Sellutehtaan varmennettujen sähköjakelujärjestelmien teknis-taloudellinen vertailu

Abstract

Sellutehtaiden varmennettuja sähkönjakelujärjestelmiä on toteutettu usealla eri tavalla ja tämän insinöörityön tavoitteena oli selvittää teknis-taloudellisesti vertailemalla perusteita ratkaisuille, joita esiintyy kyseisissä järjestelmissä.

Insinöörityössä tutkittiin sellutehtaiden varmennetuissa sähkönjakelujärjestelmissä esiintyviä erilaisia ratkaisuja ja niiden teknis-taloudellisia perusteita. Tällaisia ratkaisuja ovat mm. varmennetun sähkönjakelujärjestelmän rakenne, jakelujännitteen valinta, varavoimakoneiden määrä, nimellistehot ja sijoitus tehdasalueella.

Sellutehtaiden varavoimajärjestelmien kannalta suuren haasteen luo varmennettavien kuormien suuruudet ja pitkät välimatkat tehdasalueella. Tästä syystä työssä on päätetty painottua pien- ja keskijännitteillä toteutettujen varmennettujen sähkönjakelujärjestelmien vertailuun.

Teknis-taloudellista vertailua varten suunniteltiin kaksi varavoimaverkkomallia keskitetyllä tehonlähteellä, joista toinen on toteutettu 400 V:n ja toinen 6,3 kV:n jännitteellä. Varavoimaverkkojen kuormiin ja etäisyyksiin otettiin mallia toteutuneista sellutehtaiden suunnitelmista. Varavoimaverkkomallien mitoituksen tukena on hyödynnetty NEPLAN-mitoitusohjelmaa.

Vertailu suoritettiin dieselgeneraattorien ja alakeskusten väliseltä alueelta, johon kuuluvat varavoimakone, varavoimapääkeskus, kiskosillat, jakelukaapelit, muuntamokojeistot ja välimuuntajat.

Työn tuloksena todettiin, että varavoimajärjestelmät olisi paras suunnitella keskitetyllä tehonlähteellä ja 400 V:n jännitteellä, mutta varmennettavien kuormien suuruuksien sekä etäisyyksien kasvaessa on teknis-taloudellisesti perusteltua hyödyntää hajautettuja tehonlähteitä tai keskijännitettä.

This thesis concerns different solutions found in standby power systems of pulp mills and their techno-economical justifications. Such solutions include e.g., a structure of the standby power system, selection of distribution voltage, backup power machines quantity, rated power and location on the plant site.

A major challenge with pulp mills standby power systems are sizable electrical load sizes with long distances in the factory area. For this reason, this thesis focuses on comparing standby power systems made with only low voltage and those which make use of medium voltage.

For the techno-economical comparison, two models of backup power grid with centralized power supply were designed. One grid was made with voltage of 400 volts and the other grid was made with 6.3 kilovolts. For determining the electrical load sizes and distances used in the backup power grid models, actual pulp mill plans were used. Calculating pro-gram NEPLAN was used in calculations of backup power grid models.

The comparison was made between the area of diesel generators and the substations, which includes the backup power source, main backup power switchboard, rail bridges, distribution cables, ring main units and transformers

As result, it was concluded that standby power systems would be best designed with 400 volts and a centralized power supply, but when electrical load sizes and distances are growing, it is techno-economically justified to utilize distributed power sources or medium voltage.