Norsk vannforening Temadag: Energi i VA-sektoren 15. september 2009 Energieffektiv vanntransport / drift av ledningsnett. Dykkerledninger som helt eller delvis erstatter pumpeanlegg Arkimedes` pumpe (skrue) fra omkring år 250 f. Kr. Finn Jenssen Driftsingeniør for avløp Skien kommune, Ingeniørvesenet 1
Kan energiforbruket ved pumping forsvare tiltak som reduserer forbruket? I de fleste norske VA-verk er dagens kostnader for pumping: mindre enn kr 0,50 per m 3 for vann og mindre enn kr 0,50 per m 3 for avløp Vi må regne med at prisen på elektrisk energi vil dobles i løpet av ti år (økning til kr 2 per kwh). Det skyldes utbygging av transportkapasiteten mellom landsdelene i Norge og transportkapasiteten til utlandet, samt CO 2 -avgiften på fossilt brensel. Energikostnadene alene kan bare i noen grad forsvare tiltak som reduserer energiforbruket. Hvis en ser energi-sparende tiltak sammen med andre fordeler av tiltaket, kan mange slike tiltak likevel forsvares. 2
Avløp: Tiltak som reduserer energiforbruket: OVERSIKT OVER SAMVIRKENDE TILTAK Tilleggsvirkning Øke virkningsgraden: Turtallsregulering: Pumpekapasiteten tilpasses variasjonen i tilrenning Utjevningsbasseng tilknyttet pumpestasjoner: Redusere tilrenningen: Pumpeledninger erstattes helt eller delvis av dykkerledninger: Øker driftssikkerheten for pumpene Jevnere tilrenning til renseanlegg og bedre rensegrad Gir flere reservepumper og dermed økt driftssikkerhet Jevnere tilrenning til renseanlegg og bedre rensegrad Reduserer fremmedvannmengde til renseanlegg (bedre rensegrad og redusert bruk av fellingskjemikalier) Ombygging til separatsystem gir redusert utslipp fra regnvannsoverløp Øker driftssikkerheten for avskjærende avløpsledninger Reduserer utslipp fra regnvannsoverløp 3
ØKE VIRKNINGSGRADEN FOR PUMPER Løftehøyde H (m) H d 50 % Virkningsgrad η p 60 % 40 % H f H g 0 H-Q-kurve for pumpe Ledningskarakteristikk Vannføring Q (m 3 /s) Effektuttak P (kw) P d Q d Velg driftspunkt som gir god virkningsgrad Vannføring Q (m 3 /s) 4
TURTALLSREGULERING AV PUMPER Løftehøyde H (m) Virkningsgrad η p 60 % 50 % 40 % Pumpekurver HQ Turtall n o (fullt turtall) Turtall n 1 Turtall n 2 Turtall n 3 Vannføring Q (m 3 /s) Ledningskarakteristikk: gir god reduksjon av energiforbruket ved lav vannføring gir vesentlig reduksjon av energiforbruket ved lav vannføring gir liten reduksjon av energiforbruket ved lav vannføring NB! - For stor pumpe kan det bli alvorlige vibrasjoner ved lav vannføring - Lav vannhastighet gjennom pumpehjul kan gi tilstopping! 5
PUMPEKAPASITET TILPASSES TILRENNING / VANNBEHOV Løftehøyde H (m) 1 pumpe alene 2 pumper sammen ΔH Vannføring Q (m 3 /s) Q 1 Q 1+2 1 pumpe alene pumper her mot lavere løftehøyde enn 2 pumper. Dvs. at 1 pumpe alene gir lavest energiforbruk per m 3. Pumpene reguleres slik at 2 pumper samtidig går så kort tid som mulig. Kjøp heller ikke større pumper enn nødvendig. 6
APLØPSPUMPER OG SAND Sand kan skape store problemer for avløpspumpestasjoner. Dette gjelder pumpestasjoner som mottar avløpsvann fra ledningsnett etter fellessystemet. Problemene kan deles i to: Slitasje i pumpene og redusert virkningsgrad (slitasje i spalten mellom pumpehjul og pumpehus) Slitasjen øker med økende løftehøyde. Sandavleiringer i pumpeledningen (friksjonstapet øker og kapasiteten avtar) Løsninger: Sandfang foran pumpestasjonen Tømming av gatesandfang Omlegging fra fellessystem til separatsystem 7
Finnes det så alternativer til pumping? Eksempler fra Skien: Rene Dykkerledninger: Kloakken overføres med selvfall i trykkledninger Kombinasjonsanlegg: Kloakken føres med selvfall inn på pumpeledninger Kloakken pumpes inn på dykkerledninger 8
OMBYGGING AV AVSKJÆRENDE AVLØPSLEDNINGER OG MER BRUK AV SELVFALL LEDNING MED FRITT VANNSPEIL P RA Den direkte selvfallsledningen (tykk strek) fra pumpestasjonen til renseanlegget erstatter pumpestasjon og pumpeledning Strenge krav til trasé for selvfallsledningen Boring i løsmasse eller fjell? 9
OMBYGGING AV AVSKJÆRENDE AVLØPSLEDNINGER OG MER BRUK AV SELVFALL DYKKERLEDNING (SELVFALLSLEDNING UNDER TRYKK) P RA Dykkerledningen (den direkte selvfallsledningen vist med tykk strek) fra pumpestasjonen til renseanlegget erstatter pumpestasjon og pumpeledning Mindre strenge krav til trasé for dykkerledningen Helning på energilinjen: 15-20 l/s: 10 0 / 00 70 80 l/s: 5 0 / 00 10
EKSEMPLER PÅ DYKKERLEDNINGER I SKIEN Falkumbrua: Lengde: 100 m Diameter hovedledning: 140 mm innvendig Høydeforskjell innløp utløp: 3,0 m Selvrensing: Ingen særskilte tiltak Trykkledning: Ledning med fritt vannspeil: Lengde- og høydemålestokk er ikke lik 11
EKSEMPLER PÅ DYKKERLEDNINGER I SKIEN Skienselva (Borgestad - Lensmannsdalen): Lengde: 670 m Diameter hovedledning: 355 mm innvendig Høydeforskjell innløp utløp: 17,0 m Selvrensing: Ingen særskilte tiltak Pumpestasjonen er så liten at den ikke bidrar vesentlig til selvrensing i hovedledningen P P Trykkledning: Lengde- og høydemålestokk er ikke lik 12
EKSEMPLER PÅ DYKKERLEDNINGER I SKIEN Falkumelva (Gulset vest / Strømdal og Falkum nord til Myra): Lengde: 2200 m Diameter hovedledning i nedstrøms ende: 280 mm innvendig Høydeforskjell innløp utløp: 22,5 m Selvrensing: De to pumpestasjonene bidrar vesentlig til selvrensing i hovedledningen P P Trykkledning: Selvfallsledning med fritt vannspeil: Lengde- og høydemålestokk er ikke lik 13
EKSEMPLER PÅ DYKKERLEDNINGER I SKIEN 1 km N V P Falkumelva (Gulset vest / Strømdal og Falkum nord til Myra) Fra vest tilføres spillvann fra om lag 5 000 personer. Spillvannet fra bare 500 personer pumpes. 14
OMBYGGING AV AVSKJÆRENDE LEDNINGER FOR Å REDUSERE ENERGIFORBRUKET Energiforbruk i 2006 for de 63 avløpspumpestasjonene: 2 800 000 kwh 2 600 000 NOK Skien kommune har 11 dykkerledninger i dag. 7 av disse har mer enn ett, og opptil 4 innløp på trykkledningen. Vi planlegger å bygge ytterligere 10 12 dykkerledninger: Nytte: Reduserte energikostnader Bedre driftssikkerhet, som bidrar til lavere utslipp av forurensning Bidrar til å sikre det politiske målet om badevannskvalitet langs Falkumelva og ved Bakkestranda (sentrumsnær strand) Jevnere tilrenning til Elstrøm renseanlegg (mindre pumping) Sandslitasje i pumper minsker, noe som øker pumpenes levetid Kan denne nytten forsvare kostbar ombygging? 15
OMBYGGING AV AVSKJÆRENDE LEDNINGER FOR Å REDUSERE ENERGIFORBRUKET EKSEMPEL: Dykkerledning Snipetorp Gampedalen Blåbærlia Tilja: Lengde: Reduksjon av behovet for pumping: Midlere løftehøyde for pumping: Reduksjon i energiforbruk: 1200 m Svarende til avløpet fra 4500 pe 20 m 54 000 kwh per år Nåverdi for energikostnadene: 1 000 000 NOK (kalkulasjonsrente 4%) Anleggskostnad: 6 000 000 NOK, Derav 3 500 000 NOK til utskifting av lokalt avløpsnett, dvs. ekstra kostnaden for dykkerledningen er 2 500 000 NOK Foreløpig konklusjon: Rent økonomisk er dette et dårlig prosjekt 16
EKSEMPEL PÅ PLANLAGT OMBYGGING AV AVSKJÆRENDE AVLØPSLEDNING Eksisterende, avskjærende avløpsledning (pumpeledning) Planlagte dykkerledninger som skal tilkoples pumpeledningen P P 1 km Avskjæring av en del av avløpsvannet ved selvfall gjennom bygging av dykkerledning Snipetorp Gampedalen Blåbærlia Tilja Tilrenningen til de to pumpestasjonene reduseres tilsvarende avløpet fra 4500 pe 17
OMBYGGING AV AVSKJÆRENDE LEDNINGER FOR Å REDUSERE ENERGIFORBRUKET EKSEMPEL: Dykkerledning Snipetorp Gampedalen Blåbærlia Tilja: Nåverdi for energikostnadene: 1 000 000 NOK (kalkulasjonsrente 4 %) Anleggskostnad: 6 000 000 NOK Ekstra kostnad for dykkerledningen: 2 500 000 NOK Annen nytte: Øker driftssikkerheten vesentlig, dvs. bidrar til å nå det politiske målet om badevannskvalitet i elva mellom Skien sentrum og Porsgrunn Framskynder separering av avløpsnettet langs dykkerledningen, noe som reduserer utslippet av forurensning fra regnvannsoverløp Reduserer sandslitasjen i to store pumpestasjoner Konklusjon: Sett samlet er dette et tilfredsstillende prosjekt Planlagt bygd: 2010 18
LITTERATUR 1. Flemming, Søren Pumpeståbi, (redaktør): 3. utgave 2000 Ingeniøren bøger / Nyt Teknisk Forlag, København, Danmark se www.nyttf.dk 2. Gunnar Mosevoll, Hvordan kan avskjærende avløpsledninger med Finn Jenssen, pumping bygges om for å redusere energiforbruket? Eskild Henning Larsen Eksempler fra Skien. 10. nordiske avløpskonferanse, Hamar 2007 se www.norskvann.no 19