Pienvesivoimalaitoksen tuloputken teknis-taloudellinen optimointi
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2010
Major/Subject
Vesitalous ja vesirakennus
Mcode
Yhd-12
Degree programme
Language
fi
Pages
89 + [76]
Series
Abstract
This work examined technical and economical qualities of small hydropower plant penstocks and compared different penstock solutions. The work was divided into a theoretical part and a case study part. The theoretical part used literary-research to highlight the most relevant qualities of four penstock materials chosen for this study. It also processed factors and principles that affect the optimization and design of penstocks. In the case-study part of this work cost estimates were made for four actual hydropower plant penstocks and studies of different solutions were carried out. The total costs of investment alternatives were compared using cost-benefit analysis. The goal of this work was to find out the most concrete alternatives in the construction or renovation of a small hydropower plant penstock and to ease investment decisions. In the research of materials this work was limited to four materials all internationally used in penstocks. The chosen materials were steel, wood, concrete and GRP (glass reinforced plastic). In the economical comparison of the penstock solutions this work was limited by the pipe sizes of the case studies. According to this work the most optimal penstock material of the four options is GRP. It is the most economical and possesses the qualities most demanded in the penstocks solutions. The ease studies showed that the total costs in wooden penstocks were 20 - 30 % higher and in steel penstocks 70 - 87 % higher that in GRP-penstocks. Basic element of concrete pipe was approximately 25 % more expensive than equal GRP-pipe. The major benefits of GRP-pipes turned out to be wide product range, good thermal insulation, good hydraulic characteristics, freedom of maintenance, corrosion resistance, lightness of material and economic and easy installation. The results of this work were based on the price level of 2010. The price relations of the materials change with time and still in 1996 the GRP-pipe was more expensive than the steel-pipe. Price relations are affected among other things by the cost of the raw materials, labour and energy.Tässä työssä tarkasteltiin pienvesivoimalaitoksien tuloputkien teknisiä ja taloudellisia ominaisuuksia sekä vertailtiin erilaisia toteutusvaihtoehtoja keskenään. Työ jakaantui käytännössä kahteen osioon: teoreettiseen ja tapauskohtaiseen. Teoreettisessa osiossa tuotiin kirjallisuustutkimuksen pohjalta esille neljän tutkimukseen valitun tuloputkimateriaalin oleellisimpia ominaisuuksia ja piirteitä. Lisäksi käsiteltiin teknistaloudelliseen optimointiin ja tuloputkien suunnitteluun vaikuttavia merkittävimpiä tekijöitä ja periaatteita. Tapauskohtaisessa osiossa tehtiin neljään todelliseen vesivoimalaitoskohteeseen kustannusarviot ja tutkittiin erilaisia toteutusvaihtoehtoja tuloputkien saneerauksille. Investointivaihtoehtojen kokonaiskustannuksia vertailtiin kustannus-hyötyanalyysia käyttäen. Työn tavoitteena oli selvittää konkreettiset vaihtoehdot pienvesivoimalaitoksen tuloputken rakentamisessa ja uusimisessa ja helpottaa investointipäätöksiä tuottamalla päätöksiä tukevaa lähdemateriaalia. Putkimateriaalien osalta aihe rajattiin neljään materiaaliin, jotka ovat joko Suomessa tai ulkomailla yleisesti tuloputkikäytössä. Materiaaleiksi valittiin teräs, puu, betoni ja GRP (glass reinforced plastic). Taloudelliselta osaltaan tutkimus keskittyi putkikokoihin, joita esiintyi tapaustutkimuskohteissa. Tämän työn perusteella teknis-taloudellisesti optimaalisin vaihtoehto pienvesivoimalaitoksen tuloputkeksi on työssä käsitellyistä vaihtoehdoista GRP-putki. Sekä tuloputkelta teknisesti vaadittavat ominaisuudet että taloudellisuus yhdistyvät GRP-putkessa ja sitä voidaan pitää hinta-laatusuhteeltaan parhaimpana ratkaisuna. Tapaustutkimuksessa puuputki osoittautui kokonaiskustannuksiltaan noin 20 - 30 % ja teräsputki noin 70 - 87 % kalliimmaksi kuin GRP-putki. Betoniputken peruselementti oli ilman rahtia noin 25 % vastaavan kokoista GRP-putkea kalliimpi. GRP-putken merkittävänimiksi hyödyiksi osoittautuivat laaja tuotevalikoima, hyvä lämmöneristävyys, hyvät virtausominaisuudet, korroosion vastustuskyky, huoltovapaus, materiaalin keveys sekä helppo ja edullinen asennus. Työn tulokset perustuvat vuoden 2010 hintatasoon. Materiaalien hintasuhteet muuttuvat ajan suhteen ja vielä vuonna 1996 oli GRP-putki teräsputkea kalliimpi. Hintasuhteiden muutoksiin vaikuttavat merkittävästi muun muassa raaka-aineiden, työvoimakustannusten ja energian hintojen muutokset.Description
Supervisor
Koivusalo, HarriThesis advisor
Aalto, AriKeywords
penstock, pienvesivoimalaitos, small hydropower plant, tuloputki, cost-benefit analysis, teknis-taloudellinen optimointi, kustannus-hyötyanalyysi