Evaluation of energy efficiency and best available techniques in pumping processes

The potential for enhancing the energy efficiency of industrial pumping processes is estimated to be in some cases up to 50 %. One way to define further this potential is to implement techniques in accordance to definition of best available techniques in pumping applications. These techniques are divided into three main categories: Design, control method & maintenance and distribution system. In the theory part of this thesis first the definition of best available techniques (BAT) and its applicability on pumping processes is issued. Next, the theory around pumping with different pump types is handled, the main stress being in centrifugal pumps. Other components needed in a pumping process are dealt by presenting different control methods, use of an electric motor, variable speed drive and the distribution system. Last part of the theory is about industrial pumping processes from water distribution, sewage water and power plant applications, some of which are used further on in the empirical part as example cases. For the empirical part of this study four case studies on typical pumping processes from older Master’s these were selected. Firstly the original results were analyzed by studying the distribution of energy consumption between different system components and using the definition of BAT in pumping, possible ways to improve energy efficiency were evaluated. The goal in this study was that by the achieved results it would be possible to identify the characteristic energy consumption of these and similar pumping processes. Through this data it would then be easier to focus energy efficiency actions where they might be the most applicable, both technically and economically.

Teollisuuden pumppausprosessien energiatehokkuuden parantamispotentiaaliksi on arvioitu parhaimmillaan jopa 50 %. Yksi tapa määritellä tätä potentiaalia on soveltaa parhaiden käyttökelpoisten tekniikoiden (BAT) määritelmää. Nämä määritelmät jakavat pumppausprosessien energiatehokkuuteen vaikuttavat tekijät kolmeen päätekniikkaan: suunnitteluun, säätötapaan & huoltoon ja putkistojärjestelmään. Työn teoriaosassa on määritelty aluksi parhaiden käyttökelpoisten tekniikoiden määritelmä ja soveltuvuus pumppausprosessien energiatehokkuuden käsittelyyn. Seuraavaksi työssä käsitellään pumppausteoriaa pumpputyyppien, eritoten keskipakoispumppujen toiminnan osalta. Pumppausprosessin muista osista käsitellään erilaisten säätötapojen toteutus, sähkömoottorin ja taajuusmuuntimen käyttö, sekä putkistojärjestelmä. Lopuksi esitellään teollisuuden pumppausprosesseja vedenjakelusta, jäteveden pumppauksesta sekä voimalaitospumppauksista yksityiskohtaisemmin. Osaa näistä prosesseista on käytetty esimerkkitapauksina empiirisessä osassa. Työn empiirisessä osassa on aikaisemmista diplomitöistä valittu neljä tyyppipumppausprosessia käsiteltäväksi case-tapauksina. Alkuperäisiä tuloksia on analysoitu, tutkittu prosessin energiankulutuksen jakaumaa eri systeemikomponenttien välillä ja BAT:n määritelmään pohjautuen arvioitu mahdollisia keinoja parantaa energiatehokkuutta. Työn tavoitteena oli että saatujen tuloksien avulla olisi mahdollista havainnollistaa näiden tyyppipumppausprosessien energiankulutuksen ominaispiirteitä ja täten helpommin löytää keinoja kohdistaa energiatehokkuustoimia oikeisiin kohtiin prosessia, sekä teknisesti että taloudellisesti kannattavalla tavalla.