Meno- ja paluuvesien lämpötilojen hallinta silmukoidussa kaukolämpöverkossa

Abstract

Diplomityön tavoitteena on selvittää lämpöpumpputekniikan hyödyntämisen potentiaalia ja kannattavuutta Turku Energian kaukolämpöverkon meno- ja paluupuolen lämpötilojen laskemisessa. Matalan kulutuksen aikaan vesi jäähtyy useita asteita matkalla verkon viimeisille asiakkaille. Näiden asiakkaiden takia täytyy verkkoon syöttää verkon alkupään kannalta tarpeettoman kuumaa vettä, mikä lisää jakeluverkon lämpöhäviöitä. Työssä tutkitaan mahdollisuutta nostaa kaukolämpöverkon häntäpäiden lämpötiloja lämpöpumpulla hyödyntäen paluupuolen lämpöä. Tällöin menopuolen lämpötilaa verkon alkupäässä voitaisiin alentaa. Lämpöpumppujen hyödyn arvioimiseksi paikallistettiin Turun alueen kaukolämpöverkosta alueita, joissa useiden asiakkaiden menolämpötilat laskevat alle 60 ℃ lämpötilan. Näistä kolmen alueen lämpötiloja simuloitiin eri kulutustilanteissa ja määritettiin lämpöpumpun vaikutus alueen syöttöpisteen meno- ja paluulämpötiloihin. Simulointien perusteella verkon häntäpäihin asennetuilla lämpöpumpuilla voitaisiin alen-taa koko verkon menopuolen lämpötilaa. Paluupuolen lämpötilaan ei todennäköisesti merkittävästi voida vaikuttaa, koska verkon häntäpäiden virtaus on vain pieni osa koko verkon virtauksesta. Hankkeen kannattavuuteen vaikuttaa merkittävästi tarvittavien lämpöpumppujen määrä, kaukolämmön tuotantohinta ja sähkön hinta. Työn tulosten perusteella hanketta voidaan pitää teknisesti toteuttamiskelpoisena. Toteuttaminen vaatii kuitenkin tarkempia tutkimuksia keskimääräisen lämpötilatason alentamisen vaikutuksista koko verkon alueella.

The aim of this master’s thesis was to examine the potential and profitability of using heat pumps to lower supply and return temperatures in district heating network. The problem is that during low heat consumption the supply temperature drops several degrees on its way to the last customers. In order to maintain high enough temperature levels at end of the network the supply temperature needs to be higher also at the beginning of the network which increases heat losses. This thesis studies the possibility to raise the supply temperature at the end of the network by using heat pumps and simultaneously lowering the return temperature. This would make lowering temperature levels possible. Challenging areas, where the supply temperature drops below 60 ℃, were identified in order to evaluate the benefits of heat pumps. Simulations in different consumption conditions were made for three identified areas. These simulations were utilized to determine the heat pump’s impact on the supply and return temperatures at the feed point. Based on the simulation results it’s possible to lower the supply temperature by using heat pumps at the ends of the network. Probably the impact on return temperature is small because the flow volumes at these last branches are relatively low compared to the whole network. The profitability of the project is highly impacted by the amount of needed heat pumps, district heating production cost and electricity price. Based on the results of this thesis the project is technically feasible. However, more studies on the effects of lowering the supply temperature on the whole network need to be made be.