Turbinkretspump system Kraftvärmeverket i Borås Turbine pump circuit system Kraftvärmeverket in Borås Thorbjörn Gustafsson thorbjorn.gustafsson@dalkia.se Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng och ingår som ett obligatoriskt moment i Högskoleingenjörsexamen i Elkraft och Värme, 180 högskolepoäng Nr 1/009
Turbinkretspump system - Kraftvärmeverket i Borås Turbine pump circuit system - Kraftvärmeverket i Borås thorbjorn.g@comhem.se Kandidatuppsats examensarbete Ämneskategori: Teknik Högskolan i Borås Institutionen Ingenjörshögskolan 501 90 BORÅS Telefon 033-435 4640 Examinator: Handledare: Handledare: Uppdragsgivare: Leif Näslund Leif Näslund Anders Gunnarsson, Dalkia Dalkia FM AB Datum: 090130 Nyckelord: Energibesparing
Sammanfattning Rya kraftvärmeverk i Borås producerar fjärrvärme, fjärrkyla och el. Anläggningen ägs av Borås energi och Miljö AB och drivs av Dalkia Facilities Management AB. Fjärrvärmeproduktionen uppgår till ca 650 MWh per år. Huvuddelen av fjärrvärmen kommer från Ryaverket. Fjärrvärmenätet är för närvarande 1 mil långt och innehåller ca 8 000 m 3 vatten. För att kunna få en bra värmeväxling mot fjärrvärmevattnet finns det ett par tvillingpumpar, turbinkretspumpar, som används som returpumpar. För att öka trycket igenom värmeväxlarna på kraftverket används turbinkretspumpar. Framför allt när flödet är över 000 m 3 h -1 och under sommartid då återkylning används för få bättre miljövärden på pannorna. I den här undersökningen har mätvärden hämtats från Cactus driftdator och elpriser från Nordpools elspotmarknad. All data har lagts in i ett Excel-dokument. I Excel har inhämtade uppgifter bearbetats så den bortstrypta effekten över förträngningsventilerna AV5 och AV30 räknats fram. Då pumparna, som är parallellkopplade går med ett fixt varvtal regleras trycket men hjälp av förträngningsventilerna K51AV5 och AV30. Den här rapporten visar att under de 4 300 timmar AV5 och AV30 som pumparna var igång stryps energi motsvarande 590 MWh bort. Samma mängd energi kostade under samma tid 05 000 SEK på Nordpools elspotmarknad. 3
Summary The Rya power plant in Borås produces district heating, district cooling and electricity. The plant is owned by Borås Energi och Miljö AB and is run by Dalkia Facility Management AB. In order to get the best heat exchange from the district hot water a pair of twin pumps and a turbine circuit pump are used as return pumps. Turbine circuit pumps are used to increase the pressure through the heat exchangers at the power plant. The pumps are in use when the flow is over 000 m 3 h -1 and during the summer when re-cooling is used to improve the effectivens of the heat boilers. Since the pumps, that are parallel connected, rotating at a fixed rate per minute, the pressure is regulated with regulating valves. This report shows that during the 4,300 hours that the pumps where in use, energy corresponding to 590 MWh was wasted. The same amount of energy cost during the same period of time 05 000 SEK on Nordpool s electricity spot market elspotsmarket. 4
Innehållsförteckning Sammanfattning... 3 Summary... 4 1. Inledning... 6. Turbinkretssystemet... 6.1 Pumpens styrning... 7. Funktion... 8 3. Pumparna... 9 3.1 Turbinkretspumparna... 10 3.1.1 Pumpar... 10 3.1. Motor... 11 4. Fjärrvärmesystemet innanför KVV... 13 4.1 Pumpeffekter... 13 4. Effektberäkning... 13 4.3 Bortstrypt effekt... 14 4.3.1 Pump CP05... 14 4.3. Pump CP06... 16 4.4 Totalt... 18 5. Utfall... 18 5.1 Utfall av 4 olika driftlägen... 18 5.1.1 007-03-3 med pump CP05 i drift... 18 5.1. 007-04-07 med pump CP06 i drift... 19 5.1.3 007-06-09 med återkylning och pump CP05 i drift... 0 5.1.4 008-0-16 säsongens kallaste dag och CP06 i drift... 1 6. Beräkningsmodellen... 6.1 Excel... 7. Framtiden... 4 8. Resultat... 4 8.1 Turbinkretspump CP05... 4 8. Turbinkretspump CP06... 4 8.3 Totala energiförlusten... 4 9. Diskussion... 4 10. Referenslista... 6 Bilaga 1 Bilaga Bilaga 3 Bilaga 4 Specifikation JMW-Pump Provningskurvblad JMW-Pump Fj nät Ryaverket Cactusbild Fj Turbinkretspumpar Cactusbild 5
1. Inledning Examensarbetet har utförts i samarbete med Dalkia Facilities Management AB och ingår i utbildningen till Högskoleingenjör inom Elkraft och Värmeteknik vid Ingenjörshögskolan i Borås. Dalkia Facilities Management AB driver, på uppdrag från Borås Energi och Miljö AB, Rya kraftvärmeverk. Borås Energi och Miljö AB är ett kommunalt bolag som har ansvaret för produktion och distribution av fjärrvärme och fjärrkyla inom Borås stad. Även el produceras på Ryaverket, distributionen av el ansvarar ett annat kommunalt bolag, Borås Energi Nät AB. Ryaverket i Borås, som tillhör Borås Energi och Miljö AB, förser Borås stad med fjärrvärme, fjärrkyla och el. Fjärrvärmeproduktionen uppgår till ca 650 MWh per år. Huvuddelen av fjärrvärmen kommer från Ryaverket. Fjärrvärmenätet är för närvarande 1 mil långt och innehåller ca 8 000 m 3 vatten. En utbyggnad till Dalsjöfors är under projektering. Det blir två skilda nät där värmeöverföringen sker genom växling. Dalsjöforsnätet blir 11 km och ca 500 m 3 vatten. Utgående temperatur ligger mellan 75-105 C beroende på utetemperaturen och värmebehovet i Borås stad. Returvattnets temperatur ligger mellan 40-65 C. Flödet på vattnet varierar från 500 m 3 /h under sommaren till 3 500 m 3 /h vintertid, men flödet visar stora variationer även under olika tider på dygnet. Flödet och temperaturen styrs av samma kriterier. Anläggningen är byggd 1965 och tog i drift 1966. Stora delar av anläggningen är från mitten av 60-talet. Inkommande fjärrvärme vatten har en ungefärlig temperatur på 40-60 C, vattnet passerar genom två returpumpar och en by-pass ventil. Returpumparna har inte varit drift sedan början av 000-talet. Istället används två stycken returkretspumpar för att öka trycket innan värmeväxling sker. Dessa pumpar är parallellkopplade och försedda med varsin luftstyrd förträngningsventil. Behovet att öka trycket sker vid flöde som är 000 m 3 /h och högre, samt om behov av återkylning av fjärrvärmevattnet föreligger. Då pumparna har ett fixt varvtal innebär det energiförluster överventilerna. Mätperioden sträckte sig från 007-03-16 till 008-03-15. Den bortstrypta energin uppmätes under mätperioden till 590 MWh till en kostnad av 05 000 SEK. Reglering av förträngningsventilerna sker via kontrollrummets datorer som använder Cactus övervakningssystem. Då pumparna har ett bestämt varvtal måste reglering ske via strypning, nackdelen med detta system är att den effekt som stryps bort blir till en förlust. Skulle man där emot ha ett varvtalsstyrt system försvinner den förlusten. Manövrering av pumparna skulle ske på ett mycket enklare sätt. Enligt referens [1] och []. Turbinkretssystemet Turbinkretspumparnas funktion är att kompensera internt tryckfall vid höga flöden samt att möjliggöra cirkulation genom återkylarna. Växlarna består av två seriekopplade turbiner G med 50 MW värmeeffekt och 5 MW eleffekt. Turbin G1 har en effekt på 60 MW värme och 0 MW eleffekt. I serie med dessa finns två parallellkopplade värmeväxlare, 4 Bar och 10 bar med en effekt på 0 och 40 MW samt en elpanna för spetslast. Vid flöden över 000 m 3 /h räcker framledningspumparna inte till, startas turbinkretspumparna. Under den varma årstiden när det är överkapacitet på värmeproduktionen återkyls framledningen för att möjliggöra drift av bägge avfallspannorna. Då räcker trycket i returledningen inte till för att driva flödet igenom återkylarna körs turbinkretspumparna. Pumparna startas från kontrollrummet på 6
kraftverket (KVV) via driftdatorns program Cactus. Enligt referens [1] Figur.1 Cactusbild över fjärrvärmenätet innanför kraftverkets väggar. Vattnets huvudflöde igenom Kraftvärmeverket..1 Pumpens styrning Eftersom motorn har ett bestämt varvtal startas pumpen alltid mot stängd ventil, detta för att undvika tryckstötar i systemet som i värsta fall kan utlösa hela kraftverket. När pumpen har startat öppnas en luftstyrd ventil, också den från kontrollrummet, tills en önskad tryckökning har uppnåtts. Detta sker när ventilen har öppnat så ett tryck på maximalt 11,7 Bar har uppnåtts. I detta läge har ventil öppnat till max 80 % men medelvärdet på öppningen är 45 %. Enligt referens [1] och [] 7
Figur. Tryckluftsstyrd förträngningsventil K51 AV30 Resten stryps bort och blir då en förlust. Motorn är en asynkron, och effekten fås fram enligt följande samband: P =UI 3 cosϕ (.1) Där U=500 V och cos ρ = 0, 87 samt I= motsvarar strömmätning som har hämtats ifrån Cactus driftdator. Värdet från strömmätningen är väldigt osäker då en kalibrering inte har gjorts på länge. Pumparna är tänkt att skiftas varje månad när de är driftsatta. CP05 är i drift vid ojämn månad och följaktligen då CP06 vid jämn månad. Enligt referens []. Funktion Turbinkretspumparnas funktion är att kompensera för internt tryckfall innan värmeväxlare när flödet överstiger 000 m 3 /h. Samt för återkylning finns under sommarsäsongen för att kunna elda två avfallspannor samtidigt med bibehållna miljövärden. Turbinkretspump CP 5 och CP 6 är parallellkopplade med varsin tryckluftstyrd förträngningsventil, K51AV 5-AV 30. Det finns ingen varvtalsreglering av pumparna, utan pumpmotorn går på sitt maximala varvtal. När flödet understiger 000 m 3/ h och ingen återkylning behövs står bägge pumparna stilla, med en ventil helt strypt och den andra helt öppen. När pumparna skall startas sker det med den som har stängd ventil, för att förhindra en tryckstöt i systemet, vilket kan medföra att pumparna löser ut. Tryckluftsventilen öppnas försiktigt via Cactussystemet i driftdatorn i kontrollrummet. När flödestrycket hamnat omkring 9,4 10,3 Bar har pumpen nått sitt arbetsområde. Dock har ventilen endast öppnat till 40-50 % resten effekten blir då en förlust. Enligt referens [1] 8
Figur.3 Fjärrvärmeflödet igenom KVV från 007-03-16 till 008-03-15 3. Pumparna Pumparna är av typen centrifugalpump, med typbeteckning JMW P-70. Tillverkad av Jönköping Mekaniska Werkstäder och levererad till dåvarande Borås stads elverk 1965. Kapaciteten på pumparna är enligt specifikationen från leverantören 43 00 l/h och en uppfodringshöjd med 5,9 meter (vilket ger 70 l/s och en uppfodringshöjd 5,9 meter) varvtalet är satt till 980 rpm. Diameter för inkommande och utgående medium är 400 mm. Pumparna är placerade i turbinkällaren på kraftvärmeverket i Borås. Mätpunkterna visar det verkliga värdet vilket innebär att verkningsgraden är med i mätvärdena som redovisas i denna rapport. 9
Figur 3.1 Cactusbild över turbinkretspumparna 3.1 Turbinkretspumparna 3.1.1 Pumpar Bägge pumparna är av typen centrifugalpump av fabrikatet JMW, med en kapacitet av 43 00 l/m och en uppfodringshöjd av 5,9 mvp. Varvtalet är 980 rpm för bägge pumparna. Verkningsgraden för pumpen vid flödet 300 m 3 /h är enligt pumpkurvan η=87%. Den maximala verkningsgraden är η=88% vid flödet 0 m 3 /h. Densiteten är framtagen i ett kurva som står i proportion till temperatur och densitet. Gravitationskonstanten g är satt till 9,81 m/s. De övriga värden som används i Excel uträkningen är verkliga värden, vilket innebär att verkningsgraden redan är inräknad i mätvärdena. Den tidsperiod som mätningen har utförts är mellan 007-03-16 kl 13.00 och 008-03-15 kl 1.00. 10
Figur 3. Turbinkretspump CP 6 3.1. Motor Motorn som driver pumpen är en ASEA 3~fas asynkron med en effekt på 370 kw. Varvtalet är 980 rpm vilket ger att motorn är 6-polig. Motorn matas från ett av 10 kv-ställverken som finns i anslutning till kraftverket. Figur 3.3 Motor till turbinkretspump CP 6 Strömmätning kan ske från kontrollrummet med hjälp av Cactussystemet. 11
Figur 3.4 Pumpmotoreffekt CP05 Figur 3.5 Pumpmotoreffekt CP06 Ovanstående diagram visar hur turbinkretspumparna har gått under mätåret. Diagrammet visar hur pumparna har växlats mot varandra. Cp05 har även i drift under sommartiden, det beror på att återkylning har behövts för att inte minska pannornas miljövärden vid låglast. 1
4. Fjärrvärmesystemet innanför KVV 4.1 Pumpeffekter Pumparna har enligt märkdata maximal verkningsgrad en flödeskapacitet på 59 m 3 /h och en uppfodringshöjd på 5,9 m enligt tillverkarens specifikationer. Vilket enligt pumpkurvan ger följande förhållande: - -10 3-07 10 Flödet + 8 10 Flödet - 0,001 Flödet + 4,4698 = Tryckökning över pump Flödet är satt i m 3 /h i specifikationen och hämtas från det timvärde som pumpen är igång. Det värdet har inte gjorts om till grundenheten m 3 /s. Tryckökningen som sker är alltför stor och måste regleras ner. Effekten över förträngningsventil K51AV5-30 räknas enligt följande förhållande: ΔP = Q ΔH 5 10 (4.1) Där H står för följande samband: ΔH = H + H + H efter före tryckökning (4.) Den här undersökningen har de verkliga värdena används, då ingår verkningsgraden per automatik. Mätvärdet för flödet är satt i m 3 /h och måste göras om till m 3 /s Trycket i Cactus är i Bar och görs om till Pascal, vilket i sambandet betecknas p: 5 Bar 10 = p (4.3) Förhållandet ser då ut som följer: P Q 3600 ( p p p ) efterpump = 3 förepump 10 tryckökning 10 5 P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (4.4) 4. Effektberäkning Den effekt som blir bortstrypt fås fram genom att mäta tryckfallet över förträngningsventilerna K51AV5 respektive K51AV30. Genom följande samband fås den strypta effekten fram: 13
P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (4.5) Där p förepump, p efterpump och p trycköknng är trycket i bar före respektive efter turbinkretspumparna. Eftersom pumparna endast körs när flödet är över 000 m 3 /h samt under sommartid när återkylning krävs för att kunna köra pannorna på minlast med bibehållna miljövärden. Detta förfarande används för att elda med det bränsle som har den bästa ekonomin. Avfallspannorna eldas under hela sommaren, med vissa uppehåll under våren och hösten pga. revision. Pannorna genomgår revision två gånger per år och det gemensamma bränsleinmatningssystemet en gång per år. Densiteten i ovanstående samband är beroende av fjärrvärmevattnets temperatur. För att få fram värde i beräkningarna, har tabellvärden för vattnets densitet respektive temperatur matas in i ett Excel dokument. I detta dokument har ett diagram gjorts baserat på de inmatade värdena och en trendlinje ritats in med en ekvation. Sambandet redovisas längre fram i rapporten. Den tidsperiod som mätningen har utförts är mellan 007-03-16 kl 13.00 och 008-03-15 kl 1.00. 4.3 Bortstrypt effekt 4.3.1 Pump CP05 Under mätperioden har pump CP05 gått 1 41 h. Då strömmätningen är en osäkerhetsfaktor när det gäller strömstyrkan, det enda som med säkerhet gått att utläsa är om motorn har varit igång eller inte. Energiförlusten över ventil K51AV5 under samma tid var 170 kwh. Mätvärdena är per timme under året som mätningen har genomförts, detta samband har används i Excelberäkningen som ligger till grund för denna rapport. För att få fram antalet drifttimmar har en villkorssats används. När strömförbrukningen visar ett värde returneras en 1, visar värdet 0 ampere ger detta att 0 i drifttimmar. =OM(Pumpmotoreffekten>0;1;0) (4.6) 14
Figur 4.1 Drifttimmar CP05 Figur 4. Motoreffekt pumpmotor CP05 Med den totala bortstrypta energin över ventil AV5 under mätperioden enligt sambandet: 15
P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (4.7) Tryckmätningen i Cactus är satt i Bar och för att korrigeras till pascal multipliceras mätvärdet med 10 5 för att få det till pascal. Gravitationskonstanten g är satt till 9,81 m/s. Densiteten i ovanstående samband är beroende av fjärrvärmevattnets temperatur. För att få fram värde i beräkningarna, har tabellvärden för vattnets densitet respektive temperatur matas in i ett Excel dokument. I detta dokument har ett diagram gjorts baserat på de inmatade värdena och en trendlinje ritats in med en utritad ekvation. Följande andragrads ekvation ger densitetsvärdet: Densitet = 0,0043 Temp 0,036 Temp + 1000, (4.8) Figur 4.3 Effektförlust över K51AV5 4.3. Pump CP06 Under mätperioden har pump CP06 gått 890 h. Då strömmätningen är en osäkerhetsfaktor när det gäller strömstyrkan, det enda som med säkerhet gått att utläsa är om motorn har varit igång eller inte. Energiförlusten över ventil K51AV30 under samma tid var 46 000 kwh. Mätvärdena är per timme under året som mätningen har genomförts, detta samband har används i Excelberäkningen som ligger till grund för denna rapport. För att få fram antalet drifttimmar har en villkorssats används. När strömförbrukningen visar ett värde returneras en 1, visar värdet 0 ampere ger detta att 0 i drifttimmar. =OM(Pumpmotoreffekten>0;1;0) (4.9) 16
Figur 4.4 Drifttimmar CP06 Figur 4.5 Pumpmotor effekt Med den totala bortstrypta effekten under mätperioden enligt sambandet: P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (4.10) Tryckmätningen i Cactus är satt i Bar och för att korrigeras till meter multipliceras mätvärdet med 10,, för att få det till meter. Gravitationskonstanten g är satt till 9,81 ms -. Densiteten i 17
ovanstående samband är beroende av fjärrvärmevattnets temperatur. För att få fram värde i beräkningarna, har tabellvärden för vattnets densitet respektive temperatur matas in i ett Excel dokument. I detta dokument har ett diagram gjorts baserat på de inmatade värdena och en trendlinje ritats in med en utritad ekvation. Följande andragrads ekvation ger densitetsvärdet: Densitet = 0,0043 Temp 0,036 Temp + 1000, (4.11) Figur 4.6 Pumpeffekt för pump CP06 Med den totala bortstrypta effekten under mätperioden enligt sambandet: P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (4.1) 4.4 Totalt Med differensen av de bägge pumparnas effekt och den bortstrypta effekten blir resultatet 595 MWh under mätåret till en kostnad av 05 000 SEK 5. Utfall 5.1 Utfall av 4 olika driftlägen 5.1.1 007-03-3 med pump CP05 i drift 007-03-3 Kl 0:00 en fredagskväll. Förutsättningarna är följande, en utetemperatur på 4 C. Flödet ligger på 45 m 3 /h. Utgående effekt från KVV är 113,9 MW, turbinkretspump CP06 är i drift vid detta tillfälle. 18
När pumpen är i drift ger den, med ett flöde på 45 m 3 /h, en tryckökning med 3,4 bar merparten av ökningen stryps bort med hjälp av ventil K51AV5. Trycket innan pumpen är 8,3 bar och med pumpens tryckökning på 3,4 bar blir den totala ökningen 11,7 bar. Det trycket är så högt att det löser ut turbinkretspumparna. Förträngningsventil K51AV5 är öppen till 4 % vilket ger 9,5 bar. Vattnets temperatur i det här fallet är 4 C vilket ger en densitet på 993 Kg/m 3. Resten har då strypts bort och blir då en förlust. Förlusteffekten blir då enligt följande samband: P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (5.1) 45 3600 ( 9,50 8,30 3,41) 10 = 149 kw Uträkningen visar av den strypta effekten 149 kw som blir en ren förlust. I och med att det här värdet är ett genomsnittligt timvärde så innebär det att det blir en effekt med enheten kwh. Med ett genomsnittligt veckospotpris på 18,45 SEK/MWh är energiförlusten i pengar 3,55 SEK. Enligt följande samband: 149 10 18,45 = 3 3,55SEK 5.1. 007-04-07 med pump CP06 i drift 007-04-07 Kl 0:00. En onsdag natt. Förutsättningarna är följande, en utetemperatur på -1,8 C. Flödet ligger på 449 m 3 /h. Utgående effekt från KVV är 106,0 MW, turbinkretspump CP06 är i drift vid detta tillfälle. När pumpen är i drift ger den, med ett flöde på 449 m 3 /h, en tryckökning med 3,4 bar merparten av ökningen stryps bort med hjälp av ventil K51AV30. Trycket innan pumpen är 8, bar och med pumpens tryckökning på 3,4 bar blir den totala ökningen 11,6 bar. Det trycket är så högt att det löser ut turbinkretspumparna. Anledningen till att pumparna löser är att kondenskärlen och värmeväxlarna inte är klassade för tryck över 11,3 bar. Förträngningsventil K51AV30 är öppen till 40 % vilket ger 9,1 bar. Vattnets temperatur i det här fallet är 45 C vilket ger 990, Kg/m 3. Resten har då strypts bort och blir då en förlust. Förlusteffekten blir då enligt följande samband: P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (5.) 45 3600 ( 9,1 8,0 3,39) 10 = 168 kw 19
Uträkningen visar av den strypta effekten 168 kw som blir en ren förlust. I och med att det här värdet är ett genomsnittligt timvärde så innebär det att det blir en effekt med enheten kwh. Med ett genomsnittligt veckospotpris på 1,13 SEK/MWh är energiförlusten i pengar 36,67 SEK. Enligt följande samband: 168 10 1,13 = 3 36,67 SEK 5.1.3 007-06-09 med återkylning och pump CP05 i drift 007-06-09 Kl 15:00. En lördag eftermiddag. Förutsättningarna är följande, en utetemperatur på 30,4 C. Flödet ligger på 711 m 3 /h. Utgående effekt från KVV är 1,7 MW, turbinkretspump CP05 är i drift vid detta tillfälle. Att turbinkretspumpen ligger med i det fallet beror på att en del av flödet skall gå via återkylare. Med tryckökningen tvingas ett delflöde tillbaka igenom återkylaren till en punkt innan turbinkretspumparna. Det för att klara miljövärden vid låglast. Se flödet i bild 5.1.3.1. När pumpen är i drift ger den, med ett flöde på 711 m 3 /h, en tryckökning med 3,95 bar merparten av ökningen stryps bort med hjälp av ventil K51AV5. Trycket innan pumpen är 9, bar och med pumpens tryckökning på 3,95 bar blir den totala ökningen 13, bar. Det trycket är så högt att det löser ut turbinkretspumparna. Anledningen till att pumparna löser är att kondenskärlen och värmeväxlarna inte är klassade för tryck över 11,3 bar. Förträngningsventil K51AV5 är öppen till 10 % vilket ger 9,47 bar. Vattnets temperatur i det här fallet är 6 C vilket ger 98, Kg/m 3. Resten har då strypts bort och blir då en förlust. Förlusteffekten blir då enligt följande samband: P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (5.3) 711 3600 ( 9,47 9, 3,95) 10 = 7, 66 kw Uträkningen visar av den strypta effekten 7,66 kw som blir en ren förlust. I och med att det här värdet är ett genomsnittligt timvärde så innebär det att det blir en effekt med enheten kwh. Med ett genomsnittligt veckospotpris på 1,83 SEK/MWh är energiförlusten i pengar 15,46 SEK. Enligt följande samband: 7,66 1,83 = 15,46 SEK 3 10 0
Figur 5.1 Vattnets huvudflöde igenom Kraftvärmeverket med CP06 och återkylning 61 i drift 5.1.4 008-0-16 säsongens kallaste dag och CP06 i drift 008-0-16 Kl 06:00. En tidig onsdagsmorgon. Förutsättningarna är följande, en utetemperatur på -7,6 C. Flödet ligger på 400 m 3 /h. Utgående effekt från KVV är 145,7 MW, turbinkretspump CP05 är i drift vid detta tillfälle. När pumpen är i drift ger den, med ett flöde på 400 m3/h, en tryckökning med 3,43 bar merparten av ökningen stryps bort med hjälp av ventil K51AV5. Trycket innan pumpen är 7,9 bar och med pumpens tryckökning på 3,43 bar blir den totala ökningen 13,1 bar. Det trycket är så högt att det löser ut turbinkretspumparna. Förträngningsventil K51AV5 är öppen till 54 % vilket ger 9,6 bar. Vattnets temperatur i det här fallet är 54 C vilket ger 986,4 Kg/m 3. Resten har då strypts bort och blir då en förlust. Förlusteffekten blir då enligt följande samband: P Q 3600 ( p p p ) 10 = efterpump förepump tryckökning (5.4) 400 3600 ( 9,6 7,90 3,43) 10 = 114, 0 kw 1
Uträkningen visar av den strypta effekten 114,0 kw som blir en ren förlust. I och med att det här värdet är ett genomsnittligt timvärde så innebär det att det blir en effekt med enheten kwh. Med ett genomsnittligt veckospotpris på 410,15 SEK/MWh är energiförlusten i pengar 46,84 SEK. Enligt följande samband: 114,0 10 410,15 = 3 46,84 SEK 6. Beräkningsmodellen 6.1 Excel Mätvärdena har hämtats från Cactus i driftdatorn som finns i kontrollrummet på KVV samt från Nordpools hemsida. Värdena har förts över till en Excel-fil där sedan beräkningsmodellen har gjorts. Den programmeringen som har använts i den här undersökningen vanliga räkneoperationen och villkorssatser samt en andra och tredjegrads ekvation. För att få en så bra undersökning som möjligt har följande mätvärden hämtas in: Flödet igenom KVV Tryck före turbinkretspumparna Trycket efter turbinkretspumparna Motorström K51CP05 Läge ventil K51AV5 Motorström K51CP06 Läge ventil K51AV30 Temperatur retur fjärrvärmevattnet Utomhus temperatur Utgående effekt KVV Effekt återkylning Nordpools genomsnittliga veckopriser under 007-008
Alla värden är per timma för hela året utom Nordpools elpriser som är genomsnittliga veckopriser. Där värdet för ström I hämtas från driftdatorn. Att få fram antalet drifttimmar används en omfunktion, som ger 1 när pumpmotorn är i drift, annars 0. Omfunktionen är en enkel Excelsats: =OM(Pumpeffekten>0;1;0) Då strömvärdet är en osäker variabel har det endast används som en indikering att pumpen har varit i drift. Övriga värden så som tryck, flöde och temperatur har mätare kalibrerats med jämna mellanrum. Eftersom det är de värden som man styr verket och fjärrvärmeflödet med. Är pumpen i drift genererar det en 1 i annat fall genererar det 0. För att beräkna tryckökningen i systemet när pumpen är driftsatt används ytterligare en villkorssats. I den villkorssatsen ingår en tredjegrads ekvation som beräknar tryckökningen i pumpen. Ekvationen fås genom att mata in flöde och tryck i Excel och göra ett diagram. En trendlinje läggs in i diagrammet och låta programmet skriva ut ekvationen för den linjen. Ekvationen sätts in i en villkorssatts som är beroende på flödet och drifttimmar enligt följande samband: =OM(Drifttimmar<1;0; -0,000000000*(Flödet)^3 + 0,0000008*(Flödet)^ - 0,001*(Flödet) + 4,4698) Svaret ger om pumpen är i drift, vad tryckökningen. Det svaret läggs ihop med mätvärdet av returtrycket vilket ger totaltrycket innan förträngningsventil K51AV5 respektive 30. Energiförlusten över förträngningsventilerna K AV5-30 beräknas med hjälp av en villkorssats som innehåller en beräkning av förlusten över förträngningsventilen om pumpen är drift: =OM(Drifttimmar>0;((Densitet*(Flödet/3600)*9,81*(((Tryck efter pump -Tryck ökning - Tryck innan pump )*-1)*10,))/10^3);0) Svaret delas med 1 000 för att få rätt enhet på effektförlusten, kw. Då alla värdena är per timma under ett år summeras de ihop till årsförlusten av energin. Resultatet blir energiförlusten i kwh. Kostnaden är intressant i detta läget och genomsnitts priset per vecka har hämtats från Nordpools elspots prislista. Summan av energiförlusten över ventil K51 AV5-30 adderas och delas med 1000 för att få enheten MWh. Den summan multipliceras med Nordpools spotpris enligt följande samband: =((Energiförlust AV5+ Energiförlust AV30)/1000)*elpriset Den totala summan på energiförlusten blir enligt beräkningen 05 000 SEK. 3
7. Framtiden Nästa år kommer ackumulatortanken vara klar för att kopplas ihop med nätet i anslutning till Ryaverket. Vilket kommer att påverka sättet att köra verkets flis och avfallspannor, och det blir lättare att hålla jämn värme ut på nätet. Med att lagra värme går det att hjälpa till vid köldtoppar. Då minskar behovet att spetslastalternativ så som värmepump, HVCB och HVCH. Inte att förglömma elpanna. I det här läget så kommer turbinkretspumparnas motorer bytas ut mot frekvensstyrda motorer. Vilket kan vara en bra lösning då kraftverket kommer att vara kvar i på Rya i många år till. Avfalls pannorna kommer att vara i drift i minst 50 år till. Ett nytt, biomasseldat kraftverk, planeras att bygga omkring år 013. Hur den inkopplingen kommer att se ut är osäkert idag, men naturligtvis så kommer det att påverka Ryaverket. Framtiden ter sig väldigt spännande för Borås energiförsörjning och målet att bli en fossilfri stad. 8. Resultat 8.1 Turbinkretspump CP05 Under mätperioden 007-03-16 kl13:00 till 008-03-15 kl 1:00 har det visat att turbinkretspump CP05 har gått i 1 41 h. Den energi som stryps bort i ventil K51AV5 har beräknats till 170 MWh, motsvarande el kostar under samma år 48 000 SEK. Elpriset är hämtat från Nordpool elspotprislista. 8. Turbinkretspump CP06 Under mätperioden 007-03-16 kl13:00 till 008-03-15 kl 1:00 har det visat att turbinkretspump CP06 har gått i 890 h. Den energi som stryps bort i ventil K51AV30 har beräknats till 46 MWh, motsvarande el kostar under samma år 157 000 SEK. Elpriset är hämtat från Nordpool elspotprislista. 8.3 Totala energiförlusten Den totala mängden energi som försvinner i förträngningsventilerna K51AV5-30 motsvarar 595 MWh till en kostnad av 05 000 SEK. Kostnaden blir ungefärlig då endast Nordpools genomsnittliga prislista har varit tillgänglig. Men den ger en bra bild över hur mycket motsvarande elenergi skulle kosta. Den energin som stryps bort försvinner som värme, ett dyrt sätt att värma vatten på. 9. Diskussion Då elförbrukningen är en osäker variabel i denna rapport, men en kvalificerad gissning är att det är ungefär 990 MWh till en ungefärlig kostnad av 300 000 SEK. Den spekulationen är byggd på den energin som tryckökningen efter pumpen ger. Motorns verkningsgrad har i detta fall antagits till 0,9. Effekten som var beräkningen grundar sig på är följande samband: P Q 3600 ( ) 10 = p trycköknin g 4 (9.1)
Och det faktum av pumparna har en total drifttid av 4 311 h. Med ett genomsnitts effekt 0,18 MW per timme de är i drift. En överslagsräkning ger, med en genomsnittlig verkningsgrad på 0,85 för pumparna, att: 0,18 0,85 = 0,1MW Med elmotorns verkningsgrad, som antas vara 0,9: 0,1 = 0,3 MW 0,9 Då är effekten som går till elmotorn uppskattad till 0,3 MW genomsnittligt. Med antalet drifttimmar på år, 4 311 h, fås en uppskattad förbrukning 990 MWh. Med en genomsnittlig kostnad av 300 SEK/MWh blir den uppskattade kostnaden för pumparnas drift 300 00 SEK under året. 990 300 300000SEK Det här är bara en uppskattad kostnad som bara ger en liten fingervisning om förbrukning och kostnad. När denna rapport gjordes var det osäkert om ackumulatortanken skulle byggas. Men Borås kommunfullmäktige har gett klartecken till byggstart och bygget är nu i full gång. Inkoppling av en ackumulatortank kommer att ändra körsättet av turbinkretspumparna. Från att i dag endast köras när behov finns så kommer driften av turbinkretspumparna köras kontinuerligt med frekvensstyrning. När det biomasseldade kraftverket, som planeras till år 013, kommer att tas i drift kommer det också att påverka körsättet för Ryaverket. Men på vilket sätt är omöjligt att se i dag. Målet att Borås stad ska vara en fossilbränslefri stad är en spännande realitet inom en snar framtid. 5