Kaukolämmön tuotannon optimointi kulutusmuutoksien ja -ennusteiden mukaisesti

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin KSS Lämpö Oy:n toimeksiannosta osana yrityksen kaukolämpöprojektia. Projektissa yhdistettiin Anjalankosken alueella kolme erillistä kaukolämpöverkkoa yhdeksi kokonaisuudeksi. Uusien kaukolämpölinjojen lisäksi projektin yhteydessä rakennettiin uusi puupohjaisia kierrätyspolttoaineita käyttävä lämpölaitos, jossa on kaksi erillistä 4 MW:n kattilaa. Uudella laitoksella korvataan maakaasupohjaista lämmöntuotantoa vuoden 2021 alusta lähtien. Tämän työn tarkoituksena oli optimoida uuden kaukolämpöverkon käyttöä kaukolämmön menoveden lämpötilan ja pumppauksen osalta. Työssä selvitettiin kaukolämpöverkon lataamisella saavutettavia hyötyjä varatehon käytön vähentämisessä ja lämmöntarpeen päiväkohtaisten kulutushuippujen tasoittamisessa. Työssä tutkittiin myös sääennusteen ja asiakkaiden mittaustietojen käyttämistä hyödyksi kaukolämpötuotannon optimoinnissa.

Tutkimuksessa perehdyttiin kaukolämpöjärjestelmän toimintaan tutkimuskirjallisuuden avulla. Tutkimusaineistona työssä käytettiin toimeksiantajalta saatua asiantuntijatietoa, kaukolämpöverkostojen reittipiirustuksia ja edeltävien vuosien tuotantotietoja. Tietojen pohjalta määritettiin työssä käsiteltävän kaukolämpöverkon pituus ja tilavuus sekä sen vuotuiset lämpöhäviöt. Kaukolämpöverkkoon varastoitavissa olevat lämpöenergiamäärät laskettiin 5–15 ˚C:n korotuksilla kaukolämmön menoveden lämpötilaan. Varastoitavissa olevien energiamäärien perusteella selvitettiin laskennallinen säästöpotentiaali, joka on hyödynnettävissä kaukolämpöverkkoa lataamalla.

Työn tulokset osoittavat, että kaukolämpöverkon lataamisella säästetään lämpöenergian tuotantokustannuksissa vuositasolla, kun varatehon käyttöä voidaan vähentää. Säästöpotentiaali on riippuvainen latauksen aikaisesta kaukolämpöveden menolämpötilan korotuksen suuruudesta. Latauksen aikaisen menoveden lämpötilan korotuksen ollessa 10 ˚C voidaan hyödyntää merkittävä osuus kokonaissäästöpotentiaalista, jolloin säästöä kertyisi vuoden 2019 tuotantotiedoilla noin 44 MWh:a vuodessa. Lisäksi maakaasupohjaisen varatehon käytön vähentäminen pienentää lämmöntuotannon hiilidioksidipäästöjä. Kaukolämpöverkkoa lataamalla on kannattavaa myös tasoittaa lämmöntarpeen päiväkohtaisia kulutushuippuja, jotka tyypillisesti esiintyvät päivittäin aamuisin ja iltapäivisin. Lataamalla kaukolämpöverkkoa tuotantoprosessiin ei tule nopeita muutoksia ja kaukolämpöveden pumppauskustannukset pienenevät. Työn tulosten pohjalta toimeksiantaja saa tietoonsa lähtökohtia optimaalisille toimenpiteille uuden kaukolämpöverkon käytössä.