Suurnopeusturbokompressoreita valmistavan yrityksen suorituskykytestauksen hukkalämpökartoitus

Abstract

Euroopan unioni on asettanut tavoitteet energiamurrokseen vastaamiseksi, ja jäsenvaltioita velvoitetaan tuomaan säädökset täytäntöön. Suomessa energiatehokkuuslaki edellyttää suuria yrityksiä teettämään energiakatselmuksen neljän vuoden välein. Tämä tutkimus vastaa suurnopeusturbokompressoreita valmistavan yrityksen viimeisimpään energiakatselmukseen, jossa tunnistettiin merkittävä hukkalämpöpotentiaali turbokompressorien suorituskykytestin aikaisessa poistoilman lämpenemisessä.

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää koeajoaseman hukkalämpöpotentiaali sekä arvioida lämmöntalteenoton mahdollisuudet ja kustannussäästöt. Menetelminä käytettiin kirjallisuuskatsausta lämmöntalteenottomenetelmien ja valintajärjestelmien tunnistamiseksi. Kohdeyrityksen hukkalämpöpotentiaalia arvioitiin mittausdataan perustuvilla energia- ja eksergia-analyyseillä. Lisäksi tarkasteltiin yleisesti turbokoneiden toimintaa ja turbokompressorien standardinmukaisen suorituskykytestin vaatimuksia.

Tulosten mukaan kohdeyrityksen koeajoasema tuottaa vuosittain noin 325 MWh korkealaatuista hukkalämpöä, josta suurin osa voidaan hyödyntää tuotantotilojen ja käyttöveden lämmityksessä. Optimaaliseksi ratkaisuksi löydettiin järjestely, joka kattaa jopa 41 prosenttia lämpökohteiden vuotuisesta energiatarpeesta ja hyödyntää 94 prosenttia hukkalämpöpotentiaalista riippuen lämmöntalteenoton hyötysuhteesta. Investoinnin takaisinmaksuaika on viisi vuotta, kun enimmäiskustannus on 90 585 euroa.

Tutkimus korostaa systemaattisen kartoituksen ja eksergia-analyysin merkitystä energiatehokkuusprojekteissa. Jatkokehityksenä kohdeyritys voi hyödyntää tuloksia lämmöntalteenoton teknisen toteutuksen suunnittelussa sekä sisällyttää hukkalämmön kartoituksen osaksi energiatehokkuushankkeiden arviointia.

The European Union has set targets to respond to the energy transition, and all member states are required to implement corresponding regulations. The Finnish Energy Efficiency Act mandates that large companies are required to conduct energy audits every four years. This study responds to the latest energy audit of a company manufacturing high-speed turbocompressors, where a significant waste heat potential was identified in the exhaust air of the turbocompressors during performance testing.

The objective of the study was to assess the waste heat potential of the testing facility and to evaluate the possibilities for heat recovery and cost savings. The research methods included a literature review to identify heat recovery methods and selection criteria. The target company’s waste heat potential was assessed through energy and exergy analyses based on measurement data. In addition, the working principles of turbomachinery and the requirements of standardized turbocompressor performance testing were reviewed.

According to the results, the test facility of the target company generates approximately 325 MWh of high-quality waste heat annually. It was found that most of this energy can be utilized for heating of production facilities and domestic hot water. The optimal solution can meet up to 41 percent of the annual heating demand of heat sinks while recovering 94 percent of the available waste heat, depending on the efficiency of the heat recovery system. The payback period for the investment is five years, with a maximum cost of 90,585 euros.

The study highlights the importance of a systematic approach and the importance of exergy analysis in energy efficiency projects. As a next step, the target company can use the findings to design the technical implementation of the heat recovery and incorporate the waste heat analysis into the evaluation of energy efficiency initiatives.