FI113682B - Menetelmä optimaalisesti toimivaa yhdistettyä sähkön ja lämmön tuotantoa varten ja optimitoiminen aluelämpövoimalaitos - Google Patents

Description

Menetelmä optimaalisesti toimivaa yhdistettyä sähkön ja lämmön tuotantoa varten ja opti- mitoiminen aluelämpövoimalaitos - Förfarande för optimalt verkande samproduktion av kraft och värme samt optimalt verkande omrädesvärmekraftverk 113682 5 Keksintö liittyy menetelmään optimaalisesti toimivaa sähkön ja lämmön yhteistuotantoa varten, jossa menetelmässä kaukolämmön tehoalue jaetaan alempaan alueeseen ja ylempään alueeseen. Keksintö liittyy myös optimaalisesti toimivaan aluelämpövoimalaitokseen.

Energiapolitiikan kaksi pääsektoria ovat voima-ala ja lämpöala. Energia-ala on näitä kahta yhdistävä ala. Energiatoimintaan on yhdistetty voimantuotantoa (sähköntuotantoa) 10 lämmityksen kanssa yhdistetyksi menetelmäksi, jolla näitä kahta pystytään tuottamaan yhteisesti erilliseen tuotantoon verrattuna paremmalla hyötysuhteella. Tässä yhdistelmässä on priorisoitu koko hyöty sähköntuotannolle. Sähkö on tehty todellista halvemmaksi lämmön kustannuksella: kun polttoainekustannus jaetaan kustannusaiheutusperiaatteella, on sen osuus sähkössä noin kolminkertainen lämmön vastaavaan osuuteen verrattuna; kun pääoma-15 kustannukset jaetaan samalla periaatteella, on sähkön osuus 15-kertainen; ja yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa palkkakustannuksista vain noin 5 % kuuluisi lämmölle ja loput sähkölle.

Tästä huolimatta maassamme edelleen suositellaan sähkölämmitystä aivopesemällä kansaa vääristetyillä tiedoilla käyttämään sähköä lämmitykseen vaikka maan ominaisläm- 20 mönkulutus on EU-maiden korkein ja Suomen ominaislämmönkulutus keskimäärin noin 50 % korkeampi kuin Ruotsin, jossa nykyään valtio maksaa kiinteistönomistajille avustusta . mikäli nämä luopuvat sähkön käytöstä lämmitykseen.

‘Yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotannossa perinteisellä kaukolämpöturbiinilla hyöty-• · · ' , suhde vaihtelee 85 ja 50 %:in välillä. Oikein mitoitetussa järjestelmässä sen vuosikeskiarvo • · · ’**. 25 on noin 70 %.

• · Lämmityksen hyötysuhde oli menneinä aikoina kerrostalojen yksittäisessä lämmityk-sessä noin 90 %. Tällaisessa lämmityksessä on kuitenkin valitettavasti niin, että polttoaineen *···* arvokkaampi osa, työkyky, menetetään. Polttoaineen käyttö pelkän lämmön tuottamiseen oli energia-alan silloinen suurin epäkohta.

* · · ; ·’ 30 Lämmitysvaihtoehdoista polttoaineen käytön kannalta paras tähän saakka tunnettu rat- * · ‘ · · · * kaisu on nimittäin voimakoneen yhteiskäyttö lämpöpumpun kanssa, jossa yhdistelmässä :: voidaan hyödyntää polttoainetta siten, että yhdestä kWh:sta polttoainetta voidaan saada noin ·;··: 1,4 ... 1,6 kWh lämpöä.

# # Pelkkää sähköä tuottavassa ns. lauhdevoiman tuotannossa menetetään polttoaineen • · 35 lämmityskykyä seurauksena, että polttoainehyötysuhde on parhaimmillaankin vain noin 42 ' %.

2 113682

Koska maassamme kaukolämpöturbiinikiintiö perinteisin sovellutuksin on jo rakennettu - energiapoliittisesti tarkasteltuna liiankin pitkälle rakennettu, on (kivihiili)lauhdevoima ainoa jäljellä oleva perinteisesti tunnettu keskitetyn voimahuollon vaihtoehto, joka meneillään olevalla 10 vuoden ajanjaksolla voi tarjota lisäystä priimamuotoisena sähkönä. Keskitetyn 5 voimahuollon muut kaavailut tarjoavat ratkaisuja, jotka olisivat tuotannossa aikaisintaan noin 10 vuoden kuluttua.

Lauhdevoimasovellutuksessa ja aluelämmitystoiminnassa kattilan käytön pohjalta on kotimaisen uusiutuvan polttoaineen merkitys häviävän pieni niihin liittyvien suurten häviöiden johdosta. Lauhdevoimaprosessin häviöt ovat melko yleisesti tunnettuja. Aluelämmitys-10 järjestelmän häviöt ovat vain aniharvojen asiantuntijoiden tiedossa. Sen jakeluputkiston häviöt ovat noin 12 ... 20 %, ja ne ovat arvoltaan suurempia kuin käytetyn polttoaineen ener-giahinta, koska lämpö tuotetaan huonohkolla hyötysuhteella. Aluelämmitysjärjestelmä on perinteisesti ollut väliaikainen tehojen keräysvaihe kaukolämpösähkön tuotantoon tähtäävänä muotona, ja kaukolämpötoiminta sen lopullisessa muodossa on perusteltu voimantuo-15 tannon sivutuotteena olevan lämmön halpuudella: vain noin puolet käytetyn polttoaineen energiahinnasta. Aluelämmitystoiminta kattilan käyttöön perustuvana toimintana ontuu myöskin kattilahäviöiden osalta. Lämpö tuotetaan yleensä yhdellä kattilalla, jonka teho vastaa aluelämmöntarpeen maksimitehoa. Kattilan säteilyhäviö on vakio ja arvoltaan noin 3,5 % kattilan mitoitustehosta. Aluelämmityksen tehontarve vaihtelee eri vuodenaikoina suu-20 resti ollen kesän lämpimimpinä aikoina vain noin 8 % kattilan maksimitehosta, ja sen vuosikeskiarvo on noin 30 %.Täten säteilyhäviö on kesäaikana n. 40 % ja vuosikeskiarvona ·.1. noin 12 %. Järjestelmän häviöt nousevat täten helposti vuosikeskiarvoina noin 30 %:iin, * « « · .':joten sen kokonaishyötysuhde on usein vain noin 70 %. Lisäksi kesäkuormat on usein ajet-. ; tava kalliilla polttoöljyllä kattilan huonon säädettävyyden takia.

....: 25 Koska alkaneen 10-vuotiskauden ainoaksi keskitetyn voimahuollon priimasähkön lisä- ....; tuotantomuodoksi jää (hiili)lauhdevoima, liittyy lisäsähkökapasiteettiin aina fossiilisen . · · ·. polttoaineen käytön johdosta hiilidioksidipäästöjä, jotka aiheuttavat lisäystä kasvihuoneil- * · miöön. Lisäksi tulevat lämpörasitukset ympäristölle poistohöyryn anergiasta jota syntyy noin ,, t #. kaksi yksikköä tuotettua sähköyksikköä kohti.

... 30 US-patentti 4006857 esittää menetelmän suurten voimalaitosten hukkalämmön hyö dyntämiseksi. Menetelmää tarkastellaan esillä olevaan keksintöön verrattuna jäljempänä » · · ’. · tässä selityksessä.

* · · ‘... · Keksinnön eräänä tarkoituksena on saada aikaan aluelämpövoimala, joka toimii sähkön : ‘ j 1; ja lämmön yhteistuotannon periaatteella, ja jonka investointikustannukset ovat halvemmat ja : ’ : 35 polttoaineen kulutus pienempi kuin perinteisen kaukolämpövoimalan ja joka on säätöta- 3 113682 voiltaan perinteistä kaukolämpövoimalaa laaja-alaisempi, nopeampi ja helpommin hallittava.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle sähkön ja lämmön optimaalisesti toimivaa yhteistuotantoa varten, jossa menetelmässä aluelämmön tehoalue jaetaan alempaan alueeseen ja 5 ylempään alueeseen, sekä optimaalisesti toimivalle aluelämpövoimalalle ovat tunnusomaisia piirteet, jotka on esitetty oheen liitetyissä patenttivaatimuksissa.

Keksintöä ja sen eräitä suoritusmuotoja selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin viitaten oheen liitettyihin piirustuksiin, joista: kuvio 1 esittää kaavamaisesti kaukolämpötehon jakoperiaatetta keksinnön mukaisessa 10 menetelmässä ja optimitoimisessa aluelämpövoimalassa, kuvio 2 on IS-piirros, joka esittää vertailun optimitoimisen kaukolämpö voimalan ja perinteisen kaukolämpövoimalan välillä, kuvio 3 on pysyvyyskäyräesitys, joka esittää vertailun keksinnön mukaisen menetelmän ja US-patentin 4006857 menetelmän välillä, 15 kuviot 4-9 ovat keksinnön eri suoritusmuotoihin liittyviä IS-piirrosesityksiä, kuviot 10 ja 11 ovat vastaavasti IS-piirrosesitys ja pysvyyskäyräesitys, jotka liittyvät esimerkkiin olemassa olevan voimalaitoksen parantamisesta keksinnön periaatteiden mukaisesti, kuvio 12 on kaavamainen pysyvyyskäyräesitys keksinnön mukaista menetelmästä ja 20 kuviot 13-18 ovat keksinnön mukaisen voimalaitoksen modulaarisen toteutuksen ja mitoituksen vaihtoehtoja esittäviä kaavamaisia pysyvyyskäyriä.

•: · Keksinnön mukainen menetelmä ja voimalaitos perustuvat aluelämpövoimalan mukana :' · *: tulevan poistohöyryn anergian hyödyntämiseen oivallisena energialähteenä lämpöpumppu- ; ; periaatteella toimivalle aluelämpötoiminnalle korkealla lämpökertoimella. (Anergia on se ....: 25 osa energiasta, joka muodostaa ympäristön kanssa tasapainon ja joka alhaisen lämpötilata- ....: sonsa takia ei ole suoraan hyödynnettävissä sähkönä tai lämpönä.) . * * ·. Optimitoiminen aluelämpövoimala poikkeaa perinteisestä kaukolämpövoimalasta höy- * · · ryvoimalaosaltaan eniten siinä suhteessa, että sen kaukolämmitykseen hyödynnettävä mas-,,,,; savirta paisutetaan pidemmälle kuin kaukolämpöturbiinissa, jolloin turbiini toimii lauhdu- , ·.. < 30 tusturbiinin säätöominaisuuksilla antaen samalla käytettyä polttoaineyksikköä kohti enem män sähköä eli sitä tuotetta, jota varten lämmitysinvestointeja noin 15 kertaa kalliimmat * · · * · ’ · ’ voimalainvestoinnit on perusteltava. Milloin höyryvoimalaosan j äähdytykselle taq outuu * ·. · ‘ sijoituspaikkakohteen alueelta tarpeeksi runsaasti jäähdytysvettä, laitoksen jäähdytystä voi- :daan tässä suhteessa suunnitella perinteisillä sovellutuksilla, jolloin se voi uutena voimalai- : ’ ·, · 35 tostyyppinä kilpailla hyvin aikaisempien voimalaratkaisujen kanssa. Se on silloin kuitenkin, * · kuten perinteiset lauhdevoimalat, riippuvainen jäähdytysvedestä eikä näin ollen ole vapaasti 4 113682 sijoitettavissa mihin tahansa maaseudulle. Alueilla, joissa vedensaanti on turvattu, optimi-toiminen aluelämpövoimala tulee varmasti kilpailemaan tällaisenakin erikoisratkaisuna. Vapaasti mihin tahansa sijoitettavana ratkaisuna optimitoimista aluelämpövoimalaa tullaan suunnittelemaan siten, että poistohöyryn jäähdytys tapahtuu kaasulla, joka ainakin kehityk-5 sen alkuvaiheessa tulee olemaan ilma. Koska tämä sovellutus on tässä kehitysvaiheessa ehdottomasti lupaavin, on seuraavassa esitettyjä optimitoimisen aluelämpövoimalan etuja tarkasteltu juuri sen pohjalta. Mikäli ilmajäähdytyksen sijasta käytettäisiin vesijäähdytysratkai-sua, paremmuus aikaisempiin ratkaisuihin nähden pysyisi miltei samansuuruisena.

Paremmuus aikaisempiin yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotantomenetelmiin nähden 10 koostuu lähinnä seuraavista päätekijöistä: 1. Aluelämmitystarpeen tehonjaosta osa-alueisiin (kuvio 1): - investointikustannuksiltaan kalliimpaan (noin 6500 mk/kW), jatkuvasti käyvään höy-ryvoimalaosaan perussähkön ja säätösähkön aikaansaamiseksi ja 15 - investointikustannuksiltaan halvempaan (noin 1000 mk/kW), jaksottaisesti käyvään, tähän tarkoitukseen soveltuvaan latvavoimakoneistoon lähinnä talviaikaisen keskie-nergian ja latvaenergian aikaansaamiseksi.

2. Höyryvoimalaosan poistohöyryn lauhdutusjäähdytyksessä useimmiten käytetystä miltei 20 massattomasta avoimesta ulkoilmajäähdytysjärjestelmästä, joka tarjoaa muun muassa seu- raavat edut: .;. - Mahdollistaa pakkaskaudella suuremman sähkötehon tuottamisen massavirrasta ja * * < · polttoaineyksiköstä kuin vesijäähdytetyllä turbiinilla, koska käytetyn jäähdytysilman « . . ·. tulolämpötila on alhaisempi kuin esimerkiksi meriveden, * · t t I * .,,,; 25 - Mahdollistaa lauhduttimen lämpöpinnan muuttamisen perinteisestä vesijäähdytys- • · ,.,, · järjestelmästä siten, että jäähdyttävä aine (ulkoilma) on lämpöpinnan ulkopuolella ja • « . · · * # jäähtyvä aine (lauhtuva poistohöyry), sen sisäpuolella, joka mahdollistaa kaasuläm- • i mönsiirrossa käytetyn tekniikan (ripalämpöpinnan) käytön ja ilmajäähdytyksen kan- . naita tärkeän ekvivalenttisen lämpöpinnan pysymisen kohtuullisena, • · ... 30 - Mahdollistaa lauhduttimen lämpöpinnan materiaalin valinnassa perinteisiä erikois- • · •; · ’ messinkejä huomattavasti halvemman materiaalin käytön, koska puhdas ilma ja voi- V.: malaitoksen vedenkäsittelyllä inhibitoidut höyryt ja lauhteet eivät ole syövyttäviä.

* a · *’, t.' Vesijäähdytysjärjestelmien lietteen aiheuttamia pistesyöpymiäkään ei tarvitse pelätä.

. *: ·. - Vesijäähdytysjärjestelmissä välttämättömiä lauhdutintuubipuhdistus laitteistoja ei a ,·. : 35 tarvita, i · · 5 113682 - Vesijäähdytysjärjestelmille tyypillisiä puhdistustoimenpiteitä (iso työ) ei tarvita laitoksen seisokkien yhteydessä, - Koska jäähdyttävä aine on lämpöpinnan ulkopuolella, se voidaan asentaa sellaiseen asentoon, että se valuu tyhjäksi ja kuivuu itsestään kun laitos poistetaan käytöstä, 5 jolloin korroosioriski eliminoituu, - Ilmajäähdytysjärjestelmä mahdollistaa nopeita sähkötehon säätötoimenpiteitä, mikä ei perinteisessä kaukolämpövoimalassa ole mahdollista. Varsinkin toiminnan alkuvaiheessa, kaukolämmön liitäntätehon ollessa pieni, sähkötehon säätöalue on huomattavasti laajempi kuin kaukolämpövoimalassa. Uuden voimalan säätökarakteristi- 10 kat määräytyvät, kuten lauhdevoimalassakin, turbiinin termisestä kuormitettavuu- desta, joten tehon muutosnopeudet ovat samat kuin lauhdevoimalan.

- Ilmajäähdytysjärjestelmä yhdessä lämpöpumpputoimisen tuotannon kanssa mahdollistaa sähkön lisäsaannin polttoaineyksikköä kohti tarkasteltuna kuvion 2 esityksen mukaisesti verrattuna perinteisen kaukolämpöturbiinin sähköntuotantoon. Nuoli El 15 osoittaa sähkön lisäsaannin toiminnan loppuvaiheessa kun aluelämpöteho on koko naisuudessaan toteutunut. Nuoli E2 osoittaa saman asian toiminnan alkuvaiheessa, kun vain osa aluelämpötehosta on toteutunut ja nuoli E3 eron sähkönsaannissa pakkaskauden kylmimpänä aikana tilanteessa, jossa perinteisen kaukolämpöturbiinin menovesilämpötila on nostettu ääriarvoonsa.

20 3. Aluelämpölaitoksen investoinnit ovat ajoitettavissa aluelämmitystarpeen kasvun mukaan: j. - Esitetyn uuden voimalan hyötysuhde on noin 90 %, siltä osin, kun se tuottaa yhdis-

Ml» . '1 *. tetysti sähköä j a lämpöä, j a noin 3 6 % siltä osin, kun se tuottaa pelkästään sähköä.

* . . ·, Lauhdutusturbiinilaitoksena toimivassa suurvoimalassa hyötysuhde on noin 42 %.

< « · ..,.; 25 Polttoaineen käytön hyvyydessä laitokset kilpailevat seuraavasti: 90 ·Χ + ( 100-X)· 36 = 100*42 • · , · * ·. j osta X saa arvon 11,1. Tämä tarkoittaa sitä, että esitetty uudentyyppinen voimala on • a t « I t suurvoimalaa polttoaineen käytön kannalta tarkasteltuna järkevämpi vaihtoehto kun ,,,,; sen sähköstä enemmän kuin 11,1% tuotetaan yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotan- » · t · * 30 non periaatteella. Voimalan toiminta voidaan aloittaa noin 11 % :11a lopullisesta aluelämpötehosta ja jättää siihen kasvuvaraa lähes 90 %. Täten alkuvaiheen kustan- • · i t » ’ V nusarviota rasittaa lämpöpuolen investoinneista vain noin 11 % ja loput toteutuvat ‘...'' myöhemmin. Tämä seikka nopeuttaa laitoksen kuolettamisen.

» * · » * i « » I · Λ,· 35 • # 4. Lämpöpumppujen omakäyttötehon pienuus: 6 113682 - Koska aluelämpötoiminta aloitetaan vain noin 11 %:n osateholla ja koska talviaikaisen aluelämmön lisäteho tuotetaan tähän vuodenaikaan sähkökäyttöistä lämpöpumppua edullisemmalla dieselkäyttöisellä lämpöpumpulla, on lämpöpumppujen oma-käyttösähkön tarve häviävän pieni, joten voimalan nettosähkönkehitys on verrattain 5 suuri. Samansuuntaisesti vaikuttaa myöskin niiden harvinaisen korkea lämpökerroin energialähteen korkean lämpötilatason ansiosta.

5. Säätöominaisuudet: - Koska höyryvoimalaosan sähkötehon säädettävyys on yhtä hyvä kuin lauhdevoima- 10 lan ja koska latvavoimakoneiston tehon nosto täyteen tehoon on mahdollista noin pa rissa minuutissa käynnistyshetkestä, on optimitoimisen aluelämpövoimalan koko-naissäädettävyys muihin lämpövoimalaratkaisuihin verrattuna erittäin hyvä.

6. Kriisinaikainen käyttö: 15 - Koska esitetty voimalaitos pystyy kehittämään koko paikkakunnan sähkön, se on suunniteltavissa siten, että se voi käydä itsenäisenä tuotantoyksikkönä ns. saarikäy-tössä tilanteissa, jolloin valtakunnan siirtoverkosta ei ole tukea esimerkiksi kriisitilanteissa. Huomattavana etuna pitkäaikaisina sulkuaikoina on polttoaineomavarai-suus ainakin perussähkön ja peruslämmön osalta (noin 90 % vuotuisesta polttoaine-20 määrästä).

. 7. Paremmuus sähköntuotannossa: * · · ‘Ulkoilmajäähdytyksen ansiosta yhdistettynä lämpöpumppulämmityssovellutuksen kans-• · · * * · sa optimitoiminen aluelämpövoimala tuottaa samasta polttoainemäärästä samalla para- * * »

• · I

'' *. 25 metrillä toimivaan kaukolämpö voimalaan verrattuna enemmän sähköä seuraavasti: • « , - toiminnan loppuvaiheessa, kun aluelämpölaitoksen lopullinen teho on toteutunut, noin 21 % enemmän, • · · 7 • · * · · * - alkuvaiheessa, kun noin 11 % aluelämpötehosta on toteutunut, noin 42 % enemmän, - pakkaskaudella menovesilämpötilan ääriarvolla (120 °C) noin 62 % enemmän, ’ ‘ 30 Välitulistuksella toimivaan suurkaukolämpövoimalaan verrattuna: ... * - toiminnan loppuvaiheessa, kun aluelämpölaitoksen lopullinen teho on toteutunut, : V: saman verran kuin välitulistuksella oleva laitos, ♦ « :' ‘ : - alkuvaiheessa, kun noin 11 % aluelämpötehosta on toteutunut, noin 22 % enemmän, • · · . *.. - pakkaskaudella menoveden maksimilämpötilalla (120 °C) noin 39 % enemmän, • li .’ . 35 US-patentin 4006857 järjestelmään verrattuna: * · · • · 7 113682 - toiminnan loppuvaiheessa, kun aluelämpölaitoksen lopullinen teho on toteutunut, noin 360 % enemmän, - toiminnan alkuvaiheessa, kun noin 11 % aluelämpötehosta on toteutunut, noin 400 % enemmän ja 5 - pakkaskaudella menovesilämpötilan ääriarvolla noin 63 % enemmän

Selityksenä sille, että optimitoimisessa aluelämpövoimalassa turbogeneraattori tuottaa enemmän sähköä alkuvaiheessa vajaalla kaukolämpöteholla, on että jäähdytysilman loppulämpötila voidaan pitää alhaisempana kuin loppuvaiheessa, koska ilma lämpö-10 pumpputehon ollessa pienempi, jäähtyy vähemmän eikä saavuta huurteenmuodostus- pistettä vaikkakin turbiinin vastapaine alennetaan suuremman sähkötehon aikaansaamiseksi.

Tarkempi vertailu optimitoimisen aluelämpövoimalan ja US-patentin 4006857 välillä 15 tehdään kuvion 3 avulla. Siinä esitetty suorakaiteen rajoittama pinta-ala Cl, C2 kuvaa vertailun pohjana olevaa höyryvoimalan poistohöyryn anergiaa. Ylempi kaukolämmön pysyvyyskäyrän viiva kuvaa millä tavoin optimitoimisen aluelämpövoimalan kauko-lämpötehon optimimitoitusta noudattavalla periaatteella hyödynnetään noin 60 % höyryvoimalan anergiasta. Koska US patentissa 4006857 ei tunneta huipun leikkausta, on 20 koko tehohuippu P, joka on samalla tehoviivalla kuin poistohöyryn teho suorakaiteen vaakasuoralla viivalla, saatava poistohöyryn anergiasta. Alempi pysyvyyskäyrän viiva . D2 kuvaa, kuinka suuri osuus eli noin 30 % poistohöyryn anergiasta pystytään hyödyn- tämään (käyrän yhdessä koordinaattiakseliston kanssa rajoittama pinta-ala). Kuten • · · * » · ’ . huomataan, kyseisellä lämmöntuotantoperiaatteella poistohöyryn anergiasta voidaan •: * ’ 25 hyödyntää vain noin puolet siitä mitä optimitoimisen aluelämpövoimalan menetelmällä [ (käyrä D1). Mikäli US-patentin 4006857 järjestelmän mukaisesti halutaan tuottaa höy- ryvoimalassa sama määrä sähköä kuin optimitoimisen aluelämpövoimalan höyryvoi-' · · ·' malaosalla, tämän rajattoman säädettävyyden ansiosta, niin se on täydennettävä voima laitoksella erillisellä apujäähdytysjärjestelmällä, joka poistaa voimaprosessin anergiasta ‘ * 30 noin 70 %. Muutoin sähkön kehitys alenee tuntuvasti alle 30 %:iin siitä mitä optimitoi- • · · ’...: naisella aluelämpövoimalalla pystytään tuottamaan. Tämäntyyppiseen jäähdytykseen : ’; ; juomaveden valmistukseen kelpaava vesi on liian arvokasta, joten joku muu jäähdytys- ; * ‘ *; aine on sen ehtona. US-patentin 4006857 menetelmä on hyvin harvoin paikkaansa puoltava. Vaikka kyseinen apujäähdytys olisi järjestettävissä, olisi laitoksen tehokkuus • · · I . 35 huomattavasti optimitoimisen aluelämpövoimalan vastaavaa heikompi, koska siinä hu- • · » • · ♦ • · 8 113682 kattaisiin höyryvoimalan poistohöyryn polttoaineesta peräisin olevasta anergiasta noin 1,75-kertainen määrä verrattuna optimitoimiseen aluelämpövoimalaan.

8. Ero investointitarpeessa: 5 Optimitoimisen aluelämpövoimalan keskimääräinen investointikustannus sähkötehoyk- sikkövertailuna kilpaileviin jäijestelmiin nähden: - noin 58 % perinteisen kaukolämpölaitoksen investointikustannuksista, - noin 45 % US-patentin 4006857 järjestelmän investointikustannuksista.

10 Näinollen poistohöyryn anergia on haitallista eli arvotonta. Uusiutuvan polttoaineen käyttö ei aiheuta lisäystä kasvihuoneilmiöön ekologisen tasapainotilan vuoksi. Lisäksi hyödynnettäessä pienvoimalassa poistohöyryn anergiaa lämpöpumpun energialähteenä lämpöra-situkset ympäristölle jäävät pieniksi, varsinkin ilmajäähdytystä käytettäessä. Tällaisella tarkastelulla päädytään siihen, että uusiutuvaa polttoainetta hyödyntävä pienvoimala aina tuo 15 paikkakunnalleen mukaansa ilmaisen, lämpötilatasonsa ansiosta oivallisen energialähteen lämpöpumpputoimintaa varten, jonka polttoaineen hyödyntämisaste saattaa nousta jopa arvoon 2.

Pienvoimala, joka tuottaa energiansa (sähköä ja lämpöä) uusiutuvasta polttoaineesta, ei kuluta (käytä) polttoainevarantojamme kuten fossiilista polttoainetta käyttävät voimalat, 20 koska polttoainetta kasvaa samassa tahdissa lisää. Sama koskee myös yhdyskuntajätteen polttoa sillä sitä syntyy sitä mukaa kuin sitä poltetaan, niin kauan kuin tällaista kuluttamista sallitaan. Kun tuotetaan lauhdesähköä fossiilisesta polttoaineesta, hyötysuhde on vain noin 35 % eli aiheutetaan 65 % turhaa rasitetta luonnolle. Optimitoimisessa aluelämpövoimalassa • · · tämä osuus on sen toiminnan loppuvaiheessa lämpökuorman ollessa rakennettu vain 10 ...

• · · 25 20 % j a peräisin uusiutuvasta polttoaineesta. Koska puuta käytetään myöskin muuhun tar- • · . koitukseen, on metsien kasvu aina huomattavasti suurempi kuin polttoaineeksi käytettävä ... puu, joten voimalassa ei-hyötykäyttöön tulevan anergiapäästön osalle jäävän 10 ... 20 %:n ' * *' anergiaylijäämärasitteen hiilidioksidi kuluu metsän lisäkasvuun eikä näinollen vaikuta kas vihuoneilmiöön haitallisesti.

30 Pienvoimalan vaikutus on tästä syystä sellainen että se sähkötehonsa osuudella aina vä- • · · ‘ hentää fossiilisen polttoaineen kasvihuoneilmiötä 65 %:lla samoin kuin fossiilisen polttoai- neen varannon käyttöä ei-hyödyllisiin lauhdevoimalahäviöihin samalla 65 %:lla. Koska lauhdesähköä tuotettaessa ei synny lainkaan hyötylämpöä, on pienvoimalan hyötylämpönä t |. saatava osuus yhdyskunnan kokonaistarpeen peittämiseksi tuotettava erikseen aluelämmi- . 35 tysjärjestelmän kattiloissa joiden prosessihyötysuhde on 60 ... 70 %. Tämä järjestelmä aihe uttaa edellämainitun tapaista rasitetta noin 35 %. Täten pienvoimalan paremmuus lauhde- 9 113682 voimalan ja aluelämmitysjärjestelmän kombinaatioon verrattuna on 65 + 35 = 100 % edullisempi ratkaisu. Tästä seuraa, että on perusteltua tarkastella optimitoimisen aluelämpövoi-malan anergiaosuutta ei-polttoaineperäisenä, jolla tarkoitetaan sitä, että se koko osuudellaan vähentää polttoaineen käyttöä muualla omalla aiheutusmäärällään ja samanaikaisesti vä-5 hentää kasvihuoneilmiörasitetta lauhdesähkötuotannon koko teho-osuuden verran sekä hyö-tysähkön että häviöpäästöjenkin osuudelta.

Tämän patenttihakemuksen yhtenä uutuutena on, että latvavoimakoneen toimiessa yhteiskäytössä lämpöpumpun kanssa, joka hyödyntää rakennettavan höyryvoimalan arvottoman poistohöyryn anergiaa energialähteenä, voidaan keksinnön luomissa kokonaispuitteissa 10 aina tuottaa energiaosuudeltaan pienimuotoinen, teholtaan suhteellisen suuri latvasähkö- määrä siten, että kyseinen latvasähkö tuotetaan rinnan lämmöntuotannon kanssa ja siten, että sen aikaansaamiseksi kuluu polttoainetta vain noin 0,5 kWh tuotettua sähkö-ja lämpöyksik-köä kohti. Hakijan suomalainen patenttihakemus n:o 972458 "Tehokas energianhyödyntä-misjäijestelmä" luo yleiset puitteet latvasähkön tuottamiselle ympäristöanergiaa hyödyntä-15 mällä suurinpiirtein yhtä hyvällä polttoaineen hyödyntämisasteella paikassa, josta löytyy sopiva energialähde. Tätä sovellutusta ei kuitenkaan voi yleisesti yhdistää voimalan toimintaan siitä syystä, että ainoa ulkoinen joka paikasta löytyvä energialähde on maaperä, mutta aluelämpövoimalan tehontarvetta tyydyttävän kokoista maa-aluetta harvoin löytyy, ja sen varustaminen lämpökertoimen kohottamisjärjestelmillä, kuten eristyskerroksilla, on tässä 20 sovellutuksessa vaikeata. Optimitoimisen aluelämpövoimalan "keinotekoinen" energialähde, poistohöyryn anergia, on sitävastoin voimalasovellutuksen kannalta aina ihanneratkaisu niin . sijoitukseltaan, laadultaan kuin myös toteutusajankohdaltaankin.

Optimitoimisen aluelämpövoimalan latvavoimakoneiston yhteiskäyttö höyryvoimalan * , poistohöyryn anergiaa energialähteenään käyttävän lämpöpumpun kanssa poikkeaa patentti- * · · * 25 hakemuksen FI972458 sovellutuksesta muun muassa siinä suhteessa, että se voi käyttää | hyväksi höyryvoimalan osasia kuten syöttövesisäiliötä, lauhdevesisäiliötä sekä lisävesisäili- ötä korvaamaan joko osittain tai täysin patenttihakemuksen FI 972458 puskurijärjestelmän * · ' · · ·' tarkoitusta varten erikseen rakennettuja säiliöitä. Täten puskuroinnin voi aloittaa nostamalla syöttövesisäiliön pintaa lisäveden avulla maksimirajaansa jonka jälkeen lauhdevesisäiliön * * 30 pintaa voidaan nostaa, ja tämän lisäksi voidaan eristetyn lisävesisäiliön lämpötilaa kohottaa kierrättämällä lisävettä lämmönsiirtimen kautta. Koska poistohöyryn anergian lämpötilataso : V: on huomattavasti korkeampi kuin minkään ympäristöanergian vastaava, saavutetaan opti- : ”'; mitoimisen aluelämpövoimalan latvavoimaosan lämpöpumppuyhteiskäytöllä korkeampi * · · . |. lämpöpumpun lämpökerroin kuin patenttihakemuksen FI 972458 järjestelyssä lämpökertoi- 35 men kohotusmenetelmineen. Koska optimitoiminen aluelämpövoimala käy alkuvaiheessa ‘ ' vajaalla aluelämpöteholla, voidaan latvavoimaosan puskurisäiliötilaa vähentää myöskin kor- 10 113682 vaarnalla sitä polttoaineen kuivausteholla sähkön huippukulutustuntien aikoina. Tällöin säi-liötilavuutta voidaan lisätä myöhemmin tarpeen niin vaatiessa. Nämä seikat keventävät alkuvaiheen investointitarvetta.

Voimalatoiminnassa tullaan latvavoimaosuus usein jakamaan optimitoimisen alueläm-5 pövoimalan oman latvavoimaosan ja ympäristöanergioita hyödyntävän, lämpökertoimen kohotusmenetelmiä käyttävän patenttihakemuksen FI 972458 tehokkaan energianhyödyntä-misjärjestelmän kesken siten, että edellinen tuottaa pidempijaksoisia latvoja ja jälkimmäinen lyhyemmät.

Optimitoimisen aluelämpövoimalan höyryvoimalaosan hyötysuhde on toiminnan alku-10 vaiheessa, kun aluelämpöteho on vain 11 % lopullisesta, sama kuin suurlauhdevoimalan eli noin 42 %, jolloin se tuottaa 21 % enemmän sähköä polttoaineyksikköä kohti kuin välitu-listuksella oleva suurkaukolämpövoimala ja noin 68 % enemmän toiminnan loppuvaiheessa, kun koko aluelämpöteho on toteutunut, jolloin se tuottaa polttoaineyksikköä kohti saman verran sähköä kuin välitulistuksella varustettu suurkaukolämpövoimala.

15 On tunnettua, että kaukolämpöturbiinin taloudellinen mitoitustapa edellyttää, että kau- kolämpöteho leikataan noin 50 %:n teho-osuuden kohdalta ja että tämän rajan yläpuolelle nouseva teho-osuus suositellaan tuotettavaksi normaalisti öljykäyttöisellä vesikattilalla. Tällaiset ohjeet löytyvät mm. Tekniikan käsikirjasta. Tällainen mitoitus edellyttää, että kau-kolämpömenoveden lämpötila, joka on kesällä alimmillaan noin 70 °C, nostetaan turbiinin 20 lämmönsiirtimien avulla enintään 90 °C:een, ja sen ylitse nouseva lämpötilan kohottamis-tarve hoidetaan vesikattilalla. Tällä periaatteella toimien kaukolämpövoimalan talous on paras mahdollinen, mutta se kehittää vain keskienergiaa ja perussähköä muttei lainkaan ” [ usein tavoiteltavaa latvasähköä. Tässä esitetyssä optimitoimisessa aluelämpövoimalassa lämpötehon latvaosuuden kehittäminen vesikattilalla korvataan yhdistettyä latvasähköä ja ’ ·: · * 25 latvalämpöä pakokaasuilla kehittävällä latvavoimakoneella, joka yhteiskäytössä höyryvoi malaosan poistohöyryn anergiaa hyötylämmöksi jalostavan lämpöpumpun kanssa luo jär-' · jestelmän, jonka latvaenergia on aikaisempiin latvaenergian tuotantomenetelmiin verrattuna '...' huomattavasti halvempi.

Kaukolämpöalaa tunteville asiantuntijoille on myöskin tunnettua, että kaukolämpövoi-’:" · 30 mala on säätöominaisuuksiltaan jäykkä ja useimmiten kallis ratkaisu, jonka säädettävyys on lisäksi säätöalueeltaan suppeimmillaan talvikuukausina, jolloin vuorokausisäätövoima on kalleimmillaan. Tämä seikka löytää selityksensä seuraavasta.

. · * ·. Kaukolämpöjärjestelmien runkoputkistoja mitoitettaessa ei sallita suurempia veden .;, virtausnopeuksia kuin 3 m/s. Runkoputkistojen taloudellisen koon valinnassa joudutaan ; 35 hyväksymään talviaikaisten maksimilämpötehojen jakelunopeudeksi arvoja, jotka usein lä- ’ · ‘ · hestyvät raja-arvoa 3 m/s (esimerkiksi 2,8 m/s). Täten suuria virtausmäärämuutoksia ei voi- 11 113682 da aikaansaada. Sähkötehon nosto virtausmäärää kasvattamalla on hyvin rajoitettua.Veden virtausnopeuden rajoittamisen pääsyynä on suurten vesimassojen kaukolämpörunkoputkis-tojen kiintopisteisiin kohdistamissa rasituksissa. Järjestelmän vesimäärä, joka saattaa olla useiden tavarajunien painoinen, kulkee noin 11 kilometrin tuntinopeudella runkoputkissa, 5 joiden halkaisija saattaa olla puolesta metristä metriin tehden joskus 90 asteen käännöksiäkin kadunkulmissa. On selvää, että kiintopisteisiin kohdistuvat voimat tulevat ylisuuriksi, jos nopeuksia kasvatetaan.

Toisena sähkötehon säätökeinona kaukolämpö voimaloissa käytetty tapa on menoveden lämpötilan muuttaminen sähkötehon säätötarkoitukseen hetkellisen kaukolämpötarpeen tyy-10 dyttämisen edellyttämästä asetteluarvosta poikkeavaksi, joka voi myös aiheuttaa epäkohtia, joita on etukäteen vaikea ennustaa. Menoveden lämpötilan nosto lisäsähkötehon kehittämiseksi aiheuttaa sen, että kaukolämmön paluuvesilämpötila kääntyy nousuun. Tämä paluuveden lämpötilanousun vaikutus aiheuttaa myöhemmin (monesti usean tunnin viiveellä) sähkötehon alenemisen. Kyseinen aikaviive on eri tilanteissa erisuuruinen riippuen useista te-15 kijöistä kuten vuodenajasta (ulkoilman lämpötilatasosta), säätötoimenpiteen ajankohdasta (minä aikana vuorokaudesta), säätötoimenpiteen kestosta ja muista sellaisista. Tästä syystä on miltei mahdotonta etukäteen tietää säätötoimenpiteen jälkiseurausta - osuuko aikaviiveellä seuraava tehonaleneminen kyseisen vuorokauden sopivaan ajankohtaan vaiko vuorokauden toiselle sähkön huippukulutusjaksolle.

20 Perinteisen kaukolämpövoimalan kolmanteen käytettyyn säätötapaan, apujäähdyttimen käyttöön, liittyy myös monia ongelmia. Pakkaskaudella juuri sinä aikana kun säädöstä saatava hyöty olisi suurimmillaan, voimalaitoksen turbiinin koko nielukyky on sidottuna kauko- • · · ‘;; · lämpökuormien tehontarpeen tyydyttämiseen. Nielukyvyn suurentaminen säätövoiman takia ‘ ’ ei ole perusteltua, koska se huonontaa oleellisesti voimaprosessin keskimääräistä vuosihyö- *··’·* 25 tysuhdetta; päätekij öinä sähkönsaannin pieneneminen polttoaineyksikköä kohti turbiinin « · « · « isentrooppisen hyötysuhteen huononemisen takia sekä suhteessa mitoitustehoon vakiona ’ ’ pysyvän, kattilan mitoitustehosta absoluuttiselta arvoltaan määräytyvän säteilyhäviön osuus, • · · ·...· joka saattaa nousta teoreettisesta arvostaan noin 3,5 % joskus jopa yli 20 %:n voimalan kat tilan vuosikeskitehon alenemisen seurauksena kattilan hyötysuhteen huononemisen kautta.

• ’ *: 30 Apujäähdyttimen käytöllä perusteltua nielukyvyn suurentamista seuraa muitakin laitoksen M · ’...; tehokkuuteen epäsuotuisasti vaikuttavia tekij öitä, kuten j atkuvassa toiminnassa olevien . \ apulaitteistojen ylimitoituksen seurauksena laitoksen oman sähkönkulutuksen lisääntymi- . * * ·. nen. Lisäsähkön tuottaminen säätö voimana apuj äähdyttäj än avulla perinteisessä kaukoläm- ,;. pövoimalassa kilpailee huonosti lauhdevoimalasähkön kanssa, jossa pääsyynä muiden hyö- ;* ’ 35 tysuhdeheikkouksien lisäksi on kohtuuttoman korkea ominaislämmönkulutus, josta läm- * · · 12 113682 möstä valtaosa hukataan. Tämän asian voi ilmaista myös niin, että polttoaineyksiköstä saatava sähkömäärä on lauhdevoimaprosessin vastaavaa huomattavasti pienempi.

Tässä esitetyssä optimitoimisessa aluelämpövoimalassa apujäähdytystä on esitetty eri-koissovellutusratkaisuissa olemassaolevien perinteisten voimaloiden parannuskeinoina ja 5 liittyen matalalämpötilalauhdevoimateknologian (kuten esimerkiksi freonturbiinitekniikkaan perustuvan) hyödyntämiseen lisäsähkön tuottamiseksi apulauhdutushöyryn hukkalämpövir-rasta.

Aikaisemmin mainitussa US-patentissa 4006857 esitetyssä ratkaisussa poistohöyryn jäähdytysprosessi tapahtuu vedellä vesijäähdytysjärjestelmän ollessa prosessiteknisesti yh-10 teenkytkettynä toisten prosessien kanssa. On ilmiselvää, ettei tällainen prosessi voi kilpailla säätöteknisesti edes meidän perinteisten kaukolämpövoimaloiden säädettävyyden kanssa. Siinä esitetyn menetelmän puitteissa tuskin voi löytää pohjaa itsenäisen voimalatyypin kilpailuttamiselle. Mikäli esitettyä menetelmää halutaan soveltaa, siitä tullee hyvin työllistävä erikoisratkaisu, joka voinee toimia ainoastaan muuta liiketaloudellista voimatoimintaa har-15 joittavan voimayhtiön täydennysyksikkönä. Tässä esitetty menetelmä, optimitoiminen aluelämpövoimala, pystyy kaikissa esitetyissä muodoissaan kilpailemaan itsenäisesti muiden voimantuotantomuotojen kanssa.

US-patentin 4006857 ratkaisu poikkeaa oleellisesti optimitoimisen aluelämpövoimalan toimintaperiaatteista. Kyseisessä menetelmässä voimalan lauhduttimen läpi johdettu talous-20 vedeksi kelpaava raakavesi siirretään jakeluverkoston avulla lämmönkulutuskohteiden kautta juomaveden jakelulaitokselle ja osa prosessijäähdytyskohteeseen. Lämpöpumput sijaitsevat lämmityskohteiden lähettyvillä eli ei voimalaitoksella, kuten optimitoimisessa ‘I aluelämpövoimalassa. Viimeksimainitussa koko lämpöpumpuilla tuotettu aluelämpöosuus • · · otetaan voimalan höyryvoimalaosan poistohöyryn anergiasta ja siirretään lämpöpumpuilla • · · * * · * ’ *. 25 lämmöksi jalostetussa muodossa perinteisellä tavalla toimivaan tekniikaltaan tunnettuun suljettuun aluelämpöverkkoon, jossa lämmön jakelu tapahtuu hapenpoistolla varustetulla, inhibitoidulla vedenkierrolla. Tältä osin tässä esitetyssä patenttihakemuksessa uutuutena on • · ’ · · · * energialähde (poistohöyiyn anergia), kaikki muu lämmönjakeluverkoston toimintaa koskeva on ennestään tunnettua ja toimivaksi koettua. US-patentissa 4006857 ei oteta kantaa jakelu-30 verkoston materiaal ikysymyksiin tai siihen, missä kohden prosessia vedenkäsittely tapahtuu, * · • · · ‘ eikä myöskään siihen, miten jakeluverkoston metalliosat, armatuurit, mahdolliset tasaimet : : ’: jne. estetään syöpymiseltä. Mikäli raakavesi käsitellään ja inhibitoidaan jakeluverkostolle : * * *: kelpaavaksi, siitä ei enää saa juomavedeksi kelpaavaa. Mikäli sitä ei käsitellä, jakeluverkos- . · · # sa ei saa olla syöpyviä osia. Prosessien jäähdytykseen menevää vettä ei ole jäähdytyksen t# . 35 kannalta tarkasteltuna perusteltua johtaa lauhduttimen kautta. Lisäksi juomavedeksi kelpaa va raakavesi on liian arvokas käytettäväksi jäähdytykseen, koska tämän laatuisen veden alu- 13 113682 eellinen saanti on yleensä rajoitettu, varsinkin kun kysymykseen tulee pohjavesi. Yhden MW:n sähkötehon aikaansaaminen lauhdevoimalassa edellyttää noin 72 m3/h jäähdytysvettä, joten 10 MW:n suuruinen pienvoimala käyttää jäähdytysvettä noin 633000 m3/a. Tämä vastaa noin 21.000:n talouden talousveden vuosikulutusta. Tällaisen asutuksen sähkötehon tar-5 ve on noin 170 MW. Suomen ilmasto-olosuhteissa sen lämpötehon tarve olisi noin 300 MW. Mikäli koko tämä lämpömäärä tuotettaisiin kaukolämmityksenä, kaukolämpövoimalan sähkötehoksi tulisi noin 100 MW. Nämä luvut osoittanevat, missä luokassa US-patentin 4006857 järjestelmä kilpailee. Jotta idea saataisiin toimivaksi, se edellyttää erittäin paljon kehittämistyötä ja on aina erikoisratkaisu vailla yleissovellutusta. Kyseisen patenttijulkaisun 10 patenttivaatimuksessa 1 on nimenomaan määritelty että lauhduttimen jäähdytys tapahtuu vedellä, joka ei anna sijaa ulkoilmajäähdytykselle. Samoin on määritelty lämpöpumppujen sijoituspaikaksi kulutuspisteiden lähialue, joka sulkee pois mahdollisuuden optimoida lämmöntuotantoa tehonleikkausperiaatetta noudattaen ja samanaikaisesti latvavoimakoneiston yhteiskäytössä lämpöpumpun kanssa hyödyntää höyryvoimalan poistohöyryn anergiaa ener-15 gialähteenä. Jotta päästäisiin kilpailuasetelmaan optimitoimisen aluelämpövoimalan kanssa, latvateho-osuus tulisi tuottaa soveltamalla FI-patenttihakemusta 972458 (Tehokas energian-hyödyntämisjärjestelmä), jossa optimitoimisen aluelämpövoimalan höyryvoimalaosan poistohöyryn anergian sijasta hyödynnetään latvavoimakoneen pakokaasulämmön ohella ympä-ristöanergiaa lämmöksi jalostettuna mistä hyvänsä saatavilla olevasta energialähteestä.

20 On tunnettua että perussähköä tuottavan lauhdutusturbiinivoimalaitoksen prosessihyöty-suhde eli polttoainehyötysuhde on vain 35 ... 42 % koska "lauhdelämpö hukataan" . ^ (lauhduttimesta poistuvaa anergiaa ei pystytä hyödyntämään). On myöskin tunnettua, että ns.

*.’!.1 vastapaineturbiinilaitoksen hyötysuhde on tätä parempi eli suunnilleen sama kuin pelkästään lämpöä kehittävän kattilan hyötysuhde. Tuotettaessa sähköä vastapaineperiaatteella saavu-25 tetaan kuitenkin huomattava etu siinä, että prosessihyötysuhde on myös lauhdesähkön tuot-[ toon nähden katsottu perinteisesti paremmaksi prosessin arvokkaammankin tuotteen eli säh kön osalta. Täten tällä periaatteella toimien voidaan kehittää sähköä seuraavasti: ' · · · 1 - Teollisuusvastapainevoimalassa noin 8 %:n keskimääräisellä prosessihyötysuhteella, koska se käy miltei koko vuoden täydellä teholla.

’ 1 30 - Kaukolämpöturbiinilaitoksessa 65 ... 75 %:n keskimääräisellä prosessihyötysuhteella • · · • · ... 1 riippuen mitoituksesta. Oikein mitoitetussa kaukolämpöturbiinilaitoksessa prosessi- :Y; hyötysuhde on parhaimmillaan noin 85 % turbiinin käydessä täydellä teholla noin • 1 : ’ “: 1500 tuntia vuodessa talven kylmimpänä aikana.

Samoin on tunnettua, että kaukolämpöturbiinilaitoksessa toinen tuote eli lämpö siirre- « · # ! . 35 tään kaukolämpöverkkoon lämmönsiirrintekniikalla, jolloin kaukolämpöveden lämpötila ’ nostetaan turbiinista tähän tarkoitukseen otetun höyryn lauhtumisen avulla. Kiertoveden 14 113682 lämpötila nostetaan tavallisesti 45 ... 50 °C:sta. Vesi toisin sanoen palaa voimalaitokselle noin 50-asteisena. Tämä siitä syystä että jakelualueen alakeskusten lämpöpintoja ja lämmön-siirtimien tilakysymystä optimoitaessa samoinkuin lämmitysjäijestelmien toisiopiirin patteriverkostoa suunniteltaessa ei katsota aiheelliseksi alentaa kiertoveden paluulämpötilaa 5 oleellisesti tämän tason alapuolelle. Tästä syystä voima-alalla katsotaan sen energiaosuuden, jonka lämpötilataso on alle 50 °C, olevan arvotonta, ns. energiaa. (Käsite anergia tarkoittaa sitä osuutta energiasta, josta alhaisen lämpötilatasonsa takia ei saa sähköä eikä lämpöä tai jonka hyödyntämiseen ei määrän vähyyden vuoksi kannata investoida.) Pidettäköön mielessä, että kiertoveden palaaminen suunniteltua lämpimämpänä takaisin voimalaitokselle aihe-10 uttaa voimalaitosprosessille pelkästään haittaa, koska sähköntuotanto pienenee paluuveden lämpötilan nousun seurauksena lauhduttimessa saavutetun huonomman tyhjiön johdosta.

Tunnettua on myöskin että edellisen kohdan esittämää lämpötilatasoa 45 ... 50 °C pidetään liian alhaisena huoneistojen lämmittämiseen normaalia keskuslämmitysjäqestelmää käyttäen. Sen suunnittelulämpötilat ovat normaalisti 90/60 °C tai 80/60 °C. Edellämainitus-15 sa noin 50 °C:n lämpötilatasossa ja kylmempänä olevan anergian tullessa kysymykseen lämmityksessä nostetaan lämpötilataso tavallisesti lämpöpumpulla mainitun normaalin käyttölämpötilatason tuntumaan. Kyseinen anergia, olkoonkin että se saattaa muodostaa hyvän energialähteen lämpöpumppusovellutukselle, on täten katsottava arvottomaksi ja se saavuttaa uuden arvonsa lämpöpumpun käyttövoimasta.

20 Toisaalta on myöskin tunnettua, varsinkin ulkomailla, että voimalan energiatuotteet ovat erihintaisia. Täten jalostetuin tuote, sähkö, on kallein, toiseksi kallein on tehdasteluhöy-ry ja halvin on kaukolämpö, ja se osa, joka on niin matalassa lämpötilatasossa, ettei sitä voi- •;; j da hyödyntää sähkönä eikä lämpönä, katsotaan arvottomaksi (= anergiaa). Vaikka lauhdut- • » · ’ ·' ' timesta poistuva anergia voimalaitosprosessin kannalta on katsottava arvottomaksi, joka ’ ; ' 25 näkyy siinä ettei sillä ole hintaa, niin se on kuitenkin lämmityssektorin kannalta tarkasteltu- • · · « · * ' na hyvinkin arvokas, kuitenkin aina ilmainen. Näin on siitä syystä, että tällainen suhteellisen ‘ * lämmin anergia on hyvä energialähde lämpöpumpulle samalla kun se on haitallinen sekä voimalan että ympäristön kannalta tarkasteltuna.

On kuitenkin tunnettua sekin, että anergia on jalostettavissa lämmöksi ja tämänpäivän ’:· 30 tekniikalla osittain jopa sähköksikin. Jalostus lämmöksi voi tapahtua esimerkiksi lämpö- • · · pumppua käyttäen ja sähköksi matalalämpötilavoimakoneella kuten esimerkiksi orgaanisen nesteen Rankine-kiertoon (ORC-cycle = organic fluid Rankine cycle) perustuvalla Boost • · . * · ·, Energy Converter-tekniikalla.

.; # Viimeaikaisista höyrykattilasovellutuksista on lisäksi tunnettua, että kattilan palamisil- ; | 35 maa voidaan lämmittää lämpöpumppua käyttäen, jolloin savukaasujen anergia jalostetaan ' * ’: tähän käyttöön soveltuvaksi kaasuvirtaa jäähdyttämällä. Näin kattilahyötysuhde paranee.

15 1 13682

Vielä on tunnettua, että ns. prosessilauhdevoiman kehityksessä valtaosa investointikustannuksista liittyy itse teollisuusprosessiin, ja lisäinvestoinnin tarve sähkön tuottamiseksi on hyvin vähäinen, josta seuraa, että prosessilauhdevoima on halvin tapa tuottaa sähköä. Lisäksi on tunnettua, että prosessilauhdevoiman sähkönkehitys ei aiheuta ympäristösaasteita, kos-5 ka ne liittyvät itse teollisuusprosessiin. Sähkönkehityksessä muunnetaan ainoastaan prosessin jäähdytyksessä muodostuneen höyryn energiaa sähköksi.

On myöskin tunnettua, että lämpimämmissä maissa merivesijäähdytyksellä aikaansaadaan huomattavasti huonompi tyhjiö lauhdeturbiinin lauhduttimessa kuin Suomessa jossa meriveden vuotuinen keskilämpötila on alhainen, noin 6 ... 6,5 °C. Esimerkiksi Keski-10 Euroopassa merivesi on lämpötilansa puolesta uintikelpoista vuoden kylmimpinäkin aikoina ulkoilman alhaisimman lämpötilan ollessa noin +20 °C. Samasta polttoainemäärästä saadaan täten Suomessa lauhdevoimankehityksessä merivesijäähdytyksellä enemmän sähköä kuin Keski-Euroopassa.

Lisäksi on tunnettua, että yhdyskuntasuunnittelussa paikanvalinnat monesti määräytyvät 15 muun muassa voimaloiden jäähdytysveden saannin mukaan. Keskitetyn voimahuollon si-joitusnäkökohdissa polttoaineen kuljetuksilla on myöskin merkityksensä. Näistä syistä keskitetyn voimahuollon suurvoimaloiden pääsijoituspaikat ovat useimmiten satamakaupunkeja. Sen mukaan myöskin teollisuus hakeutuu samoihin paikkoihin. Nämä ilmiöt aikaansaavat sen, että kaikki työpaikat keskittyvät näille alueille seurauksena se, että maaseudun ke-20 hittäminen vaikeutuu ja maaseutu autioituu. Harvaanasutulle maalle, jonka huomattavat luonnonvarat kuitenkin sijaitsevat maaseudulla, on tästä erittäin suuri haitta.

. Optimitoimisen aluelämpövoimalan lauhduttimen jäähdyttäminen on vaihtoehtoinen ja •;; l vapautettu aikaisemmista merivedensaantinäkökohdista. Tällöin kyseisiä pienvoimaloita * · · • voidaan sijoittaa mille alueelle hyvänsä hajautetun energiantuotantomallin mukaisesti, joka • · · ' ·' · * 25 seikka antaa mahdollisuuksia erityisesti maaseudun työllisyyden parantamiseen ja elinkeino- * · · ♦ · elämän kehittämiseen. Samalla maan kauppatase paranee ja velkaisuus pienenee sillä yhden hyötyenergiayksikön kehittäminen keksinnön mukaisesti kotimaisesta polttoaineesta vähen-’ · ·. * tää energian tuontia noin viidellä yksiköllä.

Käytettäessä ulkoilmaa turbiinin lauhduttimen jäähdyttämiseen ulkoilman lämpötila • · 30 vaihtelee alueella noin +25 ... -30 °C. Mitoituksessa yleisin ulkoilman lämpötila-alue tullee

t I I

olemaan noin -10 ... ±0 °C riippuen valinnoista alueen kokonaislämmitysratkaisuissa. Täi- löin turbiinin poistoanergia j alostetaan aluelämmitysjäijestelmälle sopivaksi ilmalämpö- ;. pumppua käyttäen. Turbiinista lauhduttimeen poistuvan höyryn lämpötila on noin 36 °C, ja ,;. ilmamäärä valitaan niin, että lauhduttimesta ulos tulevan ilman lämpötila ennen lämpö- • » * ; _ 35 pumppua on noin+10 °C ulkoilman lämpötilan ollessa esimerkiksi-10 °C. Tällöin lämpö- • » · ' · ': pumpulla voidaan -10 °C:n ulkolämpötilalla jäähdyttää lauhduttimesta tulevaa ilmaa mel- 16 113682 kein 10 °C. Ulkoilman ollessa lämpimämpi noin 7.000 h/a on kyseinen lämpötilaero huomattavasti suurempi. Lämpöpumppu tulee täten toimimaan suurella lämpökertoimella. Tästä johtuen lämmitysratkaisu on erittäin kilpailukykyinen, ja tätä seikkaa lisää vielä yhteiskäyttö voimakoneen, esimerkiksi dieselkoneen, kanssa. Ulkolämpötila-alueella +10 ... -30 °C läm-5 mitysjärjestelmää ja energiantuotantojärjestelmää täydennetään yleisimmin dieselkoneella tapahtuvan latvasähkön tuotannon ja lämpöpumpun yhteiskäytöllä ja dieselmoottorin kuumien pakokaasulämpöjen talteenottoa soveltaen.

Alueella, jossa lämmitystarve on pieni suhteessa pienvoimalan energiamäärään, voidaan turbiinin lauhduttimen jäähdyttämisessä soveltaa aikaisemmasta tunnettua jäähdytystomiso-10 vellutustakin. Tämän sovellutuksen vaikutus kasvihuoneilmiöön on häviävän pieni suhteessa harjoitetun väärän energiapolitiikan aiheuttamaan ylisuureen hiilidioksidipäästön vaikutukseen, kun sähköä on suosittu yksipuolisesti lämmitystarkoitukseen, mikä nostaa hiilidioksidipäästön noin kuusinkertaiseksi tarvittavaan verrattuna, so. keksinnön tarjoamaan parempaan menetelmään verrattuna. Suomen oloissa jäähdytystomisovellutuskin antaa polttoaine-15 yksiköstä enemmän sähköä kuin merivesijäähdytys Keski-Euroopassa.

Koska turbiinia ajetaan kaukolämpöturbiinia suuremmalla vuosituotannolla, paranee vuosiprosessihyötysuhde kaukolämpöturbiinin arvosta 65 ... 75 % suunnilleen samaksi kuin teollisuusvastapaineturbiinin eli 85 %:iin. Koska lämmön sijasta tuotetaan anergiaa ja koska tämä jalostetaan lämmöksi lämpöpumpun korkealla lämpökertoimella, nousee polttoaine-20 hyötysuhteen vuosikeskiarvo tästäkin tuntuvasti.

Erityisiä optimitoimisen aluelämpövoimalan sovellutuksia: t i· ’ · | Kyseisen voimalan höyryvoimalaosan kaasujäähdytysjärjestelmän perusratkaisu pöh- • · * • ’ * jautuu nykyisen tiedon valossa sovellutukseen, jossa ulkoilma on jäähdyttävänä aineena ja • » · 25 jäähdytys tapahtuu lämmönsiirrintekniikalla. Tällä saattaa kuitenkin tulevaisuudessa olla * * vaihtoehtojakin, koska on muitakin kaasuja, jotka teknisesti, ehkäpä tulevaisuudessa myös * * · taloudellisestikin, voivat kilpailla ulkoilman kanssa. Tämäntyyppisen jäähdytyksen rinnalla :... · voivat tulla kysymykseen myöskin perinteiset jäähdytystomiratkaisut kuitenkin eräin rajoi tuksin sekä tietyt vaihtoehtoiset muunnelmat, joissa muun muassa haihtuvan veden lämpö- ‘: * *: 30 pumppukäytölle aiheuttamat rajoitukset on eliminoitu tai niitä on vähennetty esimerkiksi • t » ',,, t veden jäätymisominaisuutta muuttamalla. Yhdistävänä etuna kaikille kaasujäähdytyssovel- % . y. lutuksille on kuitenkin avoimesta massattamasta järjestelmästä aiheutuvat hyvät säätöomi- . · · *. naisuudet. Optimitoimisen aluelämpövoimalan latvavoimakoneosan tarjoamat säätötekniset • * »* · t; t ominaisuudet ovat kuitenkin niin ratkaisevasti paremmat kuin aikaisempien kaukolämpö- [ 35 voimaloiden, samoin kuin sen alentava vaikutus voimalaitoksen investointikustannuksiin, » · · *· että paitsi olemassa olevien laitosten saneerauksissa, tässä esitettyjen ideoiden pohjalta 17 113682 myöskin uusien toteutuksessa saattaa tulla kysymykseen höyryvoimalaosan jäähdyttäminen muilla keinoin, jopa vedelläkin, varsinkin silloin kun joku erikoisolosuhde sitä puoltaa.

Erityisiä optimitoimisen aluelämpövoimalan sovellutuksia: 5 1. Optimitoiminen aluelämpövoimala, jonka höyryvoimalaosa toimii ns. keskienergia- prosessilauhdevoimalana, mikä luo hyvät edellytykset aluelämmitystoiminnalle käyttäen hyväksi lämpöpumppuja, jotka hyödyntävät anergiaa lauhduttimen jäähdytysilmavirrasta.

EU-direktiivien asettama velvoite kunnille jätteenkäsittelystä antaa tilaisuuden hyödyntää palavaa jätettä jätettä polttavassa prosessilauhdevoimalassa. Parhaiten tällainen laitos 10 puoltaa paikkaansa, jos sitä käytetään ainoastaan talvikuukausina ns. talvikeskienergian tuottamiseen, silloin kun sähkön hinta on korkeimmillaan. Tällöin laitos sijoitettuna maaseudulle toimii samalla työttömyyden tasaajana, koska työttömyys maaseudulla on suurempi talvikuukausina. Prosessilauhdevoimalan anergiaa voidaan tällöin käyttää lämpöpumpun energialähteenä aluelämmitystoiminnassa. Prosessilauhdevoiman varapolttoaineena sekä 15 tukipolttoaineena voidaan tällöin käyttää kotimaista uusiutuvaa polttoainetta kuten haketta tai rypsiöljyä.

2. Perinteinen kaukolämpöturbiini muutettuna siten, että se varustetaan optimitoimiselle aluelämpövoimalalle ominaisella latvavoimalaosalla, jolloin höyryvoimalaosa tuottaa apu-jäähdyttimen käytön lisäyksellä perussähköä ja keskienergiaa sekä vuorokausisäätövoimaa 20 teollisuuden tarpeisiin nykyisen lämmityssähkön tuottamisen sijasta. Tällöin apujäähdytetyn lämmön arvo on kuitenkin sen verran korkea, että siitä muodostuu pieni kustannus, noin 1,5 p/kWh, laitoksessa, jonka polttoaine on kivihiili tai turve. Mikäli kaukolämpöturturbiinin • · * *;) · koko teho kehitetään tällä tavoin sähköksi apulauhdutuksen avulla, on apujäähdytyksen * * · * ‘ * määrä oikein mitoitetussa kaukolämpölaitoksessa noin 40 % lämmitysenergian peruskuor- • · · ’ 25 maosuudesta. Tällöin lisätulot sähköstä ovat huomattavasti suuremmat kuin apujäähdytyk- IMll ‘ ’ sen aiheuttama polttoaineen lisämeno. Lisäparannuskeinoina voidaan talvikuukausina, pak- * * * » * * * kashuipun aikana, tuottaa lämpöä lämmöntarpeen peruskuorman yläosaan lämpöpumpulla, * t · • · *.· jonka energialähteenä on tähän vuodenaikaan usein liian kuuma (n. 60 °C) kaukolämmön paluuvesi. Vielä eräänä parannuskeinona voidaan johtaa voimaprosessin vähiten tuottavat ':: 30 massavirrat (syöttöveden esilämmityshöyryt) uudelleen pienturbiinin kautta samaan lämmi- i * * ',,,' tystarkoitukseen kuin edellä mainitut lämpöpumpulla tuotetut lämmöt. Jälkimmäinen sanee- i . V. raustoimenpide on luonnollinen kattilalaitoksen mahdollisen modernisoinnin yhteydessä.

, * * ·. 3. Ylimitoitettu kaukolämpöturbiinilaitos muutettuna siten, että se varustetaan optimi- * · * · · toimiselle aluelämpövoimalalle ominaisella latvavoimaosalla j a talouden parannuskeinona * · · ’’’ 35 matalalämpötilaisen prosessilauhdevoiman kehityssovellutuksella, kuten esimerkiksi orgaa-

t t I

‘ : nisen nesteen Rankine-kiertoon perustuvalla Boost Energy Converter-tekniikalla. Tällöin 18 113682 voidaan joko lisätä kaukolämpömassavirtoja muuntamalla niiden osalta höyryn kaukoläm-möntuotantoa sähköntuotannoksi esimerkiksi Boost Energy Converterilla tai muuttaa kaukolämpölaitos siten, että se jatkossa tuottaa ainoastaan perussähköä siten, että turbiinia muuttamalla matalapainepesä korvataan paisumiakaan pidemmällä lauhdevoiman tuotan-5 toon soveltuvalla, jonka jälkeen kaukolämpö kehitetään lämpöpumpuilla osittain voimalan anergiasta ja osittain latvavoimakoneiston pakokaasuista. Tällöin voidaan lisätehostamiskei-nona toteuttaa myöskin edellisessä kohdassa esitetty vähiten tuottavien massavirtojen johtaminen uudelleen pienturbiinin kautta, tässä tapauksessa turbiinin lauhduttimeen.

4. Lauhdevoimalan muuttaminen siten, että se toimii optimitoimiselle aluelämpövoi-10 malalle ominaisilla periaatteilla varustettuna lähialueen lämmitystarpeen pohjalta teholtaan sopivansuuruisella latvavoimakoneistolla yhdistettynä lauhdutusturbiinin poistohöyryn anergian hyödyntämiseen lämpöpumppujen energialähteenä. Mikäli lauhdeturbiinin lauh-duttimesta poistuva noin 17 ... 18-asteisen anergian lämpötilataso nostetaan lämpöpumpulla takaisin lämmitykselle soveltuvalle lämpötilatasolle, voidaan se käyttää hyödyksi. Tällöin 15 myös ympäristölle aiheutuva haitta jäähdytysveden laskemisesta vesistöön joko pienenee tai häviää kokonaan. Voimalaitoksen anergian lämpötilataso on aina tuntuvasti korkeampi kuin muut Suomessa tarjolla olevat luonnolliset anergialähteet, kuten maaperä ja vesistöt. Maa-lämpöpumppusovellutuksissa maan lämpötilataso alenee usein -3 °C:een, ja vesistöjen ollessa anergian lähteenä lämpötilataso alenee noin +1 °C:een lämpökertoimen ollessa keski-20 määrin 2,4.

Voimalaitossovellutuksissa anergian lämpötilatason ollessa merivesijäähdytyksellä alimmillaan, meriveden vuosikeskilämpötilan ollessa noin +6,5 °C, ja poistohöyryn lämpö-tilan ollessa 18 ... 20 °C, on jäähdytysveden poistolämpötila lauhduttimesta noin 15 ... 17 ’ . °C. Tämäkin jäähdytysveden poistoanergiavuo tarjoaa mahdollisuuden lämpöpumpun käy- "25 tölle hyvällä lämpökertoimella, mikäli kyseinen lämpöpumppu suunnitellaan lämpöjärjes-. telmän juuriosan peittämiseksi, jolloin kiertoveden lämpötila nostetaan noin 55 ... 60 °C:een. Kiertoveden lämpötilan lisänostamiseen voidaan latvavoimakoneiston pakokaasu-*'' lämmön lisäksi käyttää esimerkiksi voimalaitosprosessin saneeraustoimenpiteiden kautta käytöstä poisjäävien, voimaprosessin vähiten tuottavien, syöttöveden esilämmityshöyryjen 30 massavirrat aluelämmitystarpeen juuriosan ja latvaosan välialueen peittämiseksi. Tämän ···* päivän kattilasuunnittelussa savukaasujen loppulämpösisältö hyödynnetään aikaisempaa : : ’: tarkemmin, jonka seurauksena vanhemmissa voimaloissa käytetty syöttöveden ns. korkea- : ’: paineväliottohöyryjärjestelmä ei enää puolla paikkaansa taloudellisesti.

. · · ·. Kuvio 1 esittää pysyvyyskäyrän D ja kaukolämpökuorman optimimitoituksen tehon- > ; 35 leikkausperiaatteen, jossa perinteisesti 50 %:n latvateho-osuus H on tavallisimmin tuotettu öljykäyttöisella vesikattilalla ja alempi teho-osuus (peruskuorma) L on tuotettu kaukoläm- 19 113682 pöturbiinilla tuottaen samanaikaisesti myös sähköä ns. keskienergian ja perussähkön muodossa. Optimitoimisessa aluelämpövoimalassa lämmöntarpeen peruskuorma ja latvateho tuotetaan kuvion 12 yhteydessä esitetyllä tavalla.

Kuviossa 2 on esitetty, kuinka paljon enemmän sähköä optimitoiminen aluelämpövoi-5 mala tuottaa massavirtayksikköä (ja myöskin käytettyä polttoaineyksikköä) kohti kuin sa malla höyryn parametrilla toimiva kaukolämpövoimala. Nuoli El osoittaa eron toiminnan loppuvaiheessa, kun koko aluelämmön tarve on toteutunut, nuoli E2 vastaavan toiminnan alkuvaiheessa, kun noin 11 % aluelämpötehosta on toteutunut, ja nuoli E3 eron äärimmäisen kylmänä kautena kaukolämpöturbiinin toimiessa menovesilämpötilan maksimiarvolla (120 10 °C). Kuvion yläosassa nuoli E4 näyttää, mikä sähkötehon lisäys massavirtayksikköä kohti on saavutettavissa välitulistuksen avulla voimalaitoksen koon kasvaessa.

Kuviossa 3 on esitetty vertailu optimitoimisen aluelämpö voimalan ja US-patentin 4006857 mukaisten menetelmien välillä. Koska jälkimmäisessä ei esitetä kaukolämpötehon leikkausta toiminnan optimointitarkoitukseen, on koko aluelämpöteho (maksimiteho P) 15 saatava höyryvoimalan poistohöyrytehosta (pisteen P läpi kulkeva vaakasuora viiva C1). Menetelmän puitteessa tyydytettävissä olevan lämmöntarpeen vaihtelu näkyy kuviossa olevasta, tämän vaihtelun kuvaamiseen alalla käytetystä ns. pysyvyyskäyrästä. Käyrän D2 koordinaattiakseliston kanssa rajoittama pinta-ala kuvaa kuinka suuren osuuden (noin 30 %) poistohöyrytehoa vastaavasta vuosienergiasta (vaakasuoran viivan Cl yhdessä pystysuoran 20 viivan C2 ja koordinaattiakseliston kanssa rajoittamasta pinta-alasta) laitos pystyy hyödyntämään. Koska optimitoimisessa aluelämpövoimalassa aluelämpöteho toiminnan talouden . optimoimiseksi leikataan noin 50 %:n kohdalta ja ylempi aluelämpöosuus tuotetaan pääasi- assa latvavoimakoneen pakokaasulämmöllä, noudattaa kyseisen laitoksen puitteessa haijoi-’ . tettavissa oleva aluelämpötoiminta pysyvyyskäyrää Dl. Kuten näkyy, tämä rajaa poistohöy- * *'. 25 ryn suorakaiteen alasta noin 60 %:n osa-alueen, joka tarkoittaa sitä, että tällä menetelmällä voidaan hyödyntää noin kaksinkertainen määrä voimalan poistohöyryn anergiasta alueläm-mitystoiminnassa kuin kilpailevalla menetelmällä. Koska poistohöyryn noin 70 % jää hyö- • · * · · ·' dyntämättä, on edellytyksenä sille, että voimalaitos voi tuottaa saman verran sähköä kuin optimitoiminen aluelämpövoimala samasta käytetystä polttoainemäärästä, että voimalaitos ’ * 30 varustetaan erillisellä apujäähdytysjäijestelmällä tämän anergiamäärän poisjohdattamiseksi.

... ‘ Muutoin voimalan sähkönkehitykseksi jää tuntuvasti alle 30 % optimitoimisen aluelämpö- : voimalan vastaavasta.

: * * *: Kuviossa 4 on esitetty IS-piirrospohjalle tehdyn paisuntakäyrän avulla tilanne, jossa .!. ylimitoitettu kaukolämpöturbiini joutuu talvella ajamaan osakuormalla. Paisuntakäyrän . 35 ylempi loivempi osa kuvaa osasyöstetyn säätöpyörän toimintaa. Normaalisti höyry paisuu * * pisteeseen P4, mutta ylimitoituksen vuoksi paisunta ulottuu pisteeseen P2. Normaalitapauk- 20 113682 sessa aluelämpöä tuotetaan kahdessa vaiheessa (kahdella lämmönvaihtimella), jolloin ensimmäisessä vaiheessa suoritetaan kuumennus höyryllä, joka on otettu paisunnan lopusta (P2), ja toisessa vaiheessa turbiinin väliulosoton (Pl) avulla. Nämä höyrymassavirrat ovat normaalisti jokseenkin yhtäsuuria. Turbiinin antaman sähkön laskentaa voidaan silloin yk-5 sinkertaistaa olettamalla, että koko aluelämmityksen massavirta otetaan pisteestä P3, jonka entalpia on pisteiden Pl ja P2 keskiarvo. Voidaan nähdä, että kyseinen turbiini antaa massa-virtayksiköstä sähköä (815-630)/8600,98 = 0,211 yksikköä.

Kuvio 5 esittää, kuinka oikein mitoitettua kaukolämpöturbiinia ajetaan talvella täydellä teholla, mutta ajotapa on väärä. Poistohöyry tulee nimittäin turbiinista ulos 120-asteisena 10 vaikka olisi parempi ottaa se ulos 90-asteisena ja nostaa kaukolämpöveden lämpötila 90 ° C:sta 120 °C:een esimerkiksi kattilan avulla. Kyseinen turbiini tuottaa sähköä (815-611)/8600,98 - 0,232 yksikköä.

Kuvio 6 esittää, kuinka oikein mitoitettua kaukolämpöturbiinia ajetaan kesällä osate-holla, jolloin kaukolämpöveden lämpötila nostetaan 70 °C:een. Lämmitys tapahtuu nyt yh-15 dessä vaiheessa höyryllä, joka otetaan paisunnan lopusta (P2). Kyseinen turbiini tuottaa sähköä (815-587)/8600,98 = 0,260 yksikköä.

Kuvio 7 esittää, kuinka oikein mitoitettua kaukolämpöturbiinia ajetaan talvikuormalla oikealla tavalla, jolloin turbiinin poistohöyryn lämpötila on 90 °C. Nähdään, että kyseinen turbiini antaa sähköä (815-582)/860-0,98 = 0,266 yksikköä.

20 Kuviossa 8 on esitetty perinteisen lauhdevoimalan paisuntakäyrä merivesijäähdytyksellä

Suomen oloissa. Nähdään, että turbiinin paisuntakäyrä on pidempi kuin kuvien 4-7 käyrät. t: t Perinteinen lauhdevoimala antaa sähköä (815-508)/860-0,98 - 0,350 yksikköä mutta ei anna lainkaan lämpöä.

Kuvio 9:ssä on esitetty keksinnön mukaisen optimitoimisen aluelämpövoimalan mitoi- '' *. 25 tustapa. Nähdään, että keksinnön mukaisella pienvoimalalla höyryn parametriarvoilla 60 • · . bar, 510 °C ja isentrooppisella hyötysuhteella 90 % saadaan massavirtayksiköstä sähköä ... (815-532)/860 0,98 = 0,322 yksikköä eli lähes sama määrä kuin lauhdevoimalasta. Toimin- • ” * nan alkuvaiheessa aluelämpötehon ollessa vain 11 % lopullisesta tehosta, voidaan ilmajääh- dytyssovellutuksella ilman alhaisen lämpötilan ansiosta, perinteistä merivesi)äähdytettyä 30 lauhdeturbiinia paremman tyhjiön ansiosta, tuottaa sähköä polttoaineyksiköstä noin (815-490)/860·0,98 = 0,370 yksikköä eli enemmän kuin perinteisellä lauhdutusturbiinilla (ks.

:Y: edellä: 0,350).

: ” *: Kuvio 10 esittää Imatran Voima Oy:n omistuksessa olevan Kokkolan voimalaitoksen , · · · < vaiheen III vastapainekaukolämpöturbiinin vastaanottotarkastuspöytäkirjoista otetut paisun- ' . 35 takäyrät. Nuoli E5 osoittaa nykyistä keskimääräistä vuotuista sähkönkehitystä, nuoli E6 suunniteltua 52 MW:n kehitystä ja nuoli E7 hyötysuhteen parannusta, joka saadaan aikaan 21 113682 tässä selityksessä esitetyillä muutoksilla ylimitoitetuille aluelämpöturbiinilaitoksille. Laitoksen vastaanottotarkastus suoritettiin keinotekoisilla lämpökuormilla sen ylimitoituksen takia. Pienin takuupiste oli valittu tulevia kesäaikaisia tehoja ajatellen, joten se oli ajettavissa käyttöolosuhteissa (eniten oikealla oleva paisuntakäyrä). Kyseinen kesäkuormapaisuntakäy-5 rä jäi turbiinin koko tulevaisuudelle talviaikaistakin hyvyyttä osoittavaksi. Tänään, vuodenvaihteessa 1998/1999, tätä käytännössä tyhjäkäynnillä ajavaa turbiinia, jonka suunniteltu sähköteho on 52 MW ja maksimiteho, jolla sitä on ajettu 19 vuoden aikana, on 40 MW, ajaa 10 MW:n sähkötehoa, samaa tasoa kuin alussa vuonna 1978, koska Kokkolan kaupunki on sanonut irti lämmönostosopimuksensa liian kalliin hinnan takia.

10 Kuviossa 11 käyrä D3 esittää edellämainitun vaiheen III turbiinin saavutetun toimintata son vuonna 1997, 18 vuoden jälkeen käyttöönotosta. Käyrä D4 näyttää oikean mitoitustavan. Pinta-ala AI vastaa apujäähdytystehoa ja pinta-ala A2 esimerkiksi Boost Energy Converte-rilla tai vastaavalla kehitettävissä olevaa lisäsähkön tuotantoa.

Kuvio 12 esittää optimitoimisen aluelämpövoimalan lämmöntuotannon periaatetta.

15 Ylempi viivoitettu alue A3 osoittaa latvavoimakoneen pakokaasuista peräisin olevaa lämpöä. Alempi viivoitettu alue A4 osoittaa lämpöpumpun käyttövoimakoneen pakokaasuista saatavaa talvikauden kalliimman sähkötariffin aikaista lämpöä ja viivoittamattomat alueet höyryvoimalaosan anergiasta peräisin olevaa lämpöä. Nuoli WT esittää talvitariffiaikaa ja nuoli ST kesätariffiaikaa. Viiva C3 esittää höyryvoimalaosan poistohöyryn normaalia opti-20 mimitoitustehoa ja viiva C4 osoittaa pääomasijoitusten herkkyysanalyysin alentavaa vaikutusta optimimitoitustehoon.

• _ Optimitoimisessa aluelämpövoimalassa lämmöntarpeen peruskuorma B tuotetaan kau- * I kolämpöturbiinin sijasta paisumiakaan pidemmän, lauhdeturbiinin tavoin toimivan höyry- * . turbiinin poistohöyryn anergiasta lämpöpumpputekniikalla turbiinin tuottaessa päätuottee- " *. 25 naan perussähköä ja säätövoimaa. Latvateho A3, A4, A5 tuotetaan osittain lämpöpumpuilla ] samasta poistohöyryn anergiasta ja osittain päätuotteenaan latvasähköä ja talviaikaista sää- ... ’ tövoimaa tuottavan latvavoimakoneen pakokaasulämmöstä. Lisäksi osa talviaikaisesta läm- * · · · * möntarpeesta tuotetaan mahdollisesti dieselkäyttöisen lämpöpumpun pakokaasulämmöllä.

Pakokaasulämpöjen osuus vaihtelee vuodesta toiseen lähinnä ulkolämpötilasta ja sen kesto-30 ajasta johtuvista syistä, jotka vaikuttavat latvavoimakoneiden käyttöaikojen pituuteen latva- voiman kysynnän kautta. Täten kylmänä talvena pakokaasulämmön osuus on suurempi kuin : V: leutona talvena. Koska pakkaspäivät eivät ole aina peräkkäisiä vaan välillä esiintyy leutoja- : ”': kin päiviä, on puskurijärjestelmän varastosäiliöiden avulla saavutettavissa se että pakkaspäi- • * ♦ • E vinä varastojen lämpöä purettaessa anergian hyödyntämisteho saattaa nousta höyryvoimalan . 35 anergiatehon C4 yläpuolellekin vastaten anergiaosuutta A5.

• · · 22 113682

Koska kyseinen voimala aloittaa toimintansa pienellä osalla (noin 11 %) lopullisesta aluelämpötehosta, kaukolämpöpuolen investoinnit kestävät hyvin sen, että lämpöpumppute-hossa varmistetaan toimintaa ylimääräisellä sähkökäyttöisellä varapumppuyksiköllä, jolloin aikaansaadaan lämpöpumppukäyttövoiman kilpailuttamismahdollisuus. Tästä syystä alem-5 man viivoitetun A4 alueen suuruus saattaa vaihdella kilpailutilanteiden mukaan. Mikäli aluelämpöperuskuorman ylempi tehoalue pakokaasulämpö poislukien tuotetaan sähkökäyttöisellä varalämpöpumpulla, laitos hyödyntää hieman suuremman osuuden poistohöyryn ilmaisesta anergiasta.

Koska optimitoiminen aluelämpövoimala on pienvoimala, saatetaan hyvällä alueelli-10 sella kokonaisvaltaisella yhdyskuntasuunnittelulla löytää sellaisiakin sovellutuksia, joissa polttoaineen käyttö aiheuttaa suurvoimalakäyttöön verrattuna joko tuntuvasti vähemmän tai ei ollenkaan hiilidioksidipäästöjä. Tämä saavutetaan, jos voimala suunnitellaan teollisuusalueen lähettyville, jonne on mahdollista sijoittaa myös suuresta jäähdytystarpeesta tunnettua teollisuutta, kuten esimerkiksi teurastamo, jäätelötehdas ja vastaavaa. Tällöin perinteinen 15 jäähdytys sähkökäyttöisillä jäähdytyskoneilla voidaan korvata hiilidioksidijäähdytyksellä, kun kattilasta tulevat savukaasut jäähdytetään niin alhaiseen lämpötilaan, että hiilidioksidi nesteytyy. Siten jäähdytyksessä poissiirretyn anergian avulla voidaan samalla nostaa lämpö-pumpulla kattilan palamisilman lämpötilatasoa. Nestemäinen paineenalainen hiilidioksidi voidaan siirtää pumpulla esimerkiksi teurastamon jäähdytyslaitteisiin. Koska hiilidioksidin 20 käyttö jäähdytyksessä syijäyttää sähkön käyttöön perustuvaa jäähdytystä, vähentää se näin ollen hiilidioksidin kokonaispäästöä, olkoonkin että näin käytetty hiilidioksidi jäähdytyksen t. # jälkeen joutuukin ilmakehään. Mikäli alueen lähettyvillä on käytettävissä virtaava vesistö, ” johon jäähdytyskohteesta tuleva hiilidioksidi voidaan johtaa sen vapautumisen yhteydessä • · · » · · 23 113682 savukaasussa oleva hiilidioksidi voidaan sitoa kalsiumlipeään ja muodostaa siten kalkkikiveä, jota voidaan käyttää uudelleen kalkin valmistukseen. Tällaisella toiminnalla voidaan lieventää hiilidioksidipäästön kasvihuoneilmiö vaikutusta ja siirtää negatiivinen vaikutus pidemmälle ajanjaksolle, jolloin kasvien mahdollisuus hyödyntää päästöä paranee. Samalla 5 kalkkikiven riittävyys kasvaa, joka on eduksi tuleville polville. Nykyään osa valmistetusta kalkista joutuu hukkaan pilaantumisen seurauksena. Mikäli kalkkikiven uudelleenkäyttöä ei arvosteta, se voidaan käyttää myös alueellisena täyteaineena, jolloin siitä ei ole ympäristölle haittaa. Maisemoinnin perustäyttöihin se tällöin soveltuisi hyvin. Tällaista toimintaa ei voida harjoittaa suurvoimaloiden yhteydessä koska paikallinen päästömäärä on liian suuri. Myös-10 kin muuta lipeää voidaan käyttää hyväksi absorboimaan pienvoimalan hiilidioksidikompo-nenttia savukaasuista. Täten pienvoimala tarjoaa tutkimuskohteen alueellisten jätteiden ja sivutuotteiden hyödyntämiselle kasvihuoneilmiötä vastaan taistellessamme. Tähän ongelmaan tuskin löytyy mitään kokonaisvaltaista ratkaisua, joten kaikki tilannetta parantavat osaratkaisut on pyrittävä löytämään. Tätä tietä edeten ei muodostu sanottavia taloudellisia 15 lisärasitteita tällekään sukupolvelle.

Koska keksinnön mukainen optimitoiminen aluelämpövoimala on ensisijaisesti kooltaan pieni, on edullista suunnitella ja hankkia voimalaitososa käyttäen tietynkokoisia moduleita, joita on edullisesti kahta tai kolmea sopivaa kokoa. Eräitä esimerkkejä laitoksen mitoituksesta ja modulien yhdistämisestä halutun höyryvoimatehon saamiseksi esitetään kuvi-20 oissa 13-18. Silloin voimaloiden kalleimmat osat voitaisiin valmistaa sarjatuotantona, ja valmistusta voitaisiin myöskin automatisoida, mikä alentaisi investointikustannuksia.

,; t Myöskin höyryvoimalaosan mitoitus, laatu ja suorituskyky voitaisiin varmistaa, koska mo- [ - . dulit olisivat standardituotteita, joiden toimivuus ja luotettavuus voitaisiin varmistaa.

Kuviot 13 ja 14 esittävät yhden modulin ratkaisuja. Kuviossa 13 on valittu suurempi ♦ · ♦ 25 moduuli M1 kattamaan 50 % aluelämmityksen tehoalueesta. Kuviossa 14 on valittu pie- . nempi moduuli M2 kattamaan vain 40 % aluelämmityksen tehoalueesta. Niinpä kuvion 14 .,. ratkaisussa latvavoimakoneen tehon täytyy olla suurempi kuin kuvion 13 ratkaisussa, jotta • · • * * ’ katetaan aluelämmityksen tehoalueen latvaosa Hl. Lisäinvestointi tehokkaampaan latva- voimakoneeseen kuvion 14 ratkaisussa on kuitenkin melko pieni verrattuna investointikus-30 tannusten vähenemiseen pienemmän höyryvoimalamodulin ansiosta. Ylikapasiteetti Rl on • ♦ » • · · * kuviossa 13 suurempi kuin kuviossa 14, mikä tarkoittaa sitä, että kuvion 13 ratkaisussa tar- : V: vitaan enemmän säätöä. Kesäaikaan saattaa olla edullista ostaa tarvittava sähkö, mitä osuutta : ’ *': osoitetaan merkinnällä S1.

.!. Kuvio 15 esittää ratkaisun, jossa on yksi suurempi moduuli Ml ja yksi pienempi mo- ! . 35 duuli M2, ja kuvio 16 vastaavan ratkaisun, jossa on kaksi suurempaa modulia Ml. Viitaus- merkintä S2 osoittaa lisätehon, joka tarvitaan syksyllä ennen laitoksen käynnistämistä ja 24 113682 vastaavasti keväällä, kun on ajettu alas vastaava ylempi moduuli M2 tai Ml. Tämä osuus voidaan ostaa tai tuottaa latvavoimakoneella. Kun ylempää modulia, vastaavasti M2 tai Ml, ajetaan keskikuorman alueella, jossa sähkön hinta on korkeampi kuin peruskuorman alueella, voidaan jäljestää järkevällä kuljetusetäisyydellä saatavilla olevien ja hinnaltaan jonkin 5 verran peruskuorman alueella voimankehitykseen käytettävää polttoainetta kalliimpien polttoaineiden kilpailuttaminen. Hiilen lisäksi alemman modulin mahdollisena polttoaineena voidaan ottaa huomioon ruskohiili, jyrsinturve tai kuivattu yhdyskuntajäte. Ylemmän modulin osalta voidaan ottaa huomioon hake, metsäteollisuuden sivutuotteet, rakennuspuujäte tai muu poltettava jäte.

10 Kuvioiden 17 ja 18 ratkaisuissa käytetään kolmen modulin yhdistelmää, vastaavasti M1/M1/M2 ja M1/M2/M2, johon sisältyy myös kolmannen modulin ylikapasiteettialue R3 (säätötarve).

Laitoksissa, joissa on enemmän kuin yksi moduuli, voidaan tehdä valintoja myös kalliimpien aksiaalisten turbiinien ja halvempien kuristussäätöisten turbiinien välillä, koska 15 normaalisti riittää, että säädetään yhtä turbiinia. Koska kumpikin moduuli toimii samalla parametrilla, on mahdollista jakaa kattiloiden säätötarve niiden välillä. Tämä parantaa kattiloiden hyötysuhdetta.

Modulien sähkötehot voivat olla esimerkiksi 3, 5 ja 7 MW. Suuritehoisessa laitoksessa järkevä vaihtoehto dieselkoneelle latvavoimakoneena on kaasuturbiini.

20 Keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten määrittelemissä rajoissa.

Claims (22)

25 113682

1. Menetelmä optimaalisesti toimivaa sähkön ja lämmön yhteistuotantoa varten, jossa menetelmässä kaukolämmön tehoalue jaetaan alempaan alueeseen ja ylempään alueeseen, tun-5 nettu siitä, että menetelmässä: perussähkö ja säätösähkö tuotetaan lauhdutusturbiinin tavoin toimivalla höyryturbiinilla, kaukolämmön alempi tehoalue tuotetaan pääasiassa lämpöpumpuilla, jotka käyttävät energialähteenään turbiinin poistohöyryn anergiaa, 10 latvasähkö ja talviaikainen säätösähkö tuotetaan latvavoimakoneella ja kaukolämmön ylempi tehoalue tuotetaan osittain sanottua anergiaa energialähteenään käyttävillä lämpöpumpuilla ja osittain sanotun latvavoimakoneen pakokaasu-lämmöllä, sekä sähkön että lämmön tuottamiseksi korkealla polttoaineen hyödyntämis-15 asteella ja sähköntuotannon lisäämiseksi suhteessa lämmöntuotantoon, suuremman sähkömäärän tuottamiseksi polttoaineyksiköstä aluelämpövoima-lan toiminnan alkuvaiheessa kaukolämpökuorman ollessa osittainen kuin toiminnan loppuvaiheessa täydellä kaukolämpökuormalla ja lisälatvatehon tuottamiseksi latvavoimakoneella lyhyellä varoitusajalla ja hy-20 väliä polttoaineen hyödyntämisasteella.

. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyryturbiinin pois- ' I;; tohöyry jäähdytetään kaasulla. * · · • · · '· 1·[ 25

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyryturbiinille valitaan ‘ sellainen paisunnan loppupaine ja poistohöyryn lämpötilataso, jotka ovat pienempiä kuin perinteisellä kaukolämpö turbiinilla mutta suurempia kuin merivesijäähdytteisellä, kylmissä ' · · · ‘ maissa (kuten Suomessa) toimivalla lauhdutusturbiinilla ja että ne valitaan siten, että lauh- duttimeen poistuva anergia on voimalaitosprosessin kannalta tarkasteltuna arvoton ' 1 30 (ilmainen), jolloin ympäristölle aiheutuu mahdollisimman vähän haittaa vesistöön tai me- ... · reen j outuvasta lämmöstä.

: ‘ . 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen, tunnettu siitä, että höyryturbiinille valitaan sellainen .;. paisunnan loppupaine ja poistohöyryn lämpötilataso, jotka ovat pienempiä kuin perinteisellä i i » i . 35 kaukolämpöturbiinilla ja kohteessa, jossa ulkoilma on merivettä kylmempi, samansuuruisia • 1 I • · · ‘ tai alhaisempia kuin merivesijäähdytteisellä lauhdutusturbiinilla, ja että ne valitaan siten, 26 113682 että lauhduttimeen poistuva anergia on voimalaitosprosessin kannalta tarkasteltuna arvoton (ilmainen), jolloin ympäristölle aiheutuu mahdollisimman vähän haittaa, koska anergia joutuu ilmaan.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyryvoimalaosa suun nitellaan yhteiskäyttöiseksi suuren jäähdytystarpeessa olevan teollisuusyrityksen (teurastamon, jäätelötehtaan jne.) kanssa, jonka jäähdytyksessä käytetään savukaasuja jäähdyttämällä hiilidioksidikaasusta nestemäiseen muotoon muutettua hiilidioksidia, jolloin vähennetään hiilidioksidipäästöjä korvattavan jäähdytyssähkön osalta sen tuottamiseen liitty-10 väliä määrällä.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasujen hiilidioksidia muutetaan jäähdyttämällä jäämuotoon, jolloin se korvaa muualla esimerkiksi kylmä-kuljetustarkoitukseen suoritettua hiilidioksidijään valmistusta, jolloin laitos ei aiheuta lain- 15 kaan lisäystä hiilidioksidipäästöihin ja jolloin osa jäähdytyksessä kaasusta poistetusta lämmöstä siirretään kattilan palamisilman lämmittämiseen.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasuissa oleva hiilidioksidi absorboidaan pilaantuneesta keräyskalkista kehitettyyn lipeään kalkkikiven muo- 20 dostamiseksi.

, 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä erityisratkaisuna palavan yhdyskuntajätteen • · » ';;; ja/tai teollisuuden sivutuotteiden hävittämiseen ja keskienergiaa tuottavan lauhdevoimalan • * · * * # ’ aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että polttoaineensa kanssa pääasiassa tai osittain jätettä * · · * ·: · * 25 hyödyntävä höyryvoimalaosa keskitetään tuottamaan sähkönsä mahdollisimman hyvällä käytettävyydellä talvikuukausina ns. keskienergian alueella, jolloin sähköntuotannosta saatava kate on hyvä, ja muina vuodenaikoina perustetaan toiminta ostetun korvaussähkön * . · ‘ välitykseen ja jätteenpolttoon liittyvien normaalia suurempien huolto- ja puhdistustoimen piteiden suoritukseen seuraavan talvikauden hyvän käytettävyyden varmistamiseksi. 30

’...: 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä sovellettuna aikaisempaan kaukolämpövoi- . V. malaan, tunnettu siitä, että voimalaitos varustetaan optimitoimiselle aluelämpövoimalalle * · . ’ · ·. ominaisella latvavoimakoneistolla siihen liittyvine pakokaasulämmön talteenottolaitteistoi- • · * ,;, neen ja lämpöpumppuratkaisuineen, jolloin lämpöpumppujen lisälämmönlähteenä voi olla ; _ 35 kaukolämmön paluuvesi. • * * 27 113682

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotanto aloitetaan suoraan olennaisesti maksimaalisella kaukolämpöteholla, joka voidaan saada turbiinin pois-tohöyryn anergiasta.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä sovellettuna alunperin puhtaasti sähköä tuottavaan lauhdevoimalaan, tunnettu siitä, että voimala varustetaan lähialueen lämpöhuoltoa varten sopivantehoisella optimitoimiselle aluelämpövoimalalle ominaisella latva-voimakoneistolla siihen liittyvine pakokaasulämmön talteenottolaitteistoineen ja lämmön-lähteenään laitoksen poistohöyryn anergiaa käyttävine lämpöpumppuineen ja että kyseisen 10 lähialueen lämmitystarpeen perusteho-osuus tuotetaan lämpöpumpuilla samasta energialähteestä.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 9-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että voimalan höyrykattila muutetaan ja varustetaan uudella tekniikalla savukaasujen jäähdyttämiseksi, 15 joka tekee syöttöveden esilämmittimet tarpeettomiksi, ja että höyry paisuttuaan entisessä turbiinissa kuten aikaisemmin johdetaan syöttöveden esilämmittimien sijasta uuden pientur-biinin kautta lauhduttimeen, jolloin saatu lisäsähkö parantaa laitoksen taloutta.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että entisen kaukolämpö-20 voimalan lisäsähkön tuotantoa varten sovellettu apulauhdutinmenetelmä, joka päästää suhteellisen arvokkaassa muodossa olevaa lämpöä ympäristöön, korvataan Boost Energy Con- .;. verier - tekniikalla tai muulla Rankine-kiertoon perustuvalla laitteistolla, joka ylimääräistä .··,·. lisäsähköä tuottamalla laskee entalpiatasoa. * · · ., ”: 25

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aikaisemman ylimitoi- " . tetun kaukolämpövoimalan turbiini varustetaan paisunnaltaan pidemmällä matalapainepe- ... säliä lauhdesähkövoiman tuottamiseksi. • a .

15. Optimitoiminen aluelämpövoimalaitos lämmön ja sähkön yhteistuotantoa varten, tun- * · ... 30 nettu siitä, että se sisältää: • ♦ •"" höyryvoimalaosan, j ossa on lauhdutusturbiinin tavoin toimiva höyryturbiini, * · ’·.. '· perus- j a säätösähkön tuottamiseksi, ensimmäisen lämpöpumppulaitoksen kaukolämpötehon alemman tehoalueen . ·: ·. tuottamiseksi käyttämällä energialähteenä sanotun turbiinin poistohöyryn anergiaa, : 35 latvavoimakoneen pääasiassa latvasähkön ja talviaikaisen vuorokausihuippu- • · · sähkön tuottamiseksi tarpeen mukaan sekä 28 113682 latvavoimakoneen pakokaasulämmön talteenottolaitteiston sekä sen kanssa yhteistoimintaan tarkoitetun toisen lämpöpumppulaitoksen, joka käyttää sanotun turbiinin poistohöyryn anergiaa energialähteenään, kaukolämmön ylemmän tehoalueen tuottamiseksi osittain sanotun anergian avulla ja osittain latvavoimakoneiston pakokaasulämmöllä, 5 sekä sähkön että lämmön tuottamiseksi korkealla polttoaineen hyödyntämis- asteella ja sähköntuotannon lisäämiseksi suhteessa lämmöntuotantoon, suuremman sähkömäärän tuottamiseksi polttoaineyksiköstä aluelämpövoima-lan toiminnan alkuvaiheessa kaukolämpökuorman ollessa osittainen kuin toiminnan loppuvaiheessa täydellä kaukolämpökuormalla ja 10 lisälatvatehon tuottamiseksi latvavoimakoneella lyhyellä varoitusajalla ja hy vällä polttoaineen hyödyntämisasteella.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen optimitoiminen aluelämpövoimalaitos, tunnettu siitä, että se sisältää puskurivälineet lämmön varastoimiseksi lyhytkestoisia kuormahuippuja varis ten.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen optimitoiminen aluelämpövoimalaitos, tunnettu siitä, että se sisältää välineet höyryturbiinin poistohöyryn jäähdyttämiseksi kaasulla.

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen optimitoiminen aluelämpövoimalaitos, tunnettu siitä, että sen höyryvoimalaosa sisältää aiemman kaukolämpövoimalan, jonka turbiini on varustettu paisunnaltaan pidemmällä matalapainepesällä lauhdesähkövoiman tuottamiseksi. t I » * · * * · • » · • · ·

19. Patenttivaatimuksen 15 mukainen optimitoiminen aluelämpövoimalaitos, tunnettu siitä, 25 että höyryvoimalaosa muodostuu moduleista (M 1, M2). • · *****

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen optimitoiminen aluelämpövoimalaitos, tunnettu siitä, • » * · · · ’ että moduleita (M 1, M2) on kaksi tai kolme. • · · i * * ·' ·’ 30

21. Patenttivaatimuksen 19 mukainen optimitoiminen aluelämpövoimalaitos, tunnettu siitä, • « « •... * että modulit (M 1) ovat samantehoisia.

* · • » · • * · • · ·:··· 22. Patenttivaatimuksen 19 mukainen optimitoiminen aluelämpövoimalaitos, tunnettu siitä, .;. että moduleita (M 1, M2) on kahta eri tehoa. • • · • · · « · · * · 29 113682