University of Oulu

Oulunsalon vesijohtoverkoston pumppauksen optimointi mallinnuksella

Saved in:
Author: Vääräniemi, Kyösti
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.6 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201609072698
Language: Finnish
Published: Oulu : K. Vääräniemi, 2016
Publish Date: 2016-09-07
Physical Description: 67 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Rossi, Pekka
Reviewer: Rossi, Pekka
Postila, Heini
(DI), Tero Kilpeläinen
Description:
Energiatehokkuuden parantaminen säästää yhteiskunnan varoja ja auttaa pääsemään lähemmäs hiilineutraalisuuden tavoitetta. Tässä työssä tarkastellaan vesijohtoverkoston pumppausohjelman muuttamista yöaikaisesta vesitornin täytöstä tasaisen pumppaamisen malliin ja vesitornille sijoitetaan paineenkorotuspumppu. Tasaisen pumppaamisen mallissa vesilaitos tuottaa vesitarpeen tasaisesti päivän mittaan eikä reagoi veden käyttötarpeen muuttumiseen. Vesitornin tehtäväksi jää vedenkäytön ja tuotetun veden välisen erotuksen tasaaminen. Tasainen verkostopumppaus voi osoittautua tehokkaimmaksi ajotavaksi, kun vesitornin vedentilavuus ei ole suuri verrattuna kulutukseen. Verkostosta tehtyä simulointimallia käytetään verkoston tilan, kuten veden iän, selvittämiseen. Työssä tarkasteltiin Oulunsalon vesijohtoverkostoa. Vesijohtoverkostosta luotiin simulointimalli EPANET- ja FCGnet-ohjelmiin. Simulointiohjelmia käytettiin verkostopumppauksen energiakulutuksen, veden iän, virtaamien, paineiden ja vedenjakajan tarkasteluun. Energialaskelmat tehtiin FCGnet-ohjelman simulointien perusteella. Työn tarkastelu rajattiin vesilaitoksien alavesisäiliöstä verkoston kulutuspisteisiin. Tulosten perusteella tasainen verkostopumppaus vähentää verkostopumppauksen energiankulutusta 6 – 8 %. Vesilaitoksen tietojen mukaan vesitornin veden ikä oli 6 päivää. Mallinnusohjelma huomioi verkostosta takaisin virtaavaa vettä, jolloin vesitornin veden ikä osoittautui nykyisessä ja tasaisen pumppauksen mallissa 10 päiväksi. Vesitornin veden ikää voidaan alentaa muuttamalla pumppaustyyppiä kahden eri tasaisen virtaaman tasoon tai paine – täyttö ohjaukseen. Uusilla pumppaustavoilla veden vaihtuvuus vesitornissa kasvoi 42 prosenttiin, kun nykyisillä pumppaustavoilla vesitornin vedestä vaihtui päivän aikana 18 prosenttia. Vesitornin veden vaihtuvuutta alentavat pumppaustyypit alensivat verkostopumppauksen energiankulutusta 8 – 12 % ja vesitornin veden ikä laski 4,6 päivään. Tasaisen verkostopumppaamisen hyötyihin vaikuttaa verkoston rakenne. Vesitornin veden tilavuuden ollessa suuri verrattuna kulutukseen voi vesitornin veden vaihtuvuus ja veden ikä osoittautua ongelmaksi. Vesitornin ollessa korkea voi vesitornin paineenkorotuspumpun vaikutus kasvaa suuremmiksi. Esimerkkikohteessa, vesitornin veden iän vuoksi on suositeltavampaa käyttää tasaisen pumppauksen tai nykyisen mallin sijasta suurempaa vedenvaihtuvuuden mallia ja asentaa vesitornille paineenkorotuspumppu. Oulunsalon verkostosimuloinnissa saavutettiin 25 % säästöt verkostopumppauksen energiankulutuksessa, kun pumppaustyypin vaihdon lisäksi huomioitiin vesilaitoksen suunnittelemat tulevat uudet runkolinjat ja Salonselkään (toinen vesilaitoksista) sijoitettiin virtaamaa vastaava pumppu.
see all

Improving energy efficiency saves public funds and helps to get closer to the goal of carbon neutrality. The aim of this study was to change the water network pumping scheme, from night-time water tower filling to steady state pumping and observe the effects in energy consumption. In steady flow pumping, waterworks produce and spread water evenly throughout the day, and do not react to the changes in water usage. Water tower eliminates changes in the water consumption in steady state pumping model. The steady state pumping model allows the water purification processes in the waterworks to operate more smoothly. Oulunsalo water supply network was taken as a case study. Simulation from the water supply network was done in Epanet and FCGnet programs. Simulation programs were used for network data analysis. Energy calculations were made on the basis of simulations of FCGnet program, since FCGnet program models more accurately the energy consumption of the pumps. The study was limited between waterworks tanks and consumption points of the network. Based on the results the steady state pumping reduce water network pumping energy consumption by 6 to 8 %. According to the data of the waterworks the water age in the water tower would be 6 days. The modeling program took into account the flow back from network to the water tower. The water tower water age turned out to be 10 days in the current model, and a steady flow pumping model. Water tower water age was lowered by changing the type of pumping on two steady state flow levels or by using pressure – filling control. The water turnover in the water tower was 18 per cent of the tank volume when using current pumping model and it grow to 42 per cent. Two different steady state flow pumping types reduced network pumping energy consumption by 8 to 12% and the water age in the water tower decreased to 4.6 days. Network structure affects the benefits of network pumping. In the case study the water tower volume is large compared to the consumption of the water and water age in the water tower prove to be a minor problem. At high water towers, the effects of the towers booster pump grows larger. A steady state pumping model prove to be the most effective, when the water tower water volume is not large in comparison to consumption. If the water tower tank volume grows in comparison to consumption then the two steady state flow is the best option. In the case study, due to the water age in the water tower, it is preferable to use the Pressure - Filling or two steady state flow model and install a water tower booster pump. Pressure - Filling or two steady state flow model increases the water turnover in water tower. With network-specific optimization in Oulunsalo network, up to 25 % savings in pumping energy consumption could be achieved, based on the model.
see all

Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.