Älykkäät säätöjärjestelmät osana hiilineutraalia tavoitetta

Teksti Joel Torkkeli, Sermatech Oy

Suomessa rakennusten lämmittäminen tuottaa huomattavan osan kasvihuonepäästöistä. Älykkäiden säätöjärjestelmien ja olemassa olevien järjestelmien modernisoinnilla päästöjä voidaan olennaisesti vähentää ja kustannuksia säästää. Kaukolämmön tulevaisuus on tekoälyllä automaattisesti säätyvissä ja osittain jopa itsekorjautuvissa kaukolämpöverkostoissa.

Energiateollisuus on murroksessa, sillä kasvava ympäristötietoisuus ja päästövaatimukset asettavat uusia haasteita myös sähkön- ja lämmöntuotantoon. Rakennusten lämmitys tuottaa n. 9 % Suomen kasvihuonepäästöistä, joten silläkin alalla on saavutettavissa suuria parannuksia.

Kaukolämpö energiantuotantomuotona on yhteiskäyttönsä ansiosta energiatehokas lämmitysmuoto. 90 prosenttia kaukolämpökunnista tuottaa lämpöä kotimaisilla energialähteillä ja jo 10 prosenttia saadaan ylijäämälämmöistä. Silti suuri osa kaukolämpöverkoista perustuu vanhentuneeseen teknologiaan ja verkon käyttäytymisestä ei saada tarpeeksi tietoa. Nykyaikaiset ohjausjärjestelmät mahdollistavat reaaliaikaisen datan keräämisen verkostosta ja optimoidun lämmöntuotannon ohjaamisen sitä hyödyntäen.

Sermatech tarjoaa kokonaisvaltaisesti älykkäiden säätöjärjestelmien toimituksia mm. kaukolämpöön ja ydinvoimateollisuuteen. 45 vuoden toiminta-aikanamme olemmekin toimittaneet useita ohjausjärjestelmiä ja modernisointeja näille aloille. Olemme erikoistuneet Siemensin tuotteisiin perustuviin toimituksiin, ja osaamisemme kattaa myös vanhentuneiden logiikkaohjausten analysoinnin ja hyödyntämisen modernisointiprojekteissa.

Nykyaikainen teknologia ohjaukseen

Siemensin tuoteperhe mahdollistaa kaukolämpöjärjestelmän kokonaisvaltaisen ohjaamisen yhden talon tuotteilla. Kentälle hajautettujen kaukolämpölaitosten (1-2 poltinta) logiikan ohjaukseen sopii hyvin S7-sarjan PLC-ohjain (Programmable Logic Controller) kaverinaan sopivan kokoinen HMI-paneeli ja sitä isompiin laitoksiin laajennuksena WinCC Advanced ohjausjärjestelmä, joka asennetaan PC-työasemalle.

Koko verkon valvomo ja hallinta voidaan hoitaa WinCC Professional ohjelmistotuotteella toteutetulla SCADA-järjestelmällä (Supervisory Control And Data Acquisition). WinCC Professional asennetaan palvelinympäristöön, yleensä virtualisoituna ja mahdollistaa datan reaaliaikaisen kahdennuksen varapalvelimelle, joka on yleensä fyysisesti eri sijainnissa valokuituyhteyden päässä.

Myös replikointi hoidetaan Siemensin tuotteilla (Redundancy for Runtime). Nykyaikaisen käyttöliittymän lisäksi pakettia täydentävät optiot, kuten WEBUX, jolla käyttöhenkilökunnalle voidaan rakentaa mobiilikäyttöliittymä ongelmatilanteiden ratkaisemista varten ja yhtiön johdolle päätöksenteon tueksi oma käyttöliittymä, josta nähdään kokonaistehot, kulutukset ja muuta statistiikkaa.

Kaukolämpökaivojen ohjaus (venttiilit ja pumppaamot) onnistuu kentälle hajautettavilla S7-logiikoilla ja putkistossa kulkevan lämpimän veden lämpötila, virtaus, virtaussuunta ja energiamäärä saadaan mitattua SITRANS FS 220 virtausmittarilla. Kyseinen ultraääniteknologiaan perustuva mittari asennetaan putken päälle, joten kalliilta putken katkaisuilta ja käyttökatkoilta voidaan välttyä.

Teknologian hyödyt

Kun ohjausjärjestelmät on saatettu ajan tasalle päästään koko järjestelmän mahdollisuuksia hyödyntämään. Varalämpölaitokset toimivat yleensä kevyellä polttoöljyllä, jonka käyttöä halutaan minimoida paristakin syystä. Polttoöljy on kallista, joten sillä tuotettu lämpö on yleensä tappiollista ja fossiilisena polttoaineena sen käyttöä halutaan minimoida, että hallituksen linjaamiin ympäristötavoitteisiin olisi mahdollista päästä. Öljypoltinten käyttöä voidaan optimoida erilaisilla automaattisilla säätötoiminnoilla, joiden ansiosta öljynkulutus pienenee ja noudattelee paremmin kaukolämpöverkoston kysyntää.

Pääasiallinen lämmönlähde, kuten hakkeen- tai hiilenpolttolaitos on omanlaisensa prosessilaitos, jonka toimintaa voidaan myös tehostaa hyödyntämällä oikeaa osaamista. Verkoston lämmöntarpeen mittaus mahdollistaa optimoidun polttoaineen käytön myös näissä laitoksissa, kun kysyntä vaihtelee huomattavasti kesän, kovien pakkasten ja leutojen talvien myötä.

Kaukolämmön tulevaisuus

Kaukolämpö on tärkeä osa huoltovarmuutta ja sen luotettavuus lämmönlähteenä on laajasti tunnettu. Kaukolämpöverkosto on yleensä kymmenien kilometrien mittainen ja putkiston rikkoontumisia tapahtuu aina välillä. Älykkäiden mittausjärjestelmien ansiosta vuodon automaattinen havaitseminen on mahdollista ja moottoriventtiileiden avulla osa verkosta voidaan katkaista jopa ennen käyttöhenkilökunnan puuttumista asiaan ja lämmön kierto voidaan hoitaa eri kautta. Mobiilikäyttöliittymän ja tekstiviestihälytysten ansiosta tiedot vikatilanteista saadaan nopeasti haltuun ja vahingot ympäristölle voidaan minimoida.

Ylijäämälämmön talteenotto muun muassa savukaasuista ja jätevesistä on kasvussa ja sillä tulee olemaan tärkeä osa lämmöntuotannossa jo lähitulevaisuudessa. Nykyaikainen ohjausjärjestelmä voidaan liittää moderneilla väyläratkaisuilla erilaisiin tuotantolaitoksiin, joista ylijäämälämpöä on kerättävissä. Erityisesti näissä tapauksissa energiamäärän mittausjärjestelmä korostuu, että järjestelmä tietää kuinka paljon lämpöä on saatavissa. Kaikki tiedot ovat reaaliaikaisesti valvomo-ohjelmiston (SCADA) käytettävissä.

Jatkossa kaukolämpöverkoston tarve ihmisen jatkuvalle päätöksenteolle ja säätämiselle tulee vähenemään. Älykäs tekoälyyn perustuva ohjausjärjestelmä tulee ohjaamaan ja säätämään verkostoa jatkuvasti ja vähentämään päästöjä. Tämä mahdollistaa myös päätöksenteon verkoston korjaus- ja laajennustoimenpiteiden tekemiseen ennakoidummin ja kustannustehokkaammalla tavalla.