Tuotantoratkaisu Loviisan ydinvoimalaitosyksiköiden hyödyntämiseksi CHP-tuotannossa
Paloviita, Tuomas Antero (2016)
Paloviita, Tuomas Antero
2016
Konetekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-06-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605254072
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605254072
Tiivistelmä
Ydinkaukolämmön tuottamista on selvitetty ja suunniteltu jo vuosikymmenien ajan Fortumissa ja aikaisemmin Imatran Voimassa, koska kaukolämmön tuottaminen hukkaenergiasta kasvattaisi merkittävästi laitoksen kokonaishyötysuhdetta ja loisi uuden tulovirran. Ydinkaukolämpöä tuotetaan pienessä mittakaavassa muutamissa maissa, mikä osoittaa hankkeen olevan toteutettavissa. Tässä työssä pyritään selvittämään, kuinka hyvin Loviisan olemassa olevat laitosyksiköt soveltuvat kaukolämmön tuottamiseen. Työn tavoitteena on suunnitella toteutettavissa oleva tuotantoratkaisu, joka mahdollistaa CHP-tuotannon Loviisassa optimaalisimmalla tavalla.
Työn kirjallisuusosassa tuodaan esille motiiveja ydinkaukolämmön tuottamiselle sekä tarkastellaan konventionaalisten CHP-laitosten yleisiä toimintaperiaatteita ja Loviisan painevesireaktorilaitosten sekundääripiirin tärkeimmät järjestelmät ja laitteet. Pääkaupunkiseudun suuri vuosittainen lämmöntarve, riippuvuuden vähentäminen epävarmoista sähkömarkkinoista sekä yhteiskunnalliset positiiviset vaikutukset kannustavat ydinkaukolämmön tuottamiseen. Kirjallisuusosa perustuu aihetta koskeviin julkaisuihin, artikkeleihin, tekniseen kirjallisuuteen sekä Fortumin sisäisiin asiakirjoihin.
Työn tutkimusosassa selvitetään yhdessä Lappeenrannan teknillisen yliopiston kanssa sekundääripiirin prosessien toimintaa tuotettaessa kaukolämpöä usealla eri tehoalueella. Tutkimuksen perusteella havaittiin, että yhdellä turbogeneraattorilla on tuotettavissa 495 MW kaukolämpöä ilman suuria muutostöitä. Simulointimallin tuloksien perusteella suunnitellaan tuotantoratkaisu, joka pitää sisällään kaukolämmönvaihtimien lämpöteknisen mitoituksen, putkistojen mitoitukset sekä layout-suunnittelun. Tuotantoratkaisu perustuu väliottovaihtoehtoon, jossa kaukolämmönvaihtimille erotetaan höyryä korkeapaineturbiinin jälkeen ennen välitulistimia.
Työn lopussa tarkastellaan kehitetystä tuotantoratkaisusta aiheutuvia kustannuksia sekä arvioidaan hankkeen kokonaiskustannuksia. Kustannusten avulla voidaan arvioida investointihankkeen taloudellinen kannattavuus useassa eri tapauksessa. Tuotetun kaukolämmön suuri energiamäärä ja korkea hinta ovat oleellisimpia tekijöitä takaamaan taloudellisen kannattavuuden. Investointihanke vaikuttaa laskelmien perusteella kannattavalta projektilta, mutta lisäksi on otettava huomioon suureen hankkeeseen liittyvät lukuisat epävarmuustekijät.
Työn kirjallisuusosassa tuodaan esille motiiveja ydinkaukolämmön tuottamiselle sekä tarkastellaan konventionaalisten CHP-laitosten yleisiä toimintaperiaatteita ja Loviisan painevesireaktorilaitosten sekundääripiirin tärkeimmät järjestelmät ja laitteet. Pääkaupunkiseudun suuri vuosittainen lämmöntarve, riippuvuuden vähentäminen epävarmoista sähkömarkkinoista sekä yhteiskunnalliset positiiviset vaikutukset kannustavat ydinkaukolämmön tuottamiseen. Kirjallisuusosa perustuu aihetta koskeviin julkaisuihin, artikkeleihin, tekniseen kirjallisuuteen sekä Fortumin sisäisiin asiakirjoihin.
Työn tutkimusosassa selvitetään yhdessä Lappeenrannan teknillisen yliopiston kanssa sekundääripiirin prosessien toimintaa tuotettaessa kaukolämpöä usealla eri tehoalueella. Tutkimuksen perusteella havaittiin, että yhdellä turbogeneraattorilla on tuotettavissa 495 MW kaukolämpöä ilman suuria muutostöitä. Simulointimallin tuloksien perusteella suunnitellaan tuotantoratkaisu, joka pitää sisällään kaukolämmönvaihtimien lämpöteknisen mitoituksen, putkistojen mitoitukset sekä layout-suunnittelun. Tuotantoratkaisu perustuu väliottovaihtoehtoon, jossa kaukolämmönvaihtimille erotetaan höyryä korkeapaineturbiinin jälkeen ennen välitulistimia.
Työn lopussa tarkastellaan kehitetystä tuotantoratkaisusta aiheutuvia kustannuksia sekä arvioidaan hankkeen kokonaiskustannuksia. Kustannusten avulla voidaan arvioida investointihankkeen taloudellinen kannattavuus useassa eri tapauksessa. Tuotetun kaukolämmön suuri energiamäärä ja korkea hinta ovat oleellisimpia tekijöitä takaamaan taloudellisen kannattavuuden. Investointihanke vaikuttaa laskelmien perusteella kannattavalta projektilta, mutta lisäksi on otettava huomioon suureen hankkeeseen liittyvät lukuisat epävarmuustekijät.