Produktionsoptimering av fjärrvärmesystem fram till kund

Transkript

1 Produktionsoptimering av fjärrvärmesystem fram till kund Oktober 2002 RAPPOR T FVF

2

3 Produktionsoptimering av fjärrvärmesystem fram till kund ISSN

4 2002 Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB

5 FVF Oktober 2002 Trots att fjärrvärmesystem runnits och utvecklats under lång tid i Sverige, finns behov av att lära känna dem bättre och därigenom driva dem effektivare. Det är idag uppenbart att man måste beakta hela energisystemet från produktionsanläggningen via distributionssystemet ända fram till kund, för att en relevant driftoptimering skall kunna utföras. Detta kräver rejäl datorkraft, god kännedom om energisystemet i sin helhet, samt väl beskrivna processamband. I Enköping där man har biobränslebaserad kraftvärmeproduktion med rökgaskondensering (RGK), har man under flera år arbetat med frågor kring optimering och analyserat sitt fjärrvärmenät bl a med avseende på returtemperaturen. Flera företag däribland FVB Fjärrvärmebyrån har länge propagerat for värdet i att försöka sänka returtemperaturen i fjärrvärmenäten, detta gäller inte minst anläggningar med rökgaskondensering. Tankar har också väckts kring det faktum att returtemperaturen faktiskt borde kunna sänkas genom att höja framtemperaturen (värmeväxlarteori). Detta är intressant eftersom i stort sett all fjärrvärmeproduktion sker vid lägsta möjliga framtemperatur. En fråga som då infinner sig är: Kör vi våra anläggningar optimalt med avseende på systemtemperaturerna? Detta intresserade även Svenska Fjärrvärmeföreningen som under hösten 2001 anlitade FVB Fjärrvärmebyrån AB för att med Enköpings kraftvärmeverk som referensfall belysa ovanstående problematik. Föreliggande rapport är skriven av Leif Breitholtz och Stefan Ekström. Ett stort tack skall riktas till Lena Valli och Karolina Näsholm, tidigare elever vid Mälardalens Högskola. De har inom sitt examensarbete skrivit viktiga delar av de algoritmer som bl a används för optimering av systemtemperaturerna. De har också stöttat oss i arbetet med att utveckla och anpassa Enköpings optimeringsmodell för att passa som verktyg inför detta arbete. Med avsikten att förenkla presentationen av de ibland komplexa beräkningsfallen har resultatredovisningen i rapporten hållits på en övergripande nivå. I bilagor 1 och 2 redovisas dock en matris över simulerade beräkningsfall och med tillhörande ekonomiska utfall. Här framgår också optimal framledningstemperatur för respektive driftalternativ. Om någon läsare av rapporten skulle ha frågor om resultaten eller själva optimeringsmodellen, kan man vända sig till rapportens författare eller till Enköpings kraftvärmeverk. Leif Breitholtz och Stefan Ekström Västerås, augusti 2002.

6

7 FVF Oktober Sammanfattning Bakgrund Syfte Bakgrundsdata och förutsättningar Beskrivning av fjärrvärmesystemet i Enköping Systemtemperaturer för fjärrvärmesystemet i Enköping Beskrivning av optimeringsmodellen Indata Beräkningsmetodik Optimering av systemtemperaturer Förutsättningar för optimeringsberäkningar Sänkt returtemperatur med hjälp av höjd framtemperatur Teori Resultat från prov i Enköping Nytta med systemoptimering Ackumulatorstrategi Optimering vid kraftvärmeproduktion och höga elpriser Optimering vid kraftvärmeproduktion och låga elpriser Optimering vid ren värmeproduktion (utan elproduktion) Simulering av förbättrad pannverkningsgrad Simulering av förbättrad avkylning för fjärrvärmenätet Kartläggning av processamband Kundbehov Fjärrvärmetemperaturer Tryck i varmkondensorer (VK) Phjäipkratt med och utan RGK Pannverkningsgrad Alfavärden Nätförlust Rökgaskondensering Max/min-flöde Max/min T fram Max/min-effekt för pannor Effektsamband och beräkningsgång Ekonomiska indata Off-line modell contra on-line modell Slutsatser Referenslista Bilagor... 43

8

9 FVF Oktober Sammanfattning Allmänt Många fjärrvärmeföretag har kraftfulla processdatorer för sina produktionsanläggningar. Dessa datorer kan ofta nyttjas bättre med avseende på optimering och uppföljning av såväl produktion som distribution. Beräkningsförutsättningar samt samband är många gånger komplexa och lämpar sig därför väl att behandla i processdatorsystemen. I denna miljö finns också tillgång till olika processparametrar on-line. Grunden för en bra optimeringsmodell är just att kunna beskriva systemets processamband på ett fullgott sätt. Detta är mycket viktigt oavsett om man köper ett färdigt optimeringsprogram på marknaden eller utvecklar ett eget. Utvecklingen när det gäller optimering går mer och mer mot att försöka "greppa" hela energisystemet d v s från produktion via distribution fram till kund. För ett kraftvärmesystem med rökgaskondensering (RGK) är det t ex inte självklart vilken nivå på framtemperatur man skall hålla. En låg framtemperatur är for-delaktig för elproduktionen men driver samtidigt upp returtemperaturen vilket är negativt för rökgaskondenseringen. För energisystem som påverkas av fjärrvärmetemperaturerna är det viktigt att ta hänsyn till dessa konsekvenser vid optimering av produktionen. För att kunna utföra en dylik "systemoptimering" måste inte bara produktionssambanden härledas utan även fjärrvärmenätets egenskaper. I Enköping där basproduktionen utgörs av ett biobränsleeldat kraftvärmeverk med RGK har flera intressanta utvecklingsprojekt genomförts inom ovan nämnda område. En optimeringsmodell som täcker in hela kedjan från produktion till kund har tidigare tagits fram för Enköping. I modellen beräknas rörliga produktionskostnader för värmeproduktionen. För värmen beräknas ingen intäkt eftersom värmebehovet är konstant oberoende av körstrategi. Elintäkten vägs dock in och reducerar värmeproduktionskostnaden. Alternativet med lägst "produktionskostnad" utgör därmed mest optimalt körsätt. Med denna modell och Enköpings fjärrvärmesystem som grund har diverse simuleringar utförts med varierande indata. Avsikten har varit att förutom slutsatser kring Enköpings anläggning, även i så hög grad som möjligt kunna dra generella slutsatser som är av intresse för andra energiföretag. Resultat Denna studie indikerar att vi fortfarande vet för lite om hur våra fjärrvärmesystem fungerar. Det är t ex högst sannolikt att många värmeproduktionsanläggningar med RGK (utan luftuppfuktare) och biobränslen, kör med fel strategi avseende framtemperaturen. De flesta produktionsanläggningar kör idag med en så låg framtemperatur som möjligt för att minimera distributionsförlusterna. Risken är då att man skapar en onödigt hög returtemperatur vilket ger sämre värmeupptagning i RGK. Detta kan totalt sett ge en klart sämre driftekonomi än om man skulle köra med en hög framtemperatur och på så sätt trycka ned returtemperaturen. För en ren värmeproduktionsanläggning i Enköpings storlek (och med dess förutsättningar) kan driftekonomin förbättras med i storleksordningen kkr/år. Då är inte sommarfallet inräknat vilket är ett kapitel för

10 FVF Oktober 2002 sig. Rapporten visar att även vid kraftvärmeproduktion (och samtidig rökgaskondensering) kan det löna sig att höja framtemperaturen för att nå en lägre returtemperatur. Detta gäller dock vid elpriser under 200 kr/mwh. Ovanstående slutsatser är kopplade till några viktiga grundförutsättningar; att returtemperaturen verkligen svarar negativt på en höjd framtemperatur att anläggningen har RGK (utan luftuppfiiktare), eller annan spillvärmeprocess som är beroende av låg returtemperatur att bränslepriset är förhållandevis högt, >100 kr/mwh att elpriset är lågt i fallet kraftvärme Teorin om att returtemperaturen kan sänkas genom att höja framtemperaturen grundar sig i att man borde kunna betrakta hela fj ärrvärmenätet inklusive kundanläggningar, som en enda stor värmeväxlare. I praktiken har man mindre eller större avvikelser från detta "ideala" betraktelsesätt. I alla nät finns ett antal kortslutningar (medvetna eller omedvetna) som gör att man avviker från värmeväxlarmodellen. I riktigt dåliga nät kan t o m returtemperaturen följa med framtemperaturen. Testerna som gjorts i Enköping avseende höjd framtemperatur stärker bilden av att det nog är väl förenklat att betrakta nätet som en värmeväxlare. Resultaten från testerna i Enköping pekar ändå på att returtemperaturen svarar negativt vid förhöjd framtemperatur, med en returtemperaturkoefficient på c:a - 0,15. Även om detta är i nivå med vad ett idealt nät borde ge, kan man anta att Enköpings nät har flera fel och brister som uppväger varandra över tiden. Denna rapport understryker att det är viktigt att optimera hela energisystemet från produktion till kund. Vid kraftvärmeproduktion är det mycket viktigt hur man kör ackumulatorn och driftstrategin är ibland inte helt förutsägbar. Rekommendationer Varje energiföretag bör kartlägga sina processamband. Det lönar sig troligen redan första dagen. Befintliga processdatorsystem bör utnyttjas för optimeringsberäkningar on-line och datainsamling. Om möjligt utnyttja kopplingar till excel. Alla fjärrvärmeföretag bör testa sina fjärrvärmenät m h t hur returtemperaturen svarar vid förhöjd framtemperatur. Berörda energiföretag bör omgående analysera om man kör med riktig strategi avseende framtemperaturen och därmed returtemperaturen. Varje energiföretag bör ha en långsiktig strategi för hur man säkerställer att hela energisystemet körs på effektivast möjliga sätt. FVF skulle kunna initiera ett separat projekt där styrning av framtemperaturen och dess påverkan på returtemperaturen utreds mer detaljerat.

11 FVF Oktober Bakgrund Många fjärrvärmeföretag har kraftfulla processdatorer för sina produktionsanläggningar. Dessa datorer nyttjas sällan maximalt med avseende på optimering och uppföljning av produktionen e t c. Beräkningsförutsättningar samt samband är många gånger komplexa och lämpar sig därför väl att behandla i processdatorsystemen. I denna miljö finns också tillgång till olika processparametrar on-line. Grunden för en bra optimeringsmodell är just att kunna beskriva systemets processamband på ett fullgott sätt. Utvecklingen när det gäller optimering går mer och mer mot att försöka "greppa" hela systemet. För ett kraftvärmesystem med rökgaskondensering är det t ex inte självklart vilken nivå på framtemperatur man skall hålla. En låg framtemperatur är fördelaktig för elproduktionen men driver samtidigt upp returtemperaturen vilket är negativt för rökgaskondenseringen. För energisystem som påverkas av fjärrvärmetemperaturerna är det viktigt att ta hänsyn till dessa konsekvenser vid optimering av produktionen. För att kunna utföra en dylik "systemoptimering" måste inte bara produktionssambanden härledas utan även fjärrvärmenätets egenskaper. I Enköping där basproduktionen utgörs av ett biobränsleeldat kraftvärmeverk med rökgaskondensering har flera intressanta utvecklingsprojekt genomförts inom ovan nämnda område. Följande insatser har utförts eller är under genomförande; Produktionsanläggningens olika beräkningssamband har noggrant kartlagts Fjärrvärmenätets egenskaper har utretts i flera etapper. En returtemperaturstudie med nyttoanalys har genomförts. Laborationer i form av temporärt höjda framtemperaturer har genomförts. Syftet har varit att testa hur retur temperaturen svarar (sjunker), vid höjning av framledningstemperaturen. Planerings/optimeringsverktyg (offline-modeller) har tagits fram i "Windowsmiljö". En plattform håller på att tas fram där optimerings/planeringsmodellen implementeras i driftdatormiljön. Detta innebär att man har tillgång till drift datorns databas och får en online-modell, samtidigt som produktionsupp följning kan göras mot samma databas. Till optimerings/planeringsmodellen knyts en ekonomimodul som redovisar olika "körningsalternativ" i kronor. Svenska Fjärrvärmeföreningen (FVF) har tidigare genom LAV A-projektet identifierat för medlemsföretagen hur mycket det finns att tjäna på lägre returtemperatur i fjärrvärmenäten. Detta projekt kan delvis ses som en förlängning av det förra genom att identifiera hur mycket returtemperaturen går att påverka genom att ändra framtemperaturen. Det kan vissa tider på året vara lönsamt att höja framtemperaturen för att på detta sätt sänka returtemperaturen. Att skapa förutsättningar för att optimera hela energisystemet fram till kundcentralen (fjärrvärmecentral), kan sannolikt spara stora pengar för energiföretagen. Detta gäller framförallt komplexa system med t ex både elproduktion och rökgaskondensering,

12 FVF Oktober 2002 vars optimala driftläggning varierar över året och beror av ett antal yttre förutsättningar.

13 FVF Oktober Syfte Huvudsyftet med denna rapport är att påvisa nyttan med produktionsoptimering och med särskild tyngd på optimering av hela j]ärrvärmesystemet fram till kund. Denna systemoptimering utförs med Enköpings kraftvärmesystem som exempel och utifrån resultaten görs vissa generella tolkningar. Ett viktigt delsyfte är att redovisa hur returtemperaturen påverkas av framtemperaturen samt vilken ekonomisk nytta optimering av systemtemperaturerna kan ge. Även här används Enköpings kraftvärmesystem som basexempel. Dessa resultat skall också indikera vilken strategi olika typer av produktionsanläggningar bör ha avseende optimala systemtemperaturer. Ett ytterligare delsyfte med denna rapport är att ge exempel på metodik för hur ett fjärrvärmeföretag kan gå tillväga för att kartlägga processamband för produktion samt i] ärrvärmenät. Dessa samband utgör grunden för att kunna skapa en optimeringsmodell för energisystemet. Resultatet är avsett att kunna användas av anläggningsägare som vill skapa ett bra underlag för framtida optimering av energiproduktionen. Detta underlag kan givetvis användas som indata till på marknaden existerande optimeringsprogram. Alternativt kan anläggningsägaren tillsammans med en lämplig partner utveckla egna optimeringsmodeller med underlaget som grund. Rapporten skall indikera hur mycket pengar som kan sparas in med hjälp av en god optimering av såväl produktion som fj ärrvärmenät med resultat från Enköpings kraftvärmeverk som exempel. Detta skall i sin tur skapa incitament för flera av FVFs medlemsföretag att förbättra sin planering/optimering av produktionen. Förhoppningsvis skall rapporten klargöra vilket värde en riktig strategi för styrning/ optimering av systemtemperaturerna kan ha.

14 FVF Oktober Bakgrundsdata och förutsättningar 4.1. Beskrivning av fjärrvärmesystemet i Enköping Fjärrvärmenätet i Enköping anlades i början på 70-talet. En snabb utbyggnad skedde under åren och nätet har för närvarande en kulvertlängd på 73,7 km. Det är uppbyggt med en kombination av ring- och förgreningsnät vilket är den vanligaste typen av nät i Sverige. Volymen i nätet är 3100 m 3 och ackumulatorn rymmer 7000 m 3. Den anslutna effekten är 137 MW. De flesta fastigheter i Enköping är anslutna till fjärrvärmenätet och antalet abonnemang uppgick 1999 till 1266 stycken. Av dessa är 88 % bostadsfastigheter ( d v s villor och flerbostadshus). Bland de större abonnenterna finns regementet SI och ett lasarett. Enköpings kraftvärmeverk (ENA-kraft) består av en fliseldad kraftverkspanna med roster. Verket består i huvudsak av: En turbin, som är uppdelad i en högtrycks- och en lågtrycksdel. En kondensor, där ångan efter turbinen kondenseras mot fjärrvärmenätet. En hetvattenackumulator som rymmer ca 325 MWh. En rökgaskondensor (RGK) som är kopplad till fjärrvärmens returledning. Värmeeffekten ligger normalt på MW. Nedan visas en schematisk bild över kraftvärmeprocessen med tillhörande fjärrvärmesystem. Schemat symboliserar också systemgränsen for optimeringsmodellen. Bild Systemschema Enköping I Kundanläggning Mat a tvätt en pump j Matatvattentank Bränslet som används till kraftvärmepannan är flis bestående av gröt, spån, bark och energiskog. Fukthalten varierar, men ligger vanligtvis kring 50 %.

15 FVF Oktober 2002 Anläggningens produktionskapacitet är på 55 MW värme, inklusive RGK, och 23 MW el. Lägsta effekt som pannan kan köras på är ca 17 MW. Normaldata från kraftvärmeblocket (ENA kraft) Ångflöde Ångtryck 100 bar Ångtemperatur NOx-utsläpp 40mg/MJ Framtemperatur Returtemperatur Biobränsleförbrukning loonrvtim Förutom denna anläggning finns även en träpulvereldad hetvattenpanna på 22 MW, som används vid höglasterioder då utetemperaturen kryper ned mot ca -7 C långvarigt. Denna panna körs också som enda panna över sommaren, då effektbehovet är för lågt för att kraftvärmepannan ska kunna köras. Det finns även diverse oljeeldade reservpannor samt en elångpanna. Kraftvärmeverket är bemannat dygnet runt med 2 man per skift (gäller under kraftvärmeverkets driftsäsong). Kraftvärmeverket är i förhållande till fjärrvärmenätet mycket stort. Detta framgår av varaktighetsdiagram nedan. Bild Varaktighetsdiagram för energiproduktion i Enköping Energiproduktion i Enköping MAX-EFFEKTl INDATA BEHOV PANNENHETER -1 tm Träpulver k DKW-el iflntttltrm^ Träpulver lutnyttjningstid värt l ^ -i500q_-j EL brutto Motttycktot varav vinter 1' varav sommar _^ ' - Elproduktion Mottryck tot varav sommar RESULTAT nhet GWh 4.2. Systemtemperaturer för fjärrvärmesystemet i Enköping Ett viktigt delsyfte med rapporten är att redovisa hur returtemperaturen påverkas av framtemperaturen samt vilken ekonomisk nytta optimering av systemtemperaturerna kan ge. För att kunna göra det måste det finnas en grundkurva för

16 framtemperaturen i modellen och den representerar den mintemperatur som måste

17 FV-temp FVF Oktober 2002 hållas för att ej överskrida nätets maxflöde under dygnets höglasttid (oftast en morgontimme). Returtemperaturen är framtagen ur statistiska värden från ENA-krafts process- Nedanstående figur visar den statistiska fram- och returtemperaturen som funktion av utomhustemperaturen i Enköping. Enköping väljer en för dygnet representativ framtemperatur ur kurvan. Bild Fram och retnrtemperaturer för Enköpings fjärrvärmenät FV-temperaturer =f(tute) o - - > Beskrivning av optimeringsmodellen Denna optimeringsmodell är specifikt framtagen för Enköping. Själva modellen är därmed inte applicerbar på andra anläggningar med annorlunda uppbyggnad. Grundtanken är att modellen skall kunna optimera hela fjärrvärmesystemet fram till kund. Detta betyder att förutom traditionell produktionsoptimering skall även fjärrvärmenätets egenskaper vägas in och beaktas. Samspelet inom hela energisystemet kan därigenom belysas. Hur komplicerat ett fjärrvärmesystem med tillhörande produktion än är, så kan man alltid använda samma tankesätt och uppbyggnad för optimering, som beskrivs här. En anläggning med t ex flera kraftvärmeenheter blir betydligt mer komplicerad att optimera ur beräkningssynpunkt. Det är dock mest fråga om matematisk behandling samt databehandling. / grunden krävs samma metodik för

18 FVF Oktober 2002 att beskriva processamband för såväl produktions anläggningar som fjärrvärmenät I detta fall har beskrivningen av processambanden ofta förenklats för att göra beräkningsmodellen kraftfullare. Principen för att optimera fram- och returtemperaturen är att betrakta som generell och användbar för alla fj ärrvärmesystem Indata För att kunna beräkna i optimeringsmodellen krävs det vissa indata och de parametrar som i huvudsak styr modellen är: Utomhustemperaturen (prognos från SMHI) Framtemperaturen Elbörspris (kraftvärmeanläggningar) Fukthalt i bränslet Bränslepris samt skatter Eventuell i och urladdning av ackumulator Returtemperaturkoefficienten I optimeringsmodellen kan väljas om turbinen ska vara i eller ur drift och denna möjlighet finns även avseende RGK. Utomhustemperaturen Den temperaturprognos som kommer från SMHI läggs in manuellt timme för timme för ett helt dygn i optimeringsmodellen. Elbörspris På samma sätt som för utomhustemperaturen hämtas elbörspriset in från kontrakterad spotmarknad och läggs ut timme för timme för ett helt dygn i modellen. Framtemperaturen ENA kraft har tagit fram en framtemperatur som är linjärt beroende av utomhustemperaturen ned till ca 0 C. Vid utetemperatur över 0 C ligger framtemperaturen på konstant nivå (se bild 4.2.1). Fukthalt i bränslet Bränsleprov tas på inkommande flislastbilar och läggs sedan in i ENA-krafts processdatabas där värdena läses av och matas manuellt in i modellen. Bränslepris Priset på bränslet bestäms inför varje driftsäsong och ligger för nuvarande på c:a 120 kr/mwh inkl.nh 3 samt aska. I Enköping bestäms MWh från effektiva värmevärdet på bränslet. En del värmeverk betalar per producerad MWh värme men måste då uppfylla krav på pannverkningsgrad.

19 FVF Oktober 2002 I och urladdning av ackumulatorn Laddning eller urladdning av ackumulatorn matas timvis in i modellen med ett positivt eller negativt siffervärde for ett helt dygn. Den maximala i- och urladdningseffekten till ackumulatorn är 30 MW. Hur man får använda ackumulatorn styrs av en mängd randvillkor som t ex min och max för i och urladdningseffekt, min och max energiinnehåll, samt min och maxeffekt för kraftvärmeblocket Beräkningsmetodik Att beskriva beräkningsmetodiken for en optimeringsmodell utan att gå in i detaljnivå är svårt. Här följer en övergripande beskrivning utan fördjupning i allt för mycket detaljer och matematiska samband. Under avsnitt 7 och "Kartläggning av processamband" redovisas modellens uppbyggnad mer i detalj och med matematiska samband för den som vill fördjupa sig ytterligare. Utifrån inläst (eller inmatad) prognos för utomhustemperaturen timme för timme för ett helt dygn, beräknar modellen ut ett timbaserat värmebehov för fjärrvärmenätet (total kundeffekt). Modellen beräknar därefter en fram- och returtemperatur som är beroende av utomhustemperaturen. Dessa värden är statistiska värden och är hämtade ur ENA-krafts processdatabas. De statistiska värdena ger modellen rätt temperatur och kundeffekt, vid given utomhustemperatur. Baserat på aktuella fram- och returtemperaturer beräknas därefter fjärrvärmeförlusterna fram för systemet. Grunddata till förlustberäkningen utgörs av fj ärrvärmenätets hela längd, kulvertens medeldiameter, kulvertens medel k-värde samt årsmedelvärdet för omgivningstemperaturen Dessa grunddata ligger som konstanter i modellen, men kan lätt uppdateras vid förändringar av nätet. Produktionseffekten fastställs genom att nätets värmeförluster adderas till kundeffekten. Modellen kan sedan beräkna nätets flödesbehov. Med hjälp av flödet kan fjärrvärmetemperaturen efter varje kondensorsteg beräknas i produktionsanläggningen. I början av beräkningsmodellen går det att välja om turbinen och/eller RGK skall vara i eller ur drift. Vilket val man än gör, sker en serie beräkningar och iterationer i modellen för att bestämma effekter, temperaturer, kostnader, m m. Nedan följer en kortfattad beskrivning av beräkningsförloppet om man har valt turbinen och RGK i drift (vilket är det mest avancerade beräkningsfallet). När fram- och returtemperaturen är kända liksom flödet, beräknas effekten i RGK. RGK's effekt beror av inkommande returtemperatur, fukthalten i bränslet, samt panneffekten. Med hjälp av fjärrvärmeflödet och RGK's effekt fås fjärrvärmetemperaturen efter RGK, d vs ingående temperatur till varmkondensor 1 (VK1). Principen för flödes- och temperaturbalanser framgår i bild När både ingående och utgående temperaturer är kända kan kondensortrycket (medelvärde

20 FVF Oktober 2002 för VK1 och VK 2) bestämmas. Alfavärdet (elkvot) för turbinen beror av kondensortryck samt panneffekt och bestäms m h a en modul som itererar fram rätt värde ur en matris. Värdena i matrisen är hämtade från Enköpings processdator. Turbinens nettoeleffekt beräknas som produkten av alfavärdet och värmeeffekten i kondensorerna. Turbinens bruttoeffekt beräknas som summan av nettoeleffekten och beräknad hjälpkraftförbrukning. Det skall påpekas att vid beräkning av elintäkter tas hänsyn även till distributionspumpens elförbrukning. Detta är en viktig parameter vid optimering av fjärrvärmenätets drift. När alla produktionsdata beräknats så återstår den slutgiltiga ekonomiska beräkningen i modellen, som skall binda samman allting för att ge ett bra verktyg att jämföra olika driftfall med varandra. Med hjälp av olika ekonomiska indata som t ex bränslepriser, skatter/avgifter, DoU-kostnader och prognosticerade elbörspriser, beräknas produktionskostnader och intäkter. För att förenkla beräkningarna har intäktssidan för fjärrvärmeleveransen strukits. Motiveringen till detta är att försäljningsvolymen av fjärrvärme (och därmed intäkten) är oberoende av strategi för produktion och nätdrift. Förbrukningen av värme hos kund är alltså given, medan produktions- och distributionskostnaden för värmen, liksom intäkten för el beror av hur produktionsanläggningarna samt fjärrvärmesystemet körs. Utifrån detta har ett resulterande nyckeltal formulerats som benämns "nettoproduktionskostnad". Detta nyckeltal talar om hur mycket en MWh värme kostar att producera när man från totala produktionskostnader drar av intäkten för elproduktionen. Ju lägre värde nyckeltalet har, ju effektivare har kundens värmebehov tillgodosetts Optimering av systemtemperaturer I programmet ges det möjligheter att optimera systemtemperaturerna med hänsyn till bästa ekonomiska utfall. I modellen finns det begränsningar i form av min och maxvärden för framtemperaturen och för Enköping gäller en mintemperatur på 78 C och en maxtemperatur på 110 C. Dessa begränsningar är givetvis unika för varje fjärrvärmesystem. För varje grad inom dessa temperaturgränser och timma för timma, går modellen igenom beräkningsprocessen för att optimera fram bästa ekonomiska systemtemperaturer. Detta kräver stor datorkapacitet för att hålla ned beräkningstiden. Programmet lägger sedan ut resultatet på timnivå i en kostnadstabell. Ett annat randvillkor som måste anges i modellen är det maxflöde som kan pumpas ut på nätet, i Enköpings fall 1200 m 3 /h. För att kunna negligera framtemperaturer som ligger utanför driftområdet för vad distributionspumpen klarar av flödesmässigt, jämförs resultatet i kostnadstabellen med en likadan framräknad och uppbyggd tabell för flödet. Flödestabellen ger också information om var begränsningar inträffar och hur profilen ser ut över dygnet.

21 FVF Oktober 2002 Programmet sammanställer sedan alla resultat i en dygnstabell där den mest optimala framtemperaturen timma för timma och mest lönsamma dygnsmedeltemperaturen på framledningen kan jämföras ekonomiskt med varandra och mot en grundberäkning för ordinarie framkurva. Det finns även möjlighet i programmet att manuellt styra framtemperaturen för att själv utvärdera kostnadseffekterna för systemet. Nedan visas ett exempel på resultattabellen. Tabell Residtattabell Timopnmerat \ 1 i Pel,netto prod.kostn. Höjning Pel,netto prodkostn. Höjning prod.kostn Ibland vill modellen ha maximal framtemperatur på natten och mintemperatur på dagen. Detta är dock inget enkelt driftsätt m h t dynamiska effekter samt fördröjningar på fj ärrvärmenätet. Den ekonomiska resultatförbättringen är dessutom oftast marginell. I resultattabellen framgår hursomhelst vilken ekonomisk försämring som uppstår om man väljer en dygnsmedeltemperatur i stället för att optimera framtemperaturen timma för timma Förutsättningar för optimeringsberäkningar Att välja förutsättningar som täcker in alla tänkbara driftfall vid optimering av produktionsanläggningar samt fjärrvärmesystem är inte helt lätt. Svårigheten ligger i att kunna dra generella slutsatser för olika typer av anläggningar. Vi har dock valt förutsättningar för optimeringen med omsorg, för att kunna ge en så generell bild av resultaten som möjligt. Fokus har lagts på optimering under kraftvärmeverkets driftsäsong som är c:a 5500 h/år. Detta täcker in vinterperioden samt stor del av höst- och vårperioden. För beräkningarna har valts två grundfall, ett vinterfall och ett vår/höstfall som kompletteras med olika förutsättningar. Nedan följer en kort beskrivning över dessa förutsättningar.

22 FVF Oktober 2002 Utomhustemperatur Vinterfallet har en dygnsmedeltemperatur på -6 C och vår/höstfallet +3 C i dygnsmedeltemperatur. Nedanstående figur visar temperaturvariationen under dygnet. Bild Kurvor för utomhustemperaturer Utomhustemperaturkurva /vv//y///y//y//y/yyyyyyy Elbörspris Elpriset på börsen kan variera kraftigt mellan olika år beroende på om det har varit ett torr- eller våtår eller om det under vinterperioden har varit extremt varmt eller kallt. För att fa in alla dessa faktorer har elbörspriset delats in i tre olika prisnivåer, lågt, medel och högt elbörspris. De olika nivåerna används både för vinter och vår/höstfallen. Elprisets variation över dygnet påverkar i hög grad hur man optimerar driften av ett kraftvärmeverk med ackumulator. I grundberäkningama har en "normal" variation använts där elpriskvoten mellan dag- och nattpris är satt till 1,33.1 vissa beräkningar har en hög elpriskvot på 2 använts.

23 FVF Oktober 2002 Nedanstående figur visar de olika nivåerna för elbörspriset och med variation under dygnet enligt "normal elpriskvot". Bild Elbörsprisscenarier Elbörsprisscenarier ihögtelbörspris, dygnsmedel 350 kr/mwh 1 Medel elbörspris, dygnsmedel 250 kr/mwh ilågt elbörspris, dygnsmedel 150 kr/mwh ^vy/y/^vvv^vyy^vyi^^^yy I modellen beräknas elintäkten baserat på den nettoelproduktion som levereras ut på regionelnätet. Från generatorns klämeffekt görs alltså avdrag för intern hjälpkraft samt transformatorförluster. Modellen tar också hänsyn till förbrukning av el till distributionspumpen. Hjälpkraft till en biobränsleeldad kraftvärmeanläggning är skattebefriad. En mindre eller större del av den producerade elkraften kan dessutom användas för att inom verksamheten ersätta elskattepliktig hjälpkraft. Detta innebär att anläggningen får en form av extratillskott avseende elintäkten. Vissa anläggningar når därmed redan idag ett elbörsvärde på nivån 350 kr/mwh. Bränslefukthalt Fukthalt i bränslet skrivs in som ett medelvärde för aktuellt dygn. Fukthalten har precis som för elbörspriset delats upp i tre olika nivåer, lågt (40 %), mellan (50 %) och högt (60 %). I grundberäkningarna används fukthalten 50%. Bränslepris Bränslepriset på bränslet har för alla grundberäkningar låsts vid 120 kr/mwh. Endast vid ett optimeringsfall har testats med ett halverat bränslepris. Detta avses symbolisera prisnivån för t ex returflis. Returtemperaturkoefficient Utifrån gjorda tester samt beräkningar har returtemperaturkoefficienten fastställts till -0,15. Detta värde används i alla grundberäkningar. I optimeringsmodellen kan koefficienten ändras vid behov. Vid några simuleringar används en högre koefficient på -0,3. Denna nivå innebär att man till viss del släcker ut kortslutningar (som