Energieffektivisering av pumpestasjoner i Oslo kommunes drikkevannsnett

Abstract

Det er stadig større fokus på økt bærekraft og energieffektivisering innen VA-teknikken i Norge. Det er gjort tiltak for å senke energiforbruket ved vann- og avløpsrenseanlegg, men det totale energiforbruket for VA-sektoren har økt med ca. 30 % fra 2001 til 2014. Selv om distribusjon av drikkevann årlig står for et strømforbruk på nærmere 140 GWh (Larsen 2014), er det manglende fokus på energieffektivitet ved denne delen av sektoren.

I denne masteroppgaven er driftsdata for vannpumpestasjonene til Oslo kommune blitt analysert. Oslo kommune produserte i 2015 93,6 millioner m3 drikkevann og strømforbruket tilknyttet pumping var 28 GWh. Fra 2012 til 2015 har energiforbruket tilknyttet pumping per produserte m3 drikkevann økt med 23,3 % fra 0,23 til 0,30 kWh/m3.

Oslo kommune (2015) oppgir at energiforbruk ved distribusjon av drikkevann er 0,11 kWh/m3. Disse tallene tar ikke hensyn til strømforbruk ved den største pumpestasjonen (VP28) eller at kun 45,6 millioner m3 av drikkevannet pumpes. Ved analyse av faktisk pumpet vannmengde og strømforbruk ved alle pumpestasjonene var gjennomsnitts energiforbruk i 2015 0,42 kWh/m3.

Tidligere beregninger utført av Rosenland (2003) har oppgitt at gjennomsnittlig virkningsgrad ved pumpestasjonene i Oslo kommune var 63 %. Det er da brukt estimerte tall på bakgrunn av maksforbruk i en time, timesfaktor og døgnfaktor. Gjennom denne oppgaven er det ved analyse av faktiske verdier for pumpet vannmengde, økt trykkhøyde og strømforbruk ved stasjonene beregnet at gjennomsnittlig virkningsgrad i 2015 var 47 %.

Fire utvalgte pumpestasjoner ble grundigere analysert. Stasjonene ble valgt for å vise den store variasjonen av pumpestasjoner i Oslo. Det var også ønskelig å undersøke om forbedringer kunne gjøres på ulike typer stasjoner. De fire pumpestasjonene hadde gjennomsnittlig virkningsgrad for hele stasjonen inkludert lys, ventilasjon og varme på 49,8 %. Den gjennomsnittlige hydraulisk optimale virkningsgraden for pumpene ved de fire stasjonene er på 80,8 %. Faktiske gjennomsnittlig virkningsgrad kun for pumpene var på 55,7 % ved driftspunktene i 2015.

Ved en av stasjonene ble det utført pumpetester for å verifisere innhentet loggførte data. Hydraulisk optimal virkningsgrad for pumpene ved denne stasjonen er 81 %. Under pumpetestene var gjennomsnittlig virkningsgrad ved designpunktet til pumpene på 72 %. Gjennomsnittlig observert virkningsgrad ved driftsbetingelsene i 2015 var 53 %. Det antas derfor at inntil to tredjedeler av avviket mellom optimal og observert virkningsgrad skyldes ugunstige driftsbetingelser. Den siste tredjedelen av avviket antas å være resultat av slitasje.

Etter utført analyse ble det foreslått to enkle tiltak for å øke energieffektiviteten ved de utvalgte pumpestasjonene. Både endring av pumpenes frekvensområder og endring av pumpestasjonenes alterneringsmønster kan trygt utføres uten at det går ut over leveringssikkerheten ved pumpestasjonene.

Det totale årlige sparepotensialet for de fire pumpestasjonene som ble detaljundersøkt er 470 MWh. Gjennomsnittlig potensiell besparelse ved pumpestasjonene som kan endre frekvens er 9 %. Ved endring av pumpestasjonenes alterneringsmønster er det gjennomsnittlig potensiell besparelse på 2 %. Oslo kommunes største pumpestasjon kan ved endring av alterneringsmønster, slik at de beste pumpene har høyest gangtid, alene spare 208 MWh årlig.

Dersom tiltakene utført i oppgaven er overførbare til de over 2400 vannpumpestasjonene i Norge (Statistisk Sentralbyrå 2015b), kan det gi betydelige besparelser i VA-sektoren.

Focus on sustainability and energy efficiency is growing in the water- and wastewater industry in Norway. There have been taken measures to lower the energy consumption and climate change due to water- and wastewater treatment plants, but the total energy consumption has increased by 30 % in the years between 2001 and 2015. Even though distribution of water yearly uses nearly 140 GWh (Larsen 2014), there has been a lack of focus on energy efficiency in this part of the sector.

In this Master’s thesis data collected from operations of water pumps in Oslo municipality have been analyzed. Oslo municipality produced 93,6 million m3 of drinking water in 2015, the energy consumption linked to water pumping was 28 GWh. In the period 2012-2015 the energy consumption linked to pumping of produced drinking water increased with 23,3 %, from 0,23 to 0,30 kWh/m3.

In Oslo kommune (2015) it is stated that the energy consumption linked to pumping of drinking water in Oslo municipality is 0,11 kWh/m3. These numbers do not take into consideration the power supply to VP28, and the fact that only 45,6 million m3 of the drinking water is pumped. After analyzing the amount of actual pumped drinking water and actual energy consumptions at all the pumping stations in Oslo the average energy consumption is calculated to be 0,42 kWh/m3.

Previous calculations of Rosenland (2003) state that the average efficiency of the pumping stations was 63 %. This calculation is based on estimated numbers for yearly amount pumped water. In this thesise calculations based on actual values for pumped water, pressure rise and energy consumption revealed an average efficiency in 2015 of 47 %.

There was conducted a thorough analysis of four selected pumping stations. The stations were selected to promote the variety of pumping stations in Oslo municipality and to survey the possibility of improvements on these types of stations. The four stations had an average efficiency of 49,8 % including power consumption linked to light, heating and ventilation. The pumps at the four stations have an average optimal efficiency at 80,8 %. In 2015 the efficiency for the pumps was 55,7 % at actual operating situation.

At one of the stations there was conducted a pumping test to verify the collected data. The pumps at this station have an optimal efficiency of 81 %. After completed test the efficiency was found to be 72 %. The average efficiency under actual operation situation in 2015 was 53 %. It is assumed that two thirds of the difference between optimal and operation efficiency is caused by faulty operation of the pumps. The last part is assumed to be caused due to wear and deterioration.

There have been proposed two measures to increase the energy efficiency at the selected pumping station. Both change in frequency and alternating pattern are easy to apply. The two measures can be applied without compromising with delivery security. The saving potential for the four pumping stations is yearly 470 MWh. 9 % saving can be accomplished by changing the pumps frequency. 2 % saving can be accomplished by changing the alternating pattern at the pump stations. The pump station VP28 alone can save 208 MWh yearly.

If the measures suggested in the thesies are transferable to the more than 2400 water pumping stations in Norway (Statistisk Sentralbyrå 2015b), they can contribute to considerable amounts of energy saving in the water industry.