Selection of a power plant cooling system

Abstract

Energiantuotantolaitoksen jäähdytysjärjestelmän pääasiallisena tehtävänä on höyryturbiinilta poistuvan matalapaineisen höyryn lauhduttaminen. Lauhduttimen alipaine ja laitoksen hyötysuhde ovat sitä suurempia, mitä alhaisempi lämpötila jäähdyttävällä ainevirralla on. Tässä käytettävällä jäähdytysmenetelmällä on oleellinen vaikutus. Kustannustehokkaimman järjestelmävaihtoehdon löytäminen edellyttää useiden laitteistoa ja laitosaluetta koskevien parametrien tarkastelua.

Olennaisin valintaan vaikuttava tekijä on riittävän suuren ja käytettävissä olevan vesialueen läheisyys. Kertakiertoinen jäähdytys on tehokkain jäähdytysmenetelmä, mutta se vaatii suuren vedenottopisteen kapasiteetin. Kuivat jäähdytysjärjestelmät, kuten ACC ja Heller, eivät kuluta juuri lainkaan vettä, mutta niillä lauhduttimen paine jää suhteellisen korkeaksi ja sähköntuotannon hyötysuhde kärsii. Myös jotkin ympäristönäkökohdat, sijoituspaikkaan liittyvät tekijät tai esim. tilaajan intressit voivat rajoittaa mahdollisten järjestelmävaihtoehtojen lukumäärää. Mahdottomien tai hyvin hankalasti toteutettavien vaihtoehtojen poissulkemisen jälkeen jäähdytysjärjestelmän valintaa ohjaavat usein kustannuskysymykset.

Työhön liittyen laadittiin Microsoft Excel -pohjainen valintatyökalu Electrowatt-Ekono Oy:n esisuunnittelun tarpeisiin. Työkalun avulla eri järjestelmiä voidaan simuloida staattisesti, jonka jälkeen laskettuja tuloksia on mahdollista vertailla keskenään. Työkalu laatii myös arvion kiinteistä ja muuttuvista kustannuksista. Simulointimallien avulla on mahdollista lisäksi suorittaa yksinkertaista järjestelmäoptimointia. Työkalun tarkoituksena on toimia jäähdytysjärjestelmän valintaprosessin tukena, eikä sen antamia tuloksia tule pitää lopullisina.

Työssä tarkasteltiin valintaprosessia ja työkalun toimivuutta käytännössä kahden case - projektin avulla. Epätarkkuuksista huolimatta tulokset osoittautuivat riittävän hyvin paikkansa pitäviksi esisuunnittelun tarpeita ajatellen. Työ osoitti, että energiantuotantolaitoksen jäähdytysjärjestelmän valintaan on kiinnitettävä erityistä huomiota, sillä sen vaikutus koko energiantuotantoprosessiin on merkittävä. Sopivin järjestelmävaihtoehto on aina tapauskohtainen ja kaikki työssä esitetyt menetelmät säilyttänevät asemansa jatkossakin erityisominaisuuksiensa vuoksi.