Turvetuotannon vesien pumppauksen ja energiaratkaisujen yhteensovittamisen periaatteita ja mahdollisuuksia

Turvetuotannon vesien pumppauksessa ja puhdistuksessa on perinteisesti käytetty energianlähteinä verkkosähköä, dieselaggregaattia ja dieselmoottoria. Viime aikoina on herännyt kiinnostus uusiutuvan ja paikallisen energian hyödyntämiseen pumppauksessa. Uusiutuvan energian käyttämisessä tavoitteena on mm. säästää pumppauksen energiakustannuksissa. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin turvetuotannon pumppauksen ja energiaratkaisujen yhteensovittamisen periaatteita ja mahdollisuuksia. Työssä kartoitettiin nykyisiä pumppaus- ja vedenjohtamisratkaisuja turvetuotannossa sekä visioitiin mahdollisia tulevaisuuden ratkaisuja. Kartoitukseen kuului vierailuja 20 pumppaamolla eli koekohteella kesällä 2015. Kohteet valittiin yritysten edustajien kanssa siten, että ne joko kuvaavat tyypillisiä pumppausratkaisuja tai esittelevät jo käytössä olevia erikoisuuksia. Koekohteita oli melko vähän, joten niistä ei voi päätellä luotettavasti pumppausratkaisujen yleisyyttä. Kohteet sijaitsevat ympäri Suomea; eteläisin Riihimäellä ja pohjoisin Oulun Ylikiimingissä. Jokaisesta koekohteesta täytettiin kysymyslomake. Lomakkeessa selvitettiin perustiedot kohteen pumppaamosta, pumpusta ja vedenjohtamisratkaisuista. Lisäksi selvitettiin kokemuksia ja kehitysideoita pumppaukseen liittyen. Koekohteista puolet on painepumppaamoja. Pengerpumppaamoja on neljä, kelluvia keskipakopumppuja kaksi, pengerryspumppuja kaksi, yksi itseimevä pumppu sekä yksi mekaaninen tuulipumppu. Yhdeksän kohteen energialähde on sähköverkko, kuuden dieselaggregaatti, neljän dieselmoottori ja yhden tuuli. Kohteista 12:lla on ympärivuotinen ja kahdeksalla tuotannon aikainen pumppaus. Kaikki ympärivuotisen pumppauksen kohteet ovat joko paine- tai pengerpumppaamoja. Sähkö- ja dieselpumppaamojen teho vaihtelee kolmesta kW:sta kahteen 22,5 kW:n pumppuun samalla kohteella. Pumppujen tilavuusvirrat vaihtelevat noin 2000–30 000 l/min välillä. Viidellä kohteella on kaksi samanlaista pumppua ja 13:lla yksi pumppu. Lisäksi tuulipumppu ja sen varapumppu ovat kaksi erillistä kohdetta. Uusiutuvaa energiaa hyödyntää kolme kohdetta. Näistä kahdella on dieselaggregaattipumppaamo, joissa akkujen lataus ja automatiikka toimii osittain tuuli- ja aurinkoenergialla. Näissä kohteissa pieni aurinkokenno ja tuulimylly on sijoitettu konttiin. Yhdellä kohteella on mekaaninen tuulipumppu, jota tarvittaessa tukee kelluva dieselpumppu. Tuulen voimalla voidaan pumpata vettä joko mekaanisesti tai tuottamalla sähköä tuuliturbiinilla. Perinteisillä mekaanisilla ratkaisuilla pumppujen tilavuusvirrat jäävät pieniksi, alle 1000 l/min. Mekaanisesta tuulipumpusta on saatavilla kaupallisia sovellutuksia ulkomailta. Mekaanisilla tuulimyllyillä toimivat pumput soveltuvat jatkuvaksi ”peruspumppaukseksi”, mutta suuremmilla virtaamilla ne saattavat tarvita rinnalleen tehokkaamman pumpun. Mekaanisen tuulipumpun käyttäminen esimerkiksi dieselpumpun lisäksi vähentää polttoainekustannuksia. Sähköllä toimivia pumppuja voidaan käyttää auringon, tuulen tai molempien voimalla hybridijärjestelmissä. Tuulettomien ja pilvisten päivien varalta järjestelmiin voi kuulua myös aggregaatti. Uusiutuvan energian sovelluksilla riittävän suuren tilavuusvirran saavuttaminen voi olla vaikeaa. Varapumput ja suuri varastotilavuus tuotantoalueella helpottavat tehokkaan kuivatuksen saavuttamista. Tuulivoiman hyödyntämisessä haaste on tuulimyllyn — joko mekaanisen tai sähköisen — rakentaminen suolle. Paikallisen sähköntuotannon haaste on sähkön varastointi tuulettomia ja vähemmän aurinkoisia aikoja varten. Akkutekniikka kehittyy ja akkujen hinta laskee, ja tulevaisuudessa aurinko- ja tuulisähkön hyödyntämisen sovellettavuus ja kannattavuus turvetuotannon vesien pumppaamisessa paranee.The traditional energy sources for pumping and treating peat mining drainage waters are electrical network, diesel generators and diesel motors. Lately the interest towards renewable and local energy as a power source for pumping has emerged. The hope is that utilization of renewable energy will bring savings in pumping costs. This thesis studies the principles and possibilities of combined pumping and energy solutions in peat mining drainage. The thesis surveys current pumping and water conducting solutions and envisions possible future solutions. The survey of current solutions included visits to 20 pumping stations (test subjects) in the Summer 2015. The subjects were chosen in collaboration with employees of the peat mining companies. Each subject is either a representation of typical pumping solution or a specialty already in use. The amount of test subjects is low, so the frequency of each solution cannot be deducted from the material. The test subjects are located across Finland; the southernmost in Riihimäki and the northernmost in Oulu. A questionnaire was filled for every test subject. Questions included basic information on the pumping station, the pump and the water conducting solution. In addition experiences and ideas for development of pumping solutions were asked. Half of the test subjects (10) are pressure pumping stations. Four subjects are shaft pumping stations, two floating impeller pumps, two embankment pumps, one lobe rotor pump and one mechanical wind pump. The energy source for nine test subjects is electrical network, for two a diesel generator, for three a diesel motor and for one wind. Twelve test subjects use round-year pumping and eight subjects work only during production time. All round-year working subjects are either pressure or shaft pumping stations. The power of electrical pumps varies between a 3kW pump and two 22,5 kW on the same site. The volume flow of pumps varies between roughly 2000 and 30 000 l/min. Five test subjects have two similar pumps and 13 only one pump. In addition the mechanical wind pump and its backup pump are two separate subjects. Three test subjects utilize renewable energy. Two of them have generators as power sources with a small wind turbine and a solar panel to load batteries and power automation. One test subject is a mechanical wind pump with a backup pump powered by a diesel motor. The power of wind can be used for pumping either mechanically or by producing electricity with a wind turbine. With traditional mechanical pumps the volume flows are less than 1000 l/min. Commercial mechanical wind pumps are available outside of Finland. Mechanical wind pumps are applicable for basic pumping in normal conditions, but may need a backup pump during higher flow rates. Using a mechanical wind pump with a diesel pump reduces fuel costs. Electric pumps can be powered by wind or solar energy or both by using hybrid systems. The systems can include a backup generator for days without wind of solar radiation. Reaching high volume flows with renewable energy solutions is a challenge. Backup pumps and high storage capacity on the production area facilitate effective drainage. Building a wind turbine and its mast on a production area can be challenging due to soft soil. The challenge of local electricity production is storing the electricity for cloudy and windless days. Battery technology evolves quickly and the cost of batteries decreases. In the future the availability and profitability of using wind and solar energy to power pumps in peat mining improves