Improved cooling of district heating water : A study of the customer facilities´ impact on the return temperature

Att ha en låg returtemperatur och hög avkylning av fjärrvärmevatten är något fjärrvärmebolagen ständigt eftersträvar. Lägre nättemperaturer är fördelaktigt både vad gäller effektivitet och ekonomi, eftersom exempelvis distributionsförluster och pumpkraft minskar. Storleken på avkylningen påverkas av flera faktorer, både i distributionsnätet och i kundanläggningarna. På uppdrag av Kils Energi AB (KEAB) har detta arbete syftat till att undersöka hur avkylningen kan förbättras i Kils fjärrvärmenät, och då varit inriktat på i vilken grad kundanläggningarna påverkar avkylningen. Genom att använda en metod kallad överkonsumtionsprincipen har det identifierats vilka kundanläggningar som höjer returtemperaturen i högst grad under olika perioder år 2012. Principen beskriver hur mycket extra vattenvolym som förbrukas jämfört med vad det borde om avkylningsmålet uppnås. Resultaten visar att kundanläggningar med hög energianvändning och flödesförbrukning påverkar i högst grad. Om de anläggningarna fungerade optimalt kunde avkylningen i nätet förbättras flera grader. Exempelvis stod anläggning 48 för den högsta överkonsumtionen under januari år 2012, och hade avkylningsmålet på 50°C nåtts kunde den totala returtemperaturen reducerats med ungefär 2°C. De 5 kundanläggningar med högst årlig överkonsumtion under år 2012 granskades för att se varför de inte uppfyllde avkylningsmålet. Felaktigheterna som leder till en högre returtemperatur gick att härleda till kundanläggningarnas interna värme- och tappvarmvattenkrets, sekundärkretsen. Exempelvis uppdagades en manuell trevägsventil som var nästan fullt öppen som medförde kortslutning av flödet. KEAB:s kunder äger och har ansvar över sekundärkretsen vilket orsakar svårigheter i effektiviseringsarbetet, då det i dagsläget inte förekommer några ekonomiska incitament för kundens del att vilja göra förbättringar. Dessutom saknar kunderna generellt kunskap om hur energieffektiv den aktuella anläggningen är. Därför rekommenderas KEAB att införa en flödesbaserad avgift i kombination med informationsspridning till kunderna för att de ska förstå vikten av att göra förbättringar. Vidare undersöktes den potentiella vinsten då den totala returtemperaturen i nätet sänktes 1-5°C, med avgränsningen att enbart granska besparingen då distributionsförlusterna minskar. Om returtemperaturen sänks 5°C blir distributionsförlusterna 4,2 % lägre. Det skulle medföra en besparing på ungefär 53 100 kronor. Slutsatser som kan dras från arbetet är att en förbättrad avkylning/returtemperatur i Kils fjärrvärmesystem kan leda till en ökad effektivitet i nätet och lägre kostnader för värmebolaget. Den största utmaningen i avkylningsarbetet blir dock att få kunderna att vilja göra förbättringar i sekundärkretsen. Having a low return temperature and high cooling of the district heating water is something the district heating companies constantly pursues. Lower network temperatures is beneficial both in terms of efficiency and economy, as, for example, distribution losses and pump power decreases. The amount of cooling is affected by several factors, both in the distribution network and in the customer facilities. Commissioned by Kils Energi AB (KEAB) this thesis aimed to investigate how to improve the cooling in Kil´s district heating network, and focused on the extent to which the customer facilities affects the cooling. It has been identified, by using a method called the overconsumption principle, the customer facilities that increases the return temperature most during different periods during the year of 2012. The principle describes the extra amount of water volume consumed compared to what should be consumed if the cooling ambition is achieved. The results shows that costumer facilities with high energy use and fluid consumption affects the return temperature most. The cooling in the network would improve by several degrees if those facilities would function optimally. For example, the facility 48 had the highest overconsumption during January 2012, and if the facility had reached the cooling ambition of 50°C the total return temperature could have been reduced by about 2°C. The 5 costumer facilities with the highest annual overconsumption was examined to see why they did not meet the cooling ambition. The errors that can lead to an increased return temperature could be traced to the customer plants´ internal heating- and domestic hot water circuit, the secondary circuit. For example, a manual three-way valve was discovered that was fully open which short-circuited the flow. Since the costumers of KEAB are responsible and owns the secondary circuit, the work to increase efficiency in the system is obstructed, because there are no financial incentives in the current situation from the customer's part to make any improvements. Furthermore, customers generally lack knowledge of how energy efficient the facility in question is. Therefore it is recommended that KEAB introduces a flow-based fee combined with information dissemination to customers so that they understand the importance of making improvements. It was examined the potential gain when the total return temperature in the network was lowered 1-5°C, with the boundary to only examine the profit when the distribution losses are reduced. If the return temperature was lowered 5°C the distribution losses would decrease by 4,2 %. That would lead to an estimated profit of 53 100 SEK. Conclusions to be drawn from the thesis is that an improved cooling/return temperature in Kil´s district heating system can lead to an increased efficiency in the network and lower costs for the heating company. The biggest challenge to improve the cooling will be getting the costumers to make improvements in the secondary circuit.