Hőközponti fűtési szivattyúk energiahatékonysági csereprogramja (szivattyúrekonstrukció) 3. és 4. ütem

 

A felhasználóinkhoz távhővezetéken eljutatott hőt a saját tulajdonban levő  hőközpontokban alakítjuk át a fűtési és használati melegvíz célú felhasználásra alkalmas formába, amelyhez az épületben levő hőleadók, radiátorok fűtési vizének keringtetése is hozzá tartozik. A FŐTÁV-nak a hőközponti fűtési keringtető szivattyúk energiahatékonysága érdekében végzett korábbi vizsgálata szerint a kereken 2 MW összteljesítmény-felvétellel jellemezhető korszerűtlen, állandó fordulatszámú, az igényekhez túlméretezett fűtési szivattyúk villamosenergia-felvétele változó fordulatszámú hajtások bevezetésével mintegy 38 %-kal (3 370 MWh/év-vel) lenne csökkenthető. Az eredmények alapján a FŐTÁV 5 évre tervezett szivattyúrekonstrukciós programba kezdett 2012-ben, amelynek az első év sikere alapján 2014-ben a 3., 2016-ban pedig a 4. ütemét hajtotta végre.

A FŐTÁV fő tevékenysége a főváros 17 kerületére kiterjedő távhőszolgáltatás, amely tulajdonképpen a felhasználók fűtési és használati-melegvíz célú hőigényének kielégítéséhez szükséges hőszolgáltatást jelenti a kiépített távhőrendszereken keresztül. A távhőrendszerekben a saját fűtőművekben előállított, valamint a kis- és nagyerőművektől vásárolt hőenergia mintegy 546 km nyomvonal-hosszúságú, részben földbe fektetett primer távhővezeték hálózaton keresztül jut el a 238 000 lakossági- és 6 600 egyéb (intézményi, kommunális, szolgáltatási és ipari) fogyasztóhoz. Az épületekhez távhővezetéken eljuttatott forróvíz a hőközpontokban kerül átalakításra fűtési és használati-melegvíz célú felhasználásra alkalmas hőmérsékletre, amelyhez az épületekben levő hőleadók, radiátorok fűtési vizének keringtetése is hozzá tartozik.

A Társaság 2017. évi teljes villamosenergia-felhasználása 30 344 MWh volt, amelyből a mintegy 3 500 db saját tulajdonban álló hőközpont fogyasztása 20 977 MWh-t, azaz megközelítőleg 69 %-ot tett ki. Megjegyezzük, hogy a hőközpontok villamosenergia-felhasználása a 2014. évi értékhez képest kb. 850 MWh-val, a hőközponti felhasználás aránya pedig több mint 5%-kal csökkent, részben a szivattyúrekonstrukciós program korábbi ütemeinek köszönhetően.

A villamosenergia-felhasználás nagy része a hőközpontok többségében a fűtési és a használati-melegvíz keringtető szivattyúk működtetéséből ered. A fent említett, mintegy 21 GWh éves hőközponti villamosenergia-felhasználásnak kb. 40 %-át a használati-melegvíz termelésben, 60%-át pedig a fűtésszolgáltatásban használjuk fel.

Az épületekben levő szekunder rendszerek (fűtővezetékek, stb.) legtöbb problémája a hálózatok beszabályozatlanságából és más vízelosztási hibáiból következik, amely a keringtetéshez szorosan kapcsolódik. A problémákra korábban – elsősorban az átalánydíjas távhőszolgáltatás időszakában – gyors, és általánosan alkalmazott megoldást jelentett a meglévő keringtető szivattyúk teljesítményének a növelése.

Napjainkban azonban a fűtés korszerűsítések eredményeként a keringetett, illetve szükséges fűtési melegvíz térfogatáram folyamatosan és számottevően csökken, ezért modellszámítást készítettünk az egyes szekunder rendszerek elméleti keringetési villamosenergia-igényéről a jelenlegi állapotokat tükröző átlagos hálózati és szivattyú tulajdonságokat feltételezve. Megállapítottuk, hogy a hőközpontokban a ténylegesen megmért villamosenergia-felhasználás a vizsgált helyszínek kb. 50 %-ában a számított értéket jelentősen (közel 50 %-kal) meghaladja, és csak a címek kb. 20 %-ában kisebb a számítottnál. Egy hőközpont kapcsolási rajzát mutatja az 1. ábra.

        SEQ ábra \* ARABIC     1      . ábra – Hőközpont egyszerűsített kapcsolási vázlata

1. ábra – Hőközpont egyszerűsített kapcsolási vázlata

A fejlesztés ismertetése

A FŐTÁV Zrt. tulajdonában lévő hőközpontok többsége az 1995-2010. közötti időszakban került felújításra, így a felújítások kezdetén beépített szivattyúk ma már semmiképpen sem nevezhetők korszerűnek, amint az 1. képen is látható.

A szivattyúk rekonstrukciójához kapcsolódóan az első ütem alapján aktualizált elméleti összes hőközponti szintű megtakarítási potenciál mintegy 3,37 millió kWh évente, amely egyben a jelenlegi árakon évi 110 millió Ft költségmegtakarítási potenciált is jelent.

 1      . kép – Korszerűtlen fűtési szivattyúk

1. kép – Korszerűtlen fűtési szivattyúk

A szivattyúrekonstrukciós program előkészítésének részeként, a jellemző gépek üzemével kapcsolatban a FŐTÁV Zrt. hőközponti üzemviteli méréseket bonyolított le. A 20 hőközpontra kiterjedő mérési sorozatok szerint az összesen 23,4 kW teljesítményfelvétellel jellemezhető érintett szivattyúk mintegy 103 MWh évi villamosenergia-felvétele korszerű szivattyúk és változó fordulatszámú hajtás bevezetésével mintegy 45 %-kal (46 MWh/év-vel) lenne csökkenthető.

Ezt egyrészt az teszi lehetővé, hogy a 15 évnél idősebb szivattyúk hatásfoka a korszerű szivattyúkéhoz képest – azonos munkapont mellett – kb. 20 %-kal rosszabb, másrészt a változó tömegáramú szabályozás kisebb vízforgalom mellett biztosítja az igények maradéktalan ellátását. Ezen „öreg” szivattyútípusok cseréje tehát energetikailag, illetve a szolgáltatás biztonsága érdekében is indokolt. A távhőrendszerben levő újabb (15 évnél fiatalabb) gépek összhatásfoka ugyan viszonylag jónak mondható, azonban cseréjük változó térfogatáramú rendszerek esetén (korszerűsített kétcsöves rendszerek) energetikailag ugyancsak megtérül.

A korábbi energetikai-gazdaságossági modellszámítások első ütem alapján aktualizált eredménye szerint a régebbi típusok cseréje esetén még állandó térfogatáramú keringetés esetén is 5 év alatti a szivattyúcsere egyszerű megtérülési ideje, főként a 200 W feletti teljesítménytartományban.

A 2012. és 2013. években végrehajtott szivattyúcserék a korábbi vizsgálatok eredményét megerősítették. Az 1. és 2. ütemben beépített szivattyúk eredményeképp a fűtési szivattyúk villamosenergia-felhasználása nagyjából a felére, az érintett hőközpontok éves felhasználása pedig átlagosan 32%-kal csökkent.

A szivattyúcsere programba az elméletihez képest jelentős mértékben túlfogyasztó szivattyúk közül kerültek kiválasztásra az üzemviteli és működési paraméterek alapján cserélendők.

A beruházási program 3. és 4. üteme keretében összesen 310 db szivattyú cseréjét szándékoztuk megvalósítani.  2014-ben a korábbi ütemeknek megfelelően 80 db, 2016-ban viszont már 230 db szivattyú cseréjét hajtottuk végre. A programban végzett cserék mellett a meghibásodott, illetve az átépítés miatt leszerelendő szivattyúkat is már korszerű berendezésekre cseréljük, amelyek száma évente ugyancsak 50-100 db-ot tesz ki.

A lecserélt szivattyúk helyére Grundfos Magna 3 típusú szivattyúk kerültek. Azokban a hőközpontokban, ahol voltak tartalék szivattyúk, ott azok megmaradtak, amint az a 2. képen is látható.

        SEQ kép \* ARABIC     2      . kép – Régi és új típusú szivattyú

2. kép – Régi és új típusú szivattyú

Az 1. és 2. ütemek tapasztalatai és az aktuális villamos energia egységárak alapján pontosított kalkuláció szerint a 3. és 4. ütemben beépített szivattyúkkal évi 630 MWh villamosenergia-, illetve 20 millió forint költségmegtakarítás érhető el. Az egyszerű megtérülési idő 4-5 év közöttire adódik.

A rekonstrukciós program keretében lecserélt szivattyúk típusát és összes villamos teljesítményét az 1. táblázat mutatja.

       SEQ táblázat \* ARABIC    1    . táblázat – A szivattyúrekonstrukció 3. és 4. ütemében cserélt szivattyúinak névleges teljesítménye

1. táblázat – A szivattyúrekonstrukció 3. és 4. ütemében cserélt szivattyúinak névleges teljesítménye

Az 1. táblázatból látható, hogy az összesen 80, illetve 230 db szivattyú villamos teljesítményigénye összességében 41,7 illetve 102 kW-tal csökkent.

A fejlesztéssel elért eredmények ismertetése

A szivattyúcserékkel elért megtakarítást a beépítés előtti 3 év (2011-2013, illetve 2013-2015) hőközponti éves villamosenergia fogyasztások átlagához, mint bázishoz viszonyítottuk. A bázis évek fogyasztási adatai, valamint a szivattyúcseréket követő évek (2014-2017.) fogyasztási adatai a FŐTÁV Zrt. éves mérőleolvasásaiból kerültek meghatározásra. A hőközpontokban a szivattyúcserén kívül, a szükséges karbantartáson túl más fejlesztések nem voltak, így a számítható villamosenergia-megtakarítások a szivattyúrekonstrukciós cseréknek köszönhetőek. A megtakarításokat a 2. táblázat szemlélteti.

 2. táblázat - Hőközponti fűtési szivattyúcsere program 3. és 4. ütemének megtakarítása

2. táblázat - Hőközponti fűtési szivattyúcsere program 3. és 4. ütemének megtakarítása

A szivattyúrekonstrukciós program 3. és 4. ütemében részt vevő hőközpontokban a fejlesztés előtti együttes beépített szivattyú teljesítmények 397,3 kW-ot tettek ki, míg a fejlesztés után a beépített 310 db új szivattyú villamos teljesítménye összesen 253,6 kW-ot, amely 143,7 kW beépített teljesítménycsökkenést jelent.

A projekt hozzájárulása a Virtuális Erőmű programhoz.

Fentiek alapján a fejlesztés eredményeként 143,7 kW mértékű beépített villamos teljesítménycsökkenés mellett 630,9 MWh fűtési keringtetésben jelentkező villamosenergia-megtakarítást sikerült elérni.

A VEP szempontjából elfogadható villamos teljesítménycsökkenés (2014. és 2016. évi fejlesztések összesen):

PVEP= ΣPbázis – ΣPfejlesztés = 397,3 kW – 253,6 kW = 143,7 kW

ahol:

PVEP – a VEP szempontjából értékelt villamos teljesítmény csökkenés,

ΣPbázis – a fejlesztés előtti villamos teljesítmény hőközpontokra összesen,

ΣPfejlesztés – a fejlesztés utáni villamos teljesítmény hőközpontokra összesen,

a villamos teljesítmények a hőközpontok éves villamosenergia-felhasználásából a fűtési keringtető szivattyúkra eső mennyiségnek a felhasználási profilnak megfelelően számított értékek,

a fejlesztés előtti teljesítmények, valamint a 2014. évi beépítések esetén a fejlesztés utáni teljesítmények három év átlagát jelentik.

Összegezve a hőközponti fűtési szivattyúk energiahatékonysági csereprogramjának 3. és 4. üteme 143,7 kW értékkel járult hozzá a Virtuális erőmű megépítéséhez.