Energian kehityksen optimointi paperitehtaan voimalaitoksella

Abstract

Työssä olen pyrkinyt optimoimaan kohdeyrityksen tehtaan energian kehitystä sekä määrittämään optimaalisen ajostrategian voimalaitokselle, kun käytettävissä on erilaisia lämpövarastoja, joilla voidaan vaikuttaa prosessin lämmönkulutukseen ja tätä kautta ostosähkön hankintakustannuksiin sekä kattilakuorman tasaukseen. Aluksi olen kartoittanut tehtaan energian kehitys- ja kulutuskohteita. Lämmön varastoinnin kannalta nykyinen kaukolämmönkulutus (2-4 MW) on niin pieni, että työssäni olen tarkastellut tilanteita, joissa kaukolämmönkulutus on 7.8 - 26.2 MW. Seuraavaksi olen nykyisen ajostrategian pohjalle perustuvan staattisen voimalaitosmallin avulla optimoinut energian kehitystä, ensisijaisena tavoitteena ostosähkön hankintakustannusten minimointi. Optimointi on suoritettu todellisen käyttötilanteen (1.2. - 7.2.1981) lämmön- ja sähkön kulutukseen perustuen. Energian kehityksestä aiheutuvat kustannukset olen pyrkinyt määrittämään lineaarisiksi, koska muutoin tietokoneen vaatima laskenta-aika olisi muodostunut varsin suureksi. Optimoinnissa olen ottanut huomioon voimalaitoksella tällä hetkellä käytettävissä olevat lämpövarastot (soodakattilan, SKIII syöttövesisäiliö ja kaukolämpöakku). Näiden lisäksi olen tutkinut mahdollisuutta, jossa voimalaitoksen lisävesisäiliö olisi eristetty ja siten myös käytettävissä lämmön varastona. Optimointitulosten perusteella osoittautui, että kun kaukolämmön kulutus on 7.8. - 26.2. MW, tällöin jo nykyisillä lämpövarastoilla voidaan ostosähkön hankintakustannuksia pienentää viikossa n. 6500 - 9500 mk. Vuodessa säästö on kuitenkin vain n. 195.000 - 285.000 mk, koska kaukolämpöakun käyttöä rajoittaa kaukolämmön kulutus, joka on em. rajoissa ehkä vain loka-huhtikuun välisenä aikana. SK III syöttövesisäiliöitä sekä lisävesisäiliöitä voidaan sen sijaan voimalaitoksen osaprosesseina käyttää lämmön varastointiin myös huhti-lokakuun välisenä aikana, koska niiden lämmönkulutus vähenee ko. aikana vain n. 2 - 3 %. SK III syöttövesisäiliön käyttö tulisi ostosähkön osalta alentamaan kustannuksia ko. aikana n. 40 000 mk. Lisävesisäiliön eristäminen ja käyttö lämpövarastona lisää säästöä n. 3 300 mk viikossa ja vuodessa n. 172 000 mk. Säiliön eristys tulisi maksamaan noin 150 000 mk, joten investoinnin takaisinmaksuaika olisi alle kaksi vuotta. Kolmannessa osassa olen tutkinut likimääräisesti miten höyryn kehityksen muutosnopeus vaikuttaa kuormitusvaihteluita säätävän höyrykattilan savukaasuhäviöihin ja tuorehöyryn lämpötilaan. Osoittautui, että jos höyryn kehityksen muutosnopeutta voitaisiin lämmön varastoinnilla pienentää kolmessa minuutissa 6 %:sta 1.5 %:iin, tällöin säästetään tunnissa n. 120 - 150 mk pienentyneiden savukaasuhäiriöiden sekä lisääntyneen vastapainesähkön kehityksen myötä. Parhaan ajostrategian valinnassa osoittautui, että jos ostosähkön kannalta optimaaliseen ajostrategiaa lisättäisiin kattilakuorman tasaus yö-aikana, saavutettaisiin paras tulos. Taloudellisesti ajostrategian toteutus merkitsee nykyisillä varastoilla n. 422 000 - 558 000 mk säästöä loka-huhtikuun välisenä aikana. Lopuksi olen karkeasti selvittänyt parhaan ajostrategian toteuttamiseksi vaadittavat käytännön toimenpiteet. On huomattava, että investointi ei ole ajankohtainen ennen kuin kaukolämmönkulutus kasvaa (noin kaksinkertaiseksi nykyisestä). Parhaan ajostrategian käytännön toteutuksessa kysymykseen tulisi mikrotietokonejärjestelmä, jonka hinta muodostuisi pelkän laitteiston osalta n. 30 000 mk. Investoinnin takaisinmaksuaika tulisi siten olemaan varsin lyhyt. /Kir10