Kaukolämmön menoveden lämpötilan taloudellinen optimointi
Laaksonen, Lauri (2018)
Diplomityö
2018
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018090434548
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018090434548
Tiivistelmä
Kaukolämmön menoveden lämpötilan säätö perustuu Suomessa tyypillisesti Lämpölaitosyhdistys ry:n vuonna 1978 julkaisemaan suositukseen, missä menolämpötilaa säädetään ulkolämpötilan mukaisesti. Ulkolämpötilaan perustuva säätö ei tyypillisesti vastaa menolämpötilan taloudellista optimia johtuen kaukolämmön kysyntään vaikuttavista sosiaalisista tekijöistä.
Tämän työn tavoitteena oli tutkia menolämpötilan vaikutuksia kaukolämpöjärjestelmässä kirjallisuuden sekä neljän pohjoismaalaisen kaukolämpöverkon tuntimittausdatan ja verkostomallien avulla. Lisäksi työn tavoitteena oli tutkia mahdollisuuksia uuden taloudelliseen optimiin perustuvan menolämpötilan säätösuosituksen johtamiseksi. Työssä tutkittiin myös kaukolämpöverkon automaattisen varaamisen yhdistämistä menolämpötilan säätösuositukseen.
Kolmelle esimerkkiverkolle tehdyn menolämpötilan optimoinnin perustella optimaalisella menolämpötilan säädöllä voidaan saavuttaa noin 0,1–0,21 €/MWhkl säästöt tuotettua kaukolämpöenergiaa kohden. Suurimmat kustannusvaikutukset olivat tyypillisesti verkoston lämpöhäviöillä, jolloin taloudellinen optimi vastaa matalinta käytettävissä olevaa menolämpötilaa.
Optimaaliseen menolämpötilaan perustuva säätö voidaan toteuttaa laskemalla taloudellista optimia jatkuvasti kaukolämmöntuotantoon ja paluulämpötilaan perustuen. Kaukolämpöverkon automaattinen varaaminen voidaan yhdistää edellä mainittuun säätösuositukseen hyödyntämällä kaukolämmöntuotannon ja paluulämpötilan ennusteita. Supply temperature control in Finland is typically based on a recommendation published by Lämpölaitosyhdistys ry in 1978, where the supply temperature is adjusted as a function of outdoor temperature. The outdoor temperature based supply temperature adjustment doesn’t necessarily correspond to economical optimum due the impacts of social factor on heat demand.
The main objective of this thesis was to examine the impacts of the supply temperature on a district heating system by utilizing scientific papers. Second objective of this paper was to examine the possibilities to derive a new supply temperature control recommendation based on the economical optimum. The quantitative study was based on hourly data and network models from four district heating networks in Nordics. Third objective of this thesis was to discuss the opportunities to include the automatic network accumulation into the new recommendation.
Based on the supply temperature optimization modelling performed for three sample networks, it is possible to achieve approximately 0,1–0,21 €/MWh savings per produced district heat energy. The biggest cost effect of supply temperature adjustment was usually related to network heat losses setting the economical optimum at the lowest achievable temperature.
The supply temperature recommendation corresponding to the economical optimum is possible to execute by calculating the optimal supply temperature continuously based on the actual heat production and return temperature measurements. The automatic network accumulation can be included by using heat demand and return temperature forecasts instead
of the actual measurements.
Tämän työn tavoitteena oli tutkia menolämpötilan vaikutuksia kaukolämpöjärjestelmässä kirjallisuuden sekä neljän pohjoismaalaisen kaukolämpöverkon tuntimittausdatan ja verkostomallien avulla. Lisäksi työn tavoitteena oli tutkia mahdollisuuksia uuden taloudelliseen optimiin perustuvan menolämpötilan säätösuosituksen johtamiseksi. Työssä tutkittiin myös kaukolämpöverkon automaattisen varaamisen yhdistämistä menolämpötilan säätösuositukseen.
Kolmelle esimerkkiverkolle tehdyn menolämpötilan optimoinnin perustella optimaalisella menolämpötilan säädöllä voidaan saavuttaa noin 0,1–0,21 €/MWhkl säästöt tuotettua kaukolämpöenergiaa kohden. Suurimmat kustannusvaikutukset olivat tyypillisesti verkoston lämpöhäviöillä, jolloin taloudellinen optimi vastaa matalinta käytettävissä olevaa menolämpötilaa.
Optimaaliseen menolämpötilaan perustuva säätö voidaan toteuttaa laskemalla taloudellista optimia jatkuvasti kaukolämmöntuotantoon ja paluulämpötilaan perustuen. Kaukolämpöverkon automaattinen varaaminen voidaan yhdistää edellä mainittuun säätösuositukseen hyödyntämällä kaukolämmöntuotannon ja paluulämpötilan ennusteita.
The main objective of this thesis was to examine the impacts of the supply temperature on a district heating system by utilizing scientific papers. Second objective of this paper was to examine the possibilities to derive a new supply temperature control recommendation based on the economical optimum. The quantitative study was based on hourly data and network models from four district heating networks in Nordics. Third objective of this thesis was to discuss the opportunities to include the automatic network accumulation into the new recommendation.
Based on the supply temperature optimization modelling performed for three sample networks, it is possible to achieve approximately 0,1–0,21 €/MWh savings per produced district heat energy. The biggest cost effect of supply temperature adjustment was usually related to network heat losses setting the economical optimum at the lowest achievable temperature.
The supply temperature recommendation corresponding to the economical optimum is possible to execute by calculating the optimal supply temperature continuously based on the actual heat production and return temperature measurements. The automatic network accumulation can be included by using heat demand and return temperature forecasts instead
of the actual measurements.