Siirtoviemärin energiatehokkuuden parantaminen

Abstract

Ilmastonmuutosta aiheuttavien hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi on Euroopan unioni asettanut tavoitteeksi leikata 30 % energiakulutuksesta vuoteen 2030 mennessä. Vesihuollossa erilaiset pumppausprosessit ovat suurin sähkönkuluttaja. Säätötapa- ja laitemuutoksilla on mahdollista saavuttaa merkittäviä säästöjä vesihuoltolaitosten energiakustannuksista. Siirtoviemäreillä energiaa kuluttavat pääasiassa linjapumppaamoiden pumput, mutta pumppaushäviöiden muodostumiseen ja siten energiakustannuksiin vaikuttavat myös paine- ja viettoviemäriosuudet.

Tässä opinnäytetyössä tarkasteltiin vaihtoehtoja siirtoviemärin energiatehokkuuden parantamiseksi. Työssä arvioitiin parannustoimenpiteiden toteuttamiskelpoisuutta sekä hyötyvaikutuksia eri tilanteissa investointien takaisinmaksuaikojen ja siirtoviemärin toimintavarmuuden perusteella. Tarkastelu toteutettiin Hämeenlinnan Seudun Vesi Oy:n vuonna 2007 käyttöönottamalle Hauho-Eteläinen-siirtoviemärille. Työn teoriaosuuteen perustuvat tutkimukset toteutettiin käytännössä suoritettuina koeajoina sekä teoreettisella mallinnustarkastelulla. Koeajoissa selvitettiin ja todennettiin, voidaanko pumppauksen säätötapaa muuttamalla saavuttaa säästöjä energiankulutuksessa. Mallintamalla selvitettiin ensiksi siirtoviemärin energiankäyttö nykytilanteessa sekä energiasäästöpotentiaali painehäviöitä pienentämällä. Tutkimustyön lopuksi mallintamalla suoritettiin koeajoille vertailevaa tarkastelua sekä tutkittiin eri parannustoimenpiteiden vaikutusta siirtoviemärin painetasoihin ja energiakulutukseen.

Työssä tarkasteltavalle siirtoviemärille syntyi tutkimustyön tuloksena kolme erilaista kehitysratkaisua energiatehokkuuden parantamiseksi. Energiasäästöjä voidaan saavuttaa siirtymällä kierroslukusäätöiseen pumppaukseen, muuttamalla linjapumppaamo paineenkorotuspumppaamoksi sekä hankkimalla erikokoisia pumppuja. Työssä esitettyjen kehitysratkaisujen takaisinmaksuajat vaihtelevat puolentoista ja yhdeksän vuoden välillä. Toteuttamalla laajin energiainvestointi voidaan saavuttaa yli 50 % säästö siirtoviemärin vuotuisissa energiakustannuksissa.

To reduce carbon dioxide emissions, European Union has set the target of cutting 30 % of energy consumption by 2030. In water supply, the various pumping processes are the biggest electricity consumer. It is possible to achieve significant savings in the energy costs in water utilities by changes in control methods and in devices. In a sewer force main the pumps in the line pumps stations are the main energy consumers but also pressurized sewer lines and gravity sewer lines have effect on pumping losses and energy costs.

The purpose of this Master's thesis was to examine options to improve energy efficiency in a sewer force main. The study assessed the feasibility and benefits of different improvement actions by evaluating the repayment of investments and the operational reliability of the sewer force main. The study was carried out at Hauho-Eteläinen sewer force main that Hämeenlinnan Seudun Vesi Oy (Hämeenlinna Regional Water Company Ltd.) commissioned in 2007. The study is based on the theory part of the thesis and it was carried out with actual test drives and theoretical simulations. During the test drives it was clarified whether changes in pumping control methods can have effect on energy consumption or not. The simulation was done by using the sewer force main’s current energy consumption and by determining the energy saving potential when scaling down pressure losses. At the end of the study comparison between test drives was done by simulation and the effect of different improvement actions on pressure levels and energy consumption in the sewer force main was examined.

As a result of the thesis three different solutions to improve energy efficiency were developed. It is possible to achieve energy savings by introducing speed regulated pumping, by refitting the line pumps station into a booster pumps station and sourcing different sized pumps. The repayment time of the development solutions in the study varies from year and a half to nine years. By implementing the largest energy investment, it is possible to achieve more than 50 % saving from the sewer force main’s yearly energy costs.