Koska laskennan käyttöönottoja ja sen avulla tehtyjä ratkaisuja on määrälli-sesti paljon, keskitytään tämän työn tuloksissa muutamaan esimerkkiin las-kennalla selvitettyihin ongelmiin, ja käydään läpi niistä saavutettuja hyötyjä.
Selvitettävät tapaukset ovat tyypillisiä monessa kaukolämpöyhtiössä.
Seinäjoen Energialle tehdyssä insinöörityössä keskityttiin integroidun kau-kolämpölaskennan käyttöönoton yhteydessä selvittämään viisi ajankohtai-sinta saneeraus- ja rakentamistarpeessa olevaa verkon kohdetta:
1. toinen putki ahtaan putken rinnalle ja pumpun moottorin uusiminen 2. vanhan betonielementtikanavan uusiminen ja korvaaminen
pienem-mällä putkella hieman eri paikkaan
3. vanhan betonielementtikanavan ja Mpul-putken saneeraus
4. verkon latvojen yhdistäminen silmukkaverkoksi uudella runkolinjalla 5. eritasoristeyksen alle jäävän kaukolämpöputken saneeraus
Seinäjoen kaukolämpöverkon lämmöntarvetta tarkasteltiin 10 vuoden pää-hän, ja uutta lämpökuormaa odotettiin syntyvän 23,5 MW kyseisellä ajanjak-solla. Laskennat tehtiin mitoituslämpötilassa.
Kuvasta 26 nähdään ensimmäisen saneerauskohteen ongelmat laskennassa.
Kuvan vasemmalla puoliskolla on laskennan aikainen tilanne, josta nähdään, että korkean virtausnopeuden värittämä (punainen) runkolinja on jäänyt ah-taaksi. Oikean puoleisessa pitkä siirtolinja muuttuu oranssiksi, eli virtausno-peus painehäviöineen kasvavat lämmönkysynnän kasvaessa verkon hännillä.
Ratkaisua ensimmäiseen saneerauskohteeseen lähdettiin laskemaan neljän-nen kohteen eli latvojen (näkyy kuvan 26 yläreunassa) yhdistämisen yhtey-dessä, mikä vaikuttaa olennaisesti optimaalisen tilanteen löytämiseen. Ku-vassa 27 saneeraukset ja latvojen yhdistäminen on piirretty laskentasuunni-telmaan ja simulointi on suoritettu. Kuvassa nähdään myös latvojen väliin (nuoli) suunniteltua venttiilin sulkupaikkaa. Täysin aukinainen verkko olisi vaatinut pumppujen uusimisia ja uudelleensäätämisiä.
Latvojen yhdistämisen, runkolinjojen saneerauksien ja oikean sulkupaikan löytämisen jälkeen verkossa ei enää havaittu ongelmallisia virtausnopeuksia.
Lisäksi muutosten jälkeen menolämpötilaa voitiin laskea, pumppauskustan-nuksiin saatiin merkittäviä säästöjä ja heikoimpien paine-erojen omaaviin asiakkaisiin saatiin parannusta.
Kuva 26:Verkon latvan kasvaessa, runkolinjat ovat jääneet ahtaiksi.
Kuva 27:Verkon ahtaat kohteet on ratkaistu laskennassa ja latvat yhdistetty.
Samassa insinöörityössä todettiin käyttöönoton sujuneen verkkoaineiston korjauksien osalta aluksi hitaasti sähköpostilla käydyn keskustelun takia.
Kun verkkomallin ongelmia ja laskennan käyttöä käytiin läpi Trimblen kanssa paikan päällä, eteni käyttöönotto suurin harppauksin. (Nissinen 2018)
Nivos Lämpö ja Vesi Oy:llä on Mäntsälän pääverkon läheisyydessä toinen verkko, jonka menolämpötilan laskemista tutkitaan Nivokselle tehdyssä dip-lomityössä. Oli havaittu, että kyseisen verkon menolämpötilat olivat liian suuret, jolloin lämpöhäviöt kasvoivat suuriksi. Selvitettävinä asioina olivat myös verkon putkipituuden pienentäminen ja yhdysputken rakentaminen kahden verkon välille.
Tutkimuksessa todettiin, että laitokselta lähteviä menolämpötiloja voitiin si-mulointien tukemana alentaa 85 °C:sta 75 °C:een, jolloin lämpöhäviöt vä-henisivät 7 %. Jos paluulämpötilaa saataisiin pienennettyä paremmilla asia-kaskohtaisilla jäähtymillä 75 °C:sta 40 °C:een asteeseen, vähenisi lämpöhä-viöt yhteensä 22,5 %. Tämä tarkoittaisi 12 900 € vuosittaisia kustannussääs-töjä. Samassa tutkimuksessa saatiin selville, että yhdysputki verkkojen välillä ei ollut kannattava investointi liian pitkän takaisinmaksuajan takia. (Hyny-nen 2018)
Napapiirin Energia ja Vesi Oy:ssä on selvitetty Rovaniemen verkon pullon-kauloja ja ongelmia, jotka ovat tulleet esille ulkoisen laskentakonsultin totea-mana. Trimble NISin verkostolaskennalla nämä asiat on voitu todeta ja vah-vistaa. Laskennan hankinnan tavoitteena on ollut kehittää verkoston omai-suudenhallintaa laskemalla saneerauksia, arvioidessa laajennusinvestointeja ja priorisoimalla niitä. Lisäksi tarkoituksena on ottaa laskenta osaksi opera-tiivista toimintaa mahdollistaen mahdollisimman energiatehokkaan toimin-nan kehittämisen. Tavoitteena on aina optimaalisin ratkaisu verkostolasken-taa hyödyntäen, jotta verkkoon tehtävät ratkaisut toisivat pitkällä aikavälillä säästöjä ja asiakkaille hyötyjä.
Rovaniemen verkkoon ei vielä ole toteutettu konkreettisia muutoksia lasken-nalla tehdyistä selvityksistä, koska verkostolaskenta otettiin kunnolla käyt-töön vasta vuonna 2021. Verkkoa ajava tuotantohenkilöstö odottaa mielen-kiinnolla tuloksia, joita verkostolaskennalla tehdään, koska tällä hetkellä verkkoa ajetaan heidän mukaan epäsuotuisalla tavalla. Napapiirin Energialla ja Vedelle on myös tärkeätä, että verkostolaskenta ja verkkotieto ovat sa-massa järjestelmässä. (Kareinen 2021)
Vantaan Energialla Trimble NISin integroitu verkostolaskenta on ollut pi-simpään käytössä. Siellä simuloidaan kaikki suunnitellut tilanteet, joten
las-kennan tuloksia on paljon. Simulointia pääosin tekevä yleissuunnittelija mai-nitsee sähköpostilla käydyssä haastattelussa menoveden lämpötilan alenta-misen ja pumppauksen optimoinnin tuoneen merkittäviä säästöjä yhtiölle.
Käyttöönottojen ja energiayhtiöiden simulointien yhteydessä on ilmaantu-nut kehityskohteita Trimble NISin verkostolaskennassa. Joissain tilanteissa, kuten esimerkiksi ison verkon laskennassa tai laskennan epäonnistuessa, laskennan suoriutuminen voisi toimia nopeammin. Lisäksi on mainittu, että epäonnistuneesta laskennasta voisi syntyä informatiivisempi lokitiedosto, jotta verkkomallin ongelmiin päästäisiin paremmin kiinni. Usein on kysytty myös, että voisiko laskenta kertoa optimaalisimman ratkaisun esimerkiksi putkidimensioille.
7 Yhteenveto
Työn tavoitteena oli tutkia integroidun kaukolämpölaskennan käyttöönoton vaiheita ja vaatimuksia sekä käydä energiayhtiöiden käyttöönottoja hyötyi-neen läpi. Lisäksi työn sisältöä tullaan hyödyntämään Trimble NISin verkos-tolaskennan ohjeiden päivittämiseen.
Työn tuloksia tarkastelemalla voidaan todeta, että laskettavaa verkkomallia ei tarvitse muodostaa erikseen ulkoisessa laskentaohjelmassa simulointia varten. Tuloksista käy ilmi, että integroidulla kaukolämpölaskennalla saavu-tetaan huomattavia etuja verkkoaineiston omaisuudenhallinnan kannalta.
Lisäksi selvisi, että kaukolämpölaskennasta on saatu merkittävää taloudel-lista hyötyä, kun simulointia pystytään käyttämään verkkotietojärjestel-mällä.
Kaukolämpölaskennan käyttöönottoprojektien onnistumisprosenteista voi-daan päätellä, että energiayhtiöt voivat laskea verkkotietojärjestelmässä yl-läpidettävällä verkkoaineistolla, kun verkkomalli tarkastetaan ja korjataan laskennan vaatimalle tasolle. Lähtökohdat käyttöönoton sujumiselle eri energiayhtiöissä vaihtelevat, mutta haluttuun lopputulokseen päästään lähes aina.
Käyttöönoton onnistumiseen vaikutti keskeisesti se, että energiayhtiöllä on oltava kattavat tiedot laskettavan verkon ajotavoista ja toiminnasta sekä las-kentaosaamista. Jos tietoja tai osaamista ei ole, tai energiayhtiöllä ei ole ai-kaa ja resursseja käyttää laskentaa, epäonnistuu laskennan käyttöönotto to-dennäköisemmin.
Käyttöönottoprosessiin saatiin hyvää lisätietoa työhön kerätyistä käyttöön-ottojen aineistoselvityksistä – etenkin eri verkkomallien puutteiden ja virhei-den yhtäläisyyksistä. Energiayhtiöissä tiedostettiin myös, että aineiston kor-jaaminen laskennan vaatimalle tasolle hyödyttää verkkoaineiston muitakin käyttäjiä.
Tulevaisuudessa voitaisiin tutkia miten Trimble NISin verkostolaskennasta saataisiin entistä parempi, kuten esimerkiksi nopeampi, luotettavampi ja ominaisuuksiltaan kattavampi. Tavoitteena on myös, että laskennan käyt-töönotto sujuisi aina onnistuneesti alusta loppuun.
Lähteet
AWANGE, J.L., GRAFAREND, E.W., PALÁNCZ, B. ja ZALETNYIK, P., 2010. Algeb-raic geodesy and geoinformatics.Springer Science & Business Media.
ÇENGEL, Y.A. and CIMBALA, J.M., 2006.Fluid Mechanics: Fundamentals and Appli-cations.1. Painos. toim. New York: McGraw-Hill ISBN 978-0-07111566-7.
Energiateollisuus, 2006.Kaukolämmön käsikirja.Helsinki: Kirjapaino Libris Oy ISBN 952-5615-08-1.
HYNYNEN, H., 2018.Menolämpötilan alentaminen kaukolämpöverkon kehitystyössä;
Flow temperature reduction in the development of a district heating network., 11.6.2018, Saatavilla:http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201806293780[urn] Aaltodoc.
KAREINEN, K., 2021.Napapiirin Energia ja Vesi optimoi kaukolämpöverkon toimintaa verkostolaskennalla | Trimble.20.9.2021, [haettu 16.12.2021].
Saata-villa: https://upa.trimble.com/fi/napapiirin-energia-ja-vesi-optimoi-kaukolampoverkon-toimintaa-verkostolaskennalla.
LUJANEN, A., 2016.Ajantasainen verkkomalli aina laskettavissa.
Saata-villa:https://upa.trimble.com/fi/asiakastarinat/ajantasainen-verkkomalli-kaukolampo.
NEPLAN 360, 2021.NEPLAN V10 | NEPLAN 360.Saatavilla: https://www.ne-plan.ch/neplanproduct/en-neplan-360-cloud/.
NEPLAN AG, 2021. Neplan.Saatavilla:https://www.neplan.ch/en-company/.
NISSINEN, N., 2018.Kaukolämpöverkon laskennan käyttöönotto ja testaus.Oulun ammattikorkeakoulu.
NUSSBAUMER, T., THALMANN, S., JENNI, A. and KÖDEL, J., 2020. Handbook on planning of district heating networks. Bern: Swiss Federal Office of Energy.
PSI NEPLAN AG, 2021.PSI Neplan.Saatavilla: https://www.neplan.ch/news/neplan-ag-acquired-by-psi-group/.
Tekla Corporation, 2014.Trimble NIS_RS_DH_Calculations.Sisäinen dokumentti Trimble, 2021.Trimble.Saatavilla:
https://www.trimble.com/Corpo-rate/About_at_Glance.aspx.
Trimble Solutions, 2021.Trimble UPA.Saatavilla:https://upa.trimble.com/fi/finland.
US EPA, O., 2014.Storm Water Management Model (SWMM). 21.5.2014, [haettu 17.11.2021]. Saatavilla: https://www.epa.gov/water-research/storm-water-manage-ment-model-swmm.