Hukkalämmön talteenotto lämpöpumpulla Iisalmen voimalaitoksella
Niemi, Esa (2019)
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019061116533
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019061116533
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tehdä selvitys Savon voimalle, olisiko Iisalmen voimalaitoksella syntyvää hukkalämpöä mahdollista hyödyntää, lämpöpumpun avulla. Hukkalämpö on hyödynnettävissä voimalaitoksella sijaitsevassa jäähdytyspiirissä.
Tässä opinnäytetyössä käydään läpi mahdollisia kohteita, joissa jäähdytyspiirin hukkalämpöä voitaisiin hyödyntää lämpöpumpun avulla. Käsittelen myös lämpöpumpun toimintaa ja COP-lukua. Lisäksi esittelen Savon Voima Oyj:tä ja Iisalmen voimalaitosta. Iisalmen voimalaitoksella sijaitsevasta savukaasupesurista tuli olennainen osa kannattavuuslaskentaa, joten käyn myös savukaasupesurin toimintaa läpi.
Tein myös tämän kirjallisen esityksen lisäksi Excel-taulukon Savon Voima Oyj:lle, jossa käyn läpi takaisinmaksuaikaa, ja jäähdytyspiiristä saatavaa energiaa.
Jäähdytyspiiristä saatavaksi energiaksi saatiin n. 770kW. Jäähdytyspiiri on myös aina käytössä voimalaitoksen ollessa toiminnassa. Vuosittaiseksi energiamääräksi saatiin siis noin 4475 MWh 8 kuukauden ajalta. Hukkalämmön hyödyntämiskohteeksi valikoitui palaavan kaukolämpöveden lämmitys. Haasteeksi tuli voimalaitoksella sijaitseva savukaasupesuri. Jotta hukkalämpö voitaisiin hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti, pitäisi hyödynnettävän kohteen lämpötila olla mahdollisimman matala. Hukkalämmön hyödyntäminen ennen pesuria olisi hyödytöntä, sillä paluuveden lämmitys ennen savukaasupesuria heikentää pesurin hyötysuhdetta. Ratkaisuksi ehdotettiin savukaasupesurin yli menevää linjaa, jossa hukkalämpö hyödynnettäisiin. Haasteeksi osoittautui pesurin käyttäytyminen, joka saattaa häiriintyä oleellisesti, mikäli suunniteltu linja rakennetaan. Tässä opinnäytetyössä käydään läpi myös vaihtoehto, jossa hukkalämpö hyödynnettäisiin savukaasupesurin jälkeen. Tämä vaihtoehto on huonompi, koska siihen vaaditaan suurempi alkuinvestointi, sekä lämpöpumpun COP-luku pienenee.
Lämpöpumpun tuotoksi saatiin n. 39 000 €/vuosi riippumatta lopullisesta kytkennästä. Laskettu säästö perustuu osittain olettamuksiin ja lopullisen säästön laskenta vaatii tarkempaa selvitystä. Todellisuudessa pumpun kannattavuus olisi hiukan parempi, jos lämpö voitaisiin sijoittaa pesurin yli vietävään linjaan. The purpose of this thesis was to make a report to Savon Voima Group and find out whether it would be possible to benefit from waste heat that is produced in Iisalmi power plant. This waste heat is produced in a cooling circuit in the power plant and it would be utilized with a heat pump.
In this thesis possible places where the waste heat could be utilized with a heat pump were studied, also heat pumps and their COP-numbers are discussed as well as Iisalmi power plant and Savon Voima group as a company. A flue gas scrubber located in Iisalmi power plant became an essential part of profitability calculations, so also flue gas scrubbers were covered in the thesis.
In addition of this thesis also an Excel table containing profitability calculations and the energy available from the cooling circuit in the Iisalmi power plant was made. This Excel table was made just for Savon Voima Group.
The possible amount of waste heat that could be utilized from the cooling circuit was calculated to be roughly 770kW. This cooling circuit is always used when the power plant is running. The yearly quantity of energy that could be extracted from the cooling circuit was around 4475 MWh. It was chosen to utilize the waste heat directly to heating of the returning district heating water. The flue gas scrubber was proven to be challenging regarding the utilization of the waste heat. Since the flue gas scrubber has the better efficiency the cooler water it is being fed, it would have been useless to utilize the waste heat before the flue gas scrubber. Suggested solution to this challenge was to build a separate line and steal roughly 10% of the water flow going to the flue gas scrubber, and to utilize the heat gained from the heat pump to this flow. The challenge in this was that how would this effect the flue gas scrubber. Because the needed information about this effect was not received also undergo the possibility of utilizing the waste heat after the flue bas scrubber was studied. If the waste heat was to be utilized after the flue gas scrubber the pump would have a smaller COP-number, this solution would also have higher investment costs.
The profits gained from the heat pump were calculated to be around 39 000€/year regardless of the way the waste heat is being utilized in the district heating. These calculations are rough estimates and to make more accurate calculations a more detailed report is needed. In reality the heat pump would be more effective if the waste heat could be utilized in its own line over the flue gas scrubber.
Tässä opinnäytetyössä käydään läpi mahdollisia kohteita, joissa jäähdytyspiirin hukkalämpöä voitaisiin hyödyntää lämpöpumpun avulla. Käsittelen myös lämpöpumpun toimintaa ja COP-lukua. Lisäksi esittelen Savon Voima Oyj:tä ja Iisalmen voimalaitosta. Iisalmen voimalaitoksella sijaitsevasta savukaasupesurista tuli olennainen osa kannattavuuslaskentaa, joten käyn myös savukaasupesurin toimintaa läpi.
Tein myös tämän kirjallisen esityksen lisäksi Excel-taulukon Savon Voima Oyj:lle, jossa käyn läpi takaisinmaksuaikaa, ja jäähdytyspiiristä saatavaa energiaa.
Jäähdytyspiiristä saatavaksi energiaksi saatiin n. 770kW. Jäähdytyspiiri on myös aina käytössä voimalaitoksen ollessa toiminnassa. Vuosittaiseksi energiamääräksi saatiin siis noin 4475 MWh 8 kuukauden ajalta. Hukkalämmön hyödyntämiskohteeksi valikoitui palaavan kaukolämpöveden lämmitys. Haasteeksi tuli voimalaitoksella sijaitseva savukaasupesuri. Jotta hukkalämpö voitaisiin hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti, pitäisi hyödynnettävän kohteen lämpötila olla mahdollisimman matala. Hukkalämmön hyödyntäminen ennen pesuria olisi hyödytöntä, sillä paluuveden lämmitys ennen savukaasupesuria heikentää pesurin hyötysuhdetta. Ratkaisuksi ehdotettiin savukaasupesurin yli menevää linjaa, jossa hukkalämpö hyödynnettäisiin. Haasteeksi osoittautui pesurin käyttäytyminen, joka saattaa häiriintyä oleellisesti, mikäli suunniteltu linja rakennetaan. Tässä opinnäytetyössä käydään läpi myös vaihtoehto, jossa hukkalämpö hyödynnettäisiin savukaasupesurin jälkeen. Tämä vaihtoehto on huonompi, koska siihen vaaditaan suurempi alkuinvestointi, sekä lämpöpumpun COP-luku pienenee.
Lämpöpumpun tuotoksi saatiin n. 39 000 €/vuosi riippumatta lopullisesta kytkennästä. Laskettu säästö perustuu osittain olettamuksiin ja lopullisen säästön laskenta vaatii tarkempaa selvitystä. Todellisuudessa pumpun kannattavuus olisi hiukan parempi, jos lämpö voitaisiin sijoittaa pesurin yli vietävään linjaan.
In this thesis possible places where the waste heat could be utilized with a heat pump were studied, also heat pumps and their COP-numbers are discussed as well as Iisalmi power plant and Savon Voima group as a company. A flue gas scrubber located in Iisalmi power plant became an essential part of profitability calculations, so also flue gas scrubbers were covered in the thesis.
In addition of this thesis also an Excel table containing profitability calculations and the energy available from the cooling circuit in the Iisalmi power plant was made. This Excel table was made just for Savon Voima Group.
The possible amount of waste heat that could be utilized from the cooling circuit was calculated to be roughly 770kW. This cooling circuit is always used when the power plant is running. The yearly quantity of energy that could be extracted from the cooling circuit was around 4475 MWh. It was chosen to utilize the waste heat directly to heating of the returning district heating water. The flue gas scrubber was proven to be challenging regarding the utilization of the waste heat. Since the flue gas scrubber has the better efficiency the cooler water it is being fed, it would have been useless to utilize the waste heat before the flue gas scrubber. Suggested solution to this challenge was to build a separate line and steal roughly 10% of the water flow going to the flue gas scrubber, and to utilize the heat gained from the heat pump to this flow. The challenge in this was that how would this effect the flue gas scrubber. Because the needed information about this effect was not received also undergo the possibility of utilizing the waste heat after the flue bas scrubber was studied. If the waste heat was to be utilized after the flue gas scrubber the pump would have a smaller COP-number, this solution would also have higher investment costs.
The profits gained from the heat pump were calculated to be around 39 000€/year regardless of the way the waste heat is being utilized in the district heating. These calculations are rough estimates and to make more accurate calculations a more detailed report is needed. In reality the heat pump would be more effective if the waste heat could be utilized in its own line over the flue gas scrubber.