UKREPI ZA IZBOLJŠANJE OBRATOVANJA SISTEMA DALJINSKEGA OGREVANJA LJUBLJANA Mednarodna konferenca daljinske energetike 2013 Portorož, 24. 26. marec 2013 JP Energetika Ljubljana d.o.o. Tjaša Oštir, univ. dipl. inž. str. mag. Suvad Bajrić, univ. dipl. inž. str. Termoelektrarna Toplarna Ljubljana, d.o.o. Igor Bole, univ. dipl. inž. str. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo dr. Matjaž Perpar, univ. dipl. inž. str. prof. dr. Iztok Žun, univ. dipl. inž. str.
VSEBINA PREDSTAVITVE Namen in cilji Analiza obratovalnih parametrov sistema daljinskega ogrevanja Predstavitev ukrepov za izboljšanje obratovanja sistema DO Ljubljana Analiza trenutnega stanja in možnosti izboljšav v TP Analiza postavitve kratkih vez v distribucijsko omrežje Analiza trenutnega stanja črpališč Analiza postavitve novih črpališč za dvig tlaka v omrežju Predlog sprememb za prenovo obstoječih črpališč Analiza postavitve mešalnih črpališč Zaključni sklepi
NAMEN IN CILJI Stanje sistema DO Ljubljana Distribucijsko omrežje je termično in tlačno obremenjeno! Razlogi: hidravlične karakteristike omrežja, kapaciteta virov in črpališč, dolgi transportni časi, struktura proizvodnje. Posledice: visoke toplotne izgube v distribucijskem omrežju, veliko število okvar elementov vročevoda, povečano puščanje vode iz omrežja.
Cilji: Doseganje temperaturnega režima čim bližje temperaturnemu diagramu na čim večjem delu omrežja. Izboljšanje delovanja regulacijskih elementov v TP. Zmanjšanje toplotnih izgub in puščanja vode iz omrežja. Zmanjšanje stroškov cirkulacije vroče vode v omrežju. Povečanje fleksibilnosti sistema. Doseganje stroškovno optimalne strukture proizvodnje. Za izboljšanje delovanja sistema in odpravo navedenih problemov je potrebno uvesti niz ukrepov tako na omrežju, napravah uporabnikov sistema in v načinu obratovanja sistema.
-7-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Povprečna moč vira [MW] Vhodni podatki za analize Struktura povprečnih moči proizvodnih virov TOŠ 350 300 TE-TOL 250 200 150 100 50 Režimi obratovanja: Termično (430 obratovalnih ur) Tlačno (560 obratovalnih ur) Pretočno (7770 obratovalnih ur) 0 Srednja dnevna zunanja temperatura zraka ϑsr,d [ C] Moč vira TE-TOL, termični režim Moč vira TE-TOL, pretočni režim Moč vira TOŠ, termični režim Moč vira TOŠ, pretočni režim
Temperatura vira TE-TOL [ C] ANALIZA TRENUTNEGA STANJA IN MOŽNOSTI IZBOLJŠAV V TOPLOTNIH POSTAJAH 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Δϑd_avg = 15 C -7-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Zunanja temperatura [ C] Teoretična temperatura dovoda Temperatura dovoda po rekonstrukciji TP Dejanska temperatura dovoda ΔQ_izgub 32.000 MWh Teoretična temperatura povratka Temperatura povratka po rekonstrukciji TP Dejanska temperatura povratka
ANALIZA POSTAVITVE KRATKIH VEZ V DO Skrajšanje transportnega časa, krajše predgrevanje omrežja Akumulacija toplote v povratek
Izhodiščna situacija Vgradnja kratkih vez ϑsr,d=0 C ϑsr,d=0 C Izbrane lokacije postavitve in velikosti kratkih vez v distribucijsko omrežje
Rezultati analize Skrajšanje transportnih časov Transportna pot Transportni čas pred in po odprtju kratkih vez [h] Akumulacija toplote v povratek Skrajšanje transportnega časa [h] Bratoševa 2 1,5 0,5 EF 4 2 2 Koseze 3 2,5 0,5 Selanov trg 4 3 1 WTC 2 1 1 Vič 3 1,5 1,5 Stožice 4 1 3 Kamniška 1,5 1 0,5 FDV 1,5 1 0,5 Cankarjev dom 2 1 1 Hala Tivoli 2 1 1 Masa povratne vode [kg] 9668055 Izhodiščna temperatura povratka [ C] 62,8 Temperatura povratka (11 kratkih vez) [ C] 69,9 Količina akumulirane toplote (izh-11 kratkih vez) [MWh] 80,08 Selanov trg ΔQ = m cp θp θp izh = m cp θp
ANALIZA TRENUTNEGA STANJA ČRPALIŠČ Črpališče Termoelektrarna Toplarna Ljubljana Osnovno črpališče, ki je v obratovanju celo leto. Črpališče Toplarna Šiška Booster črpališče v tlačnem režimu obratovanja. Zagotavljanje dviga tlaka znotraj TOŠ pri obratovanju kotlov v termičnem režimu obratovanja. Črpališče Center Ni v obratovanju. Vgrajena popolna oprema. Črpališče Jama Ni v obratovanju. Brez vgrajene opreme.
Črpališče Termoelektrarna Toplarna Ljubljana ČP TE-TOL Vse vgrajene črpalke imajo fiksno število vrtljajev. ETA = V p /Pel ČP TE-TOL Trenutni režim obratovanja (8760 obratovalnih ur) ETA_povp [%] 27,8
Črpališče Toplarna Šiška ČP TOŠ Termični režim obratovanja Tlačni režim obratovanja ČP TOŠ Trenutni režim obratovanja (430 + 560 obratovalnih ur) ETApovp [%] 32,3
Tlak dovoda v TE-TOL [bar] ANALIZA ZNIŽANJA TLAKA V TE-TOL Z VKLJUČITVIJO ČP TOŠ SKOZI CELO LETO Izhodiščna simulacija Znižanje tlaka dovoda Vključitev ČP TOŠ 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 p povp = 0, 5 bar Trenutni tlak dovoda v TE-TOL Znižan tlak dovoda v TE-TOL Znižanje tlaka dovoda v TE-TOL 0-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Srednja dnevna zunanja temperatura [ C] Ocenjeno zmanjšanje puščanja vode za 2,6 m 3 /h oz. 22.776 m 3 letno.
PREDLOG SPREMEMB ZA ČP TE-TOL IN ČP TOŠ TE-TOL Vgradnja frekvenčno reguliranih motorjev na en par črpalk v vsako toplotno postajo, črpalke ostanejo nespremenjene
TOŠ Vgradnja dveh novih črpalk s frekvenčno reguliranimi motorji na trenutno razpoložljiva prazna mesta 1/4 in 2/4
Prihranek električne energije [MWh] ANALIZA PREDLOGOV PRENOVE ČRPALIŠČ 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Ocena prihrankov energije zaradi uvedbe predvidenih ukrepov 3914 4192 Uvedba frekvenčne regulacije Uvedba novega tlačnega režima in frekvenčne regulacije ČP TE-TOL ČP TOŠ ETA_povp po prenovi [%] Trenutni režim obratovanja 39,4 Nov režim obratovanja (Booster črpališče) 35,8 Trenutni režim obratovanja 55,7 Nov režim obratovanja (Booster črpališče) 41,7
ANALIZA POSTAVITVE MEŠALNIH ČRPALIŠČ Nova črpališča z možnostjo primešavanja vode iz povratka: Izhodišče Vgradnja mešalnih črpališč Izbrane lokacije: Krak Vzhod, Krak Štepanjsko naselje, Krak Glinškova ploščad
Glinškova ploščad Krak Vzhod Štepanjsko naselje
Ocena znižanja temperatur dovoda, toplotnih izgub in puščanja vode zaradi vgradnje novih mešalnih črpališč na obravnavanih krakih omrežja Štepanjsko Vzhod Glinškova ploščad naselje Trenutni režim obratovanja 11 10,3 11 Δϑ [ C] Novi režim obratovanja 10,7 7,5 6,9 Trenutni režim obratovanja 1.560 660 580 ΔQ [MWh] Novi režim obratovanja 1.560 490 390 Trenutni režim obratovanja 2,27 ΔV [m 3 /h] Novi režim obratovanja 1,53 Pri trenutnem režimu obratovanja bi dosegli zmanjšanje toplotnih izgub za pribl. 3.000 MWh (nov režim pribl. 2.700 MWh), povprečno puščanje v mreži bi se zmanjšalo za 2,3 m 3 /h oz. 20.000 m 3 na leto (nov režim 1,5 m 3 /h oz. 13.000 m 3 na leto). Potrebna električna energija za pogon črpalk Štepanjsko naselje Glinškova ploščad Trenutni režim obratovanja 183 136 Fiksni vrtljaji [MWh] Novi režim obratovanja 128 70 Trenutni režim obratovanja 167 87 Frek. reg. [MWh] Novi režim obratovanja 87 39
ZAKLJUČNI SKLEPI Analiza trenutnega stanja in možnosti izboljšav v TP Znižanje temperature dovoda za 15 C in zmanjšanje toplotnih izgub za 32.000 MWh. Analiza postavitve kratkih vez v distribucijsko omrežje Skrajšanje transportnih časov za 1 h v primeru najdaljše transportne poti. Analiza trenutnega stanja črpališč Nizka učinkovitost črpališč kot posledica fiksnih vrtljajev črpalk. Analiza postavitve novih črpališč za dvig tlaka Znižanje tlaka dovoda in zmanjšanje puščanja vode za 23.000 m 3 na leto. Predlog sprememb za prenovo obstoječih črpališč Izboljšanje učinkovitosti črpališč, 4.000 MWh prihranka potrebne energije za pogon črpalk. Analiza postavitve mešalnih črpališč Zmanjšanje puščanja vode za 20.000 m 3 in toplotnih izgub za 2.800 MWh na leto.
HVALA ZA POZORNOST! To je šele začetek Tjaša Oštir, univ. dipl. inž. str. +386 (0)1 5889 511 tjasa.ostir@energetika-lj.si mag. Suvad Bajrić, univ. dipl. inž. str. +386 (0)1 5889 515 suvad.bajric@energetika-lj.si Igor Bole, univ. dipl. inž. str. +386 (0)1 58 75360 igor.bole@te-tol.si dr. Matjaž Perpar, univ. dipl. inž. str. +386 (0)1 4771419 matjaz.perpar@fs.uni-lj.si prof. dr. Iztok Žun, univ. dipl. inž. str. +386 (0)1 4771403 iztok.zun@fs.uni-lj.si