TRONDHEIM OG MELHUS KOMMUNER RSMT-PROSJEKTET FORPROSJEKT ALTERNATIVSUTREDNING "[Sett inn bilde (størrelse 16,8 cm x 10,1 cm) eller slett dette feltet]"
Trondheim og Melhus kommuner. RSMT-prosjektet 2 (11) Revisjon 0 Dato 2010-11-08 Utført av Kontrollert av Godkjent av John Sirum, Karl Falch, Asbjørn Senneset John Sirum Asbjørn Senneset Beskrivelse Dimensjoneringsgrunnlag og systemløsninger Oppdragsnr. 6090691, 6100175, 6100282, 6100300 og 6100301 Oppdragsgiver Oppdragsgivers representant Oppdragsleder Rambøll Norge AS Arkivreferanse: Trondheim og Melhus kommuner Halvard Kierulf Asbjørn Senneset Rambøll P.b. 9420 Sluppen NO-7493 TRONDHEIM T +47 73 84 10 00 F +47 73 84 10 60 www.ramboll.no
3 (11) INNHOLD 1. INNLEDNING... 4 2. ALTERNATIVE SYSTEMLØSNINGER... 4 2.1 Alternativer og forutsetninger... 4 2.2 Hovedelementer- lokalisering og størrelser... 4 2.2.1 Hovedalternativ... 4 2.2.2 Alternativ B... 4 2.2.3 Alternativ C1... 4 2.2.4 Alternativ C2... 5 2.3 Hydrauliske beregninger... 5 2.3.1 Hovedalternativ ledningsdimensjon 800 mm... 5 2.3.2 Alternativ B ledningsdimensjon DN700-600... 5 2.3.3 Alternativ C1 ledningsdimensjon DN1000... 6 2.3.4 Alternativ C2 ledningsdimensjon 1200-1000 mm... 6 2.4 Resultatvurdering... 6 2.4.1 Scenario 1 750 l/s til Trondheim... 6 2.4.2 Scenario 2 1100 l/s til Trondheim... 6 3. ANLEGGSKOSTNADER... 7 4. ÅRSKOSTNADER... 8 5. OPPSUMMERING OG ANBEFALINGER... 9 5.1 Alternativ B vurdert mot hovedalternativet... 9 5.2 Valgmatrise... 9 5.3 Sårbarhet hovedalternativet... 10 5.4 Konklusjon... 10 Tegninger H800 - Trykkprofil ledningsdiameter DN800 H801 - Trykkprofil ledningsdiameter DN700/DN600 H802 - Trykkprofil ledningsdiameter DN1000 H803 - Trykkprofil ledningsdiameter DN1200/DN1000
4 (11) 1. INNLEDNING Rambøll Norge har som del av forprosjekt for reservevannforsyning Melhus-Trondheim vurdert alternative ledningsdimensjoner for overføringsledningen fra Benna vannbehandlingsanlegg i Melhus kommune til Kolstad pumpestasjon i Trondheim kommune. Systemløsningen er utredet med dimensjonerende vannmengde 800 l/s og fremtidig dimensjonerende vannmengde 1200 l/s. 2. ALTERNATIVE SYSTEMLØSNINGER 2.1 Alternativer og forutsetninger Dimensjonerende vannmengder: Scenario 1: 800 l/s hvorav 750 l/s til Trondheim Scenario 2: 1200 l/s hvorav 1100 l/s til Trondheim Ledningsdimensjon 800 l/s 1200 l/s Trykkøkning Fremtidig trykkøkning Hovedalternativ DN800 Benna, Kolstad Benna, Ust Alternativ B DN700 til Gimse, DN600 Gimse-Kolstad Benna, Ust, Kolstad Benna, Mo, Klettbakken, Ust, Kolstad Alternativ C1 DN1000 Kolstad Ust Alternativ C2 DN1200 til Gimse, DN1000 Gimse-Kolstad Kolstad Ust 2.2 Hovedelementer- lokalisering og størrelser 2.2.1 Hovedalternativ Ledning med dimensjon DN800 legges hele veien fra Benna VBA til Kolstad PST, med unntak av kryssing av Gaula der det legges to DN600 ledninger. Det legges opp til trykkøkning i Benna VBA. For fremtidig utvidelse av kapasitet kan det bygges en pumpestasjon ved Ust. 2.2.2 Alternativ B Det legges ledning med dimensjon DN700 fra Benna VBA til Gimse. Fra Gimse legges det ledning med dimensjon DN600. Gaulakryssing gjennomføres med to DN600 ledninger. Det vil være behov for trykkøkning ut fra Benna VBA, og ved Ust. For fremtidig utvidelse av kapasitet vil det være nødvendig å bygge ny trykkøkning ved Mo i Melhus kommune, samt en eller flere stasjoner i bakken opp fra Klett. 2.2.3 Alternativ C1 Det legges en ledning med dimensjon DN1000 hele veien fra Benna VBA til Kolstad PST. Som i de andre alternativene utføres Gaulakryssing med to DN600 ledninger. Systemet vil være et
5 (11) gravitasjonssystem frem til Kolstad PST. For fremtidig utvidelse av kapasitet kan det bygges en pumpestasjon ved Ust. 2.2.4 Alternativ C2 Det legges en ledning med dimensjon DN1200 fra Benna VBA til Gimse. Fra Gimse til Kolstad PS legges det ledning med dimensjon DN1000. Som i de andre alternativene utføres Gaulakryssing med to DN600 ledninger. Systemet vil være et gravitasjonssystem frem til Kolstad PST. For fremtidig utvidelse av kapasitet kan det bygges en pumpestasjon ved Ust. 2.3 Hydrauliske beregninger Det er utført hydrauliske beregninger for forsyningssystemet fra inntak i Benna til påkobling i Kolstad pumpestasjon. Beregningene er utført for vannmengder på 200, 800 og 1200 l/s fra Benna, og med ledningsdimensjonene 700-600, 800 og 1000 mm. Beregningsresultatene er presentert som trykkprofiler på tegningene H010 - H014. Det er også utført beregninger for en vannmengde på 875 l/s for ledningsdimensjonene fra 800 mm og oppover. Maksimalt trykk etter trykkøkning i Benna VBA er satt til 240 moh på grunn av trykklassen til vannledningen. Inngangstrykket til Kolstad PST vil bli lavere enn i dag, både i normalsituasjon og i reserveforsyningssituasjon. Dette gjelder for alle alternativene. Det vil derfor være nødvendig med utskifting av pumpene i Kolstad PST for å kompensere for det lavere inngangstrykket. 2.3.1 Hovedalternativ ledningsdimensjon 800 mm 200 l/s 765 l/s 800 l/s 875 l/s 1200 l/s Pumpetrykk Benna - 225 225 225 225 Trykk inn Kolstad 178,8 175,6 171,0 160,5 -* * ) Ytterligere behov for trykkøkning. Ønsket inngangstrykk bestemmer pumpestørrelse. I dette alternativet vil det være nødvendig med trykkøkning ut fra Benna vannbehandlingsanlegg for å kunne levere 750 l/s til Trondheim kommune. For leveranse av 1100 l/s til Trondheim vil det være nødvendig med en ekstra trykkøkning i Ustområdet. Det vil være naturlig at denne stasjonen pumper direkte til høydebassengene Steinan og Høgåsen. 2.3.2 Alternativ B ledningsdimensjon DN700-600 I normalsituasjonen vil denne løsningen føre til et noe lavere trykk inn til Kolstad pumpestasjon enn i hovedalternativet. Ved reserveforsyning av 750 l/s til Trondheim kommune vil det som i hovedalternativet være behov for trykkøkning ut fra Benna vannbehandlingsanlegg. Det vil i tillegg være nødvendig med ytterligere trykkøkning i Ust-området. Løftehøyden i denne stasjonen vil bli omlag 120 m om den løfter til Kolstad PST. For pumping direkte til Steinan og Høgåsen HB vil løftehøyden bli omlag 170 m.
6 (11) Ved reserveforsyning av 1100 l/s til Trondheim kommune vil det være behov for flere pumpestasjoner, en stasjon på Mo og mer enn en stasjon mellom Klett og Kolstad. Total løftehøyde i alle stasjonene vil bli på over 300 meter. 2.3.3 Alternativ C1 ledningsdimensjon DN1000 200 l/s 765 l/s 800 l/s 875 l/s 1200 l/s Trykk inn Kolstad 180,6 163,3 161,6 156,9 -* * ) Behov for trykkøkning. Ønsket inngangstrykk bestemmer pumpestørrelse. Ved å øke ledningsdimensjonen fra 800 til 1000 mm vil det ikke være behov for trykkøkning for å levere inntil 800 l/s fra Benna VBA (dimensjonerende reserveforsyningssituasjon). For levering av vannmengder utover 800 l/s vil det være behov for trykkøkning. Denne må skje før Hollem. Mest nærliggende vil være å etablere trykkøkningen i Benna VBA. Det vil også måtte etableres ny trykkøkning på Ust som kan løfte direkte til høydebasseng Steinan og Høgåsen. 2.3.4 Alternativ C2 ledningsdimensjon 1200-1000 mm 200 l/s 765 l/s 800 l/s 875 l/s 1200 l/s Trykk inn Kolstad 180,9 167,2 165,8 162,8 -* * ) Behov for trykkøkning. Ønsket inngangstrykk bestemmer pumpestørrelse. Ved å benytte en ledningsdimensjon på 1200 mm fram til Gimse, og 1000 mm fra Gimse til Kolstad vil man få et system likt alternativ C1. Fordelen med å øke ledningsdimensjonen i den første delen av traseen er at det kan leveres vannmengder utover 750 l/s til Trondheim med gravitasjon. 2.4 Resultatvurdering I hovedalternativet og alternativ B legges det opp til trykkøkning i serie for reservevannsforsyning. Dette stiller store krav til styring av pumpene, både for normal start og stopp, men også i forbindelse med plutselig pumpeutfall på grunn av strømbrudd eller lignende. Ved utfall av oppstrøms pumpe må nedstrøms pumpe stenge så fort som mulig. Hvis pumpene ikke stenger vil de forsterke undertrykksproblemene i systemet. 2.4.1 Scenario 1 750 l/s til Trondheim Alle de vurderte alternativene vil kunne levere tilstrekkelig vannmengde og trykk til Kolstad pumpestasjon. For alternativ B vil det være nødvendig med to trykkøkninger, for hovedalternativet en trykkøkning og for alternativ C1 og C2 vil det ikke være behov for trykkøkning. 2.4.2 Scenario 2 1100 l/s til Trondheim Hovedalternativet og alternativ C1 og C2 vil kunne levere tilstrekkelig vannmengde og trykk til Kolstad PST, forutsatt at det etableres trykkøkning på Ust. Alternativ B kan i teorien bygges om til å levere denne kapasiteten, men dette anses å være et teknisk dårlig anlegg på grunn av svært store falltap, og mange trykkøkninger i serie.
7 (11) 3. ANLEGGSKOSTNADER Generelt Prisnivå september 2010 Prisstigning i byggetiden er ikke medtatt Kostnader til grunnerverv, erstatninger og finansieringskostnader er ikke medtatt Kostnadene er beregnede entreprisekostnader tillagt 18 % generelle og spesielle kostnader (prosjektering, byggeledelse og administrasjonskostnader for byggherre) Det er i tillegg medtatt 10 % margin for uforutsette kostnader. DN800 DN700-600 DN1000 DN1200-1000 Post Beskrivelse Sum kr Sum kr Sum kr Sum kr 1 Inntaksledning 9 500 000 9 500 000 9 500 000 9 500 000 Inntaksledning. Levering.1 og legging 9 500 000 9 500 000 9 500 000 9 500 000 2 Veg til Benna 1 060 000 1 060 000 1 060 000 1 060 000.1 Veg til Benna 1 060 000 1 060 000 1 060 000 1 060 000 3 Silanlegg 11 810 000 11 810 000 11 810 000 11 810 000.1 Felleskostnader 784 000 784 000 784 000 784 000.2 Bygning 3 891 000 3 891 000 3 891 000 3 891 000.3 VVS 100 000 100 000 100 000 100 000.4 Elkraft/automatisering 920 000 920 000 920 000 920 000.6 Prosess 6 019 000 6 019 000 6 019 000 6 019 000.7 Utomhus 100 000 100 000 100 000 100 000 4 Vannbehandlingsanlegg 42 410 000 42 410 000 34 480 000 34 480 000.1 Felleskostnader 1 530 000 1 530 000 1 350 000 1 350 000.2 Bygning 10 210 000 10 210 000 9 000 000 9 000 000.3 VVS 1 010 000 1 010 000 1 010 000 1 010 000.4 Elkraft/automatisering 11 790 000 11 790 000 8 500 000 8 500 000.6 Prosess 16 300 000 16 300 000 13 050 000 13 050 000.7 Utomhus 1 570 000 1 570 000 1 570 000 1 570 000 5 Ledningsanlegg 197 300 000 183 891 000 233 100 000 239 750 000.1 Ledning Kolstad PST Saupstadringen Sør 16 600 000 15 696 000 20 200 000 20 200 000.2 Ledning Saupstadringen sør-ust 29 800 000 27 740 000 34 700 000 34 700 000.3 Ledning Ust- Gaula 30 500 000 27 715 000 36 800 000 36 800 000.4 Kryssing Gaula 9 700 000 9 700 000 9 700 000 9 700 000 5 Ledning Gaula Holem 47 500 000 43 950 000 56 400 000 56 960 000.6 Ledning Holem Benna 63 200 000 59 090 000 75 300 000 81 390 000 6 Kolstad pumpestasjon 9 758 000 9 758 000 6 758 000 6 758 000.1 Felleskostnader 100 000 100 000 100 000 100 000.2 Bygning 400 000 400 000 400 000 400 000.4 Elkraft/automatisering 2 258 000 2 258 000 2 258 000 2 258 000.5 Prosess 7 000 000 7 000 000 4 000 000 4 000 000 6 Ust pumpestasjon 0 12 300 000 0 0.1 Felleskostnader 600 000.2 Bygning 3 600 000.3 VVS 200 000
8 (11).4 Elkraft/automatisering 4 000 000.5 Prosess 3 600 000.6 Utomhus 300 000 1-6 ENTREPRISEKOSTNAD 271800000 270700000 296700000 303400000 Generelle kostnader, 8 15% 40800000 40600000 44500000 45500000 Spesielle kostnader, 9 3% 8200000 8100000 8900000 9100000 1-9 PROSJEKTKOSTNAD 320800000 319400000 350100000 358000000 10 Margin/Reserve, 10 % 32100000 31900000 35000000 35800000 1-10 BUDSJETT 352900000 351300000 385100000 393800000 4. ÅRSKOSTNADER Generelt Investeringer til bygg og ledningsanlegg er avskrevet over 40 år Teknisk anlegg i vannbehandlingsanlegg og pumpestasjoner er avskrevet over 20 år Kalkulasjonsrente er satt til 5 % Vedlikeholdskostnader til bygg og ledningsanlegg er satt til 0,5 % Vedlikeholdskostnader til tekniske anlegg er satt til 2,0 %. Driftskostnadene for vannbehandlingsanlegg og pumpestasjoner er beregnet etter antatt forbruk Personellkostnader for drift av vannbehandlingsanlegg og pumpestasjoner er beregnet ut fra erfaringer fra andre tilsvarende anlegg DN1200- DN800 DN1000 DN1000 Kapitalkostnader hovedanlegg kr kr kr 1 Inntaksledning 550 000 550 000 550 000 2 Veg til Benna 60 000 60 000 60 000 3 Silanlegg 840 000 840 000 840 000 4 Vannbehandlingsanlegg 3 110 000 2 500 000 2 500 000 5 Ledningsanlegg 11 500 000 13 580 000 14 000 000 6 Kolstad PST 770 000 530 000 530 000 8,9 Generelle og spesielle kostnader 3 040 000 3 250 000 3 320 000 10 Margin/reserve 1 990 000 2 130 000 2 180 000 Sum 21 860 000 23 440 000 23 980 000 Drift- og vedlikeholdskostnader kr kr kr 1 Inntaksledning 48 000 48 000 48 000 2 Veg til Benna 153 000 153 000 153 000 3 Silanlegg 395 000 335 000 335 000 4 Vannbehandlingsanlegg 2 079 000 1 871 000 1 871 000 5 Ledningsanlegg 987 000 1 166 000 1 199 000 6 Kolstad PST 538 000 478 000 478 000 Sum 4 200 000 4 051 000 4 084 000 Total sum 26 060 000 27 491 000 28 064 000
9 (11) 5. OPPSUMMERING OG ANBEFALINGER 5.1 Alternativ B vurdert mot hovedalternativet Tabellen i kapittel 3 viser anleggskostnadene for de forskjellige ledningsdimensjonene. Det viser seg at kostnadsdifferansen mellom hovedalternativet og alternativ B er liten. Dette skyldes blant annet at besparelsen i ledningsanlegg er liten, og at det er behov for en ekstra pumpestasjon i alternativ B. Med bakgrunn i dette anses det som lite hensiktsmessig å vurdere alternativ B videre, da dette alternativet åpenbart er en dårligere løsning enn hovedalternativet. Det er derfor ikke beregnet årskostnader for alternativ B. 5.2 Valgmatrise Hovedalt. Alt. C1 Alt. C2 DN800 DN1000 DN1200/ DN1000 Drift ved normalforsyning ++ ++ ++ Drift ved reserveforsyning + ++ ++ Fleksibilitet + - ++ Utvidelsesmulighet + + ++ Sikkerhet trykkstøt + ++ ++ Skala: - Dårlig + OK ++ Bra Drift ved normalforsyning Det er liten forskjell mellom alternativene. Generelt sett vil trykket inn til Kolstad PST bli høyere ved økende ledningsdiameter på grunn av mindre trykktap gjennom systemet. Drift ved reserveforsyning I hovedalternativet vil driften foregå ved trykkøkning ut fra Benna, og videre trykkøkning i Kolstad PST. Dette medfører trykkøkning i serie, noe man slipper i alternativene C1 og C2, der det kun er behov for trykkøkning i Kolstad PST. Alternativene C1 og C2 er derfor vurdert bedre i denne kategorien. Fleksibilitet For denne kategorien vurderes muligheten til å levere vannmengder utover dimensjonerende verdi i scenario 1. Slik systemet er designet nå har hovedalternativet og alternativ C2 kapasitet til å levere noe større vannmengder enn dimensjonerende. For alternativ C1 er dimensjonerende vannmengde tilnærmet maksimal kapasitet for systemet. Alt. C1 er derfor minst fleksibelt, mens alt. C2 er mer fleksibelt enn hovedalternativet fordi fleksibiliteten er uavhengig av pumpevalg. Utvidelsesmulighet For denne kategorien vurderes muligheten for levering av vannmengder opp mot scenario 2. For alle alternativene vil det være nødvendig å etablere en ny pumpestasjon på Ust. Denne stasjonen bør bygges slik at pumpene her pumper direkte til Steinan og Høgåsen høydebasseng. Alternativ C2 er bedre enn hovedalternativet fordi alternativet vil innebære et hydraulisk system med kun en trykkøkning mellom Benna og høydebassengene Steinan og Høgåsen.
10 (11) Sikkerhet trykkstøt DHI har utført trykkstøtsberegninger for hovedalternativet. De konkluderer med at det vil være nødvendig med installasjon av vindkjel i Kolstad pumpestasjon. De fremhever også viktigheten av at pumpene i Kolstad PST stopper om pumpene i Benna VBA skulle falle ut. Foreløpige beregninger viser behov for vindkjel med stort volum. Dette kan muligens kompenseres ved å benytte online styringssystem som sørger for at pumpene i Kolstad stoppes umiddelbart ved uforutsett utfall av pumper i Benna VBA. Det er ikke utført trykkstøtsberegninger av alternativt system da dette ikke lå i prosjektet. Det kan likevel antas at trykkstøtsproblematikken vil være mindre i et gravitasjonssystem som alternativ C2. I et slikt tilfelle vil man ikke ha den samme faren for plutselig stopp i Benna VBA siden det ikke er pumper der som faller ut. Hovedalternativet er vurdert som dårligere enn alternativene fordi det ikke vil være pumping i disse alternativene ved dimensjonerende reserveforsyning. 5.3 Sårbarhet hovedalternativet I hovedalternativet legges det opp til trykkøkning i serie mellom Benna VBA og høydebassengene på Steinan og Høgåsen. Trykkøkning i serie krever stor grad av koordinering mellom de forskjellige trinnene, både for vanlig drift, men særlig med tanke på uforutsett utfall av et av trinnene. Sammenlignet med alternativene C1 og C2 fremstår hovedalternativet som mer sårbart. En mulig løsning for å bringe sikkerheten i hovedalternativet opp vil være å bygge et høydebasseng i Melhus. Høydebassenget vil fungere som et svingebasseng, slik at det pumpes mot fritt vannspeil for alle pumper. Plasseringen kan for eksempel være i Holem-området. Høydebassenget må plasseres så høyt at vann kan leveres herfra til Kolstad PST med gravitasjon. Problemet med løsningen er at høydebassenget må være i drift i normalsituasjon, noe som igjen tilsier at normal vannforsyning på 200 l/s må pumpes fra Benna til høydebassenget. Det er ikke beregnet nødvendig størrelse eller kostnader for bygging av høydebasseng som beskrevet over. For en rask sammenligning er det opplyst at utbyggingen av Herlofsonløypa høydebasseng koster omkring 25 millioner. Størrelsen på dette bassenget tilsvarer omtrent en times pumping ved reserveforsyning fra Benna. Om investeringen kapitaliseres til årskostnad, og sammenstilles med ekstra strømkostnad for pumping i normalsituasjon, tilsvarer dette en samlet ekstra årskostnad på mellom 1,5-2 millioner. Det understrekes at beregningene ovenfor er overslagsberegninger. Det anmerkes også at det kan finnes andre løsninger for normaldrift av høydebassenget for å minske strømforbruket. Dette må vurderes nærmere om løsningen anses som aktuell. 5.4 Konklusjon Endelig valg av ledningsdimensjon må gjøres ut fra kostnader og systemets tekniske egenskaper, samtidig som det må være forberedt for en fremtidig økning i vannforbruket. Alternativ B er den dårligste tekniske løsningen, og siden anleggskostnadene med dette alternativet er nesten like høye som hovedalternativet anses det som lite hensiktsmessig å vurdere alternativet videre. Alternativ C1 klarer reserveforsyning opp til dimensjonerende vannmengde med gravitasjon, men dette er nær det maksimale systemet kan klare før trykkøkning må etableres. Ved reserveforsyning opp mot scenario 2 (1200 l/s) vil det være nødvendig med to trykkøkninger mellom Benna VBA og høydebassengene Steinan og Høgåsen. Alternativ C1 fremstår dermed
11 (11) som et dårligere alternativ enn hovedalternativet, da den ekstra kostnaden gir beskjeden gevinst i forhold til det hydrauliske systemet. Alternativ C2 fremstår som det beste tekniske alternativet. Dette systemet kan levere reservevann fra Benna VBA til Kolstad PST uten trykkøkning ved dimensjonerende vannmengde 800 l/s, og det finnes reservekapasitet i systemet slik at en viss økning i vannbehov kan takles uten at det blir behov for trykkøkning. Om vannbehovet kommer opp mot scenario 2 (1200 l/s), vil det være behov for trykkøkningsstasjon på Ust. Denne bør bygges slik at det pumpes direkte til høydebassengene Steinan og Høgåsen. Totalt sett oppnås da et system som kun er avhengig av ett trykkøkningstrinn mellom Benna VBA og høydebassengene Steinan og Høgåsen, både ved vannmengde 800 l/s og ved eventuell fremtidig utvidelse av kapasiteten til 1200 l/s