EXAMENSARBETE. Fjärrvärme i Juoksengi

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2009:025 CIV Fjärrvärme i Juoksengi Mikael Wiklund Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Maskinteknik Institutionen för Tillämpad fysik, maskin- och materialteknik Avdelningen för Energiteknik 2009:025 CIV - ISSN: ISRN: LTU-EX--09/025--SE

2 Sammanfattning En planerad biogasanläggning i Juoksengi ger ett värmeöverskott på 535 MWh/år. För att förbättra lönsamheten i anläggningen framfördes iden med ett fjärrvärmenät där överskottsvärmen går till att värma lokaler i byn. Värmebehovet för de fastigheter som har visat intresse för att ansluta sig till ett fjärrvärmenät uppgår till cirka 2800 MWh/år. Två flispannor på vardera 450 kw placeras i skolans lokaler för att täcka upp resterande värmebehov samt inte minst det erforderliga effektbehovet på cirka 1,3 MW. Reservkapacitet i produktionsanläggningen utgörs av en befintlig pelletspanna och en oljepanna på 300 kw respektive 200 kw. Distributionsnätet karaktäriseras av relativt låg linjetäthet, d.v.s. många meter ledning per såld värmeenhet. Stor spridning på värmebehovet i kombination med att det inte finns några större värmekunder förutom skolan är rimliga orsaker. Detta gör även att värmeförlusterna för nätet blir förhållandevis stora, cirka 22 % av producerad värme utgörs av förluster. Investeringen för distributionsnätet har räknats på två olika sätt, då de skiljde sig tämligen mycket åt. Värmeproduktionskostnaden för såld värme uppgår, beroende på investeringen, till 506 kr/mwh respektive 602 kr/mwh. Detta förutsätter även att statliga bidrag erhålls. I kundunderlaget fanns sex fastigheter som är perifert belägna i byns nordliga del. Den ekonomiska analysen visar att det inte är lönsamt att bygga distributionsnätet för att täcka dessa. Det finns emellertid fler potentiella kunder i området, om minst 4 eller 11 till är beredda att ansluta sig, beroende på hur investeringen räknas, blir det värt att bygga distributionsnätet för att även omfatta de nordliga delarna. Ett fjärrvärmenät skulle leda till minskad miljöpåverkan då kunderna i stor utsträckning går från olja och elanvändning till klimatneutralt skogsflis. Emissionen av CO 2 skulle minska med cirka 600 ton/år. Man får också en bättre lokal miljö då centrala anläggningar i regel har högre skorstenar. Dessutom ingår utrustning för partikelrening för flispannorna i form av två cykloner. i

3 Abstract A planned biogas plant in Juoksengi would give a heat surplus in the magnitude of 535 MWh/year. In order to improve the profitability of the plant, the idea of a district heating network was presented which would give outlet for the surplus heat. The heat demand for the interested customers amounts to about 2800 MWh/year. Two wood chips boilers, each at 450 kw, are placed in the school building. This is necessary in order to produce the required power demand at 1,3 MW. Reserve kapacity in the production plant is represented by a 300 kw wood pellets boiler and a 200 kw oil boiler. The pipe network is characterized by relatively low sold heat to pipe lenght ratio. Large spread of the heat demand in combination with few big heat customers are reasonable explanations. As a consequense of this, the network has also quite large heat losses, approximately 22 % of produced heat constitute heat losses. Investment costs for the pipe network are calculated in two different ways since the difference was considerable. Depending on which investment cost used, the production cost for sold heat amounts to 506 kr/mwh respectively 602 kr/mwh. These figures also assume that subsidy is received. There were six customers amongst the interested which are located in the northern periphery of the village. The economic analysis showed that it is not profitable to build the pipe network to include these. However there are more potential customers in the area. If four or eleven, depending on how investment costs are calculated, additional customers are willing to connect to the district heating network it becomes profitable to expand it to the northern part of Juoksengi. A district heating network in Juoksengi would lead to reduced environment impact since the customers largely goes from oil and electricity use to climate neutral wood chips. Emissions of CO 2 would be reduced with about 600 tonnes/year. Besides reduced global impact, improved local environment is obtained with higher chimneys that centralized production brings. Also, the wood chips boilers in the production plant are equipped with cyklones for particulate cleaning. ii

4 Innehåll SAMMANFATTNING I ABSTRACT II INNEHÅLL III 1 INTRODUKTION BAKGRUND MÅL AVGRÄNSNING 1 2 FJÄRRVÄRME GRUNDLÄGGANDE PRINCIPER ALLMÄN SYSTEMBESKRIVNING PRODUKTIONSANLÄGGNING Förbränningsutrustning Effektreglering DISTRIBUTIONSNÄT Ledningsrör , 2-, 3-, 4-rörssystem Nätstruktur ABONNENTCENTRAL Abonnentens uppvärmningssystem Kopplingsprinciper Reglering 9 3 DIMENSIONERING RÖRDIMENSIONERING VÄRMEFÖRLUSTER TRYCKFALL OCH PUMPKAPACITET TRYCKHÅLLNING SAMMANLAGRING 14 4 FÖRUTSÄTTNINGAR I JUOKSENGI KUNDUNDERLAG Värmebehov Effektbehov Geografisk avgränsning KRAFTVÄRMEANLÄGGNINGEN Överskottseffekt PRODUKTIONSANLÄGGNING BRÄNSLE SAMMANSTÄLLNING AV PROJEKTFÖRUTSÄTTNINGAR 21 5 DISTRIBUTIONSNÄT MATERIAL Rör Muffar Ventiler Larmsystem LEDNINGSDRAGNING RESERVKAPACITET OCH ANSLUTNINGSGRAD RÖRDIMENSIONERING TRYCKFALL VÄRMEFÖRLUSTER LINJETÄTHET ÖVERFÖRINGSLEDNING EXPANSION NORRUT 29 6 PRODUKTIONSANLÄGGNING PRODUKTIONSKAPACITET PANNKONFIGURATION 32 7 EKONOMI INVESTERING Distributionsnät 35 iii

5 7.1.2 Produktionsanläggning Abonnentcentral Överföringsledning DRIFTSKOSTNADER VÄRMEPRODUKTIONSKOSTNAD KÄNSLIGHETSANALYS INFLYTANDE PÅ KRAFTVÄRMEANLÄGGNINGENS EKONOMI 41 8 MILJÖ MILJÖVÄRDERING AV EL MARGINALEL MILJÖVÄRDERING AV OLJA EMISSIONSREDUKTIONER 43 9 DISKUSSION SLUTSATS REFERENSER 48 BILAGA 1 KUNDUNDERLAG 49 BILAGA 2 MATERIALKOSTNADER 51 iv

6 1 Introduktion 1.1 Bakgrund I Juoksengi, Övertorneå kommun, finns ett stort jordbruk med en besättning på närmare 300 djur. I en kurs vid LTU genomfördes förra året ett projekt där man studerade och dimensionerade en anläggning för produktion av biogas från den gödsel som dessa djur levererar. När man tittade på möjligheterna att utnyttja den producerade biogasen bestämde man sig för att föreslå kraftvärmeproduktion. El och värme skulle produceras och en del användas internt i lagårdsanläggningen medan överskottet skulle säljas. Överskottsel kan säljas ut på elnätet men man behöver en avsättning för överskottsvärmen. Detta motiverar iden att leverera värme till lokaler i byn, alltså uppföra ett fjärrvärmenät. Förutom möjligheten att få avsättning för överskottsvärmen brukar följande argument anföras till fjärrvärmens fördel: Lägre specifika kostnader för värmeproduktion i större anläggningar Sämre och billigare bränslen kan användas Normalt högre verkningsgrader vid förbränning i stora enheter än i mindre byggnadsanknutna enheter Bättre lokal miljö genom en bättre förbränning och höga skorstenar Bättre global miljö genom att det är enklare och billigare att genomföra miljöskyddande åtgärder i större, centrala produktionsanläggningar Lägre brandfara i städer genom att lokala eldstäder försvinner Ökad flexibilitet på energitillförselsidan genom att produktionsapparaten kan förändras på ett par år Mindre utrymme för värmeinstallationer i byggnader 1.2 Mål Dimensionera ett fjärrvärmesystem i Juoksengi med hänsyn till den överskottsvärme som finns tillgänglig från kraftvärmeanläggningen samt göra en ekonomisk utvärdering av projektets förutsättningar. 1.3 Avgränsning Dimensionering med avseende på spänningar i distributionsnätet har inte genomförts. 1

7 2 Fjärrvärme grundläggande principer 2.1 Allmän systembeskrivning Ett fjärrvärmesystem beskrivs vanligen genom en uppdelning i tre delsystem, nämligen; produktionsanläggningar, distributionsledningar och abonnentcentraler. Produktionsanläggningen omvandlar energikällan, vilken t.ex. kan vara trädbränslen eller sopor, till värme i form av hetvatten eller ånga. Vidare transporteras värmen till abonnenterna genom distributionsledningarna. Dessa är isolerade för att minimera värmeförluster. Vattencirkulationen i ledningsnätet upprätthålls genom eldrivna pumpar. Vid abonnenten överförs värmen från framledningen i abonnentcentraler för lokaluppvärmning och/eller uppvärmning av tappvarmvatten. Det avkylda vattnet leds tillbaka till produktionsanläggningen i returledningen för att åter värmas upp. Figur 2.1 illustrerar ett fjärrvärmesystem, F och R betecknar framledning respektive returledning. [1] 2.2 Produktionsanläggning Figur 2.1 Allmän systembeskrivning [2] Ett fjärrvärmesystem består av en eller flera produktionsanläggningar. Produktionsanläggningen skall förse fjärrvärmesystemet med värmeenergi. Den absolut vanligaste metoden för detta är omvandling av kemisk bunden energi i bränslen till värmeenergi genom förbränning. Andra metoder är utnyttjande av spillvärme från industrin, användning av värmepumpar, solkoncentratorer mm. I princip alla energikällor som kan utnyttjas för produktion av elkraft och för enskild husuppvärmning kan också användas för fjärrvärmeproduktion. [1] Fördelningen av tillförd energi vid de svenska fjärr- och kraftvärmeverken återges i figur 2.2. Total tillförd energi var 58,9 TWh, producerad kraftvärme 6,0 TWh och levererad värmeenergi 48,5 TWh. Totalverkningsgraden eller förhållanden mellan levererad och tillförd energi var 82 % inklusive elkraft för hjälpaggregat. [3] 2

8 Produktion från värmepumpar 9% Elenergi till elpannor 1% Naturgas 5% Torv 6% Hetvatten 1% Olja 6% Kol 5% Industriell spillvärme 11% Biobränslen 43% Avfall 13% Figur 2.2 Fördelning av tillförd energi 2005 vid svenska fjärr- och kraftvärmeverk [3] Förbränningsutrustning Grundläggande principen vid all förbränning är att sammanföra bränsle och luft i en panna eller brännkammare. Utrustningen man använder kan delas in i tre huvudtyper; brännare, roster och fluidiserade bäddar. Bränsletyp, bränslekvalite, anläggningseffekt samt ekonomiska faktorer avgör vilken teknik som lämpar sig bäst. [4] Brännare används för bränslen i gasform, flytande form och även för fasta bränslen i pulverform, de två först nämnda bränns nästan uteslutande i brännare. Brännare karaktäriseras av att bränslet och luften tillförs brännkammaren tillsammans genom brännaren, ofta blandat i förväg. För att uppnå fullständig förbränning tillförs ibland ytterligare luft till brännkammaren i ett andra och även tredje steg, s.k. sekundär- och tertiärluft, speciellt vid pulverbränning. Gas- och oljebrännare finns tillgängliga från några enstaka kilowatt (ännu lägre för gasbrännare) till tiotals megawatt. Pulverbrännare används främst i större installationer. [4] Vid rosteldning används endast fasta bränslen. Principen för roster är att bränslet vilar på någon form av stålkonstruktion där luft tillförs genom bränslebädden. Bränsletillförseln kan t.ex. ske genom att en skruv matar upp bränslet underifrån (stokerskruv). I pannan i figur 2.3 matas bränslet fram med hjälp av gravitationen via en snedrost, längre ner återfinns en rörlig fotrost där koksförbränningen sker. På vägen ner för snedrosten avger bränslet pyrolysgaser som förbränns ovanför bränslebädden. Detta innebär, som nästan alltid vid rostereldning, att en stor del av luften tillförs som sekundärluft. Jämfört med pulvereldning är förbränningsverkningsgraden något lägre vid rosteldning. I gengäld kan man förbränna ett bredare register av bränslen. Rosteldning är vanlig vid mindre och medelstora panneffekter. [1],[4] I en fluidiserad bädd hålls de fasta bränslet svävande i förbränningskammaren tillsammans med kalksten och ofta även sand. Bädden upprätthålls svävande genom att luft matas in underifrån med hög hastighet. Fördelarna med denna teknik är möjligheten att förbränna lågvärdiga bränslen och låga utsläpp av försurande ämnen. Till nackdelarna hör fläktarbetet som måste tillföras. Fluidiserade bäddar återfinns vanligen i det högre effektområdet. [1],[4] 3

9 Figur 2.3 Panna med snedrost kompletterad med rörlig fotrost.[1] I ett fjärrvärmesystem med flera produktionsenheter är det vanligt att en fastbränslepanna står för baslastproduktionen. Detta eftersom fastbränslepannor i regel har låga driftskostnader och höga fasta kostnader. Som spetslastproduktion kan t.ex. en oljepanna användas där förhållandet är det omvända, d.v.s. höga rörliga kostnader och låga fasta kostnader. [1] Effektreglering Abonnenternas värmebehov varierar över året. Effekten som levereras ut på nätet regleras i första hand genom att variera flödet medan framledningstemperaturen hålls konstant på lägsta möjliga nivå, vilket minimerar värmeförluster. När maximalt flöde uppnås regleras effekten genom att höjning av framledningstemperatur. Figur 2.4 illustrerar detta tillsammans med en typisk varaktighetskurva. Som synes varierar värmelasten kraftigt över årets timmar. En tumregel är att % av årsenergin kan produceras med ca 50 % av maximalt erforderligt effektbehov. Detta ställer krav på reglerbarhet i systemet. [2] Figur 2.4 Värmelastens variation och primärkretsens temperaturvariation. [2] 4

10 2.3 Distributionsnät Distributionsnätet har som uppgift att transportera värmen som tillförs systemet i produktionsanläggningen till abonnenten och abonnentcentralerna. Vatten (H 2 O) används nästan uteslutande som värmebärare. I äldre system, byggda före andra världskriget, baserades distributionen på ånga. Här kan t.ex. New Yorks fjärrvärmenät nämnas. I nyare fjärrvärmenät dominerar dock hetvattensystem. I Sverige dominerar hetvattentekniken helt. Ångnät ger under jämförbara förhållanden större värmeförluster vilket är en av orsakerna till att de frångicks. [1] Ledningsrör Ett ledningsrör eller kulvert är i regel uppbyggd i tre lager. Ett medierör som innesluter vattnet. Runt medieröret återfinns isolering för att minimera värmeförluster. Yttersta lagret utgörs av ett mantelrör som skyddar kulverten från skador. De flesta rörtillverkare erbjuder larmtråd som tillval. Med larmtråd kan man upptäcka och lokalisera läckor i ledningsnätet. En tidig upptäckt av fel ger mindre driftsstörningar och lägre reparationskostnader. Bland Svenska värmeverksföreningens medlemmar har 90 % larmtråd i sina system med PUR kulvert. [2] Figur 2.5 Direktskummad PUR kulvert [2] Den vanligaste typen av kulvert är den direktskummade PUR-kulverten, figur 2.5. Kulverten är uppbyggd med ett medierör av stål, isolering av PUR-skum (polyuretan) och mantelrör av PE (polyeten). Vid tillverkning skummas PUR-isoleringen direkt mot stålröret och mantelröret och ger därmed ett fast förband mellan dessa. Kulverten används i dimensionerna DN15 DN800 och temperaturer upp till 130 C (PUR isoleringens begränsning). [2] Där högre temperaturer erfordras finns en närbesläktat kulvert; PUR-kulvert med glidskikt. I denna kulverttyp läggs exempelvis mineralull mellan stålröret och PURisoleringen. Härigenom tillåts temperaturer på upp till 200 C. [2] Figur 2.6 Flexrör av varumärket Flexwell [2] 5

11 En kulverttyp som kräver få skarvar och som kan läggas i böjar förbi hinder i marken är flexrören, figur 2.6. Medieröret är tillverkat av korrugerat rostfritt stål eller koppar. Isoleringen består av ett flexibelt PIR- (polyisocyanat) eller PUR-skum, den tidigare medger högre arbetstemperatur, 160 C. Mantelröret finns i olika varianter, däribland ett korrugerat stålrör med utvändigt korrosionsskydd av en tunn PE-mantel. Flexrören används främst i mindre dimensioner, upp till DN125. [2] Det finns även kulvertar som har plaströr som medierör, vanligen PEX (tvärförnätad polyeten), isolering av PUR-skum och mantelrör av PE, PP (polypropen) eller PVC (polyvinylklorid). Till skillnad från medierör i metall klarar plaströren inte lika höga driftstemperaturer, kring 90 C. Även trycken i rören är begränsade till cirka 6 10 bar mot för metallrörens tryckklass på 16 bar. Kulvertar med medierör av plast finner sitt användningsområde begränsade till vissa servisledningar och lågtemperatursystem. [2] För mindre kulvertar är det vanligt med tvillingrör. I dessa är framledningen och returledningen inhysta i samma mantelrör. Fördelarna är mindre värmeförluster och materialåtgång. Till nackdelarna hör omständigare svetsarbeten vid montering. Statistik för kulvertkostnader visar att det för dimensioner under DN125 är ekonomiskt fördelaktigt att välja tvillingrör. [5] , 2-, 3-, 4-rörssystem Vad som hittills sagts om fjärrvärmesystem är baserat på 2-rörsprincipen, vilket även det flesta fjärrvärmesystem är uppbyggda enligt. Alltså en framledning och en returledning som löper parallellt i marken. Det finns även 1-, 3-, och 4-rörssystem. Fler rör innebär i regel ökade anläggningskostnader men ökad driftsflexibilitet. [1] Figur 2.7 a) 1-rörssystem b) 2-rörssystem c) 3-rörssystem d) 4-rörssystem [1] 1-rörssystem återfinns på Island och varianter av dito i länder i f.d. Sovjetunionen. I ett renodlat 1-rörssystem, figur 2.7a, går det uppvärmda vattnet från produktionsanläggningen genom abonnentens radiatorsystem för att sedan tappas som varmvatten. I idealfallet råder en balans mellan uppvärmningsbehovet och tappvarmvattenbehovet så att man varken slipper spola bort fjärrvärmevatten eller späda på med kallvatten i tappvarmvattenkretsen hos abonnenten. I verkligheten måste man åtminstone tidvis räkna med ett större eller mindre spill av fjärrvärmevatten i abonnentcentralerna. Vid dimensionerande utetemperatur krävs dessutom tämligen höga vattentemperaturer i fjärrvärmeledningen. I Ryska projekt förkommer temperaturer på uppåt 200 C. Fördelen med 1-rörssystem är minskade anläggningskostnader då man slipper returledningen. Mindre vattenflöde i 1- rörssystem till följd av högre avkylning medger även mindre dimensioner på ledningen i ett 1-rörssystem än i ett 2-rörssystem. [1] 6

12 I ett 3-rörssystem finns separata framledningar för byggnadsuppvärmning respektive tappvarmvatten samt en gemensam returledning, figur 2.7c. I 2-rörssystem kan inte framledningstemperaturen sänkas på sommaren under önskad temperatur på tappvarmvattnet. Detta medför att den relativa värmeförlusten från nätet ökar kraftigt under sommaren. I 3-rörssystem, där framledningen för tappvarmvatten kan byggas i mindre diameter, kan framledningen för byggnadsuppvärmning helt stängas av under sommarmånaderna med åtföljd reduktion av värmeförluster. Det enda större 3- rörssystemet i Västvärlden finns i Väst-Berlin. [1] 4-rörssystem erbjuder än större driftsflexibilitet då man har två 2-rörssystem som arbetar oberoende av varandra, figur 2.7d. Större fjärrvärmenät byggs dock av kostnadsskäl inte som renodlande 4-rörssystem. Vissa fjärrvärmenät i Sverige tillämpar dock 4-rörssystem i delar av nätet, främst där tät bebyggelse av småhus finns. [1],[3] Nätstruktur Rördiametern minskar generellt med ökat avstånd från produktionsanläggningen. De grövsta ledningarna som utgår från produktionsanläggningen kallas huvudledningar. Ledningarna som går in till de anslutna fastigheter kallas servisledningar. Ledningar som går däremellan betecknas fördelningsledningar. [1] Ledningsnätets struktur i en tätort beror till stor del på dess grad av utbyggnad. Med referens till figur 2.8 går utvecklingen i regel från a till d (fyrkanterna betecknar produktion). [1] Figur 2.8 a) Nät med öar b) Sammanhängande nät med trädstruktur c) Nät med en ringledning d) Maskat nät [6] I nät med ringledning och maskat nät har vattnet ofta alternativa vägar att gå vid ledningsbrott och ledningsarbeten. Detta reducerar risken för leveransavbrott. Även produktionsanläggningarna kan användas mer optimalt vid högre grad av sammanbindning. Till exempel kan den mest kostnadseffektiva anläggningen utnyttjas maximalt innan anläggningar med högre produktionskostnader tas i drift. [1] 7

13 2.4 Abonnentcentral I abonnentcentralen överförs värmeenergi från fjärrvärmenätet till den anslutna fastighetens interna uppvärmningssystem. Detta sker i regel i en eller flera värmeväxlare beroende på kopplingsprincipen. Förutom värmeväxlare, återfinns vanligen reglerventiler, avstängningsventiler, filter, mätare m.m. i en abonnentcentral. [1] Abonnentens uppvärmningssystem Kravet på den anslutna fastigheten är att ett centralvärmesystem finns. Det absolut vanligaste är vattenvärmesystem med radiatorer. Andra förkommande centralvärmesystem är till exempel golvvärme och luftvärme. Centralvärmesystemen för fjärrvärmeanslutna och icke fjärrvärmeanslutna fastigheter är i stora drag likadana. Vid konvertering till fjärrvärme i en fastighet med befintligt centralvärme behövs oftast inga åtgärder vidtas på detta område. [1] En viktig parameter för fjärrvärmesystemets utformning är vilka temperaturnivåer som råder i byggnadens uppvärmningssystem, eftersom det i hög grad påverkar vilka framlednings- och returtemperaturer som är möjliga i fjärrvärmenätet. I allmänhet strävar man efter låga framledningstemperaturer eftersom fler värmeproduktionssätt då blir möjliga, bl.a. solvärme. Lägre framledningstemperatur fordrar emellertid större värmeavgivande ytor i byggnaderna och är därför dyrare. Fram till början av 80-talet brukade radiatorsystem dimensioneras för en framledningstemperatur på 80 C och en returtemperatur på 60 C vid dimensionerad uteluftstemperatur, så kallade 80/60- system. Svensk byggnorm från 1982 stipulerar dimensionering för en maximal framledningstemperatur om 55 C eller 60 C i vissa fall av fjärrvärmeanslutna byggnader. Med denna framledningstemperatur brukar man tala om lågtemperatursystem. [1] Kopplingsprinciper I Sverige är den indirekt/slutna kopplingsprincipen rådande. Det innebär att abonnentcentralen består av en värmeväxlare för radiatorkretsen och en värmeväxlare för tappvarmvattenkretsen. [1] Direkt/slutet innebär att radiatorkretsen utnyttjar fjärrvärmevattnet direkt utan någon mellanliggande värmeväxlare medan tappvarmvattenkretsen är kopplad som i föregående princip. Förutom varianterna med indirekt respektive direkt koppling på radiatorkretsen finns även möjligheten till öppna varmvattensystem, alltså direkt/öppet och indirekt/öppet. I dessa kopplingsprinciper går fjärrvärmevattnet direkt in i tappvattensystemet. [1] Den huvudsakliga vinsten vid direkta/öppna system är lägre investeringskostnader då antalet värmeväxlare reduceras. I Sverige övergavs emellertid direkta kopplingar redan på 1950-talet efter några uppmärksammade haverier med stora vattenläckage. Då radiatorsystemet är hydrauliskt isolerad från fjärrvärmenätet i indirekta kopplingar är den potentiella mängden läckagevatten betydligt mindre. Andra fördelar med indirekta system är skydd mot tryckstötar och minskad risk för korrosion till följd av minskad transport av löst syre. Vad beträffar öppna system för tappvatten ställs höga 8

14 krav på vattenkvalitet. Korrosionsrisken är större samt problem med missfärgningar och lukt vid tappningsställena på grund av kemiska reaktioner i rörssystemet. [1] I avsnitt nämndes att 4-rörssystem förekommer på en del ställen i svenska fjärrvärmenät. Abonnentcentralen kallas i dessa fall för undercentral och kopplingen är enligt principen direkt/öppen. Högre upp i nätet återfinns en s.k. gruppcentral eller områdescentral som är gemensam för flera abonnenter där 4-rörssystemet (även kallad sekundärsystem) matas av ett huvudnät. [1] Förutom ovan nämnda kopplingsprinciper finns en mängd varianter av detsamma. Till exempel kan värmeväxlingen ske i olika antal steg med förvärmare och eftervärmare. Man kan härigenom under vissa förhållanden åstadkomma större avkylning av primärvattnet. Låg returtemperatur innebär lägre distributionsförluster, högre elutbyte i ångkraftvärmeverk och högre verkningsgrader på värmepumpar. [1] För att utjämna belastningsvariationerna i tappvattenkretsen kan man använda en förrådsberedare till skillnad från genomströmningsberedare. Praxis i Sverige har varit att använda förrådsberedare i småhus och genomströmningsberedare i större bostadshus eftersom förhållandet mellan dimensionerande varmvatteneffekt och dimensionerande radiatoreffekt sjunker raskt med antalet lägenheter. Idag används dock genomströmningsberedare även i småhus. [1] Reglering Figur 2.9 illustrerar den traditionella principen för reglering av större svenska abonnentcentraler med genomströmningsberedare. Primärflödena regleras med styrventiler som är seriekopplade med respektive värmeväxlare. Styrventilernas läge bestäms av en elektronisk reglercentral, R i figur 2.9. Tappvarmvattenkretsen regleras termostatiskt genom att reglercentralen erhåller en signal som representerar temperaturen på tappvarmvattnet. För radiatorkretsen, erhåller reglercentralen data på såväl radiator-framledningstemperatur som utelufttemperatur och anpassar börvärdet efter värmebehovet. [1] Figur 2.9 Reglersystem [1] Det finns en mängd olika varianter på reglersystem för abonnentcentraler. Bland annat finns ett komplement till ovanstående krets där man även införlivar flödesbegränsning. Detta kan vara fördelaktigt för den allmänna driften av ett fjärrvärmenät då man t.ex. kan fördela en effektbrist jämnare på abonnenterna. [1] 9

15 3 Dimensionering 3.1 Rördimensionering Vattenflödet i ledningsnätet styr dimensioneringen av rörledningarna och pumpar m.m. Flödet bestäms utgående från den effekt som ledningen skall transportera: där Q& = mc & ( T T ) = mc & ΔT (3.1) p f r p Q & = värmeeffekten [kw] m& = massflödet [kg/s] c = specifik värmekapacitet vid T + T ) / 2 [kj/kg K] p T f = framledningstemperaturen [K] T r = returledningstemperaturen [K] Massflödet kan tecknas som: ( f r där m & = ρv& (3.2) ρ = vattnets densitet vid T + T ) / 2 [kg/m 3 ] V & = volymflödet [m 3 /s] Ekvation (3.1) och (3.2) ger: ( f r Q& V& = (3.3) ρ C pδt Volymflödet för ett cirkulärt tvärsnitt: där d 2 v V & π = Av = 4 (3.4) A = tvärsnittsarea [m 2 ] v = vattnets flödeshastighet [m/s] d = medierörets diameter [m] Om man löser ut d för ekvation (3.4) fås: 4V& d = (3.5) πv 10

16 Då medierörets diameter räknas fram enligt ekvation (3.5) förutsätts vattnets flödeshastighet vara givet. Den tas i sin tur fram genom att söka minimera totalkostnaderna. Av figur 3.1 framgår schematiskt hur kostnadssammansättningen ser ut då överföringsbehovet är givet. Mindre rördiameter medför lägre kapitalkostnader och värmeförluster medan kostnaderna för pumparbete snabbt stiger. Detta eftersom pumparbetet är proportionellt mot flödeshastigheten i kubik, vilken ökar då rördiametern minskar. Kostnaderna för pumparbetet beror i sin tur på elpriset, lägre elpriser kan därför motivera högre optimal flödeshastighet. Vad som är optimal hastighet varierar alltså beroende på kostnaderna för de ingående variablerna. Kurvan över totalkostnaderna är emellertid flack i omgivningen kring minpunkten, vilket betyder att förändringen inte blir så stor kring minimum. Det är därför vanligt att man dimensionerar efter en föreskriven flödeshastighet. Referens [7] anser att 1,5 till 1,7 m/s är lämpligt för småhusområden. Figur 3.1 Kostnadssammansättning beroende av kapitalkostnad, värmeförluster och pumparbete. En annan metod att dimensionera är att använda ett föreskrivet tryckfall. Sambandet som används i dessa fall är: där 2 8ρ flv& Δ p = (3.6) [2] 2 5 π d Δ p = tryckfall [Pa] f = friktionstal, beror på Reynolds tal och ytråhet hos röret L = rörlängd [m] En vanlig rekommendation från rörtillverkare är att dimensionera efter ett tryckfall på 100 Pa/m. Enligt [7] leder detta dimensionerande kriterium i många fall till onödigt stora rör med högre distributionskostnad som följd. Vill man göra en mer ingående analys skall man beakta hur flödet i systemet varierar under året och även inkludera variationerna av energikostnader mm. Flödet ligger för 11

17 det mesta under flödet för det dimensionerande tillståndet. Man kan alltså tolerera en högre distributionskostnad vid det dimensionerande tillståndet eftersom man tar igen det under stora delar av året då flödet är lägre. Gör man en sådan analys visar det sig generellt att en något mindre rördiameter kan väljas. Ur denna synvinkel är det även bättre att dimensionera efter föreskriven hastighet än föreskrivet tryckfall eftersom man hamnar närmare den ekonomiskt optimala dimensioneringen. [7] 3.2 Värmeförluster De årliga värmeförlusterna från distributionsledningarna i ett fjärrvärmenät uppgår i medeltal för svenska system till cirka 10 % av producerad värme. I småhusområden uppgår andelen till %.[1] Storleken på förlusterna beror på: Hur väl rören är isolerade Den omgivande markens värmeledningsförmåga Hur grova medierören är Nivån på fram- och returledningstemperaturerna Hur fram- och returledningarna är placerade Den geografiska koncentrationen på värmebehovet Ekvation (3.7) används vid beräkning av värmeeffektförlusten per meter från två parallella ledningar. Tf + Tr 2 T0 2 Q = 2 D 2( H D / 2) 2( H D / 2) 2 2( H D / 2) ln ln ln d D D S + + 2πλ 2πλ 2πλ i m m (3.7) [2] där Q = effektförlusten [W/m] T 0 = omgivande temperatur, årsmedeltemperatur för orten används vid beräkning av årsvärmeförlust [K] D = isoleringens ytterdiameter [m] d = isoleringens innerdiameter [m] λ i = värmeledningstal för isoleringen [W/mK] λ m = värmeledningstal för omgivande mark [W/mK] H = fyllningshöjd, avstånd från rören till markytan [m] S = avstånd mellan rören [m] Termerna i nämnaren i ekvation (3.7) representerar i nämnd ordning; värmemotståndet för isoleringen, värmemotståndet för omgivande mark och värmemotståndet till följd av sammanfallande temperaturfält från två ledningar. 12

18 3.3 Tryckfall och pumpkapacitet Tryckfall uppstår i ledningsnätet till följd av vattnets friktion mot rörväggen samt engångsförluster i ventiler, rörböjar, värmeväxlare mm. Med givet flöde och rördiameter beräknas hastigheten enligt ekvation (3.8). [2] 4V& v = (3.8) 2 πd Tryckfallet på grund av friktionen i [Pa] beräknas ur: 2 fl ρv Δ p f = (3.9) d 2 f är ett friktionstal som beräknas genom Colebrooke-Whites ekvation (3.10). Reynolds tal (Re) beräknas vidare enligt ekvation (3.11) 1 2,51 k = 2log + f Re f 3, 71d (3.10) där där k = ytråheten hos röret [mm] vd Re = (3.11) υ υ = kinematisk viskositet [m 2 /s] Ekvation (3.6) fås genom (3.9) där v ersätts med (3.8). Tryckfallet till följd av engångsförluster beräknas ur: 2 ρv Δ p m = ζ (3.12) 2 ζ representerar motståndstal för engångsförluster, vilka återfinns i tabellverk. Vid överslagsberäkningar kan man lägga på % för engångsförluster på förlusterna för raka rör. [1] Slår man samman (3.9) och (3.12) erhålls totala tryckfallet: 2 fl ρv Δ p = + ζ (3.13) d 2 När man har tagit fram tryckfallet i systemet (tryckuppsättningen) kan man beräkna erforderlig effekt på vattenpumparna enligt: 13

19 där ΔpV& P = (3.14) η η = pumpverkningsgrad Vanligtvis placeras pumparna i produktionsanläggningarna. Ibland förekommer det att pumpar även placeras ute i ledningsnätet, till exempel vid överföring av värme i långa sträckor. [2] 3.4 Tryckhållning För att förhindra ångbildning och kavitation krävs att ett visst statiskt tryck hålls i systemet. Trycket brukar väljas så att det är 1 bar över trycket vid kokpunkten för aktuell temperatur. Hänsyn måste även tas till höjdvariationer. Om tryckhållningen sker vid en viss referenspunkt minskar det hydrostatiska trycket cirka 1 bar för varje tionde meter över referenspunkten. Det omvända gäller för punkter lägre än referenspunkten. Man måste här kontrollera att trycket inte blir för högt i lågpunkter. [2] Tryckhållningen kan ske med ångkudde eller tryckluft i ett expansionskärl eller med hjälp av tryckhållningspumpar. [2] 3.5 Sammanlagring Varmvattenberedning och uttagsmönster hos olika kundgrupper medför att effekttopparna hos enskilda abonnenter inte infaller samtidigt. Sammanlagringsfaktorn definieras som: Totlalastens maximala effekt s = (3.15) Summan av dellasternas maximala effekt Sammanlagring är ett fördelaktigt fenomen då produktionsanläggningar och vissa kulvertsträckningar inte behöver dimensioneras för summan av alla enskilda kunders maximala effektbehov. Figur 3.2 illustrerar sammanlagring med två del-laster, betecknat Q A respektive Q B. [1],[2] 14

20 Figur 3.2 Sammanlagring [6] Varmvattenberedning har en mycket kraftig sammanlagring. Vilket kan förklaras med att varmvatten sällan tappas, men vid tappningstillfällena är effektbehovet stort. Det är alltså de slumpmässiga effektuttagen vid varmvattenberedning som ger upphov till sammanlagringen. [1] Sammanlagringsfaktorn i ett fjärrvärmenät uppgår oftast till %. Som tidigare nämnts kan produktionsanläggningen dimensioneras efter detta. Vad gäller ledningsrör har sammanlagringen mindre inverkan på dimensioneringen ju längre bort man kommer från produktionsanläggningen. I servisledningar sker ingen sammanlagring. [2] 15

21 4 Förutsättningar i Juoksengi En arbetsgrupp bestående av lokala företagare bildades våren 2008 i syfte att inledningsvis undersöka intresset för fjärrvärme i Juoksengi. De fastighetsägare som initialt visade intresse för konvertering till fjärrvärme använder i dagsläget i stor utsträckning el och olja för uppvärmning. Fjärrvärme finns för övrigt i Övertorneå samt ett nybyggt fjärrvärmenät i Hedenäset tätort. Det senare har fått ekonomiskt stöd i form av statliga bidrag, varför det är rimligt att kalkylera med motsvarande stöd vid uppförande av ett fjärrvärmenät i Juoksengi. Tillsammans med arbetsgruppen diskuterades och beslutades även parametrar som temperaturnivåer mm. Mycket av arbetsgruppens preferenser kommer från det närliggande fjärrvärmebygget i Hedenäset. 4.1 Kundunderlag Den kundundersökning som arbetsgruppen gjorde visade att det fanns 84 fastighetsägare som var beredda att ansluta sig till ett eventuellt fjärrvärmenät. Den sammanlagda energianvändningen efter energislag i dessa 84 fastigheter återges i tabell 4.1. Enskilda fastigheters energianvändning återfinns i bilaga 1. Tabell 4.1 Energianvändning Energislag Mängd Värmevärde* Omräknat till MWh El 823 MWh Olja 117 m 3 10,08 MWh/m Pellets 170,5 ton 4,9 MWh/ton 835 Ved 419 m 3 1,43 MWh/m Totalt 3436 *Värmevärde för olja baseras på medelvärdet för typisk analysdata av Eldningsolja 1 E10 (villaolja) vid 15 C [8]. Värmevärde för pellets baseras på spånpellets [9]. Värmevärde för ved gäller kapad och kluven ved enligt arbetsgruppens uppgifter Värmebehov Eluppvärmning kan sägas ha 100 % verkningsgrad, d.v.s. all den energi som tillförs kommer till användning. Olja, pellets och ved innebär förbränning. Detta medför förluster i form av varma rökgaser och oförbränt bränsle. Det utgår även värmeförluster från pannan, oavsett energislag, till den direkta omgivningen men i och med att pannan ofta är placerad i fastigheten bidrar dessa till lokaluppvärmningen och kommer således till nytta. Då det inte finns uppgifter på fastigheternas pannverkningsgrader antas oljepannorna och pelletspannorna ha en verkningsgrad på 80 %. Vedpannor antas ha en verkningsgrad på 70 %. 16

22 Det totala uppvärmningsbehovet blir, efter att man har tagit med pannverkningsgraderna i beräkningarna, 2854 MWh. Enskilda fastigheters värmebehov återfinns i bilaga Effektbehov Det största effektbehovet för uppvärmning i en fastighet uppstår vid den lägsta utomhustemperatur som uppvärmningssystemet skall klara av. Dimensionerande utomhustemperatur (DUT) är ett begrepp som används i detta syfte. Det finns några olika definitioner på DUT, enligt nybyggnadsreglerna från 1988 är det DUT 20 som skall användas. Det innebär att uppvärmningssystemet skall klara av en extrem utomhustemperatur som förväntas inträffa en gång vart 20:e år. Samtidigt ska man acceptera en sänkning av inomhustemperaturen med 3 C. Två byggnader på samma ort kan dock ha olika DUT 20 eftersom även byggnadens värmelagringsförmåga tas med i beräkningen. Det största effektbehovet uppstår alltså den kallaste dagen. I absoluta termer beror effektbehovet också på byggnadens storlek, isolering och inomhustemperatur. Eftersom det inte finns tillgängliga data på ovan nämnda parametrar för fastigheterna i Juoksengi krävs en uppskattning av effektbehovet. Enligt schablonvärden för en genomsnittsvilla är värmebehovet 25 MWh/år och effektbehovet 10 kw. [10] Värmebehovet är beräknat enligt avsnitt Effektbehovet för fastigheterna i Juoksengi uppskattas genom att skala aktuellt värmebehov mot schablonvärdet. T.ex. för en fastighet med värmebehovet 50 MWh/år blir effektbehovet 20 kw. Det totala effektbehovet för fastigheterna i Juoksengi uppgår enligt detta räknesätt till 1,06 MW Geografisk avgränsning Bland de intresserade fastighetsägarna fanns en del som var placerade i byns periferi. Arbetsgruppen beslutade därför att geografiskt avgränsa området för ett fjärrvärmesystem till fastigheterna som åtminstone var relativt central placerade. Av figur 4.1 framgår det avgränsade områdets omfattning. Inom det avgränsade området återfinns 77 fastigheter av de 84 intresserade. Norr om avgränsningen återfinns sex fastigheter. Cirka 300 meter söder om avgränsningen återfinns endast en fastighet vilken bortses i fortsatta beräkningar. För det avgränsade området är värmebehovet 2660 MWh/år och effektbehovet 1,1 MW. 17

23 Figur 4.1 Karta över Juoksengi. Avgränsade området innanför de svarta linjerna. Vita markeringar representerar bostäder. Gråa markeringar representerar förråd/garage motsvarande. 4.2 Kraftvärmeanläggningen Polcirkeln lantgård är ett jordbruk beläget i byns södra del. Besättningen av 180 kor och 200 kalvar producerar årligen m 3 gödsel. I ett projektarbete vid LTU [11] fann man att en biogasanläggning skulle kunna producera motsvarande 1.97 GWh metangas från gödslet, ensilage samt rester från en närliggande bärodling. Vidare föreslogs en kraftvärmeanläggning där metangasen utgör bränslet för produktion av el och värme. Vid kontinuerlig året runt drift skulle tillgänglig bränsleeffekt vara 224,5 kw. I projektarbetet stod valet av kraftvärmeenhet mellan en gasturbin och en gasmotor av otto-typ. Prestandan på dessa alternativ var tämligen likvärdiga. I detta projekt 18

24 förutsätts att gasturbinen väljs. I tabell 4.2 redovisas prestandan över hetvattendelen på gasturbinen Turbec T100. De angivna värdena är för full effekt (333 kw). Vid omräkning för andra effekter antas samma verkningsgrader gälla. Tabell 4.2 Prestanda för hetvatteninstallationen i Turbec T100 [11] Hetvatten installation (kraft och värme) Värmeeffekt (hetvatten) 155 kw C Totalverkningsgrad 77 % C Lägsta ingående vattentemperatur 50 C Högsta utgående vattentemperatur 150 C Högsta vattentryck 25 bar (övertryck) Rökgastemperatur C Räknar man med bränsleeffekten 224,5 kw uppgår produktionen av hetvatten till 104,5 kw. Denna siffra förutsätter en utgående vattentemperatur från kraftvärmeenheten på mellan C Överskottseffekt Rötkammaren utgör en central del i biogasanläggningen. Här omvandlar bakterier gödsel till metangas. För att de skall trivas krävs en temperatur på C. Uppvärmningen av rötkammaren planeras ske genom att använda delar av hetvattenproduktionen från kraftvärmeenheten, figur 4.2 illustrerar energiflödet i kraftvärmeanläggningen. Tabell 4.3 redogör vilken medeleffekt som krävs varje månad för uppvärmning samt överskottet från kraftvärmeenheten. Den senare är alltså räknad som 104,5 kw minus effektbehovet för rötkammaren. Bränsle Kraftvärme enhet El Överskottsvärme Uppvärmning av rötkammare Figur 4.2 Energiflöde i kraftvärmeanläggningen 19

25 Tabell 4.3 Rötkammarens effektbehov samt överskottseffekt [11] Månad Rötkammarens medeleffektbehov, Överskottseffekt, kw kw Januari 50,7 53,8 Februari 50,9 53,6 Mars 47,5 57,0 April 42,0 62,5 Maj 38,5 66,0 Juni 33,3 71,2 Juli 33,1 71,4 Augusti 38,1 66,4 September 43,2 61,3 Oktober 46,9 57,6 November 47,2 57,3 December 50,6 53,9 Sammanlagt uppgår överskottet av hetvatten från kraftvärmeanläggningen till 535 MWh. Detta motsvarar cirka 20 % av totala värmebehovet för fastigheterna inom det avgränsade området. 4.3 Produktionsanläggning Överskottet från kraftvärmeanläggningen uppgår enligt ovan till 535 MWh/år. Resterande kapacitet är tänkt att produceras främst i en fliseldad panna. Det fanns för arbetsgruppen tre alternativa placeringar av en produktionsanläggning. Skolan Ett garageplan i byns västra del Gamla brandstationen Skolan visade sig vara den bäst lämpade platsen. Till fördelarna hör att den är relativt centralt placerad och skolbyggnaden i sig är den enskilt största värmekonsumenten, vilket bl.a. kan reducera sträckningen av de grövsta dimensionerna. I skolan finns även ett befintligt pannrum med en pelletspanna och en oljepanna. En nackdel är det begränsade utrymmet vilket kan ställa till problem för ett biobränsleförråd. 4.4 Bränsle I projektplanen för Hedenäsets fjärrvärmeprojekt står att läsa: I Övertorneå kommun finns det ha skogsareal med en årlig tillväxt på 2,8 m 3 /ha. Det levereras stora volymer till skogs- och sågverksindustrin. Skogen är en viktig energiresurs för uppvärmning av bostäder med brännved och skogsflis. Denna stora energipotential utnyttjas idag tyvärr endast till bråkdelar av dess möjlighet. 20

26 Det borde således finnas gott om skogsbränslen i området kring Juoksengi. En av personerna i arbetsgruppen sysslar med skogsbruk och har åtagit sig leverera flis för värmeproduktionen. Antagen fukthalt på levererad flis är 50 %. 4.5 Sammanställning av projektförutsättningar Tabell 4.4 åskådliggör en sammanställning av temperaturer, energimängder m.m. Tabell 4.4 Sammanställning av projektförutsättningar Framledningstemperatur 95 C Returledningstemperatur 55 C Värmeöverskott 535 MWh/år Överskottseffekt Tabell 4.3 Kundernas värmebehov Inom avgränsning 2660 MWh/år Norr om avgränsning 161 MWh/år Befintliga pannor Pelletspanna 300 kw Oljepanna 200 kw Placering av pannor Skolbyggnaden Sammanlagring 85 % Distributionsnät Abonnentcentral 2-rörssytem Indirekt/sluten med genomströmningsberedare 21

27 5 Distributionsnät Inledningsvis beskrivs vilka rör och komponenter som används. I de efterföljande avsnitten presenteras dragning och dimensionering av ledningsnätet inom det avgränsade området. En mer kortfattad presentation görs för expansionen norrut. Även dimensioneringen av överföringsledningen mellan kraftvärmeanläggningen och panncentralen presenteras. Datorprogrammet AutoKa-Vy från lantmäteriet med tillhörande karta över Juoksengi har använts som hjälpmedel vid dragningen av distributionsledningarna. Alla avstånd är även mätta i detta program. 5.1 Material Samtliga komponenter till ledningsnätet är tagna från företaget Logstor [12]. Vid ett möte med arbetsgruppen medverkade en säljrepresentant från logstor, vilket är anledningen till att deras produkter väljs. Om det i framtiden blir aktuellt med en realisering av ett fjärrvärmenät är det givetvis värt att kontrollera med andra tillverkare för prisjämförelse. I övrigt erbjuder andra tillverkare liknande lösningar. Exempel på andra tillverkare/återförsäljare är Powerpipe [13] och Thermopipe [14] Rör Som huvudledningar och fördelningsledningar används tvillingrör med medierör av stål, isolering av polyurethanskum och mantelrör av polethylen. Vidare väljs isoleringsserie 1 (mindre isolering än serie 2) och ingjutna larmtrådar för övervakning. Maximalt driftstryck och driftstemperatur är 25 bar respektive 140 C. I de aktuella dimensionerna levereras rören i 12 meters stycken. Skarvning av medierören sker genom svetsning. Fixeringsplåtar skall svetsas på medierören i änden av raka rörsträckor för fixering. Till servisledningar väljs ett flexibelt stålrör, stålflex, i tvilling utförande. Medieröret är av svetsade stålrör, isolering av cyclopentan, diffusionsspärr av aluminiumfolie och mantelrör av polyethylen. Även detta rör väljs med larmtrådar och i isoleringsserie 1. Maximalt driftstryck och driftstemperatur är 25 bar respektive 120 C. Stålflexröret levereras i rullar på 50 eller 100 meter. Skarvning sker även här genom svetsning Muffar Vid skarvar och avgreningar måste förutom medieröret även mantelröret skarvas. Till detta används muffar. Det finns i princip tre muffsystem på marknaden; Svetsmuff, krympmuff och mekaniskt förband. Till alla skarvar och avgreningar välj det mekaniska förbandet, kallat stålplastmuff. Det är billigast samt lättast att montera. Vid grundvatten nivåer över rören måste dock 22

28 krympmuffar eller svetsmuffar användas. Visar det sig att så är fallet kan krympmuffen med fördel väljas då denna enbart är marginellt dyrare. Dock ställer denna typ högre krav på montörens färdigheter. Skarven eller avgreningen fylls med skum levererade i färdiga doser för aktuell dimension. Utöver skummet behöver stålplastmuffarna komplementeras med fogband som lindas runt rören för tätning. Vid reduktion av ledningsröret en dimension krävs dessutom reduceringsringar. Vid skarv från ett fördelningsrör i dimensionen DN 20 till en servisledning i stålflex med dimensionen 2x20 krävs reducering av mantelröret i två dimensioner. Till detta ändamål används en krympmuff Ventiler För att kunna stänga av delar av ledningsnätet vid t.ex. reparationsarbeten krävs att avstängningsventiler är placerade på olika ställen. Logstor tillhandahåller prefabricerade enheter för detta. Även tömningsenheter och avluftningsenheter finns som färdigtillverkade enheter. Dessa skall placeras i lågpunkter respektive högpunkter i ledningsnätet Larmsystem Tillsammans med mätutrustning registrerar de inbyggda larmtrådarna av koppar eventuella avbrott och läckage i rörledningarna. När vatten tränger in i isoleringen ändras de elektriska egenskaperna. Det finns två principer för vilken mätutrustningen fungerar, genom motståndsmätning eller genom mätning av kondensatorverkan (impulsövervakning). Den senare metoden rekommenderas vid mycket rent vatten (låg ledningsförmåga). Här skickas en puls som reflekteras vid fukt eller trådbrott och avstånd till felet kan beräknas. Detta system erfordrar dock tätare mätstationer. Dessutom är systemet något mer komplext än system med motståndsmätning. Vid motståndsmätning registreras alltså enbart fel vid trådbrott eller fukt. En bärbar impulsreflektometer används sedan för att lokalisera felet, enligt principen för mätning av kondensatorverkan. Trådarna görs här tillgängliga i byggnader, brunnar och dylikt. I detta system väljs mätutrustningen enligt principen för motståndsmätning. Det finns dock ingen uppgift om det tänka vattnets ledningsförmåga. Visar det sig att det är väldigt lågt får man välja ett system med impulsövervakning. Då ingen larmritning eller dylikt ämnas göras spelar det enbart in på den ekonomiska beräkningen, vilken blir något dyrare. Vidare står valet mellan låg- eller hög-ohmsövervakning. Vid lågohmsövervakningen placeras vatten sugande filtar vid alla skarvar vilket leder till något högre anläggningskostnader. Fördelen är att man upptäcker fukt i skarvar snabbare, systemet är dock något mindre känslig för grävskador samt mer känslig för byggfukt än hög-ohmsövervakning. Till systemet i Juoksengi väljs högohmsövervakning. 23

29 5.2 Ledningsdragning I figur 5.1 syns förslag till ledningsdragning för huvudledningar och fördelningsledningar (grönt). Servisledningar är ej utritade. Fortsatta beräkningar bygger på denna dragning. Av figuren framgår även dragningen av överföringsledningen mellan kraftvärmeanläggningen och panncentralen (lila). Längden på servisledningarna uppskattas genom att ta det minsta avståndet från en enskild fastighet till ledningsnätet. Vidare adderas en sträcka på 5 meter för varje servisledning för att få en viss marginal för hinder i marken och det faktum att abonnentcentralen kanske är placerad i en annan del av fastigheten än mot den väggen som ser nätet. I bilaga 1 anges längden på servisledningen för varje enskild fastighet. Den totala längden servisledningar inom det avgränsade området uppgår till 2162 meter. Genomsnittslängden är 28,4 meter. Figur 5.1 Ledningsdragning. Gröna linjer representerar ledningsdragningen. Intresserade fastigheter i blått. Potentiella efteranslutningar i gult. Överföringsledningen från kraftvärmeanläggningen i lila. 24

30 5.3 Reservkapacitet och anslutningsgrad Hur många fastigheter som ansluts i förhållande till hur många som totalt finns inom försäljningsområdet benämns anslutningsgrad. När man planerar för ett fjärrvärmenät är det viktigt att tänka på slutstadiet. Fler villor kanske tillkommer efter hand. Detta kräver att en viss reservkapacitet finns i nätet. Enligt [5] bör de fastighetsägare som i första byggnadsskedet avstår fjärrvärme räknas som framtida kunder. Man bör alltså dimensionera efter 100 % anslutningsgrad. Vidare föreslår [5] att man bör sälja rättigheten att i efterhand ansluta sig till dem som avstår i första skedet. Avstår fastighetsägaren detta erbjudande kan man fundera på att ändra distributionsnätet. För nätet i Juoksengi räknas med 100 % anslutningsgrad. Till potentiella kunder för efteranslutning räkas alla fastigheter som är inom 50 meter från ledningsnätet, se gula markeringarna i figur 5.1. Summan blir 35 potentiella efteranslutningar. Anslutningsgraden för hela nätet i Juoksengi blir då 77/(77+35) = 69 %. I figur 5.2 presenteras en områdesindelning av ledningsnätet tillsammans med rördimensioneringen. Anslutningsgraden för de olika områdena blir som följer: Område 1 35/54 65 % Område 2 22/31 71 % Område 3 7/8 88 % Område 4 3/4 75 % Område 5 10/15 67 % 5.4 Rördimensionering Rördimensionering av ledningsnätet görs enligt teorin i avsnitt 4.1 med 1,6 m/s som dimensionerande kriterium. Sammanlagring räknas med 85 % på huvudledningarna 3-1 och 3-3, se figur 5.2. Effekten som olika ledningar skall transportera bygger på de intresserade fastigheternas effektbehov enligt bilaga 1 samt 10 kw för varje potentiell efteranslutning. I figur 5.2 kan resultatet av rördimensionering skådas. I tabell 5.1 framgår längderna på ledningarna enligt namngivningen i figur 5.2. Tabell 5.1 Ledningslängder Ledning Dimension Längd, [m] Ledning Dimension Längd, [m] 1-1 DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN