CHC-lämpöpumppujen käytettävyyden tehostaminen
Laitala, Annika (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023061254178
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023061254178
Tiivistelmä
Diplomityön aiheena oli selvittää Helen Oy:n CHC-lämpöpumppujen käytettävyyden tehostamista tutkimalla annettujen vaihtoehtojen osalta teknillistaloudellinen kannattavuus ja tarkastella yleisellä tasolla kaukolämpöverkon paluuveden lämpötilan laskemisen vaikutuksia. Työssä laskettiin kahden valitun referenssikohteen osalta kannattavuutta lämmöntuottajan näkökulmasta.
Teknisessä osassa tutustuttiin neljään eri kytkentävaihtoehtoon, joilla CHC-lämpöpumppujen käytettävyyttä voisi tehostaa. Näistä kaksi, netbooster-toimiset vaihtoehdot, valittiin tarkempaan kustannusanalyysiin, jossa määritettiin investoinnin kannattavuus 17 vuoden tarkastelujaksolle. Netbooster-kytkennässä otetaan hukkalämpö talteen kaukolämpöverkon paluulinjasta menolinjaan lämpöpumpun kautta ja samalla lasketaan kaukolämmön paluuveden lämpötilaa. Kustannusanalyysissa otettiin huomioon referenssikohteiden prosessitarpeet, käyttökustannukset sekä kunnossapitokustannukset kuukausitasolla. Kannattavuus laskettiin ns. sähkökattilamallilla, jossa ajatellaan lämmön olevan jo kertaalleen tuotettu, koska lämmöntalteenotto tulee kaukolämmön paluuvedestä. Tämä tarkoittaa sitä, että lisätuotanto ajatellaan olevan lämpöpumpun ottaman sähkötehon verran.
Selvitys osoitti, että annetut vaihtoehdot eivät ole kannattavia toteuttaa yksittäisinä kohteina. Sähkömarkkinoiden tilanne vaikuttaa omalta osaltaan suuresti tämän tyyppisen yksittäisen kohteen kannattavuuteen ja vaihtoehdoista saattaa tulla kannattavia, mikäli sähkön käyttöhinnan ennusteet muuttuvat tulevaisuudessa parempaan suuntaan. The subject of this thesis was to examine the enhancing of usability for Helen Ltd’s CHC-heat pumps by calculating the technical and economical viability of the given alternatives and to investigate in general level the effects of lowering the temperature of district heating return water. The profitability of two selected reference sites was calculated from the point of view of an energy producer.
In the technical part, four different connection options were introduced, which could be used to enhance the usability of CHC heat pumps. Two of these, the netbooster options, were selected for a more detailed cost analysis, which determined the profitability of the investment for a 17-year period. In the Netbooster connection, waste heat is recovered from the return line of the district heating network to the supply line via a heat pump and at the same time the temperature of the district heating return water is lowered. The cost analysis took into account the process needs, operating costs and maintenance costs of the reference sites on a monthly basis. Profitability was calculated using an electrode boiler model, where it is thought that the heat has already been produced once, because the heat recovery comes from the return water of the district heating. This means that the additional production is considered to be equal to the electrical power taken by the heat pump.
The outcome showed that the given alternatives are not profitable to implement as individual objects. The situation in the electricity market greatly affects the profitability of this type of individual object, and the alternatives may become profitable if the forecasts of the electricity usage price change for the better in the future.
Teknisessä osassa tutustuttiin neljään eri kytkentävaihtoehtoon, joilla CHC-lämpöpumppujen käytettävyyttä voisi tehostaa. Näistä kaksi, netbooster-toimiset vaihtoehdot, valittiin tarkempaan kustannusanalyysiin, jossa määritettiin investoinnin kannattavuus 17 vuoden tarkastelujaksolle. Netbooster-kytkennässä otetaan hukkalämpö talteen kaukolämpöverkon paluulinjasta menolinjaan lämpöpumpun kautta ja samalla lasketaan kaukolämmön paluuveden lämpötilaa. Kustannusanalyysissa otettiin huomioon referenssikohteiden prosessitarpeet, käyttökustannukset sekä kunnossapitokustannukset kuukausitasolla. Kannattavuus laskettiin ns. sähkökattilamallilla, jossa ajatellaan lämmön olevan jo kertaalleen tuotettu, koska lämmöntalteenotto tulee kaukolämmön paluuvedestä. Tämä tarkoittaa sitä, että lisätuotanto ajatellaan olevan lämpöpumpun ottaman sähkötehon verran.
Selvitys osoitti, että annetut vaihtoehdot eivät ole kannattavia toteuttaa yksittäisinä kohteina. Sähkömarkkinoiden tilanne vaikuttaa omalta osaltaan suuresti tämän tyyppisen yksittäisen kohteen kannattavuuteen ja vaihtoehdoista saattaa tulla kannattavia, mikäli sähkön käyttöhinnan ennusteet muuttuvat tulevaisuudessa parempaan suuntaan.
In the technical part, four different connection options were introduced, which could be used to enhance the usability of CHC heat pumps. Two of these, the netbooster options, were selected for a more detailed cost analysis, which determined the profitability of the investment for a 17-year period. In the Netbooster connection, waste heat is recovered from the return line of the district heating network to the supply line via a heat pump and at the same time the temperature of the district heating return water is lowered. The cost analysis took into account the process needs, operating costs and maintenance costs of the reference sites on a monthly basis. Profitability was calculated using an electrode boiler model, where it is thought that the heat has already been produced once, because the heat recovery comes from the return water of the district heating. This means that the additional production is considered to be equal to the electrical power taken by the heat pump.
The outcome showed that the given alternatives are not profitable to implement as individual objects. The situation in the electricity market greatly affects the profitability of this type of individual object, and the alternatives may become profitable if the forecasts of the electricity usage price change for the better in the future.