Optimization and energy efficiency measures in modified combined heat and power plant processes : A case study of changed processes in Mälarenergi power plant

• Main Author: Wiesner, Emma
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för teknikvetenskaper 2017
• Subjects: Energy effciency; combined heat and power; CHP; energy efficiency measures; Energieffektivisering; kraftvärmeprocesser; kraftvärme; kraftvärmeverk; energieffektiviseringsåtgärder; Energy Systems; Energisystem; Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-324389

The EU energy efficiency directive is driving the EU member states to set ambitious goals to increase energy efficiency. Mälarenergi AB is one of the Swedish energy companies, affected by the directive, that have taken an active role in order to increase efficiency within their energy production. This study was initiated to perform energy analysis and find energy optimization measures in the systems attached to one of Mälarenergi’s CHP-units, called P5.The operating conditions of the bio fueled combined heat and power plant, P5, recently changed when the connected boiler, P4, was decided to be shut down. The two boilers shared turbine, steam, feed water, condensate and oil systems, and the operating conditions of these systems changed radically when the mass flow decreased as P4 was shut down. The changed operating conditions affects the efficiency and the performance of the plant. The changed mass flow affects the capacity demands, efficiency in components and the technical conditions of the plant.The general approach through this thesis and the used methodology is based on initial analysis of the system changes, review of the necessary functions in the system and identification of the differences between the needed functions and the existing system. Optimization potential were identified where there were large differences and as a final step, technical and economic feasibility of implementing identified optimization measures was analyzed. The results shows that feasible optimization potential is identified in removing pumps without adjustable speed drives from the system, installing adjustable speed drives to the warm condensate pumps, replacing the dilution water pumps and detaching the atomization steam tank for P4. The economic feasibility to invest in a new direct heater, better adjusted to the operating conditions of P5, is small but could be an option to Mälarenergi if the alternative production cost remains high. Without the already installed adjustable speed drives in Mälarenergi’s plant the efficiency of the operations would be much lower than what it is today and the optimization potential essentially larger. The efficiency potential in the plant increases further when the attached turbine, G4, is to be dismantled and the operating conditions changes again. More extensive simplifications and rearrangements of the system can be made to decrease the energy demand for operations with 745 MWh/year. === EU:s energieffektiviserings direktiv ställer hårda krav på företag i medlemsländerna att kartlägga och analysera energiförbrukning för att identifiera åtgärder för att öka effektivitet. Utöver detta så har Sverige ambitiösa mål om ökad energieffektivitet i samtliga sektorer. Att effektivisera energiproduktionsanläggningar för att hitta effektiviseringspotential är därför aktuellt för svenska energiproducenter. Mälarenergi är ett av de energiföretag som arbetar aktivt med att kartlägga och minska sin energiförbrukning. Studien har därför genomförts för att granska panna 5 i Västerås kraftvärmeverk, för att undersöka hur energieffektiviseringsåtgärder kan identifieras i kraftvärmeprocesser där driftförutsättningar och processer har förändrats. Panna 5 har flertalet gemensamma processer med en äldre panna i anläggningen, panna 4, vars drift har upphört och pannan ska läggas ner. Driftförhållandena i de tidigare gemensamma systemen för kondensat, matarvatten, kylning och olja har därför förändrats och massflöden i systemen minskat kraftigt. De förändrade förhållandena och massflödena påverkar kapacitetsbehovet i systemen, effektiviteten i flertalet komponenter samt de tekniska kraven som ställs på panna 5. Den största förändringen i systemet är de minskade massflödena. Flödet i kondensatsystemet har minskat från ca 100 kg/s till 45 kg/s. Samma förändring i matarvattensystemet då panna 4 kopplas bort, är från 160 kg/s till 50 kg/s. Studien visar att det finns energieffektiviseringspotential i att byta ut pumpar vars pumpdrift har påverkats kraftigt, upphöra med drift av pumpar utan frekvensstyrning, installera frekvensstyrning på pumpar där flöden varierar samt förenkla och ta bort överflödiga processer som inte nyttjas vid de nya förhållandena. Processerna kan också optimeras genom att investera i en ny direktvärmare bättre lämpad för panna 5, dock är lönsamhetskalkylen för denna svag och ytterligare bedömning krävs. Resultatet visar även att då turbinen till panna 5 är uttjänt och nedmonteras så kan processerna kring panna 5 förenklas ytterligare och optimeras så pass att 745 MWh el för drift av pannan kan sparas varje år. Generellt kan det konstaterats att även förvärmare, matarvattentank och värmeväxlare är överdimensionerade när flödet i systemet minskar, kostnads-och energibesparingen för att byta ut dessa komponenter är dock negativa, eftersom komponenterna själva inte förbrukar någon energi. Att ha för stora kapaciteter i värmeväxlare bör snarare ses som en möjlighet, att kartlägga kapacitetsbehovet underlättar dock underhållsplanering i systemet. Den generella metoden som användes i studien bygger på modellen att först kartlägga de genomförda förändringarna i systemen, fastställa funktionskraven i det nya systemet och därefter analyserna skillnaderna mellan de fastställda funktionskraven och den befintliga tekniken. Optimeringspotential kan därefter identifieras där dessa två skiljer sig till stor del. Därefter utvärderas optimeringsåtgärden genom kvantitativ analys och investeringskalkylering.