Framtida risker och sårbarheter för fjärrvärmenät

Abstract (Swedish)

Fjärrvärme har en betydande roll i det svenska energisystemet där många är beroende av att systemet ska fungera optimalt. Trots den generellt höga leveranssäkerheten i dagens system är oplanerade leveransavbrott är något som sker tidvis. I Sverige började många fjärrvärmenät byggas ut i mitten av 1900-talet och mängden skador i äldre ledningar förväntas öka med tiden. Att ersätta gamla ledningar i en större skala är väldigt dyrt och fjärrvärmeleverantörer behöver därför ta vara på och utnyttja alla delar av nätet så länge som möjligt.

Idag finns det åtgärder för att förebygga och upptäcka skador i ett tidigt skede men kunskap om var i nätet dessa är mest lönsamma saknas. För att undersöka detta och identifiera de mest sårbara ledningssträckorna gjordes en riskanalys över fjärrvärmenät.

Arbetet är uppdelat i tre delar där den första undersöker sannolikheten för avbrott baserat på data från Öresundkrafts fjärrvärmenät. Den andra delen undersöker konsekvenser på en byggnad vid avbrott i form av minskad inomhustemperatur och minskad energianvändning hos kunder. Den sista delen är en litteraturstudie för att se om det finns underlag för att kvantifiera konsekvenserna av ett avbrott med avseende på kunden.

I den första delen uppskattas skadefrekvenser och hur dessa påverkas av parametrarna ledningstyp, installationsår, ålder, nominell diameter och vattengenomsläppligheten i den omkringliggande marken. Ledningstypen PVC visar sig ha en markant högre skadefrekvens än andra ledningstyper. Det visar sig också att ledningar med tidiga installationsår överlag har en högre skadefrekvens. Många ledningar visar en högre skadefrekvens i tidig ålder som sen minskar över tid. Från statistiken går det inte att tyda när skadefrekvensen kommer vända och börja stiga mot slutet av ledningarnas livstid.

Den andra delen tog fram en modell fram för att beskriva hur ett avbrott i leveransen påverkar temperaturförändringar i en byggnad och den energianvändning som går förlorad. För att verifiera modellen testades den med data från ett verkligt avbrott i Helsingborg. Temperaturminskning var exponentiell i förhållande till skillnaden mellan utomhustemperaturen och interntemperaturen där framförallt byggnadens tidskonstant och avbrottets varaktighet visade sig ha en stark påverkan. Modellen uppskattade också minskningen i energianvändning, men säkerheten av resultatet är okänd i generella fall.

I den sista delen konstateras det att det finns förhållandevis lite litteratur kring vad som utmärker en störningskänslig kund. Det framkommer en del olika metoder för att mäta störningskänsligheten i vad som riskeras och vad avbrottet kostar olika typer av kunder. Bostadskunder är minst känsliga även vid längre avbrott och stora variationer finns inom andra kundgrupper som dessutom påverkas mer av avbrottets varaktighet.

Abstract

District heating plays a significant role in the Swedish energysystem where many are dependent on the district heating working optimally. The system in general has a high security of supply, but unplanned interuptions in the supply do ocasionally occur. Many of the district heating networks in Sweden began construction in the middle of the last century and some of the old pipes are expected to see increasaed failure rates. Replacing old piping is prohibitively expensive on a larger scale and it is necessary to maintain all parts of the network for as long as possible.

Today there are a number of preventative measures and ways to discover damages to pipes at early stages which can help district heating suppliers in prolonging the lifetime of the existing network. But it is not known where in the network these measures are best implemented. In this investigation a riskanalysis was performed in order to gain insight into which pipes are the most vulnerable, where preventative measures would be the most effective.

The study is divided into three part where the fist one looks into the probability of pipe failurs based on data from Öresundskraft's grid. The second part investigates the effects of a supply disruption on a building's indoor temperature and energy consumption. The last part is a literature stydy on the consequenses of an supply disruption with respect to different kinds of costomers.

In the first part the failure rate is approximated based on the parameters: pipe type, year of installation, age, diametre, and water permeability of the surrounding soil. The pipe type PVC showed a significantly higher failure rate that the other types studied. The results also showed that pipes instaleld in the early decades in general had a higher failure rate. Many of the pipes showed an initial hump in the failure rate which then decreased with age. The analysis was not able to tell when the pipes' failure rates would start increasing at their end of life.

In the second part a model was derived describing how a disruption in supply affects the indoor temperature and the energy consumption of a building. In order to verify the model it was tested on data from a historical supply disruption. The model showed that the decreas in indoor temperature is exponential with respect to the difference between the outdoor temperature and the balance point temperature, and that the time constant and outage time are important factors. The model also estimated the decrease in energy consumption, but the accuracy and precision are unknown for general cases.

In the final part there was found to be a lack of previous studies on the effects of supply disruptions from a customer perspective. It emerged that there are different methods for determining the consequences in what the outage risks and what the economical costs are for different types of customers Residential customers are least sensitive even during longer interruptions and there are large variations within other customer groups, which are also more affected by the duration of the interruption.

• author: Probert, Simon and Henriksen, Mathilde
• supervisor: Per-Olof Johansson Kallioniemi
• organization: Department of Energy Sciences
• alternative title: Future risks and vulnerabilities in district heating networks
• course: MVKM01 20202
• year: 2021
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Fjärrvärme, Leveransavbrott, Risk, Sårbarhet, Skadefrekvens, Temperaturförändring, Energisnvändning, Störningskänslighet
• report number: ISRN: LUTMDN/TMHP-21/5471-SE
• ISSN: 0282-1990
• language: Swedish
• id: 9042300
• date added to LUP: 2021-03-24 10:28:06
• date last changed: 2021-03-24 10:28:06