Katri Valan lämpöpumppulaitoksen tuotannon ja kunnossapidon optimointi

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi

Authors

Date

2016-03-21

Department

Major/Subject

Energiatekniikka

Mcode

K3007

Degree programme

Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma

Language

fi

Pages

72 + 4

Series

Abstract

Rakennusten jäähdytystarve on kasvanut viime vuosina ihmisten mukavuudenhalun noustessa ja erilaisten jäähdytysratkaisujen kehittyessä, mikä on mahdollistanut kaukojäähdytysliiketoiminnan kasvun. Kaukojäähdytys on keskitetysti joko koneellisesti tai kylmää energianlähdettä, kuten merta, hyödyntäen tuotettua jäähdytysenergiaa, joka toimitetaan jakeluverkossa veden välityksellä asia- kasrakennuksiin. Helen Oy:n kaukojäähdytysverkon jäähdytystuotannosta pääosa tuotetaan läm- pöpumpuilla maanalaisessa Katri Valan lämpöpumppulaitoksessa. Samassa prosessissa syntyy kau- kolämpöä, joka voidaan syöttää suoraan kaukolämpöverkkoon asiakkaiden kulutukseen. Tässä työssä tarkastellaan Katri Valan lämpöpumppulaitoksen tuotannollisia optimointimahdolli- suuksia, joilla laitoksen energiatehokkuutta olisi mahdollisuus parantaa. Lämpöpumput ovat lähtö- kohtaisesti koko ajan tuotannossa vaihtelevilla tehoilla, mikä antaa potentiaalia saavuttaa säästöjä pitkällä aikavälillä. Tuotantoa tutkitaan niin käyttö- kuin konetasollakin. Tuotannollisen tarkaste- lun lisäksi työssä käydään läpi myös kunnossapidon optimointia, jossa käsitellään lähinnä joka vuosi tehtävien vuosihuoltojen aikataulun optimointia niin, että laitoksen alasajosta aiheutuvat tuo- tantomenetykset pienenisivät. Työn kirjallisuusosassa käydään läpi lämpöpumpun toimintaperiaate ja pääkomponentit sekä esi- tellään laitoksen käyttötapoja. Koska Katri Valan lämpöpumppulaitos on merkittävä tekijä koko kaukojäähdytysverkon ja muiden laitosten toiminnassa, tarkastellaan työssä myös sekä itse verkon toimintaa että muiden jäähdytyslaitosten ja jäähdytysakkujen toimintaperiaatteita. Kunnossapitoa käydään läpi kirjallisuuden avulla yleisellä tasolla. Työssä esitellään kunnossapidon tavoitteita, stra- tegioita ja eri kunnossapitolajeja. Työn käytännön osiossa käytetään tuotantoraporttien ja mittauksien tarjoamia historiatietoja. Nii- den pohjalta pystytään arvioimaan lämpöpumppujen suorituskykyä ja sitä mahdollisesti parantavia keinoja sekä koko verkon kannalta energiatehokasta teoreettista ajotapaa. Lisäksi työssä tutkitaan laitoksen toiminnalle elintärkeän jätevesiprosessin lämmönsiirtimissä tapahtuvaa likaantumista, joka heikentää laitoksen suorituskykyä, sekä merestä saatavan vapaajäähdytyksen hyödyntämistä kaukojäähdytysveden priimauksessa. Tulosten perusteella voidaan todeta, että suurin tehostamis- potentiaali on Katri Valan lämpöpumppulaitoksen ja koko jäähdytysverkon käyttötasolla. Myös lai- tetasolla voidaan saavuttaa säästöjä säätöjen muutoksilla ja parantamisella. Vuosihuoltojen koko laitoksen seisauttavia huoltotöitä tarkastellaan vuosihuoltotuotteiden, laitelistauksien ja prosessi- kaavioiden avulla. Tuotantoseisokin kestoa on mahdollista lyhentää pilkkomalla vuosihuoltotuot- teet pienempiin osiin ja tekemällä eri kunnossapidon osa-alueiden huoltotyöt vaikutusalueittain.

Cooling demand has risen in the last few years while people’s self-indulgence has grown and differ- ent cooling technologies have progressed. At one time it has allowed the growth of district cooling business. District cooling is the cooling energy that is distributed to the customers via water in pipe- line network. It is centrally produced by cooling machines or by exploiting some cold energy source, like sea water. In Helen Oy’s district cooling network the major part of the cooling energy is pro- duced by heat pumps which are located in Katri Vala’s underground heat pump plant. The same heat pump process produces district heating which can be fed straight to the district heating net- work. In this thesis, Katri Vala heat pump plant is studied to recognize the production concerned optimi- zation possibilities which may increase plant’s energy efficiency. In principle, Katri Vala’s heat pumps are running always at varying power levels. A high utilization rate provides possibilities to achieve savings in long term. The production is studied at both machine and user level. In addition to production study, plant’s maintenance is also investigated which means basically that the annual centralized maintenance schedules are optimized in the way that the production losses would be minimal. In the literature part of this study, the working principles and the main components of a heat pump are presented. Also plant’s operation modes are demonstrated. Because Katri Vala is an important factor for operation of the district cooling network and other cooling plants, the main features of those are also introduced. Maintenance regarding, the main targets, strategies and different genres of maintenance are reviewed. Historical production reports and measurement data are used for the practical part of this thesis. With help of them, the performance of heat pumps and the whole network can be evaluated and finding an optional perspective is possible. The biological fouling process of sewage water heat ex- changers is also studied because fouling tends to lower the productivity and the heat of the sewage water is the vital adjustment resource for the plant. In addition, possibilities of using free cooling from sea for priming the cold water from cooling machines is calculated in the practical study. Ac- cording to the results of this thesis user level of the plant and the network has the most potential for energy savings but there is also improvement possibilities in machine adjustments that increase the energy efficiency. In the practical part of the maintenance analysis maintenance contracts, device lists and process diagrams are used as study material. By reorganizing the annual maintenance works of each section of plant’s maintenance, it is possible to reduce the time that requires all heat pumps to shut down.

Description

Supervisor

Lahdelma, Risto

Thesis advisor

Saikkonen, Antti

Keywords

lämpöpumppu, kaukojäähdytys, energiantuotanto, kunnossapito, optimointi

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201603291600

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG