeling – driftsmester: Allan Lindengren Pedersen Emil Larsen & Søren Laursen Side 43 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 an ved alle pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder belastningsområdet 80Gj/h ved vinterventilindstillingen. Fjernvarmerørets varmetransmissionskoefficient er beregnet 35 materialespecifikationer fra ledningsafdelingens dataregister rørspecifikationer fra systemredegørelsen36 𝑘𝑟ø𝑟 = 𝑘𝑟ø𝑟 = ⇓ med udgangspunkt i ud og fra indsamlet transitledningens 𝜋 𝑑𝑦𝑘𝑎𝑝𝑝𝑒 4 ∗ (𝑑𝑦𝑏𝑑𝑒 + 0,0685 ∗ 𝜆𝑗𝑜𝑟𝑑 ) 𝑑𝑦 𝑑𝑦 𝐼𝑛 𝐼𝑛 𝑠𝑡å𝑙 𝐼𝑛 𝑖𝑠𝑜 𝐼𝑛 𝑑𝑖 𝑑𝑦𝑘𝑎𝑝𝑝𝑒 1 𝑑𝑖𝑠𝑡å𝑙 𝑑𝑖𝑖𝑠𝑜 𝑘𝑎𝑝𝑝𝑒 + + + + 𝛼𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ 𝑑𝑖𝑠𝑡å𝑙 2 ∗ 𝜆𝑠𝑡å𝑙 2 ∗ 𝜆𝑖𝑠𝑜 2 ∗ 𝜆𝑘𝑎𝑝𝑝𝑒 2 ∗ 𝜆𝑗𝑜𝑟𝑑 𝜋 0,273 0,39 0,4 4 ∗ (0,8 + 0,0685 ∗ 1,6) 𝐼𝑛 𝐼𝑛 𝐼𝑛 𝐼𝑛 1 0,25 0,273 0,39 0,4 + 2 ∗ 60 + 2 ∗ 0,032 + 2 ∗ 0,43 + 2 ∗ 1,6 5800 ∗ 0,25 𝑘𝑟ø𝑟 = 0,49915 𝑊 ⁄𝑚𝑟ø𝑟 ∗ °𝐶 𝑘𝑟ø𝑟 = Fjernvarmerørets varmetransmissionskoefficient [W/mrør*°C] 𝛼𝑣𝑎𝑛𝑑 = Fjernvarmens varmeovergangstal [W/m2*°C] 𝑑𝑖𝑠𝑡å𝑙 = Fjernvarmerørets inder diameter [m] 𝑑𝑦𝑠𝑡å𝑙 = Fjernvarmerørets yder diameter [m] 𝜆𝑠𝑡å𝑙 = Fjernvarmerørets varmeledningstal [W/m *°C] 𝑑𝑖𝑖𝑠𝑜 = Isoleringens inder diameter [m] 𝑑𝑦𝑖𝑠𝑜 = Isoleringens yder diameter [m] 𝜆𝑖𝑠𝑜 = Isoleringens varmeledningstal [W/m *°C] 𝑑𝑖𝑘𝑎𝑝𝑝𝑒 = Kappens inder diameter [m] 𝑑𝑦𝑘𝑎𝑝𝑝𝑒 = kappens yder diameter [m] 𝜆𝑘𝑎𝑝𝑝𝑒 = kappens varmeledningstal [W/m *°C] 𝑑𝑦𝑏𝑑𝑒 = Fjernvarmerørets dybde [m] 𝜆𝑗𝑜𝑟𝑑 = Jordens varmeledningstal [W/m *°C] Fjernvarmens varmeovergangstal er valgt til 5800W/m2*°C, ud fra en standard værdi, velvidende at denne værdi varierer alt efter pågældende hastighed på fjernvarmen. Denne værdi vil afvige fra den fastsatte værdi, men da dette vil have en minimal indflydelse på slutresultatet, som ses på bilag 50, anses den fastsatte værdi til at være reel. Ud fra den fastlagte varmetransmissionskoefficient kan varmetabet nu beregnes ud fra transitledningens længde, de gennemsnitlige loggede indgangstemperature i frem- og returløbet ved det pågældende belastningsområde, samt jord temperatuen som er fastsat til 8°c. 35 36 Bilag 50 – Materialespecifikationer & kontrol af α.vand Bilag 2 - Systemredegørelse Emil Larsen & Søren Laursen Side 44 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏.𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 = 𝑘𝑟ø𝑟 ∗ 𝑙𝑟ø𝑟 ∗ (𝑡𝑖𝑛𝑑𝑔𝑎𝑛𝑔.𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 − 𝑡𝑗𝑜𝑟𝑑 ) 𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏.𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 = 0,49915 ∗ 1181,7 ∗ (96,68 − 8) = 52308,92𝑊 𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟𝑙ø𝑏 = 𝑘𝑟ø𝑟 ∗ 𝑙𝑟ø𝑟 ∗ (𝑡𝑖𝑛𝑑𝑔𝑎𝑛𝑔.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟𝑙ø𝑏 − 𝑡𝑗𝑜𝑟𝑑 ) 𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟ø𝑏 = 0,49915 ∗ 1181,7 ∗ (43,67 − 8) = 21041,65𝑊 𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏.𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 & 𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟𝑙ø𝑏 =Varmetabet i fjernvarmerørets frem- og returløb [W] 𝑘𝑟ø𝑟 = Fjernvarmerørets varmetransmissionskoefficient [W/mrør*°C] 𝑙𝑟ø𝑟 = Fjernvarmerørets længde [m] 𝑡𝑖𝑛𝑑𝑔𝑎𝑛𝑔.𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 = Transitledningens gennemsnitlige loggede indgangs temperatur i fremløbet [°C] 𝑡𝑖𝑛𝑑𝑔𝑎𝑛𝑔.𝑟𝑒𝑡𝑢𝑟𝑙ø𝑏 = Transitledningens gennemsnitlige loggede indgangs temperatur i returløbet [°C] Den valgte varmetransmissionsberegningsmetode vil give en acceptabel mindre afvigelse fra det virkelige grundet alternativet til den logaritmiske middeltemperaturdifferens. Herved bliver fjernvarmens temperaturfald gennem transitledningen grundet varmetransmissionen ikke er medtaget. Olieforbrug I grundanalysen blev det gennem observationer af referenceårets belastningsområder fra Fredericia Fjernvarmes SRO system vurderet, at oliekedeldrift var nødvendigt i alle belastningsområder over 85Gj/h. Det er derfor nødvendigt at få fastlagt, hvor stort olieforbruget er i spidsbelastningsområderne fra 90Gj/h til 120Gj/h før og efter belastningsfordelingen. Fredericia Fjernvarme forventer, at oliekedeldrift helt kan undgås, når belastningsfordelingen anvendes i spidsbelastningsområderne, hvor det her kun er 80% pumpedriftskonfigurationen, der kan anvendes grundet, at transitledningens belastningsgrad nedsættes. Ud fra bilaget med pumpedriftsomkostningerne ved belastningsområdet 120Gj/h37 ses det i mellemregningerne, at Gl. Havn pumpen her bidrager med en fjernvarmeeffekt på 37,14Gj/h til bynettet. Herved skal transitledningen kun levere (120-37,14) 82,86Gj/h, hvilket ligger inden for dens kapacitetsområde, og at oliekedeldrift derved undgås. I og med at dette undgås i det højeste spidsbelastningsområde, bliver oliekedeldrift heller ikke nødvendigt i resten af de udsatte spidsbelastningsområder, når denne pumpedriftskonfiguration anvendes. Det vil sige, at det umiddelbart er en god løsning, som Fredericia Fjernvarme har valgt for at imødekomme transitproblemerne. Det er dog stadig nødvendigt at få beregnet det pågældende olieforbrug i spidsbelastningerne, før belastningsfordelingen blev aktuel, som ses på bilag 53, for at kunne medtage disse ekstraomkostninger i en samlet oversigt over driftsomkostningsniveauet. Det er i det 37 Bilag 44 – Pumpedriftsomkostninger - Vinter 120Gj/h Emil Larsen & Søren Laursen Side 45 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 efterfølgende afsnit illustreret, hvordan dette er belastningsområdet 120Gj/h ved vinterventilindstillingen. grebet an med udgangspunkt i Den nødvendige leverede fjernevarmeeffekt fra oliekedlerne beregnes først ud fra forbrugernes fjernvarmebehov, og transitledningens gennemsnitlige loggede afleveret effekt i det pågældende belastningsområde. 𝑃𝑂𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔 = 𝑃𝐵𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒 − 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡 𝑃𝑂𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔 = 120 − 83,65 = 36,35𝐺𝑗/ℎ 𝑃𝑂𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔 = Oliekedlernes nødvendige afleverede effekt [Gj/h] 𝑃𝐵𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒 = Det pågældende belastningsområde / fjernvarmebehov [Gj/h] 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡 = Transitledningens afleverede effekt [GJ/h] Lastfordelingen sker ligeligt mellem de enkelte oliekedler, som indkobles enkeltvis efter det pågældende flow niveau efter oliekedlerne, der styres efter nogle bestemte hysterser. Som det ses på det forenklede diagram over vinterventilindstillingerne38, vil flowet efter oliekedlerne være lig med flowet gennem den aktuelle bynetforsyningspumpe fratrukket flowet gennem shunt pumpen. Men da shunt pumpen ikke kører i spidsbelastningsområderne 90Gj/h til 120 GJ, hvor oliekedeldrift har været nødvendigt, er flowet efter oliekedlerne lig med det flow, som løber gennem den aktuelle bynetforsyningspumpe. Da vinter bypumpen leverer et flow på 742,12m3/h, og at det ligger over hysteresegrænsen på 485m3/h, som blev fastsat i grundanalysen, skal den nødvendige afleverede oliekedeleffekt fordeles mellem alle 3 oliekedler. 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = 𝑃𝑂𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑙𝑒𝑟 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = 36,35 = 12,12𝐺𝑗/ℎ 3 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = Den enkle oliekedels nytteeffekt [Gj/h] 𝑃𝑂𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙.𝑛ø𝑑𝑣𝑒𝑛𝑑𝑖𝑔 = Oliekedlernes nødvendige afleverede effekt [Gj/h] Ud fra indsamlet datablad over oliekedelspecifikationerne 39 , er det nødvendigt at kende belastningsgraden og arbejdstemperaturene for oliekedlerne for at bestemme virkningsgraden. 𝐵𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑% = 38 39 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 ∗ 100 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙.𝑚𝑎𝑥 Bilag 10 – Forenklet diagrammer over ventilindstillinger Bilag 52 – Oliekedelspecifikationer Emil Larsen & Søren Laursen Side 46 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝐵𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑% = 12,12 ∗ 100 = 33,66% 36 𝐵𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑% = Den enkelte oliekedels belastningsgrad [%] 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = Den enkle oliekedels nytte effekt [Gj/h] 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙.𝑚𝑎𝑥 = Den enkle oliekedels max nytteeffekt [Gj/h] Figur 26 Udsnit fra bilag 52 - Oliespecifikationer På figur 26 ses det at oliekedlernes virkningsgrad i dette tilfælde vil ligge på 94,5% ud fra den beregnede belastningsgrad på 33,66% og de konstante arbejdstemperature på 90/60°C. For at kunne beregne det pågældende olieforbrug, mangler nu kun oliens nedre brændværdi og densitet, som er indsamlet fra energistyrelsens hjemmeside40 og lærebogen ”Grib fysikken”41 som henholdsvis ligger på 35,87Gj/m3 og 900kg/m3. 𝑚̇𝑜𝑙𝑖𝑒 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 ∗ 1000 3,6 = ( ) ∗ 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑙𝑒𝑟 ∗ 3600 ℎ𝑖 𝜂𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 1000000 𝑜𝑙𝑖𝑒 ( ) 𝑚̇𝑜𝑙𝑖𝑒 40 41 12,12 3,6 ∗ 1000 = ( ) ∗ 3 ∗ 3600 = 965,4 𝑘𝑔/ℎ 35,87 0,945 ∗ 900 ∗ 1000000 ( ) http://www.ens.dk - søg – NOTAT standardfaktorer for brændværdier og CO2-emissioner Lærebog: ”Grib fysikken ”– tabel over densitet – side 35 Emil Larsen & Søren Laursen Side 47 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 𝑚̇𝑜𝑙𝑖𝑒 = Massestrøm af olie til oliekedlerne [kg/h] 𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒.𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = Oliekedlens nytte effekt [kW] 𝜂𝑜𝑙𝑖𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = Oliekedlens virkningsgrad ℎ𝑖 = Oliens nedre brændværdi [Gj/ m3] 𝜌𝑜𝑙𝑖𝑒 = Oliens densitet [kg/ m3] Da oliepriser normalt bliver opgivet i kr./m3, omregnes olieforbruget til en volumenstrøm. 𝑄̇𝑜𝑙𝑖𝑒 = 𝑄̇𝑜𝑙𝑖𝑒 = 𝑚̇𝑜𝑙𝑖𝑒 𝜌𝑜𝑙𝑖𝑒 965,4 = 1,073𝑚3 /ℎ 900 𝑄̇𝑜𝑙𝑖𝑒 = Volumenstrøm af olie til oliekedlerne [kg/h] 𝑚̇𝑜𝑙𝑖𝑒 = Massestrøm af olie til oliekedlerne [kg/h] 𝜌𝑜𝑙𝑖𝑒 = Oliens densitet [kg/ m3] Emil Larsen & Søren Laursen Side 48 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Priser og et samlet overblik Efter el-effekten ved diverse pumper, varmetabet i transitledningen og olieforbruget nu er fastlagt ved de forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder, indsamles der data omkring priser på el, fjernvarme og olie så de samlede driftsomkostninger kan fastsættes gennem beregninger. De respektive priser er indsamlet efter de seneste opgørelser med rabatter, for at give det mest præcise billide af driftsomkostningerne. El prisen er indsamlet til 2,0057 kr. pr. kWh på Trefors hjemmeside42, og anvendes på bilagene 11-44. Varme prisen er indsamlet til 0,3633 kr. Pr. kWh fra Fredericia Fjernvarmes direktør43 og anvendes på bilag 51. Olie prisen er indsamlet til 10127 kr. Pr m3 fra Fredericia Fjernvarmes driftsmester44 og anvendes på bilag 53. Ud fra de indsamlede priser beregnes de enkelte driftsomkostninger på de sammenhørende bilag. For at få et samlet overblik over disse analyseresultater, udarbejdes et søjlediagram over driftsomkostningsniveauet i kr./h og hvordan dette vil fordele sig, ved de forskellige pumpedriftskonfigurationer og belastningsområder. På figur 27 og 28 ses dette overblik over driftsomkostningerne for sommer- og vinterventilindstillingerne. 42 http://www.trefor-elnet.dk - Om TREFOR El-net – Priser – Specifikation af elpris http://www.fredericiafjernvarme.dk - kontakt – medarbejdere – administrationen – direktør: Carl Hellmers 44 http://www.fredericiafjernvarme.dk - kontakt – medarbejdere – driftsafdeling – driftsmester: Allan Lindengren Pedersen 43 Emil Larsen & Søren Laursen Side 49 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 27 Samlet overblik over driftsomkostningerne ved sommerventilindstillingerne Emil Larsen & Søren Laursen Side 50 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Figur 28 Samlet overblik over driftsomkostningerne ved vinterventilindstillingerne Emil Larsen & Søren Laursen Side 51 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Konklusion Ud fra analyseresultaterne på figur 27 og 28 ses at der vil være en besparelse på driftsomkostningerne ved at anvende forskellige pumpedriftskonfigurationer i de forskellige belastningsområder. Ved at anvende den første pumpedriftskonfiguration i de belastningsområder, som ligger inden for den nye pumpe ved Gl. Havns kapacitetsområde, kan der både spares på driftsomkostningerne til elforbrug til pumpeenheder og varmetab i transitledningen i forhold til før belastningsfordelingen. Elforbruget nedsættes da Gl. Havn pumpen overtager Shunt- og sommer bypumpens arbejde, samt at transit pumpen her skal ligge i et mindre konstant arbejdspunkt, hvor fjernvarmen bliver cirkuleret en gang i timen, grundet at transitledningen sættes på standby. Ydermere vil varmetabet her næsten kunne halveres, da fjernvarmetemperaturen nedsættes til 40 °c i både transitledningens frem- og returløb. Det konkluderes, derfor at den første pumpedriftskonfiguration skal anvendes i belastningsområderne fra 10Gj/h til 40Gj/h ved sommerventilindstillingerne og fra 25Gj/h til 30Gj/h ved vinterventilindstillingerne. Testen af den anden og tredje pumpedriftskonfiguration var nødvendig grundet uvished om Gl. Havn pumpens optimale arbejdsområde i belastningsområderne udenfor dens kapacitetsområde. Analyseresultaterne viser, at et højt bidrag fra Gl. Havn pumpen vil resultere i de laveste driftsomkostninger i både de mellemliggende og høje belastningsområder. Selvom at der kommer en ekstra pumpeenhed i drift ved at anvende den anden og tredje pumpedriftskonfiguration i forhold til før belastningsfordelingen, vil driftsomkostningerne til elforbrug ligge på et lavere niveau. Dette ses på grund af at Gl. Havn pumpens bidrag nedsætter belastningsgraden på transitledningen, og at transit pumpen derved ikke skal arbejde så meget. Analyseresultaterne viser også, at der ikke er et fast mønster mellem driftsomkostningerne til elforbrug ved anvendelse af den anden og tredje pumpedriftskonfiguration, men dette er der ikke en entydig forklaring på. Grundet at transitledningens belastningsgrad nedsætte så betydeligt, har det været svært at fastslå de helt præcise transit motor virkningsgrader i de to tilfælde grundet, at virkningsgradskurven har en høj hældning i de lave lastområder. Selvom hvis de helt præcise transit motor virkningsgrader kunne fastslås, ville denne situation stadig kunne opstå, da en mindre hydraulisk effekt ved 80% pumpedriftskonfiguration kontra en højere hydraulisk effekt ved 65% pumpedriftskonfiguration godt kunne være dyrere at fremskaffe grundet transit motorens virkningsgrader. Det ses dog at den tredje pumpedriftskonfiguration generelt vil give de laveste driftsomkostninger. Ud fra dette samt at oliekedeldrift helt kan undgås, konkluderes det at Gl. Havn pumpen skal ligge med et omdrejningstal på mindst 80% i alle belastningsområderne udenfor dens kapacitetsområde, som dækker områderne 45Gj/h til 75Gj/h ved sommerventilindstillingerne, og fra 35Gj/h til 120Gj/h ved vinterventilindstillingerne. Emil Larsen & Søren Laursen Side 52 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Denne konklusion er draget ud fra analyseresultater som er fremkommet gennem hypotesen: ”Igennem analyser og driftsomkostningsberegninger kan det påvises, hvordan en fremtidig belastningstilpasset pumpedrift skal se ud, så den mest rentable driftsplan for Fredericia Fjernvarme kan opnås” Det er derfor nødvendigt at få klarlagt om denne fremgangsmåde er anvendelig til at fremskaffe et præcist nok billede af driftsomkostningerne, så validiteten af den valgte belastningstilpassede pumpedrift kan bekræftes. De to valgte pumpealternativer vil bidrage med nogle lidt lavere pumpedriftsomkostninger, end de i virkeligheden er grundet, at deres virkningsgrader vil ligge på et lidt højere niveau end de aktuelle pumper af ældre dato. Den fastlagte værdi for shunt frekvensomformerens afgivne effekt vil bidrage til nogle lidt højere pumpedriftsomkostninger, end de i virkeligheden er, da denne værdi er fastsat en anelse højt. Motorvirkningsgraderne, som er fremkommet ved hjælp af interpolation, vil afvige fra de virkelige virkningsgrader. Dette vil bidrage til, at pumpedriftsomkostningerne vil afvige lidt fra de virkelige. Alternativet til den logaritmiske middeltemperaturdifferens ved varmetransmissionsberegningerne vil bidrage til et højere varmetab end det virkelige grundet, at fjernvarmens temperaturfald gennem transitledningen ikke er medtaget. Valget af de 10 logpunkter fra hver belastningsområde, som er hele empirigrundlaget for projektet, vil have en betydning for nøjagtigheden på de samlede driftsomkostninger. Disse nødvendige valg som er foretaget gennem projektet, gør at fremgangsmåden vil give et afvigende billede af driftsomkostningerne. Men da disse afvigelser vurderes til at være minimale, og at de individuelt trækker resultatet i hver sin retning, samt den betydelige højdeforskel på driftsomkostningssøjlerne før og efter belastningsfordelingen, vurderes hypotesen og derved konklusionen til at være valid. Fredericia Fjernvarme skal derfor anvende en belastningstilpasset pumpedrift, hvor Gl. Havn pumpen skal levere hele fjernvarmeforbruget i belastningsområderne fra 10Gj/h til 40Gj/h ved sommerventilindstillingerne, og fra 25Gj/h til 30Gj/h ved vinterventilindstillingerne, samt lade pumpen køre med et omdrejningstal på mindst 80%, i belastningsområderne fra 45Gj/h til 75Gj/h ved sommerventilindstillingerne, og fra 35Gj/h til 120Gj/h ved vinterventilindstillingerne. Herved kan de opnå den mest rentable driftsplan fremadrettet. Emil Larsen & Søren Laursen Side 53 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Perspektivering Analyseresultaterne bidrager kun til en del af det nødvendige arbejde, der skal til for at Fredericia Fjernvarme kan opnå den mest rentable drift fremadrettet, da analysen kun påpeger, hvad der vil give de laveste driftsomkostninger, men ikke hvordan de opnås. Dette projekt danner derfor grundlaget for udarbejdelsen af en styringsmæssig løsning til den nye pumpedrift, så den mest rentable drift kan opnås i praksis. Analyseprocessen har vist, at transitledningen generelt ligger med en højere fremløbstemperatur end fremløbstemperaturen ude i bynettet, selvom det nødvendige flow i bynettet ligger inden for transitledningens begrænsninger. Denne fremgangsmåde er valgt, da det giver en hurtigere mulighed for at regulere fremløbstemperaturen ude i bynettet ved at shunte koldere fjernvarme fra returløbet, hvis dette skulle være nødvendigt. De samlede driftsomkostninger kan nedsættes ved at udarbejde en styring, så temperaturen i transitledningens fremløb ligger på samme niveau som bynettes fremløbstemperatur. Herved kan varmetabet i transitledningen reduceres. Ved samtidig at anvende de konkluderede pumpedriftskonfigurationer, vil dette varmetab yderligere kunne reduceres, grundet at Danmarksgade centralen skal levere mindre flow, og at transitledningen derved kan være med i flere belastningsområder med den ønskede temperatur. Projektet er afgrænset til udelukkende at koncentrere sig om varmetabet i transitledningen. Men ved at anvende den konkluderede pumpedriftskonfiguration med at lade Gl. Havn pumpen køre med et omdrejningstal på mindst 80%, i belastningsområderne udenfor dens kapacitetsområde, vil der også være besparelser på varmetabet i bynettet. Dette begrundes ud fra at rørstrækningen fra den fjerneste forbruger i nogle områder vil blive reduceret grundet det nye forsyningspunkt. Emil Larsen & Søren Laursen Side 54 af 55 Bachelorprojekt 27/05/2015 Litteraturliste Bøger Heilmann, T (2011). Pumpedrift og energi (5. udgave). Holte: Heilmanns Forlag. Larsen, K, F (2011). Dampkedler. København: Hans Jørgensens Bogtrykkeri Hansen, D (2007). Damptabeller (3. Udgave). Die Grundzüge der technischen Wärmelehre, G. Puschmann und R. Draht, Verlag Fikentscher & Co., Darmstadt, 1971.” Severinsen, M (2010). Grib fysikken (1.udgave). Herrmann & Fischer A/S Online Desmi WinPSPSetup20150220.exe http://www.desmi.com/selection-programs.aspx http://www.shop.vem-group.com Emil Larsen & Søren Laursen Side 55 af 55
© Copyright 2024