Höyryturbiinin reduktioajon ja sähköntuotannon optimointi jäte-energialaitoksella

Abstract

Westenergy Oy Ab:n jäte-energialaitoksella oli huomattu, ettei höyryturbiinia oltu aina hyödynnetty optimaalisesti turbiinin ohitustilanteissa. Tämän opinnäytetyön tehtävänä oli tutkia, kuinka jätteestä tuotetun höyryn energia saataisiin muutettua sähköksi sekä kaukolämmöksi ilman hukattua energiaa. Opinnäytetyön aluksi lukija perehdytetään Westenergyn toimintaan sekä jätteen energiahyödyntämisen periaatteisiin. Laitos tuottaa tulistettua höyryä luonnonkiertokattilassa polttamalla yhdyskuntajätettä tulipesässä arinalla. Höyryn sisältämä energia otetaan talteen turbiinilaitoksella, jossa se muutetaan sähköenergiaksi höyryturbiinilla sekä kaukolämpöenergiaksi lauhduttimilla. Ylimääräinen kaukolämpöenergia voidaan tarvittaessa ajaa kesäjäähdyttimelle. Energiantuotanto Westenergyllä hoidetaan yhteistyössä Vaasan Sähkö Oy:n kanssa. Optimointiprosessin aluksi lasketaan optimaalisen turbiinin käytön mahdolliset säästöt. Laskuissa käytettiin apuna Microsoft Exceliä, jossa käsitteltiin laitoksen prosessinohjausjärjestelmästä noudettua dataa. Säästölaskelmien perusteella optimoinnille oli selvä tarve. Erilaisia ratkaisumalleja optimoinnin toteuttamiseksi sekä niiden toimivuutta pohdittiin yhdessä Westenergyn henkilökunnan kanssa. Mahdollisia ratkaisumalleja löytyi kolme; turbiinin ohjauksen automatisointi, turbiinin ohjauksen vastuun siirto ja toimintatavan muutos. Ratkaisumalleista toimintatavan muutos koettiin toteutuskelpoisimpana. Tässä ratkaisumallissa turbiinin säätövastuu säilyy Westenergyllä, mutta valvomoiden välisen kommunikaation sekä turbiinin ohitustarpeen ennakoinnin lisäämistä pidetään kriittisen tärkeinä. Huomion lisäämistä turbiinin optimaaliseen säätämiseen myös korostetaan. Uuden toimintatavan tueksi luotiin myös uusi työkalu, kaukolämmöntuotanto-matriisi.

Westenergy Oy Ab had noticed at their waste-to-energy plant that the steam turbine was not always utilized in the most optimal way during turbine bypass situations. The purpose of the thesis was to examine how could Westenergy turn the produced steams thermal energy into electricity and district heating without any losses. In the beginning of the thesis the reader is introduced into Westenergys operations and the principles of refining waste into energy. The plant produces superheated steam in a natural circulation boiler by burning municipal waste on a grate in the furnace. The energy in the steam is captured by the turbine which turns it into electricity and by condensers which turns it into district heating. Excessive district heating power can be cooled in the summer cooler if necessary. The energy production in Westenergy is done in co-operation with Vaasan Sähkö Oy. The potential savings of the optimal turbine usage were calculated first. Microsoft Excel was used to process the data collected from the plants process control system. Based on the results there was a clear need for optimization. Different optimizing methods and their potential were discussed with the Westenergy staff. Three possible methods were found; automatization of the turbine power control, transferring the responsibility of the turbine power control and change of procedure. Out of these three the change of procedure was seen most feasible. In this optimizing method the responsibility of the turbine power control stays with Westenergy, but the increase of communication between control rooms and the anticipation of the need for turbine bypass are critically important. The need of added attention for the optimal turbine power control is also highlighted. A new tool was also created to assist the change of procedure called “District Heating Production Matrix”.