Korotetun menolämpötilan hyödyt ja haitat kaukolämmön kausivaraston lataamisessa

Abstract

Uusiutuvien energianlähteiden ja sähkökattiloiden täysimittainen hyödyntäminen kauko-lämpöverkossa vaatii lämpöenergian varastointia. Lämpöenergiaa varastoidessa on taloudellisinta käyttää halvimman tuotantokustannuksen laitoksia lämmön tuottamiseen. Lämpöenergian varastoitavaan määrään vaikuttaa varaston tilavuus ja väliaineen lämpötila verrattuna vertailutason lämpötilaan. Alhaisempi menolämpötila kaukolämpöverkossa mahdollistaa monipuolisten lämmön tuotantomuotojen käytön, mutta alentaa lämpövarastojen varastointikapasiteettia.

Työn tavoitteena oli tutkia kaukolämpöverkoston menolämpötilan suhdetta Vantaan Energian Varanto-lämpövaraston energiasisältöön sekä latauksen aikaisiin lämpöhäviöihin kaukolämpöverkosta ympäröivään maaperään. Vertailukohtana oli ulkolämpötilan mukaisen menolämpötilakäyrän arvo. Mallinnukseen käytettiin Vantaan Energian verkostomallia ja Fluidit Heat mallinnusohjelmaa. Lisäksi tavoitteena oli tutkia menolämpötilan vaikutuksia verkoston käyttöikään, toimintaan, sekä työturvallisuuteen.

Työn tuloksena todettiin, että teoriassa menolämpötilan nostaminen kannattaa aina, koska lämpöhäviöt eivät kasva suurentunutta energiasisältöä suuremmaksi. Käytännössä tulee kuitenkin ottaa huomioon kuuman veden sekä höyryn riskit verkostolla työskenneltäessä ja rajoittaa menolämpötilaa tilanteen mukaan.

The full utilization of renewable energy sources and electric boilers in district heating networks requires that the energy can be stored in a thermal energy storage. The most economical method for using thermal energy storages is to charge them by using the power plant with the lowest cost to produce heat. The amount of thermal energy to be stored is affected by the volume of the storage and the temperature of the medium compared to the reference temperature. Lowering the supply temperatures in a district heating system enables the use of diverse heat production forms but reduces the storage capacity of thermal heat storages.

The objective of this work was to study the relationship between the supply temperature in the district heating network and the energy content of Vantaan Energia's Varanto heat storage facility to the heat losses from the district heating network to the surrounding soil during charging. The reference point was the temperature point of the supply temperature curve according to the outdoor temperature. Vantaan Energia’s district heating network model was used for modeling the results with Fluidit Heat. In addition, the aim was to study the effects of the supply temperature on the district heating network's service life, operation, and occupational safety.

The conclusion of the study was that in theory, increasing the supply temperature is always beneficial because the heat losses of the network do not increase more than the energy content of the storage. However, in practice, the risks of hot water and steam should be considered, and the supply temperature must be limited according to the situation.