Vedenjakelujärjestelmän energiataseanalyysi

Abstract

Energiatehokkuuden parantaminen on keskeinen keino vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ja säästää kustannuksissa vesilaitoksilla, joiden käyttämästä energiasta merkittävä osa käytetään veden jakeluun. Tässä työssä viiden suomalaisen vedenjakelujärjestelmän energiankäyttöä tutkittiin energiataseanalyysillä. Verkostomallinnuksella laadittavalla vedenjakelujärjestelmän energiataseanalyysillä voidaan selvittää lähteet, joista energiaa tulee järjestelmään, järjestelmän ja sen eri osien energiankäyttö sekä se, miten energia järjestelmässä käytetään. Energiataseen tulosten pohjalta arvioitiin tarkasteltujen vedenjakelujärjestelmien energiatehokkuutta ja etsittiin kohteita, joilla olisi energiansäästöpotentiaalia. Energiatehokkuutta arvioitiin sekä koko järjestelmän osalta että painepiirikohtaisesti. Verkostomallinnuksella laadittavaa vedenjakelujärjestelmän energiatasetta ei ole aikaisemmin tutkittu suomalaisille vedenjakelujärjestelmille. Maailmanlaajuisestikin tässä työssä tehtävä tarkastelu on yksi ensimmäisistä ja ensimmäinen, jossa otetaan huomioon energiankäyttö myös raakavedenotossa ja veden siirrossa käsittelyprosessien sisällä. Tässä työssä käytettävä energiatasemenetelmä pohjautuu Cabrera et al. (2010) kehittämään menetelmään, jota on täydennetty Sunela & Puust (2015b) esittämillä lisäyksillä. Erona aikaisempiin sovelluksiin energiatasetarkastelu on laajennettu käsittämään myös raakavedenotto ja veden siirtäminen vedenkäsittelyprosessissa. Energiavuo painepiirien läpi ja energiavajaus on otettu taseessa huomioon. Uutta aiempiin sovelluksiin verrattuna on myös tarkka sähköenergian mallinnus ja eri sähköä kuluttavien komponenttien erottelu siten, että pumpun, moottorin ja taajuusmuuttajan häviöt on eritelty. Energiatehokkuuden arvioimiseksi käytettävät tunnusluvut poikkeavat myös aikaisemmista esityksistä. Tulosten perusteella suomalaisten vedenjakelujärjestelmien ominaisenergiankäyttö vaihtelee tyypillisesti 0,31–0,36 kWh/m3:iin ja ominaissähkönkäyttö 0,45–0,50 kWh/m3:iin. Verkostojen hydraulinen hyötysuhde vaihtelee 47–52 %, sähköhyötysuhde 32–38 % ja pumppauksen hyötysuhde 52–61 % välillä. Verkoston energiatehokkuutta heikentävistä tekijöistä ylijäämäenergiaa eli tarpeettoman korkeita paineita vedenkäyttäjillä on tyypillisesti 18–22 % kokonaisenergiankäytöstä, kitkahäviöitä 17–22 % kokonaisenergiankäytöstä ja vuotojen mukana järjestelmästä poistuvaa energiaa 9–13 % kokonaisenergiankäytöstä. Työssä tutkittiin joidenkin toimenpiteiden vaikutusta energiatehokkuuteen. Tampereelle tutkituilla toimenpiteillä kokonaisenergiankäyttö väheni 20 % ja Joensuussa sähkönkäyttö 10 %