Optimizing energy systems is, in Sweden, as in many other countries, of growing interest. District heating systems are no exception. In 2012, 285 out of 290 municipals in Sweden had district heating in use and the majority of these systems have a higher return temperature than that which is possible with an error-free substation of day current technology. To, when possible, lower the return temperature is a way of increasing the effectiveness of the district heating system.This study means to investigate, through simulations and calculations, how big of a reduction in production cost a lower temperature in the city of Ystad’s district heating system would correspond to. The results show that a cold year, such as 2010, 1.8 SEK of the production cost could be saved per MWh sold heat for a whole year and 1°C temperature lowering. Equivalent value for a warm year such as 2011 was concluded to be 1.2 SEK/MWh,°C.

För fjärrvärmebolag är det oerhört viktigt att den värme de producerar utnyttjas så effektivt som möjligt av deras kunder. Det finns dock en mängd problem med kundernas undercentraler som skapar hinder för detta mål. Undercentralerna tenderar att skicka en viss mängd okylt vatten tillbaka till fjärrvärmeverket. Förutom undercentraler är rundgångar och avtappningsventiler problemområden i fjärrvärmenät.   Bollnäs Energi AB vill se över hur fjärrvärmenätet och produktionsanläggningen i Bollnäs skulle påverkas ekonomiskt och miljömässigt om returtemperaturen sjönk. Det som i första hand behandlas i rapporten är rökgaskondensering.   Rökgaskondensering är när den energimängd som har gått åt för att bilda ånga av fukten i bränslet vid förbränningen återigen blir till vätska. Den här energimängden tas tillvara på genom att värmeväxlas mot fjärrvärmenätets returledning. Det går förenklat att säga att ju lägre returtemperatur desto högre värmeeffekt kommer att möjliggöras från rökgaskondensorn.   När 1 MWh energi utvinns ur rökgaskondensorn så är det 1 MWh mindre som behöver förbrännas i företagets pannor. Om det är flera pannor igång samtidigt som drivs med olika bränslen så är det bränslet med högst pris som kommer att sparas in på. Det kan dock innebära problem när den panna som lastas ned är en kraftvärmepanna, d.v.s. att den både producerar värme och el, eftersom att även elproduktionen minskas.   Data har samlats in från företagets loggar och en simulerad sänkning av returtemperaturen har gjorts. Detta har påvisat att en sänkning av returtemperaturen med en grad skulle leda till en besparing på ungefär 442 000 kr per år.   När denna ”gratisenergi” kommer ifrån rökgaskondensering istället för ifrån avfalls- eller oljeförbränning så blir det även en stor miljömässig vinst. Därför har energimängden från rökgaskondenseringen även jämförts med om samma mängd energi hade producerats genom förbränning av avfall eller olja. Beräkningarna visar här att samma sänkning som ovan skulle minska utsläppen av fossil koldioxid med 378 respektive 762 ton per år. / For district heating companies it is extremely important that the heat they produce is utilized as efficiently as possible by their customers. However, there are a lot of problems with customers heat exchangers, which create obstacles to this goal. The heat exchangers tend to send a certain amount of uncooled water back to the district heating plant. Round passages and drain valves are other examples of problem areas in a district heating network.   Bollnäs Energi AB wants to review how the district heating network and production facility in Bollnäs would be affected economically and environmentally if the return temperature dropped. What primarily is dealt with in this report is how it would affect the flue gas condenser.   Flue gas condensation is when the amount of energy that has been used to produce steam by the moisture in the fuel during combustion again becomes liquid. This amount of energy is being utilized by heat exchanging it with the district heating network return line. It is simplistic to say that the lower the return temperature, the higher the effect output will be made possible from the flue gas condenser.   If 1 MWh of energy is extracted from the flue gas condenser, that is 1 MWh less that needs to be burned in the company's boilers. If there are several boilers running simultaneously operated with different fuels, it is the fuel that has the highest cost that will be saved into. However, it can cause problems when the boiler is loaded into a cogeneration unit, ie, that it produces both heat and electricity, because even electricity production will then be reduced.   Data has been collected from the company's logs and a simulated reduction in the return temperature has been made. This has demonstrated that lowering the return temperature by one degree would lead to a saving of approximately 442 000 SEK per year.   When this "free energy" comes from flue gas condenser instead from waste or oil combustion so it also becomes a major environmental gain. Therefore, the amount of energy from the flue gas condensation was compared with if the same amount of energy would have been produced by burning waste or oil. The calculations show that the same reduction as above would reduce carbon dioxide emissions by 378 and 762 tonnes per year respectively.

Sandviken Energi producerar ungefär 220 GWh fjärrvärme och 20 GWh el varje år vid sin produktionsanläggning i Björksätra Sandviken. För att effektivisera denna produktion är en av de bättre lösningarna en sänkning av returtemperaturen. En sänkt returtemperatur innebär effektivare rökgaskondensering, mindre förluster till mark, sänkt pumpdrift och ökad leveranskapacitet. På uppdrag av Sandviken Energi så har denna utredning gjorts med syftet att påvisa hur mätvärden kan användas till mer än debitering och framförallt hur mätvärden kan användas för att identifiera anläggningar som påverkar returtemparaturen negativt. Anläggningar har identifierats beroende av returtemperatur, avkylning och storlek. Dessa faktorer har valts för att bäst identifiera de anläggningar som påverkar kollektivets returtemperatur på negativast sätt. En granskning har gjorts av de fem värst anläggningarna för att få en uppfattning om vilken typ av anläggningar som påverkar returtemperaturen negativt. Ytterligare en analys har sedan gjorts där en sänkning av returtemperaturen på 10˚C beräknas på de 50 första identifierade anläggningarna. Denna sänkning innebär att kollektivets returtemperatur sänks med ungefär 2,4˚C. En LAVA-kalkyl har sedan använts för att beräkna hur denna sänkning på 2,4˚C påverkar produktionen och distributionen av fjärrvärme i Sandviken. Resultatet blir en vinst med 1 498 754 kr/år vilket ger ett investeringspotential på ungefär 11 miljoner kronor. En rad åtgärdsförslag som kan användas för att genomföra en sänkning av returtemperaturen på kundernas anläggningar presenteras. / Sandviken Energi produces around 220 GWh district heating and 20 GWh electricity every year at their production facility in Björksätra Sandviken. To make this production more efficient one of the best solutions is a lowering of the return temperature. A lowering of the return temperature means a more efficient flue-gas condensation, less heat loss to ground, lowered pump activity and increased delivery capacity. On behalf of Sandviken Energi this investigation has been seen through with the purpose of demonstrating how measured values can be used for more than billing and foremost how measured values can be used to identify facilities that negatively affect the return temperature. Facilities have been identified based on their return temperature, cooling, and size. These factors have been chosen to best identify the facilities that affect the collective return temperature in the most negative way. A study has been done of the five worst facilities to get an idea of what kind of facility that negatively affects the return temperature. Another analysis was then done where a lowering of the return temperature by 10˚C was calculated on the first 50 facilities identified. This drop resulted in a lowered collective return temperature by 2,4˚C. A LAVA-calculation was then used to calculate how this lowering of 2,4 ˚C affects the production and distribution of district heat in Sandviken. The result was an increased profit of 1 498 754 kr/year which gives an investment potential of about 11 million Swedish kronor. A set of proposed measures that can be used to lower the return temperature of the customer’s facility is presented.

I detta examensarbete analyseras och utvärderas påverkan av ett system som gör det möjligt att fjärrstyra fjärrvärmeventiler. Principen för systemet är att fastighetens energitillförsel reduceras under kortare stunder, vilket ska åstadkomma vinster för både fjärrvärmeleverantören och fastighetsägaren utan att ha negativ påverkan på inomhuskomforten. Tyngdpunkten i rapporten är att påvisa vilka vinster som kan åstadkommas med en sådan typ av applikation, främst dess påverkan på kundernas fjärrvärmeanvändning och deras effektbehov har studerats. Initiativet till examensarbetet är taget av Tekniska Verken i Linköping AB som under hösten 2009 till våren 2010 har haft ett fjärrstyrningssystem från NODA Intelligent Systems i drift. Systemet har varit installerat på nio större fjärrvärmecentraler i Linköping, sammanlagt cirka 65 000m2 boarea. Systemet har varit i drift veckolånga perioder varvat med opåverkade veckor, detta för att skapa referensdata att jämföra med. All fakta i resultatdelen är hämtade från detta projekt och arbetet med denna rapport har även till en viss del påverkat projektets gång. Utvärderingen visar att systemet ger upphov till en årlig energibesparing på i genomsnitt 5% i de deltagande fastigheterna. Spridningen i resultatet är dock stor, för en av fastigheterna kan ingen energibesparing alls garanteras medan den fastighet som uppvisar bäst resultat uppnår en besparing på drygt 9% av årsanvändningen. Huruvida inomhuskomforten påverkas utav laststyrningen går inte att fastställa av denna utvärdering då antalet mätpunkter för inomhustemperaturen varit begränsat. Möjligheten finns att tillfälligt reducera effektbehovet i fastigheter som fjärrstyrs. En effektreducering på medel 20-30% är möjlig att göra under en tretimmarsperiod. Resultaten från de flesta fastigheterna visar på att reduceringens storlek är som störst den första timmen som fjärrstyrs och avtar under styrningens gång. Efter styrningstillfällen uppkommer det i de flesta fallen ett ökat effektuttag, detta kan uppgå till 13% och risken finns att det ökade behovet kan inverka negativt på fjärrvärmeleverantören. Utvärderingen tyder också på att systemet tillfälligt sänker returledningstemperaturen på primärsidan från de fastigheter som laststyrs, vilket är positivt för fjärrvärmeleverantörer som Tekniska Verken. Om systemet installeras i stor skala i Linköpings fjärrvärmesystem så visar beräkningar att Tekniska Verken skulle göra en mindre vinst. Detta genom att fjärrstyrningen innebär systemövergripande fördelar så som sänkta returledningstemperaturer, minskade produktionskostnader och en möjlighet att tillfälligt reducera effektbehovet hos kund och därmed skulle Tekniska Verken i en viss mån ha möjlighet att styra sin produktion.

District heating is a spread technology where buildings and industries are supplied with heatand hot tap water. This technology is used in 285 out of Sweden’s 290 municipalities. GöteborgEnergi has a theoretical possibility to lower their return temperature from 38 ◦C to 30 ◦C. This change corresponds to economic savings at 54 millions [kr/year] in production costs, anddecreased carbon dioxide emissions at 3 390 [ton CO2e/ year]. Ineffective heat exchangers indistrict heating centrals is one of the reasons why the return temperature is high in the districtheating grid, though the goal is to have the lowest return temperature as possible.To identify which district heating centrals that are ineffective has the Överkonsumstionsmetodenbeen applied. Through reinvestments of new heat exchangers in district heating centrals with ahigh return temperature, the company could lower the return temperature. Reinvesting in 247profitable apartment building centrals would lower the nets average return temperature with 0,44◦C, a saving in production costs of 2,84 [Mkr/year] and decreased carbon dioxide emissions of189 [ton CO2e/year]. However, calculations show that it is only profitable at 22% to reinvest innew heat exchangers at apartment buildings. The reinvestments tend to be profitable when thereturn temperature and heat use is high. A table has also been developed to determine when it isprofitable to do this reinvestment, dependent on return temperate, delivered heat and installedefficiency for the specific district heat central. / Fjärrvärme är en utbredd teknik där byggnader och industrier förses med värme och varmttappvarmvatten. I Sverige används tekniken i 285 av 290 kommuner. Göteborg Energi har enteoretisk möjlighet att sänka sin returtemperatur från 38 ◦C till 30 ◦C, vilket motsvarar en ekonomiskbesparing om 54 [Mkr/år] i produktionskostnader och en koldioxidutsläpps minskningmed 3 390 [ton CO2e/år]. Ineffektiva värmeväxlare i fjärrvärmecentralerna är en utav anledningarnatill varför returtemperaturen är hög i fjärrvärmenätet, målet är dock att ha lägsta möjligareturtemperatur. För att identifiera vilka fjärrvärmecentraler som är ineffektiva har Överkonsumtionsmetodentillämpats. Genom reinvestering av nya värmeväxlare i fjärrvärmecentraler med hög returtemperatur,hade företaget kunnat sänka sin returtemperatur. Reinvestering av de 247 lönsammafjärrvärmecentralerna i flerbostadshus hade givit en förändring på fjärrvärmenätets genomsnittligareturtemperatur om 0,44 ◦C, en produktionskostnadsbesparing om 2,84 [Mkr/år] samt ettminskat koldioxidutsläpp om 189 [ton CO2e/år]. Dock visar beräkningar att det enbart är lönsamtvid 22% att reinvestera i nya värmeväxlare vid fjärrvärmecentraler i flerbostadshus. Exempelvistenderar lönsamheten för reinvestering av värmeväxlare att öka vid fjärrvärmecentraler med högreturtemperatur och stor värmemängd. Det har även tagits fram en tabell för att kunna avgöranär det är lönsamt att göra reinvesteringen, beroende på returtemperatur, värmemängd samtdimensionerad effekt för den specifika fjärrvärmecentralen.

Försmutsning av plattvärmeväxlare i fjärrvärmecentraler minskar avkylningen av det cirkulerande vattnet i fjärrvärmenätet. Detta ökar behovet av värmeproduktion i fjärrvärmeverket vilket medför ökade utsläpp av växthusgaser. Mängden försmutsning beror på vattnets kvalitet och material i systemet. I denna studie undersöks prestandaförändring av värmeväxlare i fjärrvärmecentraler för småhus före och efter rengöring samt för en ny värmeväxlare. Prestandan mäts i laboratorium genom att mäta temperaturer på in- och utlopp på värmeväxlaren vid bestämda flöden. Utvärderingen inkluderar prestandaförändring för UA-värdet, Temperaturverkningsgrad, Effektivitet NTU och möjlig påverkan på växthusgasutsläpp från Borlänge Energis fjärrvärmesystem. En osäkerhetsanalys genomfördes för att bestämma de teoretiska osäkerheterna.Resultaten från studien visar att rengöring av småhusvärmeväxlare med CIP-metoden har en viss effekt på både tappvattenvärmeväxlaren och värmeväxlaren. För värmeväxlaren är förändringen liten där ökningen på UA-värdet ligger mellan 10–202 W/˚C jämfört med tappvattenvärmeväxlaren där det ligger mellan 205–870 W/˚C. Störst effekt har rengöringen på tappvattenvärmeväxlaren vid högre flöde. Värmeöverföringen är likvärdig för en ny värmeväxlare och den rengjorda.En sänkt returtemperatur från fjärrvärmecentraler leder till en förbättrad verkningsgrad på fjärrvärmeverket som bidrar till en minskning av mängden växthusgasutsläpp. Enligt de resultat och beräkningar utförda i studien kan genom rengöring returtemperaturen minskas med 2,3 ˚C ±0,4 % från fjärrvärmecentralerna i småhus till Borlänge Energis fjärrvärmenät.Rengöring av tappvattenvärmeväxlare kan vara ett alternativ till att byta ut mot en ny för småhusägaren, med förutsättning att priset för rengöring är lägre än att köpa en ny och att fjärrvärmesystemet har flödesavgift. Detta gäller dock inte värmeväxlaren för värme där skillnaden i värmeöverföring mellan en smutsig och ny eller rengjord är marginell. / Fouling of plate heat exchangers in district heating substations reduces the cooling of circulating water in the district heating network. This increases energy production at the district heating plant, which results in increased greenhouse gas emissions. The amount of fouling depends on the quality of the water and material in the system. This study evaluates the performance change of heat exchangers in district heating substations for residential housing before and after cleaning, and new heat exchangers. Performance is measured in the laboratory by measuring temperatures before and after cleaning at specified flows. The evaluation includes performance change of UA-value, Temperature efficiency, Effectiveness NTU and possible impact on greenhouse gas emissions from Borlänge Energi's district heating system.The results of the study show that cleaning of residential heat exchangers with the CIP method has a certain effect on both the tap water heat exchanger and the heat exchanger. For the heat exchanger, the improvement in performance is small where the UA-value increases between 10-202 W/˚C compared to the tap water heat exchanger where it is between 205-870 W/˚C. The highest effect is the cleaning on the tap water heat exchanger at higher flow. The heat transfer is equivalent for a new heat exchanger and the cleaned one.Reduced return temperature from the district heating network leads to an improved efficiency at the district heating plant, which contributes to a reduction in the amount of greenhouse gas emissions. According to the results and calculations performed in the study, by cleaning the return temperature can be reduced by 2,3 ˚C ± 0.4% from the district heating substations in residential houses to Borlänge Energy's district heating network.Cleaning of tap water heat exchangers can be an alternative to switching to a new one for the homeowner, provided that the price for cleaning is lower than buying a new one and that the district heating system has flow rate tariff. However, this does not apply to the heat exchanger where the difference in heat transfer between one with fouling and a new or cleaned is marginal.