Älykkäät ratkaisut kaukolämpöverkoissa
Lahti, Riina (2017)
Lahti, Riina
2017
Automaatiotekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-12-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201711232239
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201711232239
Tiivistelmä
Automaation käyttö eri yhteiskunnan osa-alueilla on lisääntynyt viime vuosina. Kaukolämpöalalla voimalaitokset, pumppaamot ja väliasemat ovat usein etäluettavissa ja etäohjattavissa, mutta itse kaukolämpöverkon puolella älykkäitä ratkaisuja on melko vähän käytössä. Työn tavoitteena oli selvittää, millaisia älykkäitä ratkaisuja kaukolämpöverkoissa Suomessa on nykyisin käytössä ja millaisille ratkaisuille olisi tarvetta tulevaisuudessa. Lisäksi työn tavoitteena oli selvittää millaisia hyötyjä älykkäillä ratkaisuilla olisi mahdollista saavuttaa kaukolämpöverkoissa. Työn aluksi tutkittiin aiheeseen liittyvää taustateoriaa kaukolämpöalaan, kaukolämpöverkon ohjaukseen käytettäviin venttiileihin ja teollisuudessa käytettyihin älykkäisiin ratkaisuihin liittyen yleiskäsityksen ja vertailupohjan luomiseksi. Tutkimus toteutettiin kvalitatiivisena haastattelututkimuksena ja tutkimukseen osallistui viisi suomalaista energiayhtiötä. Haastattelut toteutettiin elo-lokakuussa 2017 energiayhtiöiden tiloissa.
Nykyisin kaukolämpöverkoissa on paine-ero-, lämpötila- ja virtausmittauksia, mutta mittauksia löytyy vain puolilta haastatelluista. Lisäksi yhdeltä haastatellulta löytyy automaattinen kaivon kunnonvalvontalaitteisto, joka mittaa kaivosta lämpötilaa, vedenpinnan korkeutta sekä kosteutta ja tiedot ovat luettavissa etänä. Etäohjattavia venttiilejä löytyy kaukolämpöverkoista suhteessa kokonaisventtiilimäärään vain vähän, lähinnä voimalaitoksen päästä ja kriittisimmistä haaroista. Lisäämällä mittauksia ja etäohjattavia venttiilejä kaukolämpöverkkoon haastatellut toivovat pystyvänsä havaitsemaan ja paikallistamaan vuotoja nopeammin, tasapainottamaan verkkoa, parantamaan verkon hyötysuhdetta ja saavuttamaan näin jopa satojen tuhansien eurojen säästöt vuosittain. Lisäksi halutaan kehittää muun muassa kaksisuuntaisia verkkoja, energiansäästöön perustuvia bonuspistejärjestelmiä sekä sähköinen huoltoloki venttiileille ja kaivoille. Ongelmakohtina nähdään muun muassa sähkönsyötön järjestäminen, tietoturva ja hinta.
Vexve Oy on toteuttanut prototyypin älykkäästä venttiilielementistä syksyllä 2017. Elementti sisältää pääsulkuventtiilin, ohitusventtiilin ja ilmausventtiilien lisäksi paineanturit molemmilla puolilla pääsulkuventtiiliä, lämpötila- ja kiihtyvyysanturit venttiilin rungossa sekä ympäristön lämpötilan ja kosteuden mittaukset. Lisäksi elementissä on termoelektroninen generaattori, jonka avulla tuotetaan verkon väliaineen ja ympäristön välisestä lämpötilaerosta paikallisesti sähköä antureille. Lisäksi elementtiin kuuluvat langattomaan tiedonsiirtoon liittyvät komponentit ja pilvipalvelu mittausten tarkasteluun. Jatkokehitysvaiheessa prototyyppiin tulee lisätä myös virtausmittari sekä etäohjattava toimilaite. Lisäksi tulee pohtia miten tiedonsiirtorajapinta erilaisiin energiayhtiöiden käyttämiin prosessienohjausjärjestelmiin toteutetaan. Myös kokonaisuuden kustannustehokkuutta tulee pyrkiä lisäämään muun muassa käyttämällä yhdistelmäantureita.
Nykyisin kaukolämpöverkoissa on paine-ero-, lämpötila- ja virtausmittauksia, mutta mittauksia löytyy vain puolilta haastatelluista. Lisäksi yhdeltä haastatellulta löytyy automaattinen kaivon kunnonvalvontalaitteisto, joka mittaa kaivosta lämpötilaa, vedenpinnan korkeutta sekä kosteutta ja tiedot ovat luettavissa etänä. Etäohjattavia venttiilejä löytyy kaukolämpöverkoista suhteessa kokonaisventtiilimäärään vain vähän, lähinnä voimalaitoksen päästä ja kriittisimmistä haaroista. Lisäämällä mittauksia ja etäohjattavia venttiilejä kaukolämpöverkkoon haastatellut toivovat pystyvänsä havaitsemaan ja paikallistamaan vuotoja nopeammin, tasapainottamaan verkkoa, parantamaan verkon hyötysuhdetta ja saavuttamaan näin jopa satojen tuhansien eurojen säästöt vuosittain. Lisäksi halutaan kehittää muun muassa kaksisuuntaisia verkkoja, energiansäästöön perustuvia bonuspistejärjestelmiä sekä sähköinen huoltoloki venttiileille ja kaivoille. Ongelmakohtina nähdään muun muassa sähkönsyötön järjestäminen, tietoturva ja hinta.
Vexve Oy on toteuttanut prototyypin älykkäästä venttiilielementistä syksyllä 2017. Elementti sisältää pääsulkuventtiilin, ohitusventtiilin ja ilmausventtiilien lisäksi paineanturit molemmilla puolilla pääsulkuventtiiliä, lämpötila- ja kiihtyvyysanturit venttiilin rungossa sekä ympäristön lämpötilan ja kosteuden mittaukset. Lisäksi elementissä on termoelektroninen generaattori, jonka avulla tuotetaan verkon väliaineen ja ympäristön välisestä lämpötilaerosta paikallisesti sähköä antureille. Lisäksi elementtiin kuuluvat langattomaan tiedonsiirtoon liittyvät komponentit ja pilvipalvelu mittausten tarkasteluun. Jatkokehitysvaiheessa prototyyppiin tulee lisätä myös virtausmittari sekä etäohjattava toimilaite. Lisäksi tulee pohtia miten tiedonsiirtorajapinta erilaisiin energiayhtiöiden käyttämiin prosessienohjausjärjestelmiin toteutetaan. Myös kokonaisuuden kustannustehokkuutta tulee pyrkiä lisäämään muun muassa käyttämällä yhdistelmäantureita.