Kaukolämpöverkoston laskenta ja biokattilan mitoitus- ja

PYHÄJOEN KUNTA
Kaukolämpöverkoston laskenta ja biokattilan
mitoitus- ja kannattavuuslaskenta
Raporttiluonnos
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
13.3.2015
P26211
Raporttiluonnos
Vinnamo Hannu
1 (22)
13.3.2015
Sisällysluettelo
1
Johdanto ......................................................................................................................... 3
2
Tehtävän yleiskuvaus ....................................................................................................... 3
3
Kaukolämpöverkoston virtaustekninen laskenta ................................................................... 3
3.1
Kaukolämpöverkoston mallinnus ................................................................................ 3
3.2
Virtaustekninen laskelma nykyisellä asiakaskannalla .................................................... 4
3.3
Virtaustekninen laskelma kasvaneella asiakaskannalla.................................................. 7
3.4
Suunniteltujen laajennusten putkien mitoitus .............................................................. 9
4
Uuden biokattilan optimointi nykytilanteessa ..................................................................... 10
5
Uuden biokattilan optimointi huomioituna muutokset asiakkaissa ......................................... 12
6
Biokattilan kustannusarviot ja kannattavuuslaskelmat ........................................................ 13
7
Johtopäätökset ja toimenpidesuositukset .......................................................................... 15
FCG Suunnittelu ja tekniikka Oy
Osmontie 34, PL 950, 00601 Helsinki
Puh. 010 4090, fax 010 409 5001, www.fcg.fi
Y-tunnus 2474031-0
Kotipaikka Helsinki
Raporttiluonnos
Vinnamo Hannu
2 (22)
13.3.2015
Liitteet
Liite 1: Uusien asiakkaiden putkistojen virtausnopeudet huipputilanteessa ................................... 1
Liite 2: Laskennallinen kassavirta ............................................................................................ 1
FCG Suunnittelu ja tekniikka Oy
Osmontie 34, PL 950, 00601 Helsinki
Puh. 010 4090, fax 010 409 5001, www.fcg.fi
Y-tunnus 2474031-0
Kotipaikka Helsinki
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
3 (22)
13.3.2015
Kaukolämpöverkoston laskenta ja biokattilan mitoitus- ja
kannattavuuslaskenta
1
Johdanto
Pyhäjoelle on rakennettu vuonna 2009 kaukolämpöverkosto (noin 5 km ja 36 liittyjää)
ja biolämpökeskus, jossa on 2,5 W:n biokattila ja 2,8 MW:n kevytöljykattila.
Biokattilalla kaukolämpöenergiaa on tuotettu n. 9 000 MWh/a. Kevytöljyä on käytetty
lähinnä vain huoltoseisokkien ja häiriötilanteiden aikana. Kesäaikainen pieni kulutus on
tuottanut ajoteknisiä ongelmia, joita pyritään ratkaisemaan uudella nykyistä
pienemmällä biokattilalla.
2
Tehtävän yleiskuvaus
Tehtävässä on tarkasteltu nykyisen biokattilan ja kaukolämpöverkon toimintaa ja
mallinnettu verkko mahdollisesti hankittavan uuden biokattilan optimaaliseksi
mitoittamiseksi. Kaukolämpöverkon reittikartat ja asiakastiedot päivitettiin vastaamaan
nykytilannetta. Lisäksi päivitettiin asiakkaiden tehot ja energiamäärät, sekä otetaan
huomioon uudet kaavoitetut alueet ja mahdolliset poisjääneet asiakkaat.
Verkkomallilla suoritettiin virtaustekninen laskenta ja kaukolämpöpumppujen
nostokorkeuden ja tuoton laskenta. Laskenta tehtiin sekä nykyisellä että asiakkaan
arvioimalla kasvaneella asiakaskannalla.
Uuden biokattilan teho simuloitiin siten, että kattilalla voidaan tuottaa lämpöenergia
erityisesti kesällä pienen kuorman aikaan ja kokonaisenergiasta biopolttoaineilla
voidaan tuottaa n. 95–98 %. Simulointi suoritettiin sekä nykyisellä että kasvaneella
asiakaskannalla.
Biokattilainvestoinnille tehtiin kustannusarvio sekä kannattavuuslaskelmat, joissa
huomioitiin polttoainekulut, sähkönkulutus, hallintokulut, huoltokustannukset verkosto
ja lämpökeskukset, käyttökustannukset verkosto ja lämpökeskukset, pääomakulut
(poistot ja korkokulut), voittoprosentti ja mahdolliset muut kulut. Lisäksi laskettiin
keskimääräinen energian omakustannushinta €/MWh (sisältää perusmaksun ja
energiamaksun).
3
Kaukolämpöverkoston virtaustekninen laskenta
3.1 Kaukolämpöverkoston mallinnus
Verkostomallinnus tehtiin FCGheat-ohjelmalla, jonka virtaustekninen laskenta perustuu
avoimen lähdekoodin EPANET-ohjelmaan. Malli rakennettiin asiakkaan toimittaman
verkostokartan sekä Maanmittauslaitoksen korkeusmallin perusteella. Erilaiset tilanteet
arvioitiin laitoksen toteutuneiden päivätason mittausten sekä asiakaskohtaisen
kuukausikulutuksen perusteella. Mallin painehäviölaskenta perustuu Darcy-Weisbachin
yhtälöön.
Verkostomallinnus suoritettiin yhteensä neljässä tilanteessa. Käyttötilanteita edusti
talven huipputilanne ja kesän pienen kuorman tilanne. Asiakaskantaa tarkasteltiin sekä
nykyisellä asiakaskunnalla että suunnitellun kolmen aluelaajennuksen kanssa.
1) Huipputilanne vuonna 2014, mikä osui tammikuulle (19.1.). Päivän sisällä edelleen
arvioitiin huipputunti, jolloin laitokselta verkostoon syötetty teho oli noin 2,5 MW.
Huipputilanteen kohdalla mallin perusteet ovat tarkat; parametrien säädön jälkeen
mallin lähtölämpötila vastaa mitattua, paluulämpötila on noin puolen asteen sisällä
mitatusta ja virtaus hyvin lähellä mitattua. Merkittävin virhelähde on
asiakaskohtaisten kulutustietojen rajoittuminen kuukausitasolle.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
4 (22)
13.3.2015
2) Minimitilanne mallinnettiin heinäkuun toteutuneilla keskiarvoilla. Minimitilanteiden
kohdalla tehot ja virtaukset ovat hyvin pieniä, jolloin määrällisesti pienemmät
vaihtelut aiheuttavat suhteessa suuria muutoksia. Heinäkuu oli kuitenkin
kokonaisuudessaan tasainen ja kuormaltaan matala kuukausi ja näin keskiarvolla
saadaan kokonaiskuva kesän pienten kuormien tilanteesta.
3) Huipputilanne uusien asiakkaiden kanssa mallinnettiin sekä nykyisten että uusien
asiakkaiden ottaessa mitoituskulutuksen. Yksi vanha asiakas (Pyhäjoen Puuvalmiste
Oy) poistettiin.
4) Minimitilanne uusien asiakkaiden kanssa mallinnettiin lisäämällä vuoden 2014
heinäkuun tilanteeseen (skenaario 2) uusien asiakkaiden arvioitu kesäkulutus.
Mallinnetut paineet perustuvat laskennallisiin arvioihin painehäviöistä sekä vaadittavaan
paine-eroon meno- ja paluupuolen välillä. Mallin arvioita painehäviöistä verrattiin
yhteen toteutuneeseen matalan virtauksen mittaustilanteeseen. Tämän perusteella
putkien karheus arvioitiin lukemaan 0,05 mm, mikä on kaukolämpöputkien tavallisella
vaihteluvälillä. Paine-eron vähimmäisvaatimus asiakkailla on 0,6 bar (Kaukolämmön
käsikirja, Energiateollisuus 2006), minkä mukaan asiakkaiden lämmönvaihtimet on
mitoitettu. Mallin tulokset ovat samassa suuruusluokassa Planora Oy:n aikaisemman
verkostomitoituksen ja -laskennan (verkostosuunnitelma 2009) kanssa.
Pumppausten energiankäytön tarkempi selvittäminen edellyttäisi tiedot pumpuista ja
niiden ajotavoista.
3.2 Virtaustekninen laskelma nykyisellä asiakaskannalla
Kuvassa 1 on esitetty virtausnopeudet verkostossa vuoden 2014 huipputilanteessa,
missä lähtevä vesi oli noin 109 °C, palaava noin 70 °C ja virtaus 57 m3/h.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
5 (22)
13.3.2015
Kuva 1. Virtausnopeudet vuoden 2014 huipputilanteessa.
Virtausnopeus on suurimmillaan Saaren alueelle johtavassa putkessa (noin 1,4 m/s)
sekä päälinjan alkupäässä (noin 1,2 m/s). Tällöin painehäviöt vastaavilla putkiosuuksilla
ovat mallin mukaan 2,7 bar/km ja 1,2 bar/km. Vapaata virtauskapasiteettia on eniten
verkoston pohjoisosissa, mutta alkupään rajatumpi kapasiteetti vaikeuttaa tämän
mahdollista hyödyntämistä.
Kuva 2. Menopuolen painehäviö vuoden 2014 huipputilanteessa.
Kuvassa 2 on esitetty menopuolen painehäviö metreinä mallin solmukohdissa (10 m =
noin 1 bar). Painehäviöt paluupuolella ovat samaa luokkaa. Verkoston pohjoisosiin
saapuessa painehäviöihin on kulunut 15…20 m painetta. Saaren alueella painehäviöihin
on ääripäässä kulunut jo yli 20 m, johtuen korkeista virtausnopeuksista.
Virtausvastus verkostossa muodostuu painehäviöistä, jotka näin määräävät laitokselta
tarvittavan paine-eron meno- ja paluupuolien välillä. Painehäviöt kasvavat
voimakkaasti virtausnopeuden kasvaessa, nelinkertaistuen virtausnopeuden
kaksinkertaistuessa. Virtauksia on mahdollista laskea käyttämällä korkeampaa
lähtölämpötilaa, jolloin asiakkaat saavat tehontarpeensa tyydytettyä pienemmällä
virtauksella.
Mallin perusteella tässä huipputilanteessa meno- ja paluupuolen välillä tulee olla paineeroa noin 5 bar, jotta kaukaisimmilla asiakkailla säilyy vaadittava 0,6 bar paine-ero.
Tämän tilanteen virtauksia ja painehäviöitä voitaisiin alentaa nostamalla lähtevä
lämpötila esimerkiksi arvoon 115 °C. Olettaen kulutuksen ja paluulämpötilan pysyvän
vakioina, virtaus laskisi alle 50 m3/h tehontarpeen edelleen täyttyessä. Tämä alentaisi
painehäviöitä noin neljänneksellä, mikä tarkoittaa verkon kauemmille osille 0,5 bar
vähemmän häviötä menopuolella (ja vastaavasti paluupuolella). Tällöin painetta
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
6 (22)
13.3.2015
voitaisiin pudottaa noin 1 bar, kauimmaisten asiakkaiden meno- ja paluupuolien välisen
paine-eron pysyessä samana.
Taulukko 1. Mallinnukset huipputilanteista nykyisellä asiakaskannalla.
Lähtölämpötila
Paluulämpötila
Virtaus
Tarvittava paine-ero
109 °C
70 °C
57 m3/h
5 bar
115 °C
70 °C
49 m3/h
4 bar
Lasku nykytilanteen huipusta korkeamman lämpötilan tilanteeseen tekee noin 2,7 kW
eroa pumppauksen vaatimassa teoreettisessa tehossa. Käytännössä pumpun
sähköverkosta ottama teho laskee selvästi tätä enemmän, sillä myös pumpussa ja
sähkömoottorissa tapahtuvat häviöt vähenevät tehon laskiessa. Esimerkiksi
pumppukokonaisuuden hyötysuhteella 70 % laskisi sähköverkosta otettu teho 3,8 kW.
Yhden tällaisen huippuvuorokauden aikana tämä tarkoittaa noin 90 kWh.
Pumppauskustannusten kokonaissäätöjen arviointi edellyttäisi pumppausten
mallintamista pidemmällä aikajaksoilla sekä muiden rajoitteiden, esimerkiksi korkean
lämpötilan aiheuttamien lämpöhäviöiden kasvun, tarkempaa selvittämistä.
Kuva 3. Virtausnopeudet heinäkuun tilanteessa.
Pieniä kulutuksia kuvaavassa heinäkuun tilanteessa (kuva 3) virtaus oli noin 12 m3/h ja
lämpötilat T1 = 106,9 °C sekä T2 = 89,2 °C.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
7 (22)
13.3.2015
Virtausnopeudet pysyvät kaikkialla alle 0,4 m/s ja pääosin alle 0,2 m/s. Näillä
virtausnopeuksilla putkihäviöt ovat hyvin pieniä; Saaren alueelle johtavassa putkessa
noin 0,16 bar/km ja muualla vielä selkeästi pienempiä. Putkihäviöt ovat
kokonaisuudessaan hyvin pieniä.
3.3 Virtaustekninen laskelma kasvaneella asiakaskannalla
Vuoden 2014 huipputilanteen mukaisilla meno- ja paluulämpötiloilla (109/70 °C)
virtaus jouduttaisiin nostamaan noin arvoon 85 m3/h tyydyttääkseen sekä nykyisten
että uusien asiakkaiden huippukulutus. Tämä nostaa virtausnopeuksia selvästi ja
häviöitä radikaalisti.
Kuva 4. Virtausnopeudet huipputilanteessa kasvaneella asiakaskannalla.
Korkein virtausnopeus on edelleen Saaren alueelle johtavassa putkessa (yli 1,7 m/s).
Tämä on verkoston suurin ”pullonkaula”. Näin korkeilla virtausnopeuksilla painehäviöt
nousevat yli 4,5 bar/km. Myös runkolinjan alkupäässä on huomattavan korkeita
virtausnopeuksia, noin 1,7 m/s. Suuremman putkikoon ansiosta painehäviöt kilometriä
kohti ovat kuitenkin noin puolet edellä mainitusta, mutta vastaavasti matka on
pidempi.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
8 (22)
13.3.2015
Kuva 5. Painehäviöt huipputilanteessa kasvaneella asiakaskannalla.
Kohonneilla virtausnopeuksilla painehäviöt kasvavat merkittävästi verrattuna vuoden
2014 huipputilanteeseen, ollen jopa kaksinkertaiset. Häviöt ovat suurimmillaan Saaren
alueella korkeista virtausnopeuksista johtuen sekä pohjoiseen suunnitellulla
Kirkonseudun alueella erityisesti pitkän etäisyyden vuoksi.
Painehäviöiden voimakas kasvu tässä skenaariossa johtaa korkeaan tarvittavaan paineeroon, noin 11 bar. Tässä mahdollisessa tulevaisuuden huipputilanteessa olisi erityisen
tärkeää käyttää korkeampaa lähtölämpötilaa virtauksen ja paine-häviöiden
alentamiseksi. Lasku tilanteen alkuarvosta korkeamman lämpötilan tilanteeseen laskisi
virtausta noin 10 m3/h ja tarvittavaa paine-eroa noin 2,5 bar. Edelleen nykyinen
paineraja 6 bar on kuitenkin riittämätön.
Taulukko 2. Mallinnukset huipputilanteista kasvaneella asiakaskannalla.
Lähtölämpötila
Paluulämpötila
Virtaus
Tarvittava paine-ero
109 °C
70 °C
85 m3/h
11 bar
115 °C
70 °C
75 m3/h
8,5 bar
Näiden pumppaustilanteiden välinen ero on huomattava: pumppaukselta vaadittu
teoreettinen teho laskee 7,8 kW. Tällöin pumpun sähköverkosta ottama teho laskisi
esimerkiksi kokonaishyötysuhteella 70 % noin 11 kW. Yhden tällaisen vuorokauden
aikana tämä tarkoittaa 264 kWh.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
9 (22)
13.3.2015
Näiden pumppaustilanteiden eroilla on merkitystä sekä mahdollisen tulevaisuuden
tilanteisiin varautuvan pumppujen mitoituksen että pumppauksen energiankäytön
kannalta. Korkeamman lämpötilan keskeisin hyöty on kuitenkin kapasiteetin
riittävyyden varmistaminen ja yleisesti korkeiden paineiden välttäminen laitteiston ja
vuotojen kannalta.
Kuva 6. Virtausnopeudet kesätilanteessa kasvaneella asiakaskannalla.
Uudet asiakkaat eivät muuta kesätilannetta virtausten kannalta merkittävästi.
3.4 Suunniteltujen laajennusten putkien mitoitus
Uusilla alueilla tulisi suunnitelluilla putkikooilla huipputilanteessa suurimmillaan noin
0,9…1,2 m/s virtausnopeuksia vuoden 2014 huipputilanteen lämpötiloilla (109/70 °C).
Näillä nopeuksilla häviöt eivät ole kohtuuttomia ja usein putkistot suunnitellaankin niin,
ettei virtausnopeus 1 m/s ylittyisi vakituisesti.
Korkeimmillaan häviöt ovat tällöin näissä putkissa yli 3 bar/km. Vaikka tämä lukemana
on korkea, matkat ovat kuitenkin lyhyitä ja huippukäyttö harvinaista, joten tämä ei
muodosta suurta ongelmaa. Putkia ei kuitenkaan ole varaa pienentää, muuten riskinä
on erityisesti Kirkonseudun ja Saaren alueen paineiden riittävyys, sillä virtaushäviöt jo
valmiiksi korkeita huippukuormilla.
Uusien putkien suunniteltu mitoitus on kapasiteetiltaan riittävä suunnitellulle uudelle
asiakaskannalle. Arvio uusien alueiden putkien virtausnopeuksista huipputilanteessa on
esitetty liitteessä 1. Kokonaisuudessaan verkoston kapasiteetin riittävyys suunnitelluille
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
10 (22)
13.3.2015
laajennuksille huipputilanteessa edellyttää riittävää lähtölämpötilaa sekä mahdollisuutta
käyttää nykyistä 6 bar rajaa korkeampaa painetta riittävän virtauksen tuottamiseksi.
4
Uuden biokattilan optimointi nykytilanteessa
Nykyinen kaukolämmön tuotanto on ollut tasolla 9000 MWh/a ja esim. vuonna 2014
tuotanto oli 9125 MWh. Normeerattuna vuosien 1981 – 2010 keskimääräistä
lämmitystarvetta vastaavaksi, saadaan normeeratuksi vuosituotannoksi 10315 MWh.
Biokattilan tuotantotiedot on kerätty dataloggerilta, öljykattilan tuotanto on laskettu
öljyn kulutuksesta. Tuotantoa vastaava polttoaineen kulutus on laskettu olettaen LAKA
Y-2500:n hyötysuhteeksi 82% ja öljykattilan hyötysuhteeksi 92%.
Normeerattua kaukolämmön tuotantoa vastaava polttoaineiden käyttö on ollut
seuraavanlainen:
2014
Öljy
Hake
Turve
Puru
Yhteensä
MWh
814
10194
448
1023
12480
%-osuus
7%
82 %
4%
8%
100 %
€
62511
222245
7838
19030
311624
%-osuus
20 %
71 %
3%
6%
100 %
Kiinteiden polttoaineiden väliset suhteet on otettu ilmoitetuista polttoaineiden
ostotiedoista.
Mitoitus
Uuden kattilan mitoituksen lähtökohtana oli, että se pystyy vaivatta ja hyvällä
hyötysuhteella tuottamaan kaukolämpöverkon pienet kuormat. Kattilan hyötysuhde
alkaa merkittävästi huonontua, kun kuorma alittaa 30% nimellistehosta. Nykyistä
biokattilaa, LAKA Y-2500, on ajettu jopa 10% nimellistehosta, jolloin huonon
hyötysuhteen lisäksi stabiilin palamisen ylläpito vaikeutuu ja huoltotarve lisääntyy.
Pienillä kuormilla kattilan hyötysuhteeseen voidaan vaikuttaa polttoainevalinnalla.
Käyttämällä esimerkiksi hakkeen sijasta pelkkää pellettiä, kattilan hyötysuhde voi olla
jopa 5 %-yksikköä parempi ja palaminen hallitumpaa. Lämpökuorma on pienimmillään
noin 150 kW, joten uuden kattilan minimitehon tulee olla tämän alle.
Jotta kuormaa ei jouduta siirtelemään edestakaisin kattilalta toiselle, uusi kattila on
mitoitettava reilusti yli tehorajan, jossa Y-2500:lla alkaa alhaisesta kuormasta johtuvat
vaikeudet. Eli uuden kattilan nimellisteho määräytyy minimitehovaatimuksen ja Y2500:n minimitehon mukaan. Mikäli molemmat kattilat pyritään pitämään hyvällä
hyötysuhdealueella, 30% - 100% nimellistehosta, niin minimitehovaatimus antaisi
uuden kattilan nimellistehoksi 500 kW ja toisaalta Y-2500:n minimiteho antaisi uuden
kattilan nimellistehoksi 750 kW. Kattiloiden käyttökelpoiset tehoalueet tulee mennä
jonkin verran päällekkäin mm. kuorman vaihtoa ajatellen. Kompromissina tingitään
hieman hyötysuhteesta siten, että molempien kattiloiden kuorma liikkuu alueella 25% 100% nimellistehosta. Tällöin uuden kattilan nimellistehoksi tulee 0,6 MW.
Kaukolämpökuorman vähentyessä, erityisesti keväällä, kuormanvaihto Y-2500:ltä
uudelle tulisi tehdä, kun Y-2500:n kuorma alkaa pysyvästi olla alle 0,6 MW. Tällöin
ollaan jo huonontuneen hyötysuhteen alueella Y-2500:n osalta, mutta toisaalta uutta
kattilaa ei kannata mitoittaa liian suureksi. Kattila koon simulointikaan ei tue
investointia 0,6 MW isompaan kattilaan. Vastaavasti kuorman siirto uudelta kattilalta Y-
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
11 (22)
13.3.2015
2500:lle tulee tehdä vasta, kun uuden kattilan nimellisteho ei enää riitä
kaukolämpökuormaan.
Normeerattu kokonaiskaukolämmön tuotanto on 10315 MWh, josta Y-2500:n osuus on
92% ja uuden kattilan 8%. Jatkossa öljyä käytetään vain häiriötilanteissa,
kannattavuuslaskelmissa on oletettu öljyn osuudeksi 0,5% ja se vastaa uuden kattilan
nimellisteholla ajoa noin 4,5 vuorokautta.
Y-2500:n huipunkäyttöaika on tässä tarkastelussa 4126 tuntia normeeratulla
kaukolämpökuormalla.
Kuva 7. Y-2500 normeerattu pysyvyyskäyrä.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
12 (22)
13.3.2015
Kuva 8. Normeerattu kaukolämpökuorma nykytilanteessa.
5
Uuden biokattilan optimointi huomioituna muutokset asiakkaissa
Mitoitusperiaatteet uudelle kattilalle ovat samat kuin nykyiselläkin
kaukolämpökuormalla. Yksi isohko asiakas on jätetty kaukolämpökuormasta pois,
vuosienergia 305 MWh, ja uudet asiakkaat lisätty, joiden kaukolämmöntarpeeksi on
arvioitu noin 860 MWh. Kokonaiskaukolämmöntuotannoksi saadaan 9698 MWh/a.
Normeerattu kokonaiskaukolämmöntuotanto on 10963 MWh, josta Y-2500:n osuus
95% ja uuden kattilan 5%. Nykyisen kattilan ajomäärä kasvaa jonkin verran
nykytilanteeseen, sillä kaukolämpökuorman kasvu laajentaa tehoaluetta, jossa Y2500:n kuorma on yli 25% nimellistehosta (eli vielä kohtuullisella hyötysuhdealueella).
Kuten nykytilanteessakin, jatkossa öljyä käytetään vain häiriötilanteissa ja osuus on
arvioitu olevan 0,5% koko polttoaineen käytöstä.
Y-2500:n huipunkäyttöaika on tässä tarkastelussa 4450 tuntia normeeratulla
kaukolämpökuormalla.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
13 (22)
13.3.2015
Kuva 9. Normeerattu kaukolämpökuorma uudessa tilanteessa.
6
Biokattilan kustannusarviot ja kannattavuuslaskelmat
Uuden biokattilan kannattavuustarkastelussa on otettu huomioon
-
nykyisen kattilan huono hyötysuhde, kun kaukolämpökuorma lähestyy nykyisen
biokattilan minimikuormaa
-
öljyn käyttö nykyisen kattilan korvausenergiana, vuosihuollon sekä häiriöiden
aikana
-
uuden kattilan pieni lisä kunnossapitokustannuksiin, 3% investoinnista
-
käyttökustannukset eivät muutu
-
öljyn hinta 76,80 €/MWh, hake 21,80 €/MWh, turve 17,50 €/MWh ja puru 18,60
€/MWh, sähkö 90 €/MWh
Öljyn käytöstä ei täysin päästä eroon, sillä lyhytkestoisten häiriöiden ajaksi ei kannata
toista kiinteän polttoaineen kattilaa ajaa ylös.
Kustannusarvio lämpökonttiin sijoitetulle 0,6 MW nimellistehoiselle biokattilalle on
208.000 euroa (alv0%). Arvio perustuu konsultin kokemukseen ja rekisteriin vastaavan
kokoisista toteutuksista, mutta arviossa on myös huomioitu tilaajan saamia tarjouksia.
Kustannusarvio pitää sisällään kaiken tarvittavan toimivaan kokonaisuuteen:
betonilaatta kontille, lämpökontti sisältäen kattilan apulaitteineen ja oman
automaation, ryöstöruuvi polttoaineen tuomiseksi nykyisestä polttoainevarastosta,
putkistoliitännät kaukolämpöverkkoon ja sähkönsyöttö kontille. Kontti sijoitettaisiin
nykyisen biokattilan välittömään läheisyyteen, jolloin nykyisen polttoainevaraston
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
14 (22)
13.3.2015
hyödyntäminen on mahdollista. Muukin sijoittelu polttoainekentän läheisyydessä on
mahdollinen. Silloin jää ryöstöruuvi pois, mutta polttoaineen syöttöön tarvitaan
syöttötasku ja esim. etukuormaaja. Virtaustekninen laskenta ei anna
kannattavuusperusteita sijoittaa kattilaa muualle verkon varrelle, sillä nykyisen
polttoainevaraston ja –kentän hyödyntäminen alentaa merkittävästi
investointikustannuksia.
Kattilassa on paineilmatoiminen automaattinuohous, automaattinen tuhkan poisto ja
kontissa on eristetty tuhkatila. Savukaasujärjestelmässä on savukaasuimuri,
multisykloni hiukkasten erottamiseen sekä 6 m korkea piippu.
Normeerattua kaukolämmön tuotantoa vastaavan polttoaineen käyttö muuttuu
investoinnin myötä seuraavasti nykytilanteessa:
Uusi tilanne
Öljy
Hake
Turve
Puru
Yhteensä
Muutos
Öljy
Hake
Turve
Puru
Yhteensä
MWh
62
10920
447
1020
12450
%-osuus
0,5 %
88 %
4%
8%
100 %
€
4790
238058
7819
18984
269651
%-osuus
2%
88 %
3%
7%
100 %
MWh
-752
725
-1
-2
-30
Muutos%
-92 %
7%
0%
0%
0%
€
-57722
15813
-19
-46
-41974
Muutos%
-92 %
7%
0%
0%
-13 %
Polttoaineen kokonaismäärä laskee hieman, koska kattiloiden hyötysuhde kesän pienillä
kuormilla paranee nykyiseen verrattuna.
Polttoaineen käyttö muuttuu seuraavasti, kun huomioidaan myös muutokset
lämpöasiakkuuksissa:
Uusi tilanne
Öljy
Hake
Turve
Puru
Yhteensä
Muutos
Öljy
Hake
Turve
Puru
Yhteensä
MWh
66
11555
475
1020
13117
%-osuus
0,5 %
88 %
4%
8%
100 %
€
5091
251900
8310
18984
284285
%-osuus
2%
89 %
3%
7%
100 %
MWh
-748
1360
27
-2
637
Muutos%
-92 %
13 %
6%
0%
5%
€
-57421
29656
472
-46
-27339
Muutos%
-92 %
13 %
6%
0%
-9 %
Taulukosta nähdään, että kaukolämpökuormien kasvu lisää myös polttoaineen
kokonaismäärää. Eli muutokset polttoaineen käytössä eivät johdu yksinomaan
kattilainvestoinnista. Muutokset kaukolämpöasiakkuuksissa nostavat hieman myös
pienen kuorman tehotasoa, jolloin nykyisen kattilan hyvän hyötysuhteen käyttöalue
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
15 (22)
13.3.2015
levenee ja investoinnin kannattavuus paranee. Seuraavassa on esitetty joitain
tunnuslukuja kuvaamaan investoinninkannattavuutta verrattuna nykytilanteeseen ilman
muutoksia kaukolämpökuormissa.
Investointisumma
Säästöt yhteensä/vuosi
polttoaineet
sähkö
kunnossapito
Laskentakorko
Sisäinen korko
Nettonykyarvo (10%,10a)
Takaisinmaksuaika
208 068
-36 474
-41 974
-500
6 000
€
€
€
€
€
10 %
11,8 %
14 588 €
5,7
Kannattavuustarkastelu osoittaa, että investointi uuteen kesäkäyttöön mitoitettuun
biokattilaan on kannattava. Investoinnin kannattavuus perustuu pääosin öljyn käytön
merkittävään vähentymiseen sekä pienten kuormien parantuneeseen hyötysuhteeseen,
jolloin kiinteän polttoaineen käyttö tehostuu. Kaukolämpökuorman kasvulla ei ole
merkittävää vaikutusta investoinnin kannattavuuteen.
7
Johtopäätökset ja toimenpidesuositukset
Työssä on mallinnettu Pyhäjoen kaukolämpöverkon toiminta ja laskettu mallilla verkon
virtausnopeuksia sekä pumppaustehoja. Lisäksi mitoitettiin kaukolämpöverkkoon
kytkettävä biokattila kesäajan pieniä kuormia varten ja laskettiin investoinnin
kannattavuus.
Kaukolämpöverkoston mallinnus ja ääritilanteiden laskenta osoittaa, että verkostossa
on paikoitellen suuria virtausnopeuksia. Mallin perusteella nykyinen suurin sallittu paine
6 bar ei riitä tyydyttämään huipputarvetta kasvaneella asiakaskunnalla. Paine-ero
laskee liian alas suunniteltujen Kirkonseudun ja Kielosaaren alueen ääripäissä. Riittävän
kapasiteetin tuottamiseksi näille alueille paine-eron laitokselta tulisi olla arviolta 8,5 bar
lämpötiloilla 115/70 °C. Verkosto on mitoituspaineeltaan 16 bar ja rajoittava tekijä on
tällä hetkellä kattilan paineraja. Laajennusten toteutuessa riittävän kapasiteetin
varmistaminen edellyttää mahdollisuutta paineenkorotukseen laitoksella kattilan
jälkeen tai verkostossa.
Pumppaustehojen optimointi edellyttäisi tarkempia pumppu- ja ajotapatietoja.
Huomioitavaa ovat myös lämpöhäviöt. Esimerkiksi vuoden 2014 kaukolämmöntuotanto
oli 9125 MWh, mutta asiakkailta laskutettiin vain 7108 MWh. Näiden perusteella
verkkohäviöksi tulisi noin 22%. Tässä tarkastelussa käytettävissä olleiden tietojen
perusteella ei voida tarkemmin määritellä johtuuko suuri häviö mittausvirheistä,
kattilahäviöistä vai verkkohäviöistä. Erityisesti polttoainetaseissa näyttäisi olevan eroja
ostetun polttoaineen ja lämpöenergioista laskettujen polttoainemäärien välillä.
Kattilamitoituksessa päädyttiin nimellisteholtaan 0,6 MW:n kattilaan. Kattilainvestointi
on kannattava ja perusteltu. Kannattavuus perustuu pääosin kaukolämmön
tuotannossa käytettävän öljyn korvaamiseen hakkeella. Pienemmälläkin kattilalla
kesäkuormat pystytään tuottamaan. Tällöin joudutaan nykyisellä biokattilalla ajamaan
jonkin verran pidempiä pienen kuorman jaksoja huonolla hyötysuhteella. Tällaisen
vaihtoehdon kannattavuustarkastelua ei ole tehty.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
16 (22)
13.3.2015
Muita hyötyjä pienemmän kattilan hankinnasta ovat fossiilisen polttoaineen, öljyn,
käytön merkittävä vähennys sekä energian tuotannon päästöjen vähennys. Samalla
lisääntyy kotimaisen biopolttoaineen käyttö.
Suosittelemme käynnistämään 0,6 MW biokattilan hankinnan.
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
13.3.2015
Liite 1: Uusien asiakkaiden putkistojen virtausnopeudet huipputilanteessa
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
1 (2)
Liite 1
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
13.3.2015
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
Raporttiluonnos
2 (2)
Liite 1
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
1 (2)
13.3.2015
Liite 2
Liite 2: Laskennallinen kassavirta
Pyhäjoki
Investointi 0,6 MW biolämpökonttiin
Nykytilanne, ei muutoksia kl-asiakkuuksissa
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
Kaukolämmön myyntituotot
Muut tuotot
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
539769
217
Henkilöstökulut yhteensä
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
Palveluiden ostot
-38624
-38624
-44866
-44866
-44866
-44866
-44866
-44866
-44866
-44866
-44866
Aineet,tarvikkeet ja tavarat
Vaatteisto
Voiteluaineet
Polttoaineet yhteensä
Öljy
Hake
Turve
Puru
Sähkö
Vesi
Kalusto
Muu materiaali
-336445
-1735
-1664
-311624
-62511
-222245
-7838
-19030
-11814
-206
-1149
-8253
-336445
-1735
-1664
-311624
-62511
-222245
-7838
-19030
-11814
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-293972
-1735
-1664
-269651
-4790
-238058
-7819
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
Toimintakulut
-432168
-432168
-395937
-395937
-395937
-395937
-395937
-395937
-395937
-395937
-395937
Toimintakate
107818
107818
144049
144049
144049
144049
144049
144049
144049
144049
144049
0
-20807
-20807
-20807
-20807
-20807
-20807
-20807
-20807
-20807
-20807
107818
87011
123243
123243
123243
123243
123243
123243
123243
123243
123243
Poistot *)
Tulos
Huom! Myyntituotot ja kustannukset perustuvat 2014 normeerattuun kaukolämmön tuotantoon
*) Uuden kattilan tasapoistot 10 vuotta
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY
Raporttiluonnos
2 (2)
13.3.2015
Liite 2
Pyhäjoki
Investointi 0,6 MW biolämpökonttiin
Isohko asiakas poistuu syksyllä 2015, uudet asiakkaat mukana 2016 alusta
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
Kaukolämmön myyntituotot
Muut tuotot
539769
217
530527
217
581951
217
581951
217
581951
217
581951
217
581951
217
581951
217
581951
217
581951
217
581951
217
Henkilöstökulut yhteensä
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
-57099
Palveluiden ostot
-38624
-38624
-44743
-44743
-44743
-44743
-44743
-44743
-44743
-44743
-44743
Aineet,tarvikkeet ja tavarat
Vaatteisto
Voiteluaineet
Polttoaineet yhteensä
Öljy
Hake
Turve
Puru
Sähkö
Vesi
Kalusto
Muu materiaali
-336445
-1735
-1664
-311624
-62511
-222245
-7838
-19030
-11814
-206
-1149
-8253
-332332
-1735
-1664
-307511
-61633
-219121
-7728
-19030
-11814
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
-308606
-1735
-1664
-284285
-5091
-251900
-8310
-18984
-11314
-206
-1149
-8253
Toimintakulut
-432168
-428055
-410448
-410448
-410448
-410448
-410448
-410448
-410448
-410448
-410448
Toimintakate
107818
102689
171720
171720
171720
171720
171720
171720
171720
171720
171720
0
-20395
-20395
-20395
-20395
-20395
-20395
-20395
-20395
-20395
-20395
107818
82294
151324
151324
151324
151324
151324
151324
151324
151324
151324
Poistot *)
Tulos
Huom! Myyntituotot ja kustannukset perustuvat 2014 normeerattuun kaukolämmön tuotantoon
*) Uuden kattilan tasapoistot 10 vuotta
Raportti_Pyhäjoki_P26211.docx