Energiakriisin ja päästövähennysten aikakaudella kysymys ei ole vain höyryn tuottamisesta, vaan sen tuottamisesta oikealla tavalla. Millä menetelmällä saadaan paras hyötysuhde, oikea painetaso ja kilpailukykyinen kokonaiskustannus?
Calefan kehitysinsinööri Eeli Leskinen avaa, miksi höyry kannattaa tuottaa ensin matalammalla paineella lämpöpumpulla, ja nostaa vasta sen jälkeen paine MVR‑laitteistolla haluttuun tasoon.
Calefa Oy:n Eeli Leskinen on perehtynyt höyrylämpöpumppujen ja höyryn paineen noston ratkaisuihin sekä käytännön toteutukseen. Leskinen on ollut mukana kehittämässä SteamLevel-höyrylämpöpumppuun perustuvaa AmbiSteam-kokonaisratkaisua, jonka tavoitteena on tuottaa höyryä mahdollisimman energiatehokkaasti ja joustavasti teollisuuden tarpeisiin.
Miksi höyryn paine kannattaa nostaa erillisellä MVR-järjestelmällä?
Perinteisesti teollisuudessa höyryä on tuotettu suoraan korkeaan paineeseen, usein fossiilisilla polttoaineilla. Lämpöpumpputeknologian yleistyessä höyryntuotannossa on noussut esiin kaksi vaihtoehtoista tapaa tuottaa tarvittava höyry:
- Tuotetaan höyry suoraan korkeaan paineeseen lämpöpumpulla
- Tuotetaan ensin matalapaineista höyryä ja nostetaan paine erillisellä järjestelmällä, kuten MVR:llä (Mechanical Vapor Recompression)
Leskisen mukaan tekniset tarkastelut osoittavat, että jälkimmäinen vaihtoehto on näistä selvästi järkevämpi ennen kaikkea hukkalämmön hyödyntämisen energiatehokkuuden kannalta.
Suomen teollisuudessa syntyvästä hukkalämmöstä yli puolet on alle 55-asteessa, kun taas prosesseissa vaadittavan höyryn lämpötila on usein 100–200-asteen välillä. Höyrylämpöpumpun hyötysuhde heikkenee, mitä suurempi lämpötilanosto sillä tehdään. Näin ollen teollisuuden hukkalämmön ollessa esimerkiksi 40 °C, on energiatehokkaampaa tuottaa ensin matalapaineista höyryä ja käyttää paineen nostoon erillistä MVR-järjestelmää.
“Kun höyry tuotetaan ensin matalammalla paineella lämpöpumpulla ja paine nostetaan vasta sen jälkeen MVR-laitteistolla, saavutetaan parempi hyötysuhde (COP) ja suurempi lämmöntuotantokapasiteetti”, Leskinen kertoo.
AmbiSteam-höyryratkaisulla hukkalämpö höyryksi
Calefan AmbiSteam-höyryratkaisuissa hyödynnetään SteamLevel-höyrylämpöpumpun ja MVR-laitteiston yhdistelmää kuhunkin prosessiin vaadittavan höyryn paineen tuottamiseksi.
AmbiSteam-laitokseen höyrylämpöpumpun ohelle sijoitettava MVR toimii avoimessa kierrossa, jossa vesihöyry puristetaan mekaanisesti radiaalipuhaltimilla. Jokainen MVR-kierron porras nostaa painetta ja lämpötilaa, ja portaiden määrällä voidaan säätää lopullinen paine juuri prosessin tarpeisiin.
Näin voidaan tuottaa tehokkaasti teollisuuden hukkalämmöstä höyryä jopa yli 5 barin paineeseen ilman, että energiatehokkuus kärsii.
“AmbiSteam-kokonaisratkaisussa voidaan yhdistää höyrylämpöpumppu MVR-järjestelmään, jolloin hukkalämpöä voidaan hyödyntää höyryntuotannossa erittäin tehokkaasti”, Leskinen kuvailee.
Hukkalämmön lämpötila vaikuttaa oikean ratkaisun valintaan
Euroopan teollisuudessa noin 25 % prosessilämmityksestä tapahtuu 100–200 °C lämpötilatasolla, ja höyry on yleinen väliaine energiansiirrossa.
Suurin osa höyrystä tuotetaan edelleen fossiilisilla polttoaineilla, mutta lämpöpumpputeknologialla voidaan korvata fossiilisia ratkaisuja ja parantaa energiatehokkuutta.
Höyryn tuottaminen hukkalämmöstä on aina sidottu hukkalämmön lähteeseen. Mitä korkeampi hukkalämmön lämpötila on, sitä paremmalla hyötysuhteella siitä voidaan myös suoraan tuottaa höyryä.
AmbiSteam-höyryratkaisulla on mahdollista tuottaa höyryä myös suoraan tarvittavaan paineeseen, mikäli hukkalämmön lähde on riittävän korkealämpöinen. MVR-laitteiston avulla korkeampaan höyrynpaineeseen pääseminen avaa laajemmat markkinat ja mahdollistaa ratkaisujen soveltamisen useammille asiakkaille.
Toisaalta teollisuudessa on myös suuntaus kohti matalampia paineita, mikä parantaa hyötysuhdetta entisestään. Aikaisemmin polttoon perustuvassa höyryntuotannossa höyryn paineella ei ole ollut suurta merkitystä. Hukkalämpöä hyödynnettäessä tilanne on kuitenkin eri.
“Kun hukkalämmöstä tuotetaan höyryä lämpöpumpuilla, se on aina sidottu hukkalämmön lähteeseen. Energiatehokkuuden kannalta tähän on olemassa hyvä perussääntö: niin korkea paine kuin tarvitaan, mutta mahdollisimman matalapaineisesti. Tällöin saadaan ratkaisusta paras hyöty irti”, Calefan Eeli Leskinen tiivistää.
