Espoon kaukolämpöverkon lisävedenkulutuksen alueellinen mallintaminen

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-12-10
Department
Major/Subject
Energy Technology
Mcode
ENG21
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
fi
Pages
96 + 10
Series
Abstract
Tämän diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa Fortum Power and Heat Oy:n omistaman Espoon kaukolämpöverkon lisävedenkulutusta ja mahdollisuuksia sen vähentämiseen mallintamalla lisävedenkulutusta alueellisesti. Lisävedenkulutus kuvastaa suljetun kaukolämpöjärjestelmän ulkopuolelle vuotavan kaukolämpöveden määrää. Kaukolämpöverkoston tilavuuteen nähden liian suuri lisävedenkulutus aiheuttaa mittavia kustannuksia kaukolämpötoiminnalle ylimääräisen kaukolämpöveden tuotannon muodossa. Työssä käytiin läpi kaukolämpöjärjestelmän perusperiaatteita, perehdyttiin analysoitavaan Espoon kaukolämpöverkkoon ja vertailtiin erilaisia vuodonpaikannuskeinoja. Lopuksi työssä suunniteltiin ja toteutettiin kaukolämpöverkon saarekointi, jossa lisävedenkulutusta mitattiin usealla muusta kaukolämpöverkosta erotetulla alueella lisävedenkulutuksen mallintamiseksi. Kaukolämpövuotojen paikannusmenetelmien vertailussa havaittiin, ettei vuotojen havaitsemiseen ole kehitetty luotettavaa moneen eri tilanteeseen ja kaukolämpöverkkoon sopivaa järjestelmää. Keskeisiä haasteita vuodonpaikannusmenetelmille olivat suuret investointikustannukset, ongelmat erityyppisten vuotojen havaitsemisessa (nopeat ja hitaat vuodot), tarvittavien resurssien suuri määrä tai mahdollisuus ainoastaan pienen verkosto-osan tutkimiseen kerrallaan. Kaukolämpöverkon saarekoinnin tavoitteena oli kartoittaa lisävedenkulutuksen määrää eri alueilla ja vertailla alueellista lisävedenkulutusta saarekkeen ominaisuuksiin, kuten putkipintaalaan, johtotyyppeihin ja ikärakenteeseen nähden. Saarekeajoissa esiintyi ongelmia mm. poikkeuksellisten kovien helteiden sekä Kaupunginkallion lämpökeskuksen viallisen paineenpitoventtiilin kanssa. Saarekeajojen jälkeen 45,1 % Espoon kaukolämpöverkon putkipinta-alasta saatiin tutkittua, jossa mittaustulosten perusteella 67,4 % mitatusta lisävedenkulutuksesta tapahtuu. Isomman verkosto-osan saarekointi edellyttäisi Kaupunginkallion lämpökeskuksen paineenpitoventtiilin korjaamista sekä paineenpitojärjestelmän asentamista Kivenlahden lämpökeskukselle. Lisävedenkulutuksen keskittymistä yhdelle tietylle alueelle ei havaittu, vaan kulutus jakautui karkeasti saarekkeiden putkipinta-alojen ja tehontarpeiden mukaisesti. Espoon kaukolämpöverkon korkea lisävedenkulutus kumuloituu useista pienistä ja hitaista vuodoista ympäri verkkoa. Mittaustuloksissa huomioitavaa oli, että saarekkeiden lisävedenkulutukseen vaikuttavat kasvavasti erityisesti vanhojen johtotyyppien suuremmat osuudet (Emv, Fiskars) sekä kaukolämpöjohtojen keski-ikä.

The purpose of this master’s thesis was to examine the make-up water consumption in the Espoo district heating network owned by Fortum Power and Heat Oy. The aim was to study the possibilities of reducing the make-up water consumption by modelling it throughout the district heating network. The amount of make-up water reflects the amount of water leakages in the otherwise closed system. Excessive make-up water consumption leads to considerable extra costs for the district heating operations, as the water needs to be heated and treated chemically. First, the basic principles of district heating were studied. Secondly, the Espoo district heating network was analysed. Thirdly, various pipeline failure and leakage detection methods were compared as well as their suitability for the Espoo district heating network. Finally, the make-up water consumption was modelled by dividing the heating network to smaller fractions. From these fractions the make-up water consumption was measured individually from heating substations with a clamp-on ultrasonic flow meter. By comparing the various pipeline failure and leakage detection methods it was found that there is no reliable system developed for a variety of situations and district heating systems. Major challenges include high initial investment costs, problems in detecting different kinds of leaks and the need of resources and man-hours for conducting the experiments. Moreover, often only a small portion of the heating network can be investigated at a time. The objective in the conducted modelling was to map the amount of make-up water consumption in different areas of the heating network and compare the results to properties such as the pipe surface area, age structure and type of pipes in the area measured. The measurements encountered several difficulties including unusually hot weather and faulty valves. However, 45,1 % of the Espoo district heating network was analysed, with 67,4 % of the measured make-up water modelled to these areas. Modelling a larger area of the network would require fixing the faulty valve at the Kaupunginkallio heating substation and installing a pressurisation system at the Kivenlahti heating substation. Based on the measurements conducted, the make-up water consumption was not observed to be concentrated to one particular area. The consumption was roughly divided according to the pipe surface areas and the required heating power in the separated areas. The large make-up water consumption cumulates from several smaller leakages throughout the network. Furthermore, the measurements showed a correlation between the amount of make-up water and proportion of older pipes (Emv, Fiskars) and pipe types.
Description
Supervisor
Lahdelma, Risto
Thesis advisor
Uitti, Jani
Keywords
kaukolämpö, lisävesi, vuotovesi, putkivaurio
Other note
Citation