Bevezető
A FŐTÁV Zrt. (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. Távhőrendszereinkben a saját fűtőműveinkben előállított, valamint a kis- és nagyerőművektől vásárolt hőenergiát mintegy 550 km nyomvonal-hosszúságú, nagyrészt földbe fektetett távhővezeték hálózaton keresztül juttatjuk el több, mint 243 000 lakossági és csaknem 2 000 nem lakossági felhasználónkhoz. A fűtőművekből és az erőművekből a hő a távhővezetékekben keringtetett forróvíz útján jut el a hőközpontokig. A saját tulajdonban levő hőközpontokban a hőt átalakítjuk a fűtési és használati melegvíz célú felhasználásra alkalmas formába, amelyhez az épületben levő hőleadók, radiátorok fűtési vizének keringtetése is hozzá tartozik.
A Társaság 2018. évi teljes villamosenergia-felhasználása 27.497 MWh volt, amelyből a mintegy 3.500 db saját tulajdonú hőközpont felhasználása 18.373 MWh-t, a fűtőművek és szivattyúállomások felhasználása pedig 7.730 MWh-t tett ki. Az előzőek értelmében a hőközponti felhasználás aránya 67%, a fűtőművi felhasználás aránya pedig 28%. Ezen adatok alapján fontos, hogy ezt a számottevő energiamennyiséget milyen energetikai hatékonysággal használjuk fel.
Itt jegyezzük meg, hogy a hőközpontok 2018. évi villamosenergia-felhasználása a 2014. évi értékhez képest kb. 3.460 MWh-val (több mint 15%-kal) csökkent, ami meghaladja a hőközponti szivattyú rekonstrukciós program elején, elérendő célként meghatározott értéket.
A hőközpontok villamosenergia-felhasználása lényegében a fűtési és a használati melegvíz keringtető szivattyúk működtetéséből ered. A fent említett, mintegy 18,4 GWh éves hőközponti villamosenergia-felhasználásnak kb. 40%-át a használati melegvíz termelésben, 60%-át pedig a fűtésszolgáltatásban használjuk fel.
Napjainkra a fűtési rendszerek korszerűsítések eredményeként a szükséges fűtési melegvíz térfogatáram számottevően csökkent. A megváltozott keringtetési igény kiszolgálására alkalmatlan, nem fordulatszám-szabályozású szivattyúk üzeme miatt a hőközpontokban a megmért villamosenergia-felhasználás jelentősen meghaladja a szükséges villamosenergia mennyiségét. Egy hőközpont jellemző kapcsolási rajzát mutatja az 1. ábra.
A hőközponti szivattyúrekonstrukciós program előkészítésének részeként FŐTÁV üzemviteli méréseket végzett jellemző gépek üzemével kapcsolatban. A mérések eredménye megmutatta, hogy a hőközpontok villamosenergia-felhasználása korszerű szivattyúk és változó fordulatszámú hajtás alkalmazásával mintegy 35 %-kal lenne csökkenthető. Ez egyrészt az idősebb szivattyúk hatásfokának korszerű társaikétól való jelentős elmaradásának, másrészt a változó tömegáramú szabályozás kisebb munkapontjának köszönhető. Az idős szivattyútípusok cseréje tehát energetikailag és a szolgáltatás biztonsága érdekében is indokolt. A FŐTÁV tulajdonában lévő hőközpontok többsége az 1995-2010. közötti időszakban került felújításra, így a felújítások kezdetén beépített szivattyúk ma már szintén nem nevezhetők korszerűnek. E gépek hatásfoka ugyan még elfogadható, azonban cseréjük változó térfogatáramú rendszerek esetén energetikailag indokolt.
A szivattyú rekonstrukciós program első üteme alapján aktualizált elméleti összes hőközponti szintű megtakarítási potenciál mintegy 3,37 millió kWh évente, amely egyben a jelenlegi árakon évi 143 millió Ft költségmegtakarítási potenciált is jelent. Az eredmények alapján a FŐTÁV 5 évre tervezett szivattyúrekonstrukciós programba kezdett 2012-ben, és négy sikeres év után 2017-ben az 5. ütemét hajtotta végre.
A fűtőművi villamosenergia-felhasználás jelentős részben a távhőrendszerek keringtető szivattyúinak működtetéséből ered, de nem elhanyagolható a hőtermelő berendezések üzemszerű működéséhez szükséges visszakeverő szivattyúk villamosenergia-felhasználása sem.
A FŐTÁV – közszolgáltatói feladatából adódó – gondos karbantartásának köszönhetően alapvetően valamennyi szivattyú a fűtőművek építése óta, mintegy 30-40 éve volt üzemben és hasonló karbantartás mellett még hosszú évekig üzemben tartható maradhatott volna. Azonban a beépítés óta eltelt időszakban jelentősen megváltoztak az üzemi viszonyok. A kezdeti felhasználószám növekedés után az 1990-es években sokáig stagnáló hőigények a távhő átalánydíj megszűnésével és az energia drágulásával lecsökkentek, majd a Panel Program támogatásával elvégzett utólagos hővédelem javítások, nyílászáró cserék és/vagy épület hőszigetelések következményeként, valamint az ÖKO Plusz program fűtéskorszerűsítéseiből és az energiatakarékosságot előtérbe helyező fogyasztói szokásokból eredően a meglévő fogyasztói körben folyamatosan továbbcsökken.
A megváltozott hőigényekkel együtt a keringtetett térfogatáram is jelentősen lecsökkent, emiatt a régi szivattyúk a saját optimális munkapontjuktól jelentősen eltérő körülmények között lényeges rosszabb hatásfokkal üzemeltek, néhány esetben pedig még a fordulatszám szabályozás sem volt megoldott. A szivattyúk mellett a hatékony üzemeltetést és energiafelhasználást tovább rontotta a villamos motorok túlméretezése, és a villamos motorok esetében a korszerűtlenségből adódó rossz hatásfokuk is.
Mindezek miatt egyre inkább egyértelművé vált a FŐTÁV számára, hogy a régi szivattyúk növekvő karbantartási költsége mellett a szivattyúk jelentős villamosenergia-felhasználása hosszú távon sem az üzemeltetési költségek, sem az energiahatékonyság, sem pedig a környezeti hatások szempontjából nem kifizetődő. Ezért megvizsgálta a tényleges és jövőben várható keringetési igényeket és a meglevő szivattyúk új szivattyúkkal történő cseréjéből eredő előnyöket. A vizsgálat során megállapítást nyert, hogy a keringtető szivattyúk távhőrendszerekhez történő jobb illesztésével és azzal együtt cseréjükkel a költségmegtakarítás mellett számottevő villamosenergia-megtakarítás érhető el. Ezért a keringtető szivattyúk fokozatos korszerűsítését és az azzal együtt járó cseréket a 2010-es évek eleje óta végzi Társaságunk.
A fűtőművi szivattyú korszerűsítés ismertetése
Az Észak-budai Fűtőmű visszakeverő szivattyúinak cseréje
A fűtőműben a keringtető szivattyúk már korábban elvégzett cseréjét követően a forróvízkazánok visszakeverő szivattyúinak cseréire 2018-ban került sor, amelynek elsődleges oka a megnövekedett karbantartási költség csökkentése volt. Az új beruházással a szivattyúkkal együtt frekvenciaváltós fordulatszám szabályozás került kiépítésre.
Az Észak-budai Fűtőmű szivattyúcseréivel elért eredmények ismertetése
A visszakeverő szivattyúk villamosenergia-felhasználása a fűtőműi felhasználásnak (2018-ban 2.352 MWh) nagyjából 5%-át teszi ki. A visszakeverő szivattyúk és a kiszolgált kazánok éves üzemideje közelítőleg megegyezik. A visszakeverő szivattyúk villamos felhasználása külön elektromos mérővel nincs mérve, ezért a szivattyúcserékkel elért megtakarítást számítással határoztuk meg.
A szivattyúk éves üzemi tartamdiagramja alapján a régi és az új szivattyúk jelleggörbéjének jellemző munkapontjaira meghatározásra került a villamosenergia-felhasználás. A visszakeverő szivattyúk jellemző üzemállapotait, valamint a régi és az új szivattyú számított villamosenergia-felhasználását az 1. táblázat, a szivattyúk műszaki jellemzőit a 2. táblázat foglalja össze.
Az éves üzemidőre vetítve a visszakeverő szivattyúk átlagos villamos teljesítménye 10-10 kW-tal mérséklődött.
A projekt hozzájárulása a Virtuális Erőmű Programhoz
A fejlesztés eredményeként a 20,0 kW mértékű átlagos villamos teljesítménycsökkenés mellett 28,2 MWh villamosenergia-megtakarítást is sikerült elérni.
A VEP szempontjából elfogadható villamos teljesítménycsökkenés:
PVEP= Pbázis – Pfejlesztés = 51,1 + 51,1 kW -41,1 -41,1 kW = 20,0 kW
ahol:
PVEP – a VEP szempontjából értékelt villamos teljesítmény csökkenés,
Pbázis – a fejlesztés előtti átlagos teljesítmény,
Pfejlesztés – a fejlesztés utáni átlagos teljesítmény.
Összegezve az Észak-budai Fűtőmű visszakeverő szivattyúinak cseréje 20,0 kW értékkel járult hozzá a virtuális erőmű építéséhez.
A hőközponti szivattyú korszerűsítés ismertetése
A 2012-2016. években végrehajtott szivattyúcserék a korábbi vizsgálatok eredményét megerősítették. Az 1-4. ütemben beépített szivattyúk eredményeképp a fűtési szivattyúk villamosenergia-felhasználása több mint 50%-kal, a hőközpontok éves felhasználása pedig átlagosan 36%-kal csökkent.
A szivattyúcsere program 5. ütemébe sorolt hőközponti szivattyúk az üzemviteli és működési paraméterek alapján kerültek kiválasztásra. A beruházási program 5. üteme keretében 2017-ben összesen 230 db szivattyú cseréjét hajtottuk végre. A programban végzett cserék mellett a meghibásodott, illetve az átépítés miatt leszerelendő szivattyúkat is már korszerű berendezésekre cseréltük. A lecserélt szivattyúk helyére Wilo Stratos típusú szivattyúk kerültek. Azokban a hőközpontokban, ahol voltak tartalék szivattyúk, ott azok megmaradtak, amint az a 3. képen is látható.
Az 1-4. ütemek tapasztalatai és a villamos energia egységárak alapján becsült kalkuláció szerint az 5. ütemben beépített szivattyúkkal évi 394 MWh villamosenergia-, illetve 14 millió forint költségmegtakarítás érhető el, amivel az egyszerű megtérülési idő 5-6 év közöttire adódott. A rekonstrukciós program keretében lecserélt szivattyúk típusát és összes villamos teljesítményét az 3. táblázat mutatja.
A fejlesztéssel elért eredmények ismertetése
A szivattyúcserékkel elért megtakarítást a beépítés előtti 3 év (2014-2016) hőközponti éves villamosenergia fogyasztások átlagához, mint bázishoz viszonyítottuk. A szivattyúcserék utáni 2018. évi fogyasztások bázishoz képesti csökkenése adja a megtakarítást. 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 4. táblázat tartalmazza.
A szivattyúrekonstrukciós program 5. ütemében részt vevő hőközpontokban az összegezett átlagos szivattyú teljesítmény a fejlesztés előtt 249,2 kW-ot, a fejlesztés után pedig 148,7 kW-ot tett ki, amely 100,5 kW villamos teljesítménycsökkenést jelent.
A projekt hozzájárulása a Virtuális Erőmű Programhoz
Fentiek alapján a fejlesztés eredményeként 100,5 kW mértékű beépített villamos teljesítménycsökkenés mellett 441,4 MWh fűtési keringtetésben jelentkező villamosenergiamegtakarítást sikerült elérni.
A VEP szempontjából elfogadható villamos teljesítménycsökkenés (2017. évi fejlesztések
összesen):
PVEP= ΣPbázis – ΣPfejlesztés = 249,2 kW – 148,7 kW = 100,5 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 három év átlagát jelentik.
Összegezve a hőközponti fűtési szivattyúk energiahatékonysági csereprogramja 100,5 kW értékkel járult hozzá a virtuális erőmű építéséhez.
A Távhőrendszeri keringtető szivattyú cserék fent ismertetett projektjei mindösszesen 120,5 kW értékkel járultak hozzá a virtuális erőmű építéséhez.