Spelling suggestions: "subject:"falsvärmen"" "subject:"avfallsvärme""
1 |
Energieffektivisering av falsvärmesystem i vattenkraftverkBäck, Hanna January 2021 (has links)
För att undvika att dammluckor vid vattenkraftverk fryser fast under vintern är det vanligt med värme kring luckorna där uppvärmningen sköts av ett falsvärmesystem. Falsvärmesystemen saknar energimätning men har med sin relativt höga installerade effekt antagits ha en betydande inverkan på den interna energianvändningen. I detta examensarbete är syftet att kartlägga och föreslå energieffektiviseringsåtgärder för driften av falsvärmesystem tillhörande några av Skellefteå Krafts vattenkraftverk. Två olika typer av falsvärmesystem har undersökts, ett system med cirkulerande vätska som värms av elpannor och ett system med ingjutna motståndselement i form av kopparskenor som värms av transformatorer. Det första systemet regleras automatiskt beroende på inställd systemtemperatur och värmeförluster till omgivningen. Det andra systemet kan bara vara av- eller påslaget och regleras inte dynamiskt. Effekt- och temperaturmätningar har genomförts på falsvärmesystem med cirkulerande vätska i tre vattenkraftverk och totalt fem dammluckor, där mätningarna för varje vattenkraftverk pågick i ungefär 2–3 veckor. Genom dataanalys och linjär approximation har sedan den årliga energianvändningen och driftkostnaden för varje system beräknats. Teoretiska beräkningar har också genomförts för falsvärmesystem med cirkulerande vätska för att hitta de variabler som påverkar systemets värmeförluster mest samt för att kunna uppskatta förändringen i energianvändning vid sänkt systemtemperatur. Resultaten visade att vattnets och luftens flödeshastighet längs falsen påverkar värmeförlusterna mest och en sänktsystemtemperatur från 25 till 15C skulle kunna minska energianvändningen för systemet med ungefär 40%. Utöver detta har falsvärmesystemens styrning och övervakning undersökts genom dataanalys av mätningarna samt genom diskussioner med kunnig personal inom området. Möjliga alternativa tekniker till elpannan har också undersökts. De tekniker som studerats i mer detalj är luft-vattenvärmepump, solfångaresamt restvärme från vattenkraftverket. De har främst undersökts genom litteraturstudier ochen multikriterieanalys som visade störst potential hos restvärmen och minst potential hos solfångarna. Efter multikriterieanalysen genomfördes vidare undersökningar av luft-vattenvärmepump och restvärmes om också jämfördes ekonomiskt med elpannan genom beräkning av nettonuvärde samt genom känslighetsanalys. Inom en period på 20 år är en luft-vattenvärmepump det bästa alternativet så länge investeringskostnaden kan hållas runt max 100 000 SEK. Lönsamheten hos ett system med restvärme är mest beroende av investeringskostnaden vilket måste utvärderas separat för varje vattenkraftverk. Energianvändningen för falsvärmesystem med cirkulerande vätska över en vinterperiod ligger mellan 32 och 37 MWh för de system som uppvisat normal drift. Detta motsvarar en kostnad på ungefär 11 000 till 13 000 SEK vid ett elpris på 350 SEK/MWh. I det vattenkraftverk där ingjutna motståndselement används var den årliga energianvändningen per lucka 77 MWh om alla kopparskenor var i drift och 16 MWh per lucka om enbart kopparskenorna längs luckans kanter var i drift. Motsvarande kostnad blir 27 000 SEK respektive 5 700 SEK. Vid jämförelse mellan de två olika systemtyperna är kopparskenorna ett mer robust system med lägre energianvändning om det till största del räcker att värma skenorna längs luckans kanter. Däremot kan elpannorna i systemen med cirkulerande vätska ersättas med mer energisnåla alternativ och systemet kan styras och regleras bättre efter omgivningens förutsättningar. Sammantaget från de mätningar och den dataanalys som genomförts kan det konstateras att det finns god förbättringspotential gällande energieffektivisering av falsvärmesystem. Möjliga energibesparingsåtgärder inkluderar att byta elpannorna mot mer energisnåla alternativ så som luft-vattenvärmepump eller restvärme, förbättrad styrning av falsvärmen, sänkt systemtemperatur samt bättre kontroll av driften för falsvärmen med ingjutna motståndselement. / To avoid frozen gates in the dams located in hydropower plants during winter, it is common to have aheating system around the gate where the heating is managed by a flange heating system. The energy use of the flange heating systems is not monitored but the systems have been assumed to be significant internal energy users due to the relatively high installed power. In this master thesis the purpose has been to map and make the operation of the flange heating system more effective in a few of Skellefteå Krafts hydropower plants. Two different types of flange heating systems have been investigated, one system with circulating fluid heated by electric boilers and one system with resistive copper plates heated by transformers. The first system is automatically regulated depending on the system temperature that has been set and theheat losses in the system. The second system can only be on or off and is not dynamically regulated. Measurements of power and temperature have been performed on flange heating systems with circulatingfluid in three different hydropower plants and a total of five gates, where the measurements were inprogress during 2–3 weeks for each power plant. Yearly requirements for the energy and the operation costs have been calculated through analysis of the gathered data and linear approximations. Theoretical calculations were also performed for a flange heating system with circulating fluid to locate the variables that affect the system heat losses the most and to estimate the change in energy use when the system temperature is lowered. The results showed that the flow of water and air along the flange affects theheat losses the most and if the system temperature is lowered from 25 to 15C the energy use for the system could be reduced by about 40%. Monitoring and control of the flange heating system has also been investigated. Both through analysis of gathered data and through interviews with employees with that area of expertise. Possible replacementsfor the electric boilers have also been investigated. The techniques studied in more detail were an air-water heat pump, residual heat from the hydropower plant and solar collectors. A literature study and a multi-criteria analysis showed most potential for residual heat and least potential for solar collectors. Further investigations were made for the air-water heat pump and residual heat. Both solutions were also compared economically to the electric boiler by calculating the net present value for each solution and performing a sensitivity analysis of the economic calculations. Within a period of 20 years, the air-water heat pump is the best solution, as long as the investment cost is at a maximum of about 100 000 SEK. The profitability of a system with residual heat is mostly depending on the investment cost, which must be evaluated for each hydropower plant separately. The energy use for a flange heating system with circulating fluid during a winter period is between 32 and 37 MWh for the systems that have been operating normally. This translates to an operation cost of 11 000 to 13 000 SEK per gate with an electricity price of 350 SEK/MWh. In the hydropower plant where resistive copper plates are used for flange heating the energy use during a winter period is about 77 MWh for one gate if all copper plates are in operation and 16 MWh for one gate if only the copper plates around the edge of the gate are used. The corresponding costs for operation are 27 000 SEK and 5 700 SEK respectively. When comparing the two different flange heating types, the system with resistive copper plates is more robust and has a lower energy use if it is sufficient with only heat along the edges of the gate most of the time. In the systems with circulating fluid however, the electric boilers can be replaced by other, more energy-efficient alternatives, and the system can be controlled and regulated. In conclusion from the measurements and analysis that has been made, there is potential for more energy-efficient flange heating systems. Possible energy savings include changing from electric boilers to more energy-efficient solutions such as air-water heat pumps or residual heat, better control of the flange heating systems, lowered system temperature and more control of operation of the systems with resistive copper plates.
|
Page generated in 0.0255 seconds