Elektrodikattilan ja kaukolämpöakun kannattavuus vastapainetuotannossa : teknistaloudellinen tapaustutkimus

Abstract

Tutkimuskohteena toimivalla vastapainevoimalaitoksella syntyy kesäaikaan noin 20–25 GWh hukkalämpöä, voimalaitoksen minimikuorman ylläpitämisestä johtuen. Lisäksi biopolttoaineiden hintojen tuntuva nousu sekä sääriippuvaisen sähköntuotannon voimakas lisääntyminen ovat vaikuttaneet epäedullisesti kyseessä olevan voimalaitoksen kannattavuuteen. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää elektrodikattilan ja kaukolämpöakun tekninen soveltuvuus ja taloudellinen kannattavuus, liitettäessä ne osaksi olemassa olevaa voimalaitosympäristöä.

Tutkimuksessa suunniteltiin elektrodikattilan, kaukolämpöakun ja voimalaitoksen muodostaman järjestelmäkokonaisuuden kytkentä, pääkomponenttien mitoitus ja sijoitus sekä määritettiin toteutuksen investointikustannukset. Lisäksi luotiin neljä erilaista ajomallia, joiden avulla oli tarkoitus saavuttaa säästöjä voimalaitoksen käyttökustannuksissa. Suunnitellun järjestelmäkokonaisuuden toiminnan tarkastelemiseksi sekä syntyvien säästöjen todentamiseksi laadittiin myös Excel-pohjainen simulointityökalu. Lopuksi määritettiin vielä investoinnin kannattavuus kolmen eri laskentamenetelmän avulla sekä suoritettiin herkkyysanalyysi saaduille tuloksille.

Tutkimuksen perusteella voidaan suunnitellun järjestelmäkokonaisuuden todeta olevan teknistaloudellisesti toteutettavissa. Jatkotutkimuksena suositellaan kuitenkin lisätarkastelun suorittamista kaukolämpöakulle sekä järjestelmäkokonaisuuden simulointia ilman sitä. Kaukolämpöakun avulla saavutetut kustannussäästöt jäivät tutkimuksen perusteella suhteellisen maltillisiksi, ottaen huomioon sen investointikustannuksen.

At the back-pressure power plant that is the subject of the study, around 20–25 GWh of waste heat is generated in the summer, due to the maintenance of the power plant's minimum load. In addition, the noticeable increase in the prices of biofuels and the strong increase in weather-dependent electricity production have adversely affected the profitability of the power plant in question. The aim of this study was to find out the technical suitability and economic viability of an electrode boiler and a thermal energy storage, when connecting them to an existing power plant environment.

In the study, the connection of the system unit formed by the electrode boiler, the thermal energy storage and the power plant, the dimensioning and placement of the main components were planned, and the investment costs of the implementation were determined. In addition, four different driving models were created with the aim of achieving savings in the operating costs of the power plant. An Excel-based simulation tool was also created to examine the operation of the planned system unit and to verify the resulting savings. Finally, the profitability of the investment was determined using three different calculation methods and a sensitivity analysis was performed on the obtained results.

Based on the research, it can be concluded that the planned system is technically and economically feasible. As a follow-up study, it is recommended to carry out an additional examination of the thermal energy storage and to simulate the system without it. Based on the study, the cost savings achieved with the thermal energy storage remained relatively moderate, considering its investment cost.