Industriel kraftvarme (IKV)

Transkript

1 Industriel kraftvarme (IKV) Status samt eksempler på gasfyrede IKV -anlæg Projektrapport September 1997

2 Industriel kraftvarme (IKV) Sitatus sam:t eksempler på gasfyrede IKV -anlæg Henrik!skov Dansk Gasteknisk 'Cfl)ct~r us :Rørsholm [991

3 Titel Rapport kategori Forfatter Industriel kraftvarme (IKV) Projektrapport Henrik lskov Dato for udgivelse September 1997 Copyright Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer Sagsnavn IKV - præsentationsskrivelse ISBN For ydelser af enhver art udført af Dansk Gasteknisk Center a/s ( DGC) gælder: at DGC er amvarlig i henhold til "Almindelige bestemmelser for teknisk rådgivning & bistand (ABR 89)", som i øvrigt anses for vedtagetfor opgaven. al erstatningsansvaret for fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspådragende fejl eller forsømmelse og altid begrænses til 100% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende ydelse. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC's hæftelse. at DGC skal- uden begrænsning-omlevere egne ydelser i forbindelse medfejl og forsømmelser i DGC's materiale. Juli 1997

4 DG C-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side l Indledning Kort status for Industriel KraftVarme (IKV) Baggrund Udvikling Brændselsvalg Størrelsesfordeling Tilskudsmuligheder Investeringstilskud Øvre tilskudsberettiget investeringsbeløb (ØTI) Tilbagebetalingstid Driftstilskud Supplerende oplysninger om tilskud Anlægseksempler Gasmotoranlæg til gartneri: Varpelev Tomater AIS Anlæggets hoveddata Gasmotoranlæg med C0 2 -dosering til gartneri: Alfred Petersen Anlæggets hoveddata Gasmotoranlæg med hedtvandsproduktion: Fuglsang Eksport Maltfabrik A/S l Anlæggets hoveddata Gasmotoranlæg med dampproduktion: Brandtex Anlæggets hoveddata Gasmotoranlæg med absorptionskøling: Danica Forsikring l Anlæggets hoveddata Gasturbineanlæg med årstidsbestemt udnyttelse af restvarmen (fjernvarme eller industri): Ølgod Grønt AIS Anlæggets hoveddata Gasturbineanlæg og et stærkt varierende varmebehov: MD-Foods AKAFA Anlæggetshoveddata Gasturbineanlæg til grundlastdampproduktion l nødstrømsanlæg: Nybro Gasbehandlingsanlæg Anlæggets hoveddata (fuldlast) Industriel Kraftvarme H:\717\05\IKV-Rapport.doc September 97

5 DGC-rapport Industriel kraftvarme og direkte tørring: Lundsgård Teglværk Anlæggets boveddata Udenlandske anlæg Gasmotoranlæg med absorptionskøling: Dresdoer Bank AG, Diisseldorf J Anlæg_gets hoveddata Gasmotoranlæg med ab orptionskøling og dampproduktion: Bundesanstalt fitr Flugsicherung i Langen Anlæggets hoveddata Kraftvarme med tørring: Dachziegelwerke Nelskamp GrnbH, Breitscheid Anlæggets hoveddata Referenceliste '.05 Industriel Kraftvarme H:\717\05\IKV-Rapport.doc September 97

6 DGC-rapport 3 1 Indledning Dette projektarbejde er udført og rapporteret af DGC på foranledning af Gasselskabernes Fagudvalg for Større Anlæg (FAU 2). Baggrunden er et ønske om en kortfattet orientering om status for den gasbaserede kraftvarmeudbygning i industrien (IKV). Til illustration af de tekniske muligheder inden for forskellige brancher er der suppleret med en kortfattet beskrivelse af en række udvalgte anlæg. Projektet er udført af Henrik Iskov, DGC. FAU 2 ansvarlig er Erik Funck, HNG. Jan de Wit, DGC, har forestået kvalitetssikringen. Gasselskabernes sælgere/teknikere samt anlægsejerne, herunder driftpersonalet, og leverandører/rådgivere takkes for velvillig medvirken i forbindelse præsentation af de udvalgte anlæg. Energistyrelsen (ENS) takkes for støtte til beskrivelse af status samt tilskudsmuligheder. Projektingeniør Afd. for Gasanvendelse Bjarne Spiegelhauer Afdelingschef Afd. for Gasanvendelse

7 DGC-rapport 4 2 Kort status for Industriel KraftVarme {l KV) 2.1 Baggrund Baggrunden for, at man fra offentlig side søger at fremme industriel kraftvarme, skal findes i Danmarks erklærede C0 2 -reduktionsmål på 20% af 1988-emissionsniveauet i I forbindelse med udarbejdelse af miljø- og energihandlingsplaner har Miljø- og Energiministeriet beregnet de samfundsøkonomiske omkostninger ved forskellige miljøforbedrende tiltag i forbindelse med el- og varmeproduktion. Det viser sig, at industriel kraftvarme er en af de "billigste" måder for samfundet at reducere C0 2 - emissionen. Resultatet fremgår af Figur l c: o ~ :J 100 "C ~ N 50 o u c:.s o liii Vlndmøller Industriel kraftvanne Q Decentral kraftvanne..: a. 1S'I Cel]lral knlftvanne..: - 50 Fa Airaids kraftvanne ~ El Blog11s Kraftvanne -100 Figur 1: Skønfor de samfundsøkonomiske omkostninger vedforskellige reduktionsteknologier Il/ 2.2 Udvikling Frem til 1993 var den industrielle kraftvarmeudbygning begrænset primært på grund af et relativt lille antal industrier med et stort energiforbrug lave elektricitetspriser til industrien (blandt Europas laveste) uklare forhold vedrørende egenproduktion og elsalg lang tilbagebetalingstid Indførelsen af C0 2 -afgifterne i 1993 og de grønne afgifter i 1996 kombineret med forbedrede tilskudsmuligheder medførte en stærkt forøget interesse for

8 DG C-rapport 5 industriel kraftvarme. Det forventes, at industrien herved kan bidrage med op imod en femtedel af Danmarks erklærede C0 2 -reduktionsmål i 2005 på 20% i forhold til emissionen i Der er nu installeret en industriel kraftvarme-eleffekt på over 300 MW e. hvoraf omkring 120 MW e er gasmotorbaseret, se Figur 2. Det forventes, at med fastholdte tilskudsmuligheder etc. vil der i år 2005 være installeret omkring 800 MW e. 3% 38% ll:'!l gasmotorer m gasturbiner El combined cycle m dampturbine Figur 2: Nuværendefordeling af kraftvarmeteknologi i industrien, opgjort i installereteleffekt 2.3 Brændselsvalg Den altovervejende del af de nuværende industrielle kraftvarmeværker er naturgasfyret, se Figur 3, og den videre udbygning forventes ligeledes hovedsageligt at være gasbaseret 4% B% Elnaturgas El raffinaderigas m kul/olie ~'li~ biomasse Figur 3: Nuværende brændselsfordeling indenfor industriel kraftvarme, opgjort efter installeret eleffekt

9 DG C-rapport 6 Biomassebaseret industriel kraftvarme er med den nuværende teknologi væsentlig mere investeringstung, og samtidig er drifts- og vedligeholdelsesomkostningerne en del højere. Biomassebaseret industriel kraftvarme kræver derfor, at man har adgang til store mængder biomasse til meget lave priser, eventuelt negative (dvs. man løser et bortskaffelsesproblem). Dette gælder fx visse træforarbejdningsindustrier og landbrug med husdyrhold. 2.4 Størrelsesfordeling Da der som nævnt kun findes forholdsvis få danske energiintensive virksomheder, forventes omkring 75% af den installerede effekt på de industrielle kraftvarmeværker at være installeret på anlæg med en eleffekt på under 10 MW e. Se Figur 4: >10 MW 8-1 O MW 4-6 MW 2-4 MW <2 MW o Elydelse (MW) Figur 4: Den forventede fremtidige størrelsesfordeling af industrielle kraftvarmeanlæg Il/

10 DGC-rapport 7 3 Tilskudsmuligheder Da energiforsyningen således er af sekundær betydning i de fleste danske virksomheder, stilles der krav om en meget kort tilbagebetalingstid, typisk under 3 år. Uden tilskud af nogen art ligger den simple tilbagebetalingstid for nye IKV-anlæg ofte på over 10 år. Derfor er tilskud helt afgørende. 3.1 Investeringstilskud Der kan ydes et investeringstilskud på op til 30% af investeringen. Et tilskud forudsætter, at kraftvarmeanlægget enten er baseret på naturgas eller biomasse. Der gælder endvidere en række begrænsninger Øvre tilskudsberettiget investeringsbeløb (ØTI) a) For gasmotoranlæg med en installeret eleffekt på eller under 4 MW e. der dækker et udetemperaturbestemt varmebehov, er ØTI afhængig af den installerede eleffekt: Foreleffekter over 500 kw e gælder: ØTI [kr.]= kwe (7625-0,25 kwe) For eleffekter fra 100 kw e til 500 kw e gælder: ØTI [kr.]= kw e ( kw e) Foreleffekter under 100 kw e gælder: ØTI [kr.]= kw e ( kw e) b) For alle øvrige anlægstyper er der tale om en individuel behandling Denne kategori omfatter således: Gasmotoranlæg på over 4 MW e, der dækker et udetemperaturstyret varmebehov, fx større gartnerier Gasmotoranlæg, uanset størrelse, der primært anvendes til industridrift (såsom dampproducerende anlæg) Gasturbineanlæg, uanset størrelse Biomassekraftvarmeanlæg, uanset størrelse Generelt gælder dog, at der kun gives tilskud til dampproducerende gasturbineanlæg og damp- eller hedtvandsproducerende gasmotorer, når totalvirkningsgraden er mindst 70%.

11 DG C-rapport 8 c) Generelle forhold for gasmotor anlæg: For gasmotorer, der dækker et udetemperaturstyret varmebehov, skal totalvirkningsgraden være mindst 80% og kraftvarmedækningen højst 90%, for at der kan opnås tilskud. Emissionen af uforbrændte kulbrinter (UHC) må for gasmotoranlæg over l MW e højst være 4% i forhold til den indfyrede gasmængde ved en elvirkningsgrad på 30%, for at der kan opnås tilskud. I forbindelse med den igangværende revision af bekendtgørelse nr. 688 vedrørende begrænsning af kvælstofoxidforurening m.v. fra gasmotorer og -turbiner /3/ forventes indført en skærpet grænseværdi for UHC Tilbagebetalingstid Den simple tilbagebetalingstid (uden renter) for investeringen inklusive tilskud skal mindst være 3 år. Er dette ikke tilfældet, reduceres tilskuddet, indtil kravet er opfyldt. 3.2 Driftstilskud Til naturgasfyrede kraftvarmeanlæg kan der generelt opnås et driftstilskud på 70 kr. pr. produceret MWhe. Til biomassebaserede anlæg er tilskuddet på 100 kr. pr. produceret MWhe. At tilskuddet er større til biomassebaseret kraftvarme skyldes, at det normalt er vanskeligere at opnå en acceptabel driftsøkonomi med biomasse. 3.3 Supplerende oplysninger om tilskud Der henvises til Energistyreisens publikationer: Administrationsgrundlag for tilskud til industriel kraftvarme, marts 1997 /2/ Starthjælp-til flere energibesparelser i virksomheden /4/ Energistyreisens hjemmeside på internettet hvor informationer om tilskudsmuligheder løbende opdateres /5/

12 DGC-rapport 9 4 Anlægseksempler 4.1 Gasmotoranlæg til gartneri: Varpelev Tomater AIS Naturgasbaseret kraftvarme har vundet en stor udbredelse på danske gartnerier. Omkring 50 gartnerier har nu installeret gasmotorbaseret kraftvarme. Gartneriet Varpelev Tomater NS påbegyndte kraftvarmeudbygningen 1993 med et anlæg på 750 kw e. I 1995 installeredes endnu et anlæg af samme størrelse, og for tiden færdiggøres et 3. anlæg på 2,1 MWe. Dette nye anlæg er forsynet med C0 2 -dosering til drivhusene. Denne teknologi omtales nærmere i afsnit 4.2. Kraftvarmeanlægget fungerer som grundlastanlæg med en naturgasfyret kedel på 14 MW v som spids - og reservelastenhed. Til varmeproduktionen udnyttes spildvarmen fra motorens ladeluftkøler, smøreoliekøler, motorvandskøler og røggaskøler, således at totalvirkningsgraden bliver 90%. Se principskitsen på Figur 5. Til skorsten Gasmotor 755 Oliekøler Figur 5: Principdiagram for det første gasmotoranlæg på gartneriet Varpelev Tomater AIS 161 Anlægget er forsynet med en varmeakkumulator der, i den del af året hvor anlæggets fulde varmeydelse ikke kontinuert kan udnyttes, forøger mulighederne for at koncentrere driften i de timer af døgnet, hvor elprisen er højest (spids- og højlastperiodeme) Anlæggets hoveddata Motor: Waukesha, type VHP 5790 L GLD Elydelse [MWe]: 0,75

13 DG C-rapport 10 Varmeydelse [MWv]: 1,07 Bivirkningsgrad [%]: 37 Totalvirkningsgrad [%]: Gasmotoranlæg med C02-dosering til gartneri: Alfred Petersen C0 2 -dosering eller C0 2 -gødskning i forbindelse med kraftvarmeanlæg har i de senere år vundet indpas på flere danske gartnerier. Forsøg har vist, at det herved er muligt at øge grøntproduktionen med op til30%, og gartneriets praktiske erfaringer bekræfter til fulde disse tal. Så vidt vides var Gartneriet Alfred Petersen først fremme i Danmark med anvendelse af røggassen fra et kraftvarmeanlæg til C0 2 -gødskning. Introduktionen skete i form af et demonstrationsprojekt med deltagelse af bl.a. DGC og Haldor Topsøe NS. Kraftvarmeanlægget er baseret på 2 stk. gasmotorer af typen Niigata 18V26HX-G på i alt 6,3 MW e. Kraftvarmen udnyttes via røggasvarmevekslere samt ladeluftskølere, smøreoliekølere og kappekølere. Se principskitsen på Figur 6. Det eksisterende varmeanlæg er ombygget således, at frem- og returtemperaturen har kunnet sænkes, hvilket bidrager til en højere totalvirkningsgrad på kraftvarmeanlægget En varmeakkumulator gør det muligt at optimere driften i forhold til 3-leds eltariffeme. o 9URSI(H [ltfm.i(ai(jl( "'" 'll-iiaiir:ii.wi l l 1 -~ _j L...t----t--.J ~ H ~ 0<- -~------~= ~~ ~ ~,./ Figur 6: Principskitse af kraftvarmeanlæggets opbygning 181

14 DG C-rapport 11 For at muliggøre anvendelse af røggassen til C02-gødskning er anlægget, ud over en CO-oxyderende katalysator fra Steuler, forsynet med et nyudviklet røggasrensningssystem fra Haldor Topsøe AIS. Dette rensningsanlæg er opdelt i to dele, hvoraf den ene renser for NOx via en såkaldt SCR-proces (selektiv catalytic reaction), og den anden oxyderer CO og andre kulbrinter herunderethylen til C02 og H20. Effektiviteten af denne proces er meget vigtig, da ethylen er giftig for planterne. Anlægget er derfor forsynet med et by-pass der leder røggassen direkte til skorstenen ved fejlmelding Anlæggets hoveddata Motor: 2 stk. Niigata 18V26HX-G Elydelse [MWe]: 6,3 Varmeydelse [MWv]: 7,2 Bivirkningsgrad [%]: 37 Totalvirkningsgrad [%]: 81 Røggasrensningsanlæg: a) Steuler oxydations-katalysator for CO-reducering. b) Haldor Topsøe AIS, type GREENOX. 4.3 Gasmotoranlæg med hedtvandsproduktion: Fuglsang Eksport Maltfabrik AIS. Et relativt stort varmebehov året rundt i forbindelse med maltningsprocessen gjorde kraftvarme til en oplagt mulighed. Indledende beregninger viste daogså, at med de gældende tilskudsmuligheder ville tilbagebetalingstiden ligge omkring 3 år. Anlægget blev idriftsat i efteråret 1995, og de økonomiske forventninger er blevet indfriet. En principskitse af anlægget ses på Figur 7.

15 DG C-rapport 12 Skorsten Varmtvand til kølle Røggasveksler 2 96 kw Naturgas 3836 kw Ladeluftkøler 215 kw Kappekøler 454 kw Luft/vand veksler 413 kw Figur 7: Principskitsefor Fuglsang Maltfabriks kraftvarmeanlæg 171 Anlægget er opbygget omkring en l,5 MW e naturgasmotor fra Ulstein Bergen. Maltanlæggets varmebehov er fordelt på et hedtvandtsbehov (70%) og et varmluftbehov (30%). Via genvinding af stråletabet fra anlægget er opnået en usædvanlig høj totalvirkningsgrad. Dimensioneringen er sket ud fra ønsket om at ville undgå en varmeakkumulator, da varmen hovedsageligt aftages i form af bedtvand under tryk ved cirka ll7 C. Kraftvarmedækn_i_n_- gen af det samlede procesvarmebehov er derfor kun omkring 50%, og maltfabrikken er således i stand til at aftage fuldlast-varmeydelsen størstedelen af tiden Anlæggets hoveddata Motor: Ulstein Bergen KRGS 9G ~~dds,~oow~~~ Varmeydelse [MW e]: 2, l Varmtvandstemperatur frem/retur [ 0 C]: 117/50-70 Varmluftstemperatur frem [ 0 C]: 50 Bivirkningsgrad [%]: 39 Totalvirkningsgrad [% ]: 96

16 DGC-rapport Gasmotoranlæg med dampproduktion: Brandtex I de senere år er der opført flere dampproducerende gasmotoranlæg. Da man typisk kun kan trække omkring halvdelen af varmeproduktionen ud som damp, er det derfor et væsentligt, at der ud over et dampbehov også er et betragteligt behov for "lav"-temperatur varme. At lavtemperaturvarmen udgør en markant del af varmeproduktionen er en delvis følge af myndighedernes krav om høj totalvirkningsgrad som forudsætning for tilskud. Anlægget på Brandtex er baseret på en gasmotor fra Jenbacher på 736 kw e. Der produceres damp til procesbrug ved 7,5 bar via udstødsdampkedlerne. Lavtemperaturvarmen (80 C) fra ladeluftkøler, smøreoliekøler og kappekøler anvendes til rumopvarmning. Anlægget kører kontinuert fuldlast, og i det omfang dampen ikke er nødvendig til procesbrug, anvendes den til produktion af varmt vand til rumopvarmning. En gaskedel på 2,3 MW v fungerer som reserve/spidslastforsyning for rumopvarmningen, og den "gamle" dampkedel fungerer som varm backup for dampforsyningen. Se principdiagrammet på Figur 8. gas Motor damp kondensat go o L------'I..J..._ c vand _L -----Jooo _. aooc Figur 8: Principdiagramfor det dampproducerende kraftvarmeanlæg p& Brandtex AIS Anlæggets hoveddata Motor: Jenbacher type JMS 316 GS-N.LC Elydelse [MWe]: 0,736

17 DG C-rapport 14 Varmeydelse, damp [MWv]: 0,35 Dampdata [ C; bar]: 180; 7,5 Varmeydelse, varmt vand [MW v]: 0,35 Varmtvandstemperatur frem/retur [ 0 C]: 80/50 Bivirkningsgrad [%]: 39 Totalvirkningsgrad [%]: Gasmotoranlæg med absorptionskøling: Danica Forsikring I nogle kontor- og forretningsejendomme er der installeret kraftvarmeanlæg. Den høje isoleringsstandard kombineret med store mængder "gratisvarme" fra lys og edb resulterer i en relativt kort varmesæson. Endvidere haves typisk et begrænset forbrug af varmt vand. Hos Danica undersøgte man derfor mulighederne for i sommermånederne at udnytte kraftvarmen til produktion af komfort- og edb-køling. Resultatet blev, at man valgte at installere et absorptionskøleanlæg i forbindelse med det eksisterende gasmotorbaserede kraftvarmeanlæg. En principskitse af det samlede anlæg kan ses på Figur 9 nedenfor. Kølevand Kontorbygning ODD ODD D O D D Fjv. frem løb Fjv. ret~ Naturgas Generator E l til nettet Figur 9: Principskitse af det kombinerede kraftvarmeanlæg og absorptionskøleanlæg hos Danica AIS

18 DG C-rapport 15 I varmesæsonen fungerer kraftvarmeenheden på normal vis, idet der produceres centralvarme via en varmeakkumulator for at optimere driften i forhold til3-leds eltarifferne. I sommermånederne anvendes overskudsvarmen (i sommerhalvåret er der alene et minimalt varmtvandsbehov) som indirekte fyring i absorptionskøleanlægget Det samlede kølebehov er så stort, at det skal suppleres med køling fra traditionelle køleanlæg. Anlægsøkonomien for absorptionskøleanlægget er begunstiget af, at der kun er et kølebehov i spids- og højlastperioderne. Tilbagebetalingstiden vurderes at være omkring 4-5 år Anlæggets hoveddata Motor: Jenbacher, type JMS 316 GSNLC Absorptionskøleanlæg: Trane, type ABSC 03 F/354 I varmesæsonen, uden køling: Elydelse [MWe]: 0,66 Kraftvarmeydelse [MWv]: 0,85 Fremløbs/returtemperatur [ 0 C]: 90/ 60 Bivirkningsgrad [%]: 39 Totalvirkningsgrad [%]: ca. 85 I sommerhalvåret, med kølinf?: Køleydelse [MWv]: 0,50 Køletemperatur, frem/retur [ 0 C]: Gasturbineanlæg med årstidsbestemt udnyttelse af restvarmen (fjernvarme eller industri): Ølgod Grønt AIS Et væsentligt problem ved anvendelsen af gasturbiner er, at dellastvirk ~~ -~g~d~~ lægsøkonomi, at anlægget kører fuldlast størstedelen af året. Kraftvarmeværket hos Ølgod Grønt AIS er det første danske eksempel af sin art, hvor man udnytter røggassen fra en gasturbine til industrielle tørringsformål i sommerperioden og til opvarmning af fjernvarmevand i vinterperioden.

19 DGC-rapport 16 Anlægskonceptet er en gasturbine opstillet ved en tørreovn for græspiller og med en supplerende tilslutning til en fjemvarmeveksler, der forsyner Ølgod Fjernvarmeværk. Som spids- og reservelastenhed er anlægget forsynet med en efterbrænder. Se principskitsen på Figur 10. I sommerhalvåret kan der 24 timer i døgnet afsættes varme til tørring af grøntpiller. I vinterhalvåret ligger grøntpillefabrikken stille, men da kan byen aftage varmeproduktionen. For at optimere driften er der hertil inkluderet en fjemvarmeakkumulator. Set i forhold til et traditionelt industrielt kraftvarmeanlæg fås på årsbasis omkring en fordobling af kraftvarmeproduktionen og dermed en markant forbedret anlægsøkonomi. Omkring miljøforholdene skal nævnes, at anlægget ikke er forsynet med røggasrensningsudstyr af nogen art, idet anlægget i sig selv opfylder gældende danske miljøkrav. Figur JO: Principskitse af gasturbineanlægget på Ølgod Grønt AIS 191

20 DGC-rapport Anlæggets hoveddata Gasturbine: Ailison CX 50 l K Elydelse [MWe]: 3,8 Varmeydelse, gasturbine [MWv]: 8 Varmeydelse, efterbrænder [MW v]: maks. 20 Røggastemperatur før/efter economizer [ 0 C]: 570/60-70 Vandtemperatur før/efter economizer [ 0 C]: Bivirkningsgrad uden efterbrænder[%]: 28 Totalvirkningsgrad [%]: Gasturbineanlæg og et stærkt varierende varmebehov: MD-Foods AKAFA Kraftvarmeinstallationen på AKAFA er baseret på en gasturbine, hvor røggassen størstedelen af tiden udnyttes til dampproduktion. Endvidere er anlægget forsynet med en separat dampkedel til spids- og reservelastforsyning. Se principdiagram på Figur 11 nedenfor. l ~ ~]) l Figur 11: Principskitse af gasturbineanlægget på AKAFA Il Ol

21 DG C-rapport 18 AKAFA, der producerer fødevarer, har et konstant forbrug af damp døgnet rundt, bortset fra 4 timer hver formiddag, hvor anlægget rengøres. I denne periode er dampforbruget reduceret med 75%. Dette er umiddelbart meget uheldigt for kraftvarmeanlægget, da der netop i denne periode kan sælges el til spidslasttarif Samtidig er dellastegenskaberne som nævnt meget ringe for en gasturbine. Disse problemer er imødegået ved, at anlægget i denne periode omstilles til delvis varmtvandsproduktion via en kondensator. Produktionen opsamles i en varmeakkumulator, der tømmes over døgnet. Den resterende del af dampproduktionen overhedes C og indsprøjtes i gasturbinens brændkammer. Dampekspansionen i gasturbinen øger elydelsen med cirka 15%. Dampinjektionen betyder samtidig et fald i NOx-emissionen. Anlægget overholder dog selv uden dampinjektion de danske myndighedskrav for røggasemission Anlæggets hoveddata Gasturbine: EGT THYPHOON Elydelse, uden/med dampinjektion [MWe]: 4,5/5,2 Dampydelse fra GT, nyttiggjort uden/med dampinjektion [tlh]: 11/8,5 Dampdata [ C, bar] : 215, 20 Bivirkningsgrad uden/med dampinjektion [%]: 30/ Gasturbineanlæg til grundlastdampproduktion l nødstrømsanlæg: Nybro Gasbehandlingsanlæg Anlægget er det første industrielle gasturbinedrevne kraftvarmeanlæg i Danmark og blev idriftsat i Det stigende gasforbrug nødvendiggjorde en forøget gasbehandlingskapacit:et og dermeå et større åaml'fererl:i~. Hit!~ l vø:r fier8rttget 6ælM:tet ttf te gø:ttfy rede dampkedler, og valget stod nu mellem en tredje kedel eller en kraftvarmeenhed. Gasbehandlingsanlægget har behov for en meget høj driftsikkerhed, og derfor havde man hidtil haft et nødstrømsaggregat, der kunne opretholde de vitale kontrolfunktioner, hvis det offentlige net faldt ud. Med en passende

22 DG C-rapport 19 dimensioneret ny kraftvarmeenhed i Ø-drift (dvs. med en evne til at holde en stabil elkvalitet uden det offentlige net som støtte) ville det være muligt at opretholde den fulde gasbehandlingskapacitet - selv med vanskelige gaskvaliteter - hvis det offentlige elnet skulle falde ud. Økonomiske og driftssikkerhedsmæssige overvejelser resulterede i, at valget faldt på en gasturbinebaseret kraftvarmeenhed forsynet med efterbrænder. En ekstra forbrændingsluftsblæser muliggjorde dampproduktion uden gasturbinen i drift. Enheden skulle være stor nok til at dække det maksimale elforsyningsbehov. Dette betød samtidig, at kraftvarmeenheden kom til at fungere som en grundlastenhed i dampproduktionen. En principskitse af anlægget kan ses på Figur 12 nedenfor. Damp produktion kg/h, 1 O bar Forbræ n d in gsluftblæ se r.. Røggas ca N-ga~ l Efterbrænder Damp- kedel Figur 12: Gasturbineanlægget i Nybro 1111 Denne anlægskobling har en stor driftsfleksibilitet, idet det således er muligt at producere el og damp med eller uden efterbrænderen i drift samt damp uden elproduktion alene med efterbrænderen i drift Anlæggets hoveddata (fuldlast) Gasturbine: Centaur H Elydelse [MWe]: 3,8 Dampydelse uden/med efterbrænder [t/h]: 10/18 Dampdata [ C, bar]: 180, 10

23 DG C-rapport 20 Dampdata [ C, bar]: 180, 10 Elvirkningsgrad, uden efterbrænder[%]: 28 Totalvirkningsgrad [%]: Industriel kraftvarme og direkte tørring: Lundgard Teglværk Teglværket producerer årligt omkring 25 mio. røde og gule mursten. Produktionsprocessen består af presning, tørring, brænding og pakning. Tørringen sker med overskudsvarme fra brændingsovnene og kraftvarme samt supplerende gasbrændere. Kraftvarmen erstatter cirka 80% af den energi, der tidligere skulle tilføres via disse gasbrændere. Kraftvarmen er baseret på en Jenbacher gasmotor med en elydelse på 465 kw e. Varmen fra motorens ladeluftkøler, kappekøler og oliekøler overføres til tørreluften via en varmeveksler i tørreluftens indblæsningskanal, se Figur 13. Luftindtaget til varmeveksleren sker via motorhuset, hvorved motorens strålevarmen udnyttes. Varmen fra røggassen, der er C, føres ved direkte indblæsning sammen med køleluften fra motorvarmen (80-85 C). Luftmængderne reguleres, så temperaturen efter blanding ligger omkring 130 C før indføring til tørrekamre. Variationen i produktionen har betydet, at kraftvarmeanlægget kun er i drift mandag- fredag, hvilket resulterer i et årligt driftstimetal på 5550 timer. Elproduktionen afsættes til det lokale elselskab SFGHH.

24 DG C-rapport 21 Gasmotor Røggas 475 C ~ 1300 c Til tørrekammer Brændingsovn N-gas brænder Figur 13: Principskitse af kraftvarmeinstallationen på Lundgaard Teglværk AIS Anlæggets hoveddata Motor: Jenbacher type 212 GS Elydelse [MWe]: 0,465 Varmeydelse [MWe]: 0,719 Varmluftstemperatur frem [ 0 C]: 130 Bivirkningsgrad [%]: 39 Totalvirkningsgrad [%]: 94

25 DGC-rapport 22 5 Udenlandske anlæg I forhold til Danmark gælder for en lang række andre lande, at man har en hel del energiintensiv industri. I denne del af industrien har lokal kraftvarme været ganske udbredt i mange år - på trods at man i de færreste lande har haft de tilskudsmuligheder, som der nu gælder for industriel kraftvarme i Danmark. Ligeledes har det også gennem adskillige år været udbredt at installere lokal kraftvarme i større kontorhuse - noget som vi først i de allerseneste år har set eksempler på i Danmark. I det følgende vises der eksempler fra nogle tyske kontorhuse samt et teglværk. 5.1 Gasmotoranlæg med absorptionskøling: Dresdner Bank AG, DOsseldorf Til forsyning af bankens hovedkontor har man i 1985 installeret et kombineret kraftvarme- og køleanlæg i kælderen. Anlægget består af 10 (!)naturgasmotorer på hver 160 kw e og to absorptionskølemaskiner med en køleydelse på hver 750 kw v. I princippet ligner det anlægget hos Danica i Lyngby. (Se afsnit 4.5) Kraftvarmeanlægget fungerer soni grundlast og leverer varme til det vandbaserede centralvarmeanlæg, til brugsvandsopvarmning og til absorptionskøleanlægget Anlægget er ikke forsynet med varmeakkumulator til driftsoptimering, som vi kender det i Danmark, men alene med en beskeden buffer-beholder på 45 m 3. Spids- og reservelast dækkes af en gaskedel Absorptionskøleanlægget dækker behovet for køling til klimaanlæg og køling af edb-anlæg. Endelig dækker anlæggets elproduktion omkring 50% af kontorhusets eloenov. r ilghed med anlægget hos :Omilca!!s en god ~sadnyttelse, da nedgangen i varmebehovet i sommerhalvåret modsvares af et førhøjet kølebehov. En principskitse af anlægget kan ses på Figur 14.

26 DG C-rapport 23 Køletårn Rumopvarmning o Figur 14: Principskitse af det kombinerede kraftvarme- og køleanlæg hos Dresdner Bank AG i Diisseldorf Anlæggets hoveddata Elydelse [MWe]: 1,6 Kraftvarmeydelse [MW v]: 2,6 Køleydelse [MWv]: 1,5 Køletemperatur, frem/retur [ C]: 5111 Rådighed[% af planlagt]: mere end Gasmotoranlæg med absorptionskøling og dampproduktion: Bundesanstalt fur Flugsicherung i Langen Siden 1987 har et kombineret kraftvarme- og køleanlæg forsynet byggeriet med el, damp, varme og køling. Anlægget består af 5 gasmotorer på tilsammen 6 MW e og 3 absorptionskølemaskiner med en samlet køleydelse på 5,4MWv. at de tyske normer for emissioner, T A-Luft, overholdes. Elgeneratcreme er direkte koblede lavspændingsgeneratorer, der forsyner kontorhuset parallelt med det lokale elselskab. Dette selskab aftager også den overskydende elproduktion.

27 DG C-rapport 24 Kraftvarmen produceres på to niveauer, damp ved 6 bar og 200 C via en røggasdampkedel samt varmt vand (centralvarme og brugsvand) ved C fra motorkøling. Dampen driver absorptionsanlæggene og via en kondensator produceres også varmt vand. En 15 MW dampkedel anvendes som spids- og reservelastforsyning. Et principdiagram kan ses på Figur 15. Afkast 2000 C l 6 bar Katalysatoranlæg Absorptionskøleanlæg Køletårn /=--"<---h N-gas Diesel Køling til klimaanlæg Figur 15: Principdiagramfor det kombinerede kraftvarme- og absorptionskøleanlæg hos Bundesanstalt fiir Flugversicherung Anlæggets hoveddata Elydelse [MWe]: 6,0 Kraftvarmeydelse, varmt vand [MW v]: 3,5 Kraftvarmeydelse, damp [MWv]: 4,0 Dampdata [bar; o q: 6; 200 Køleydelse [MW v l: 5,4 Køletemperatur, frem/retur [ 0 C]: 6112 Rådighed[% af planlagt]: mere end Kraftvarme med tørring: Dachziegelwerke Nelskamp GmbH, Breitscheid Teglværket blev i 1986 forsynet med et kraftvarmeanlæg til dækning af tørre- og elbehovet og i forbindelse med tagstensproduktionen. Anlægget er baseret på to kraftvarmemoduler, der hver er forsynet med en naturgasmotor fra MWM på 175 kw e. Motorvarmen fra ladeluftkølere, kap-

28 DG C-rapport 25 pekølere og oliekølere overføres til tørreanlægget via en række meget lange ribberør anbragt i tørreanlægget, se Figur 16. Røggassen fra de to motorer renses i en trevejskatalysator med lambdastyring, der reducerer indholdet af CO, CHx og NOx. Herefter føres røggassen via en lyddæmper sammen med røggassen fra brændingsovnen og herfra direkte til tørringsanlægget En separat gasbrænder fungerer som reserve- og spidslastdækning for tørrebehovet Anlægget er varmebehovsstyret, og den heraf følgende elproduktion udnyttes i videst muligt omfang i produktionen. Overskydende elproduktion afsættes til det lokale elselskab. Kraftvarmeanlægget er udstyret, så det ved netudfald er i stand til at køre i ø-drift og derved holde teglværket i gang. - Sch1ebebuhne lurz1egel Figur 16: Principskitse af kraftvarmeinstallationen på Dachziegelwerke Nelskamp GmbH, Breitscheid Anlæggets hoveddata Motor: MWM/G234V12 El ydelse [MW e]: 0,350 Varmeydelse [MWe]: 643 Kølevandstemperatur (ribberør) frem/retur [ C]: 87/83

29 DGC-rapport 26 Bivirkningsgrad [%]: 32 Totalvirkningsgrad [%]: 91

30 DGC-rapport 27 6 Referenceliste l. Koch, Jesper - Incentive Policy on industrial CHP in Denmark, Energis tyreisen 1997 (Konference-p a per) 2. Administrationsgrundlag for tilskud til industriel kraftvarme, marts Energistyrelsen, april Bekendtgørelse nr. 688 af 15. oktober 1990 vedrørende begrænsning af kvælstofoxidforurening m.v. fra gasmotorer og -turbiner. Miljøministeriet 4. Starthjælp til flere energibesparelser i virksomheden. Energistyrelsen, februar ISBN Energistyreisens hjemmeside på internettet, 6. Zantingh Energi Systemer Aps, Hjortshøj 7. Informationsblad om Fuglsang Maltfabriks kraftvarmeanlæg 8. JPH Rådgivning, Dronninglund 9. JPH Rådgivning, Kolding 10. Informationsblad fra Vølund om Ølgod Grønt anlægget 11. Informationsblad fra Vølund om MD-Foods AKAFA anlægget 12. DONG brochure om Nybro gasturbineanlæg