Transcript Optimal utnyttelse av rimeligste energikilde

Optimal drift av
fjernvarmesystem
Optimal utnyttelse av rimeligste energikilde.
Kjelvelgersystemer og samkjøring av flere
varmesentraler
Anders Meeg
Norsk Energi
1
Optimal drift
1. I størst mulig grad benytte ønsket energikilde, normalt
den rimeligste.
2. Lite behov for manuelle inngrep fra personell og
utrykninger fra hjemmevakt
3. Gode driftsforhold for kjeler og annet utstyr, god
virkningsgrad og stabil drift.
4. Minimalisere slitasje på utstyr
5. Minimalisere tap.
Samtidig sørge for at samtlige kunder har tilstrekkelig
differansetrykk og temperatur.
2
Effektvariasjoner i nettet
• Effektbehovet i fjernvarmenettet varierer over døgnet. Typisk over
50% høyere behov om morgenen og på dagtid, enn om natten.
Eksempel 2 dager Drammen:
3
Resultat av effektvariasjoner
• Ledig kapasitet på grunnlastkilder (om natten) blir ikke utnyttet.
Typisk spillvarme, avfallsenergi, varmepumper, deponigass….etc.
• Må drifte dyrere spisslastkilder om dagen for å dekke behov (el, olje)
• Spisslaskilder blir ofte startet kvelden før for å slippe å måtte rykke
ut om morgenen
• Bio-kjeler klarer ikke regulere raskt nok eller har ikke tilstrekkelig
reguleringområde.
• Effekt fra grunnlastkilder reduseres for å «gi plass for»
reguleringskjeler
• Effektvariasjonene er for store til å dekkes av én kjel alene
• Svingninger gir dårligere virkningsgrad og uheldige driftsforhold for
kjelene (typisk bio)
• Kan gi korte driftstider og stor slitasje på utstyr, mye start/stopp
4
Bruk av fjernvarmenettet som
akkumulator
Ved å benytte fjernvarmenettet som «akkumulator» kan
man:
• Lagre rimelig energi å benytte denne i perioder med
høyere behov
• Dempe effekt svingningene slik at det blir lettere å
håndtere disse med trege biokjeler
• Utsette behov for manuell start av spisslastkjeler til etter
arbeidstidens start
5
Bruk av fjernvarmenettet som
akkumulator
Eksempler på vannvolum i fjernvarmenett:
• Agder Energi Varme, Arendal, Ca. 100 m3.
10 °C temperaturøkning = 1 MWh lagret
• Drammen Fjernvarme, Drammen, Ca. 2000 m3.
10 °C temperaturøkning = 21 MWh lagret
• BKK, Bergen, Ca. 5000 m3.
10 °C temperaturøkning = 53 MWh lagret
• Haslund Varme, Oslo, Ca. 35000 m3.
10 °C temperaturøkning = 373 MWh lagret
6
Akkumulering i retur
Akkumulering i tur og retur
7
Akkumulering i returledning (shuntventil)
+ Som regel mulig med større temperaturøkning enn i
turledning
+ Enkelt å regulere (åpning på shuntventil)
+ Påvirker ikke kunder
- Økt varmetap i nett (ikke relevant om alternativet er å
dumpe energien).
- Ikke akkumulering i grenrør
- Noe økt pumpeeffekt under akkumulering
- Økt returtemperatur kan gi redusert virkningsgrad på
varmepumper
- Kan gi problemer for kondensasjonsturbiner
8
Akkumulering i turledning
+ Akkumulerer også i grenrør (20-40% av volum)
+Full temperaturøkning i hele rørstrekket
+Redusert pumpeeffekt (etter en stund)
+Vil samtidig gi økt lagringskapasitet i retur (dobbel effekt)
- Økt varmetap i nett. (ikke relevant om alternativet er å
dumpe energien).
- Påvirker kunder (redusert ventilåpning, men også litt +
pga. noe kaldere retur)
- Ikke alltid at grunnlastkilde kan øke turtemperatur
- Høyere turtemperatur gir dårligere COP i varmepumper
9
Kostnadsbesparelse eksempel
• «Lite» fjernvarmenett 10 GWh, 8% varmetap
• 250 m3 nett, 10/20 °C akkumulering i tur/retur, 1 lading pr. døgn.
gir ca. akkumuleringsevne = 4MWh
• Energikostnad spisslastlast=50 øre pr kWh, grunnlast=20 øre pr
kWh.
Gir besparelse kr. 1200 pr. døgn i energikostnad
• Varmetap ca. 90kW uten akkumulering øker til ca. 110kW når fullt
akkumulert. Økt kostnad varmetap ca. kr 24,- pr. døgn
(12 timer, 10kW i snitt, 20 øre/kWh )
• Pumpeeffekt: Akkumulering 500 kW, ca.15 m3/h økning i flow og 2
bar differansetrykk gir ca. 1 kW økt pumpeeffekt under
akkumulering. Økt kostnad pumpeeffekt ca. kr 4,- pr. døgn
(8 timer ladetid, 1kW i snitt, 50 øre/kWh)
10
Hva med rørnettet?
• Temperaturvariasjoner under 50 °C er normalt
uproblematisk
• Temperaturøkning gir trykkspenninger som
normalt ikke medfører risiko for sprekkdannelser.
(Krympspenninger som gir sprekkdannelse
kommer etter 1000vis av store og raske
temperaturfall)
• 1-2 min gangtid på shuntventil vil gi glidende
temperaturforandringer i rørnettet.
Konklusjon:
Energilagring er ikke skadelig for rørnettet
11
Hvordan regulere lagringen
• Må tilpasses hvert enkelt anlegg avhengig av
behov.
• Ofte vil optimal reguleringsstrategi avhenge av
levert effekt og tilgjengelige kilder.
• Effekt, temperatur, flow, damptrykk, gasstrykk,
kapasitet, reguleringsevne og status på
kjeler/energikilder….
12
Eksempel Drammen
Energilagring benyttes for å øke COP og redusere
driftstid om sommeren:
•Gul = turtemp.
•Rød = returtemperatur.
•Lys blå = posisjon
shuntventil
• Blå = flow i sentral.
Eksempel Bergen
Energilagring benyttes for optimal utnyttelse av
damp fra avfallsvarme:
•Gul = returtemp i FVS.
•Grønn = energi levert fra
FVS.
• Blå = flow gjennom
akkumuleringsventilen. (0100m3)
•Rød = akkumuleringseffekt.
14
Samkjøring av kjeler
Kjelvelgersystemer
• Skal sørge for å starte/stopp kjeler automatisk
avhengig av effektbehov
• Skal minimalisere driftstid og energiproduksjon
med de dyrere energikildene.
• Må være fleksibelt for å kunne tilpasses:
- varierende energipriser,
- varierende årstider og effektbehov
- fremtidige utbygginger av nett og sentraler
15
Kjelvelgersystemer
• Et godt system skal være fleksibelt og:
- kunne kombinere både grunnlast og regulering i
samme sentral.
- kunne regulere med flere sentraler, og/eller flere kjeler
samtidig (raskere regulering, større
reguleringsområde)
-sørge for automatisk start/stopp av kjeler og sentraler
avhengig av effektbehov
-må kunne kombineres med energilagring i nett
• I store anlegg må en tenke regulerings-energikilde,
ikke reguleringssentral, reguleringskjel eller
reguleringspumper.
16
Tradisjonell løsning
Seriekobling av kjeler og temperaturstyring:
17
Kjeler i serie
+ Start av kjel medfører ikke flowforstyrrelser
+ Automatisk innkobling kan ivaretas av kjelens
styresystem
- Stort trykkfall ved mange kjeler i serie. Ofte mer enn to
spisslastkjeler i en sentral. Kjeler må dimensjoneres for stor
flow/lav dT.
- turtemperatur faller ved økt effekt
- Møter ofte begrensninger ved senere utbygninger
- Vanskelig om det er store forskjeller i kjelstørrelse
18
Kjeler i parallell
19
Kjeler i parallell
Kjeler kobles inn/ut avhengig av differansetrykk. Kan være
separate regulatorer for hver kjel eller én felles «kjelvelgerregulator»
+ Kan enkelt tilpasses forskjellige trykkfall i hver kjel
+ Flere kjeler kan regulere samtidig
+ Kjeler i andre sentraler i nettet kan enkelt implementeres i
løsningen (disse er jo uansett i parallell)
• Lavtemperatur-kilder kan fortsatt ligge i serie (på retur)
20
Samkjøring og regulering, større nett
Alternativ regulering/kjelvelgersystem
Pumpene i både sentral A og B regulerer differansetrykket i sentralen
Differansetrykkregulator i nett regulerer ventilåpning på den/de kjeler som går med regulering-energikilde
Fordeler:
Kan ha både fasteffekt og reguleringskjeler i samme sentral
Kan regulere med flere kjeler samtidig (raskere og større reguleringsområde)
Reguleringskjelene kan stå i forskjellige sentraler
Pådrag fra PDC-nett kan fordeles til kjeler både i serie (først el, så olje) og parallell (alle kjele regulerer samtidig)
21
Oppsummering
• Energilagring i nett har både driftsmessige og
økonomiske fordeler og bør vurderes i de fleste
fjernvarmenett, uavhengig av størrelse.
• Et godt kjelvelgersystem som er automatisk og
fleksibelt vil gi både bedre driftsøkonomi og
bedre hverdag for driftspersonell.
22