VE-integration og optimering af varmeproduktion. absorptionsvarmepumpe. EUDP-projekt j.nr Projektrapport April 2019

Transkript

1 VE-integration og optimering af varmeproduktion med direkte fyret absorptionsvarmepumpe EUDP-projekt j.nr Projektrapport April 2019 Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf

2 Kolofon Titel: Rapportkategori: Forfatter: VE-integration og optimering af varmeproduktion med direkte fyret absorptionsvarmepumpe EUDP, journ. nr Projektrapport Jan de Wit, Johan Bruun, Steen D. Andersen, Dansk Gasteknisk Center a/s Kent Simonsen, Anders Nicolaisen, Aktive Energi Anlæg A/S Kasper Nagel, Grøn Energi/Dansk Fjernvarme Karsten Sønderkær, Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a. Dato for udgivelse: Copyright: Dansk Gasteknisk Center a/s ISBN-nr.: Sagsnummer: Sagsnavn: Emneord: URL: Arkivering: DABS varmepumpe, større gasinstallationer, fjernvarme H:\743\57 Direkte gasfyret ab.varmepumpe\jdw\jdw-rapport-2019\ _dgc_projektrapport_final.docx

3 DGC-rapport 3 Forord Denne rapport udgør den faglige udvidede slutrapportering for det EUDP-støttede (Energiteknologisk Udviklings- og Demonstrationsprogram) projekt: VE-integration og optimering af varmeproduktion med direkte fyret absorptionsvarmepumpe Projektet er ansøgt marts 2017 og modtog meddelelse om støttetildeling senere i foråret Projektets deltagere har været følgende: Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) (projektleder) Aktive Energi Anlæg A/S (AEA) Grøn Energi/Dansk Fjernvarme (Gr.E) Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a. Herudover har repræsentanter for Skagen Fjernvarme, Skals Fjernvarme og Lemvig Fjernvarme deltaget i følgegruppe/opstartsgruppe for projektet. Bramming Fjernvarme har venligt stillet data til rådighed og indgået i visse af projektets analyser Projektledelsen retter en varm tak for velvilje og aktiv indsats til såvel EUDP-projektets udførende parter, Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a. som de øvrige deltagende fjernvarmeselskaber.

4 DGC-rapport 4 Indholdsfortegnelse Side Kolofon... 2 Forord Baggrund for projektet Projektforløb i hovedtræk Konceptuelle muligheder Overordnet opbygning mv Systemintegration på danske fjernvarmeværker mv Køling af det kolde lag i akkumuleringstank Køling af tilledning til solfangeranlæg Køling af fjernvarmetransmissionsledninger Udnyttelse af overskudsvarme Udnyttelse i forbindelse med flisfyring Køling af røggas fra andre gasfyrede produktionsenheder Varmepotentiale Væsketyper i varmepumpen Lithiumbromid/vand Ammoniak/vand Varmeoptagskilder Røggas som varmekilde Overskudsvarme som varmekilde Geotermi som varmekilde... 23

5 DGC-rapport Spildevand som varmekilde Grundvand som varmekilde Havvand som varmekilde Sø- og åvand som varmekilde Luft som varmekilde Interne varmekilder Varmekilder i forhold til anvendelse af DABS, sammenfatning Økonomi, og analyser, generelt Generelle nøgletal Hvor ligger potentialet for sådanne installationer? Beregning for Skagen Varmeværk Beregning for anden type værk Andre værker Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a Historik Produktionsanlæg Forbrug og nødvendig varmeeffekt Varmepumpen hos Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a Processen i Hjallerup Installationen Fordele ved varmepumpeinstallationen Økonomi for Hjallerup Fjernvarme... 37

6 DGC-rapport Andet Målinger på varmpumpen i Hjallerup Drift og driftsmønster for varmepumper DGC-målinger Instrumentering mv Måleresultater Mærkepladedata for varmepumpe og brænder Formidling Konklusion Referenceliste Anvendte forkortelser Bilag 1: Deltagende personer i projektet Bilag 2: Teknologibeskrivelse og systemintegration (WP1.1-rapport) Bilag 3: Mulige varmeoptagskilder og deres tilgængelighed i Danmark (WP1.2-rapport) Bilag 4: Afgiftsforhold, notat til projektet v. John Tang, Dansk Fjernvarme (WP2-rapport) Bilag 5: Projektbeskrivelse for varmepumpeinstallation mv. ifm. myndighedsbehandling v. AEA (WP3-rapport) Bilag 6: Målerapport, DGC måling 1 (WP4-rapport) Bilag 7: Målerapport, DGC måling 2 (WP4-rapport) Bilag 8: Datablade for solvarmepaneler opstillet hos Hjallerup Fjernvarme (Sunmark Arcon) 170

7 DGC-rapport 7 1. Baggrund for projektet Den danske energiforsyning står over for ønsker om og krav til øget anvendelse af VE-baserede energikilder. Løbende forbedring af energieffektivitet for varmeproducerende enheder i fjernvarmeforsyningen samt nedbringelse af energitab er ligeledes væsentlige indsatsområder. Det er i en tidligere undersøgelse /1/ påvist, at direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper kan være et økonomisk attraktivt alternativ til gaskedler og fast biomassefyring. Det er ligeledes en meget attraktiv teknologi til integration i varmeproduktionen i den danske fjernvarme-/decentrale kraftvarmesektor og i industrien. Teknologien er fleksibel og kan anvendes som stand-alone eller til forbedring af virkningsgraden på eksisterende anlæg. Projektet har til formål at etablere og demonstrere en direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe i fjernvarmestørrelse med fokus på konkurrencedygtig varmepris, høj VE-andel og brændselseffektiv drift. Projektets mål er endvidere at demonstrere en teknologi, der medvirker til og fremmer gassystemets omstilling til grønne VE-gasser. Praktisk demonstration har traditionelt vist sig at være effektiv og ofte nødvendig inden for fjernvarmesektoren i forbindelse med indføring af ny teknologi. Projektet vil tilvejebringe viden og erfaringer om planlægning, installation og drift af en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Indførelse af direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper i fjernvarmesektoren og industrien understøtter strategierne i Danmarks energipolitik.

8 DGC-rapport 8 2. Projektforløb i hovedtræk Projektet blev indledt med et opstartsmøde for henholdsvis DGC, AEA, Gr.E. samt repræsentant for EUDP. Her blev drøftet formalia iht. EUDP samt opridset det forventede projektforløb. Projektet indeholdt et go/no-go-punkt, hvor det for fortsættelse var en forudsætning, at der var fundet et teknisk velegnet installationssted til varmepumpen samt forventedes positiv drifts- og samfundsøkonomi for samme. EUDP-projektet indeholder alene udgifter og ressourceforbrug i forbindelse med analyser, måledokumentation og formidling af resultater. Selve varmepumpen indgår ikke omkostningsmæssigt og er alene et anliggende mellem varmeværk og leverandør. Første aktivitet var kortlægning/vurdering af varmekilde potentialer samt beskrivelser af mulige opstillingskoncepter i relation til drift på fjernvarmeværker. Støttet af disse analyser samt generel viden blandt projektets udførende parter indledtes en undersøgelse af mulig velegnet anlægsvært for et sådant anlæg. Der blev afholdt en række møder, hvor såvel projektets udførende parter samt en række fjernvarmeværker deltog. Efter drøftelser, analyser og med en mulig tidsplan som væsentlige elementer blev Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a. valgt som anlægsvært. Den fysiske opstilling skulle da være centralen i Klokkerholm, hvorfra der er transmissionsledning ud til fjervarmeforsyningens større solvarmeanlæg. Her vil installation af varmepumpen kunne bevirke, at der kunne opnås reducerede varmetab fra fjernvarmetransmissionsledninger ud til solvarmefeltet samt opnås større ydelse pr time, længere daglig drift og længere sæson for solvarmeanlæg. Analyser viste god driftsøkonomi, positiv samfundsøkonomi samt robusthed over for mulige ændringer i forudsætninger. Bestyrelsen for Hjallerup Fjernvarme var positiv, og projektet blev forelagt på borgermøde for varmeforbrugerne, der ligeledes var positive. Myndighedsgodkendelser blev herefter indhentet. Varmepumpen blev bestilt, og en konkret installationsplan blev udarbejdet. Varmepumpen (fabrikat Thermax) produceres i Indien, leveres af et dansk kedelfirma (Danstoker A/S), og der var da ca. ½ års levering. Den ankom i foråret 2018, blev efterfølgende installeret og var klar til prøvedrift ved varmesæsonen 2018/2019. Et større (ikke planlagt) gade- og kloakrenoveringsarbejde omkring værket udsatte opstarten, så prøvedriften først indledtes sent på året Herefter igangsattes såvel periodiske præcisionsmålinger som driftsopfølgning på varmepumpen via fjernaflæste målere. Parallelt med ovenstående blev udført en række formidlingsaktiviteter. Dette formidlingsarbejde har omfattet artikler, videofilm, omtale på temadage og webinarer mv.

9 DGC-rapport 9 3. Konceptuelle muligheder 3.1. Overordnet opbygning mv. Absorptionsvarmepumpen er en varmepumpe, der kan modtage varme fra en varmeoptagskilde ved lav temperatur og afgive energien ved en højere temperatur. Varmeafgivelsen inkluderer så både energimængden fra varmeoptaget foruden den energi, der er tilført ved indfyringen (drivenergi), se principskitse i Figur 1. Figur 1 Principskitse for en varmepumpe. På figuren er anvendt de betegnelser for energistrømme, der anvendes i den efterfølgende del af rapporten (Skitse fra /2/). Den energi, der optages fra varmeoptagskilden, kan være VE-baseret og/eller overskudsvarme fra anden produktion eller andet, se mere herom i kapitel 4. Gassen, der bruges i brænderen, kan være naturgas, naturgas med opgraderet biogas, almindelig biogas, flaskegas eller anden gas, som brænderen nu er indrettet til. Grundlæggende består en sådan varmepumpe af en række beholdere med varmevekslere, en (eller flere) væskepumpe(r) samt gasbrænderen. De interne hovedkomponenter for varmepumpeprocessen benævnes: Generator, fordamper, absorber og kondensator. På Figur 2 ses hovedkomponenterne på en direkte fyret absorptionsvarmepumpe.

10 DGC-rapport 10 Figur 2 Principskitse med hovedkomponenter for en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Generator og kondensator arbejder tryksat, fordamper og absorber arbejder ved lavt tryk. Figur 3 viser et eksempel på en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Figur 3 Eksempel på en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Gasbrænderen ses som rød blok til venstre i billedet. Varmepumpen er af fabrikat Thermax. Billedet er stillet til rådighed af Danstoker A/S.

11 DGC-rapport 11 I absorptionskøle- og/eller varmepumpeanlæg arbejdes med væskekredse. Den centrale væske er en vandig blandingsvæske, der under forskellig tryk og temperatur henholdsvis opkoncentreres og siden i andre processer gøres svagere. Processen opnår ikke samme effektfaktor (COP) som kompressionsbaserede køle/varmepumpeanlæg. Men drivenergien for de absorptionsbaserede anlæg er oftest væsentligt billigere, idet denne i stedet for eksempelvis el kan være spild- eller restvarme fra industriprocesser eller varme fremskaffet ved direkte fyring. Absorptionsanlægget kan være baseret på et- eller totrins (double effect) funktion. Den sidstnævnte har en ekstra væskekreds indskudt og opnår den højeste COP. Generelt kan der opnås en COP på omkring 1,7 med et ettrinsanlæg for de driftstemperaturer, der vil være aktuelle for dansk varmeforsyning. Den teoretiske maksimale COP er henholdsvis 2 og 2,3 for henholdsvis et- og totrinsabsorptionsvarmepumper. Absorptionsvarmepumpers COP er generelt mindre følsom for de anvendte temperaturniveauer end eksempelvis kompressionsvarmepumper. De omtalte internt anvendte blandingsvæsker er oftest vand/lithiumbromid eller vand/ammoniak. Den førstnævnte blanding er den hyppigst anvendte; den har dog en temperaturmæssig begrænsning, idet den krystalliserer tæt ved frysepunktet. Dette begrænser mulighederne på varmeoptagssiden. Anvendelse af vand/ammoniak har ikke denne begrænsning. Anvendes totrins (double effect) varmepumper, indgår en mellemkreds, hvortil der også er nogle temperaturkrav. Anvendes ettrinsmaskiner, undgås dette. Enheder kan kobles i serie. Dette kan give ydelsesmæssige fordele når der skal den optagne energi skal løftes til relativt høje temperaturer. Man vil med en seriekobling kunne gøre dette trinvis og dermed bevare en høj COP. Herunder ses et eksempel på størrelse og vægt for en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Tabel 1 angiver mål for to effektstørrelser. Tabel 1 Eksempel på mål og vægt for direkte fyret absorptionsvarmepumpeenhed. Effekt (MW) Længde (m) Bredde (m) Højde (m) Vægt (ton) 0,5 3,97 1,95 2, ,98 2,35 2,65 25 Sammenlignes der med kedler med nogenlunde samme effekt, ses det, at de direkte gasfyrede absorptionsanlæg er større og markant tungere, se Tabel 2.

12 DGC-rapport 12 Tabel 2 Direkte fyret absorptionsvarmepumpeenhed dimensionsmæssigt sammenlignet med gasfyret kedel. Effekt (MW) Længde Bredde Højde Vægt 0, % + 30 % + 30 % % % + 40 % +25 % % Opstartstid til fuld ydelse er for visse af de eksisterende anlæg (dvs. indirekte fyrede) oplyst til ca minutter. Ved stop frigives varme minutter fra samme. Som nævnt er der allerede nu en række absorptionsvarmepumper i drift på danske fjernvarmeværker; ingen af disse er dog direkte fyrede. Der er p.t. installeret i alt ca. 20 større absorptionsvarmepumper i tilknytning til fjernvarmeproduktion. Som drivenergi anvendes både røggas (fra flis-, olieog gasfyring), damp og hedtvand. Pumperne anvendes både i tilknytning til anlæg med gasmotor og i kedelanlæg. Det sidste gælder oftest de biomassebaserede pumper. Varmeoptaget fra omgivelser, afkastrøg eller andet sker oftest ved et temperaturniveau på mellem 20 og 50 C. For den høje ende af det nævnte interval er det for disse indirekte fyrede varmepumper oftest røggas, der køles, eller eksempelvis for visse anlæg relativt varmt returvand. Hvis man køler returvand for derefter at sende det til et solfangeranlæg, vil man også i solfangeranlægget kunne forbedre ydelsen, dvs. varmeudbyttet fra solen. Varmeafgangstemperaturen på vandsiden kan være høj. Skagen Fjernvarme arbejder eksempelvis med op til 79 C afgangstemperatur. En så høj temperatur er det normalt ikke muligt at opnå med eldrevne varmepumper. De fleste af anlæggene er installeret efter år For anlægget i Thisted (geotermi) er de anvendte varmepumper dog fra 1988 og har således mange års drift bag sig. Ydelsesspektret for de anvendte anlæg er ca. 0,5 MW-13,5 MW. Som nævnt er ingen af de opstillede anlæg direkte fyrede; visse anvender varm røggas fra enten gasmotor- eller kedelanlæg som drivenergi. Driftserfaringerne fra de danske anlæg er gode; der meldes generelt om problemfri drift og lave serviceomkostninger. Projektgruppen har ud over ovenstående anlæg også kendskab til et absorptionsanlæg opstillet i tilknytning til et mindre kraftvarmeanlæg i en større dansk kontorbygning. Her produceres komfortkøling til kontorer og IT-anlæg; dette forlænger driftssæsonen for det gasmotordrevne KV-anlæg.

13 DGC-rapport 13 Der har for år tilbage også været absorptionsanlæg i drift på eksempelvis mange danske sygehuse. Disse var drevet med procesdamp, og formålet var her produktion af køling. Internationalt anvendes mange absorptionsanlæg i forbindelse med køle- og opvarmningsopgaver på hoteller, hospitaler, skoler/universiteter mv. Med sådanne anvendelser synes der ikke at være tvivl om høj driftspålidelighed Systemintegration på danske fjernvarmeværker mv. I dette kapitel vises og diskuteres en række eksempler på mulige anvendelser af direkte fyrede absorptionsvarmepumper på danske fjernvarmeværker. Koncepterne baserer sig på drøftelser i projektgruppen Køling af det kolde lag i akkumuleringstank Varmepumpen køler her i den nedre del af akkumuleringstanken. Hermed opnås, at tankens underste del vil blive koldere end ellers, hvor temperaturen her normalt vil være lig returtemperaturen fra fjernvarmenettet. Denne køling vil typisk (også) udføres om natten. Når varmeproduktion fra KV eller andet forventeligt opstartes i dagtimer, vil man med det koldere vand kunne køle røggas til lavere temperatur og dermed opnå et større energi udbytte fra såvel fyrede enheder eller eksempelvis solvarmeanlæg (se afsnit 3.26 og 5.2). Dette er en fordel for fleksibilitet og indpasning på markedet, herunder eksempelvis VE-integration. Konceptet kræver, at der er etableret en varmeakkumuleringstank. Dette er tilfældet for så godt som alle varmeværker, der indgår i den decentrale kraftvarmeforsyning (ca. 450 værker), varmeværker med eksempelvis solfangeranlæg samt enkelte rent kedelbaserede værker med gasfyring Køling af tilledning til solfangeranlæg Der er nu (ultimo 2018) opsat mere end ca. 1 mio. m 2 solfanger paneler på ca. 85 danske fjernvarme-/kraftvarmeværker. Disse anlæg er typisk opstillet sydvendt og skråt i lange rækker. Anlæggene har typisk mellem 5000 og m 2 solfangerflade. Enkelte anlæg er væsentligt større. For de fleste af disse anlæg sigtes på varmelevering herfra i perioder uden for fyringssæsonen samt delvist i overgangsperioderne forår og efterår.

14 DGC-rapport 14 Figur 4 Eksempel på solfangeranlæg opstillet i tilknytning til fjernvarmeværk. Solfangeranlæg både modtager varme (fra solinstråling) og afgiver varme til omgivelserne afhængigt af temperaturen på vandkredsen i anlægget. Desto koldere vand der tilledes solfangerne, desto højere ydelse (se Figur 5) vil solfangerne levere da tabet fra solfangeren mindskes. Figur 5 Solfanger ydelse/effektivitet som funktion af temperaturforskel mellem solfanger og omgivelser. Det ses, at koldere vand i solfangeren øger ydelsen. (Fabrikat Arcon-Sunmark). En direkte fyret absorptionsvarmepumpe vil kunne køle vandet, der tilledes solfangerne (eller den kolde del af tilknyttet lagertank) og dermed øge ydelsen fra solfangerelementerne. Varmeafgivelsen

15 DGC-rapport 15 fra absorptionsvarmepumpen sker da efterfølgende enten efter solfangerkredsen, eller eventuelt blot til akkumuleringstankens varmere del. Konceptet vil forventeligt fungere bedst og mest fleksibelt, ved at absorptionsvarmepumpen køler på tankens koldere del med varmeafgivelse i tankens varmere voluminer (top). Figur 6 Eksempel på kombination af direkte fyret absorptionsvarmepumpe og større solfangerfelt ved fjernvarmeværk. Solfangerkredsen drives her ca C lavere end ellers muligt og opnår dermed højere ydelse (10-15 % ifølge Figur 5) og vil kunne fungere længere i overgangsperioderne end ellers, da break-even for varmetab og optagen varme optræder senere. Rørdimensioner mv. bestemmer flow over solvarmepaneler; der regnes typisk med ΔT på ca. 35 C. Dette koncept vil i høj grad øge integration af VE qua den øgede varmeafgivelse fra og længere sæson for udnyttelse af solfangerkredsen Køling af fjernvarmetransmissionsledninger Fjernvarmeforsyningen i Danmark er under stadig udvikling og/eller tilpasning. Der lægges ofte nye transmissionsledninger ud til nye områder, der skal fjernvarmeforsynes. Der vil fra disse ledninger være et varmetransmissionstab, der både betyder et energispild, og måske at fremløbstemperaturen er for lav (eller kritisk) ved slutdestinationen. Dette kan således føre til, at der opsættes et booster kedelanlæg ude ved forsyningsområdet. Alternativt til eksempelvis en kedelcentral ude i det nye område kan her opstilles en direkte gasfyret varmpumpe. Denne anvender returvandet fra området (inden det går til returtransmissionsledningen) som varmeoptagsmedium og køler på dette. Varmeafgivelsen sker så til fremløbstemperaturen på forbrugsstedet; dette mindsker temperaturkravet til fremløbsvandet i fremløbstransmissionsledningen, se skitsen i Figur 7.

16 DGC-rapport 16 Figur 7 Forskellige forsyningsalternativer i forbindelse med forsyning af nyt fjernvarmeområde: Egen varmecentral (1), transmissionsledning og reserve/spidslastcentral (2) samt transmissionsledning med gasfyret absorptionsvarmepumpe ved det nye område (3). Varmepumpen (3) køler returvandet og hæver fremløbstemperaturen til transmissionsledningen. Skønsmæssigt reduceres ledningstab med 40 % ift. almindelig transmissionsledning (2). Med denne løsning opnås mindsket varmetab fra transmissionsledningen, idet både frem- og returløb kan være koldere alle årets 8760 timer. Der opnås også, at der er varmeproduktionskapacitet ude i det nye forsyningsområde. Driftsforholdene for en sådan installation er gode, driftstimetallet er forventeligt højt, og varmeoptags- og -afgivelsesmediet er behandlet fjernvarmevand, hvilket gør varmeveksling mere enkel, effektiv og billig end ved andre varmeoptagsmedier.

17 DGC-rapport Udnyttelse af overskudsvarme Direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper vil kunne medvirke til udnyttelse af overskudsvarme fra industri eller andet; varme, der ellers ikke har en tilstrækkelig temperatur til direkte at kunne bruges i værket. Koncepterne vil være ganske individuelle for den overskudsvarme, der skal anvendes. Dette gælder selve mediet, dets temperatur mv. I det tilfælde at overskudsvarmen er så rigelig, at den principielt vil kunne klare hele forsyningen, når den leveres ved rette temperatur, er der i denne situation ikke grund til at anvende varmepumpe med gas som tilsatsfyring. I dette tilfælde vil en varmepumpetype med højere COP formentlig være mere optimal, hvis temperaturen på spildvarmen skal hæves Udnyttelse i forbindelse med flisfyring Et antal gasfyrede varme- og kraftvarmeværker har opsat flisfyrede kedler. Flis er et af de mest fugtige/vandholdige (op mod 50 % vandindhold) biobrændsler. Der ligger derfor et betragteligt energiudbytte i at få kondenseret vandet, der fordampes under forbrændingen, samt det vand, der er dannet kemisk under forbrændingen. Dette gøres ofte med et scrubberanlæg, hvor røgen køles ved overbrusning med vand. Denne scrubbervandkreds køles ofte med returvandstemperaturen til værket. Hvis der på værket installeres en direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe, vil scrubbervandkredsen kunne køle røgens temperatur længere ned, og yderligere kondensation og dermed varmeudbytte vil finde sted efter fliskedlen, se Figur 8.

18 DGC-rapport 18 Figur 8 Anlæg, hvor en varmepumpe køler, så scrubbervandet der anvendes til køling af røgen fra fliskedlen opnår lavere temperatur. Der køles på en delstrøm af returvandet, ellers vil den store vandmængde kun bevirke en lille temperatursænkning. Man vil i røgtemperaturområdet ved 50 C opnå ca. 0,6 % ekstra varme pr. grad, røgtemperaturen sænkes. Er man i området ved 40 C, vil det ekstra varmeudbytte fra fliskedlen være ca. 0,3 % pr. grad, se Figur 9. Et sådant anvendelses koncept øger således VE-integrationen qua det øgede varmeudbytte fra fliskedlen. Det er som nævnt indledningsvist en forudsætning for et optimalt økonomisk resultat, at man (også) har gasbaseret varmeproduktion på det aktuelle værk, og at det øgede varmeudbytte fra fliskedel/varmepumpe fragår denne øvrige produktion.

19 DGC-rapport 19 Figur 9 Figur, der viser, hvilken ekstra varmemængde man får ud af sit fliskedelanlæg ved en ekstra grads køling af røgen. Eksempel: I området omkring 47 C fås ca. 0,5 % ekstra varme pr. grad, røgen køles ekstra. Eksempel På en varmecentral er opstillet en 10 MW fliskedel som grundlast (ca årlige fuldlastdriftstimer). Øvrig varmeproduktion sker på naturgaskedler. Røgen fra fliskedlen har p.t. en temperatur på 40 C ved afgang. Der etables nu en direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe til at køle på røggassen til 20 C og dermed øge varmeudbyttet fra flisfyringen. Fra Figur 9 ses, at der mellem 20 og 40 C kan påregnes ca. 0,2 % øget varmeafgivelse pr. grads sænkning af røgtemperatur, dvs. i alt 4 % ekstra varmeafgivelse (= 0,4 MW) fra flisfyringen uden ekstra flisindfyring. Varmen afleveres på højtemperatursiden (og her afleveres både de 0,4 MW og varmen fra naturgasfyringen hertil (ca. 0,57 MW). Man indfyrer stadig samme flismængde, får et større varmeudbytte fra fliskedlen og sparer da dette (i alt 0,4 + 0,57 = 0,97 MW) på naturgas til produktion på kedlerne. Dog indfyrer man de 0,57 MW gas til brænderen på absorptionsvarmepumpen, så den reelle gasbesparelse er her 0,4 MW i 5000 timer (= 2000 MWh). Med en gaspris på fx 4 kr./m 3 vil det svare til en årlig besparelse på ca DKK/år

20 DGC-rapport 20 En varmepumpe for denne ydelse skønnes iht. afsnit 5.1 at koste ca. 1,5-3 mio. kr. Simpel tilbagebetalingstid synes da at kunne blive 2-4 år afhængigt af de øvrige omkostninger til projektet. Der er i eksemplet regnet med en COP på 1,7 for den direkte gasfyrede varmepumpe Køling af røggas fra andre gasfyrede produktionsenheder Direkte gasfyrede absorptionspumper kan anvendes til køling af røg fra andre produktionsenheder på varmecentralen. Hermed opnås en varmeoptagskilde med rimelig temperatur, men løsningen kræver også, at de øvrige enheder er i drift, og at varmeoptaget vil være begrænset til restvarmen i den tilgængelige røggas. Denne restvarme kan for visse typer enheder være betragtelig, se Figur 10. Figur 10 Diagram, der viser eksempler på muligt ekstra varmeudbytte i røg fra forskellige varmeproduktionsenheder. Det angivne varmeudbytte er i forhold til røg ved 60 C. Har man i dag røg, der er varmere, vil udbytteprocenten blive højere end vist.

21 DGC-rapport Varmepotentiale Indledningsvis omtales valg af væskeblanding i absorptionsvarmepumpen, idet dette har betydning for udnyttelsespotentialet for forskellige varmeoptagskilder Væsketyper i varmepumpen Store absorptionsvarmepumper benytter sædvanligvis en lithiumbromidopløsning eller en ammoniakopløsning i varmepumpekredsløbet. De to opløsninger har hver deres fordele og ulemper Lithiumbromid/vand Dette er den mest udbredte type, da opløsningen hverken er giftig eller udgør en eksplosionsfare i tilfælde af lækage. Afhængig af tryk og temperatur kan opløsningen optræde i op til tre faser på samme tid (fast, væske og gas). Den faste fase er her uønsket. Normalt vil der ikke være fare for udkrystallisering af lithiumbromid (LiBr), hvis varmepumpen er korrekt dimensioneret og opererer ved de udlagte temperaturer. Ved stop har de moderne LiBr-varmepumper en procedure, hvor væskeblanding fortyndes, så der ikke er fare for udfældning ved temperaturudsving, når maskinen er stoppet og står og bliver kold. Minimumstemperaturen for varmeoptagskilden for lithiumbromidsystemet er bestemt ud fra trykket i fordamperkammeret. Typisk styres vakuumtrykket, så vandet koger ved 2-10 C. Varmeoptagskildens temperatur skal derfor ligge et vist niveau over denne temperatur for at sikre effektiv varmeoverførsel fra varmeoptagskilden til lithiumbromid/vand-kredsløbet. Lithiumbromidsystemet opereres under vakuumforhold, hvorfor falsk luftindtrængning kan være et problem ved utætheder på varmepumpen Ammoniak/vand Ammoniak/vand-systemet udgør en sundheds- og brandrisiko ved lækage, hvorfor dette system ikke er lige så udbredt i Danmark for store absorptionsvarmepumper. Ammoniaksystemet skal også arbejde under relativt højt tryk (> 25 bar). En fordel ved ammoniak/vand-systemet er, at det ikke fryser og derfor kan arbejdes med lavere temperatur på varmeoptagskilden end lithiumbromidsystemet, dvs. driftsområdet er større for ammoniak/vand-systemet. Ammoniak/vand-systemet har typisk en anelse lavere COP end lithiumbromidsystemet og er mere komplekst, da det skal opereres under tryk, hvorved anskaffelsesprisen er højere.

22 DGC-rapport Varmeoptagskilder Rådigheden af varmeoptagskilder er en afgørende parameter for varmepumpeprojekter. Kriterier for valg af varmeoptagskilde kan være tilgængelighed, temperatur, energimængde og potentiel variation over året. Potentielle varmekilder kan være: Røggas Overskudsvarme Geotermi Spildevand Grundvand Havvand Sø- og åvand Luft Interne varmekilder Røggas som varmekilde Røggas som varmekilde er en mulighed for direkte fyrede absorptionsvarmepumper. I en række tilfælde kan det alternativt svare sig at udtage en delstrøm fra røggassen ved høj temperatur til drivmiddel for selve varmepumpen og installere en indirekte fyret absorptionsvarmepumpe. Absorptionsvarmepumper kan køle røggas helt ned til C. Røggas indeholder en betragtelig mængde energi i form af vandamp, der udkondenseres, se Figur 10. Sæby Varmeværk, Skagen Varmeværk, Bjerringbro, Toftlund og Silkeborg Varme A/S er eksempler på anlæg, der har installeret absorptionsvarmepumper, der udnytter den sidste energi i røggasen via røggaskondensering. Disse anlæg drives henholdsvis ved varm røggas eller hedtvand Overskudsvarme som varmekilde Overskudsvarme er varme, som typisk køles/ventileres væk fra industriprocesser, og som med fordel kan udnyttes til fjernvarmeformål. Overskudsvarme har typisk højere temperatur end naturlige varmekilder, hvilket især for lithiumbromidkredsløbet er fordelagtigt. Udnyttelse af direkte fyrede absorptionsvarmepumper til udnyttelse af overskudsvarme fra industriprocessor er en mulighed.

23 DGC-rapport 23 Projekter af denne karakter kan dog vise sig svære at gennemføre, da varmepumpeprojekter generelt har høje omkostninger og en tilbagebetalingstid på 5-10 år. På samme tid vil der skulle etableres et samarbejde mellem fjernvarmeselskabet og virksomheden, hvor man er yderst følsom over for produktionsændringer eller produktionsophør, hvilket kan gøre denne type projekter mindre attraktive Geotermi som varmekilde Geotermi passer godt sammen med absorptionsvarmepumper. Varmekilden ved geotermi er afhængig af dybden på boringen. Temperaturgradienten i jordens skorpe er ca. 33 C/km, hvorved varmere vand opnås, jo dybere boringen er. Den ideelle dybde kan være svær at bestemme, da kvaliteten af de vandførende lag typisk falder med dybden, i form af reduceret porøsitet og permeabilitet. I Danmark er der tre geotermiske anlæg i henholdsvis Thisted, Sønderborg og Amager. Varmekildetemperaturen for anlæggene ligger mellem C. På Thisted Varmeforsyning køles geotermivandet fra 42 C til 12 C, hvor varmen overføres til fjernvarmeledningen, som opvarmes fra 40 C til 60 C af absorptionsvarmepumpesystemet. Drivkilden på Thisted Varmeforsyning er hedtvand fra nærliggende anlæg /4/ Spildevand som varmekilde Spildevandstemperaturen følger årstiderne, og det er vigtigt at gøre sig klart, hvilket varmepotentiale spildevandet indeholder i vinterperioden, hvor der netop er mest brug for fjernvarme. Figur 11 Eksempel på årlige temperaturvariationer fra renseanlægsudløb /3/.

24 DGC-rapport 24 På Figur 11 ses den årlige temperaturvariation for et renseanlæg, og det bemærkes, at i vinterperioden er temperaturen nede på 7 C nogle dage. Direkte fyrede absorptionspumper med lithiumbromid/vand-kredsløb er ikke ideelt ved så lave varmeoptagstemperaturer. Ammoniak/vand-kredsløbet vil være et bedre valg i dette tilfælde Grundvand som varmekilde Temperaturen på grundvand i Danmark er stort set konstant hele året, med en temperatur på ca C, som kan variere lidt fra sted til sted /3/. Hvis flowet på grundvandet er højt nok og konstant, kan dette være en mulig varmekilde for direkte fyrede absorptionsvarmepumper med enten lithiumbromid/vand- eller ammoniak/vand-kredsløb Havvand som varmekilde Temperaturen på havvand er så lav i vinterperioden (2-4 C), at denne varmekilde ikke er ideel til absorptionsvarmepumpedrift. Lithiumbromid/vand-kredsløbet egner sig ikke til drift ved disse temperaturer Sø- og åvand som varmekilde Temperaturen på sø- og åvand er så lav i vinterperioden (2-4 C), at disse varmekilder ikke er ideelle til absorptionsvarmepumpedrift. Lithiumbromid/vand-kredsløbet egner sig ikke til drift ved disse temperaturer Luft som varmekilde Luft er tilgængelig overalt, og varmen er ikke afgiftsbelagt, dvs. gratis. Umiddelbart er luft dog ikke den optimale varmekilde, da energitætheden i luft er meget lav i forhold til andre varmekilder. Temperaturen i fyringssæsonen er også relativt lav, hvilket medfører lavere COP end andre varmekilder med højere temperatur. Til en varmepumpe på 1 MW kræves en luftstrøm på ca m 3 /time, og der stilles derfor store krav til køleflader og ventilatorer /3/. Lithiumbromid/vand-kredsløbet egner sig ikke til drift ved disse temperaturer. På trods af den lave energitæthed i luft er der på det seneste opstillet flere større varmepumpeanlæg til fjernvarme, der udnytter varmen i luft. Jægerspris Kraftvarme og Christiansfeld Fjernvarmeselskab har begge idriftsat absorptionsvarmepumper, der i kombination med kompressionsvarmepumper kan udnytte luft som varmekilde til fjernvarmeproduktion. Kompressionsvarmepumpen udnytter energien i luft til at varme vand op til

25 DGC-rapport C, hvorfra absorptionsvarmepumpen tager over og producerer fjernvarme med en fremløbstemperatur på ca. 70 C. Tønder Fjernvarmeselskab har investeret i et 4,5 MW gasmotordrevet kompressionsvarmepumpeanlæg, hvor enten kølevand fra industri eller luft kan benyttes som varmeoptagskilde. Ringkøbing Fjernvarme har ligeledes investeret i et gasmotordrevet kompressionsvarmepumpeanlæg, hvor varmekilden er baseret på luft, se Figur 12. Figur 12 Luftindtagsanlæg, Ringkøbing Fjernvarme Interne varmekilder En kold returtemperatur er generelt ønsket på alle fjernvarmeværker. I visse tilfælde kan det betale sig at køle yderligere på returtemperaturen for at øge effektiviteten af eksempelvis fyrede produktionsanlæg, se Figur 10, eller i relation til forbedret udnyttelse af solvarmeanlæg. Returtemperaturen i fjernvarmenet ligger sædvanligvis et sted mellem C og egner sig godt for yderligere køling til direkte fyrede absorptionsvarmepumper Varmekilder i forhold til anvendelse af DABS, sammenfatning I Figur 13 ses en matrix, hvori det forsøges at prioritere forskellige varmekilder i forhold til anvendelse i direkte fyret absorptionsvarmepumpe (DABS) på fjernvarmeværker.

26 DGC-rapport 26 Figur 13 Matrix, der rangerer mulige varmekilder med absorptionsvarmepumper til fjernvarmeproduktion. I denne rapports Bilag 3 behandles mulige varmeoptagskilder og deres potentiale yderligere.

27 DGC-rapport Økonomi, og analyser, generelt 5.1. Generelle nøgletal Investeringsprisen for absorptionsvarmepumper er i /5/ for anlæg mellem 2-15 MW angivet til at ligge mellem 2,8 og 3,15 mio. kr./mw afgiven varmeeffekt. Dette gælder for komplette installationer og angives at være baseret på et mindre (1 MW) og et større (13 MW) danskopstillet anlæg. I et andet konkret projekt med en lille installation (0,65 MW) angives prisen inkl. projektering, rådgivning og tilsyn at være 2,3 mio. kr./mw. Sammenholdes oplysninger i de andre kilder, /4/ og /9/, vedr. anlæg med en varmeydelse på ca. 2 MW, ses, at prisen for sådanne anlæg er ca. 1,5 mio./mw varmeydelse. Prisen her dækker både varmepumpen og øvrigt udstyr, herunder den varmeveksler, der er indskudt i røggaskredsen. Det skønnes på baggrund af ovenstående samt erfaringer fra installationen i Hjallerup, at investeringsprisen for et samlet anlæg kan anslås til at ligge i intervallet: 1,5-3 mio. kr./mw Det er sparsomt med oplysninger om drifts- og vedligeholdsomkostninger (D/V) for de direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper. De fleste kilder er enige om, at driften er ukompliceret, og at teknologien er meget driftssikker. I /10/ er D/V-omkostningsniveauet sat til 10 kr./mwh. Dette tal er på linje med varme produceret på en traditionel kedel. I Teknologikataloget /5/ er talangivelsen baseret på et samlet årligt beløb pr. installeret MW. Prisen pr. produceret MWh vil her afhænge af det årlige driftstimetal. Antages 5000 årlige fuldlastdriftstimer, svarer det i /5/ angivne tal ca. til kr./mwh Dette tal er højere end det først angivne og lægger sig tættere på gasmotorbaserede KV-anlæg end på kedler. Da der generelt meldes om nem og problemfri drift, at det sidste tal nok er (for) højt sat. Det skønnes på denne baggrund, at tallet for variable D/V-omkostninger er kr./mwh varme Hvor ligger potentialet for sådanne installationer? Grøn Energi har, som led i et EUDP-projektet, undersøgt, hvordan direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper (DABS) kan indgå i et dansk fjernvarmesystem.

28 DGC-rapport 28 Der er foretaget beregninger med udgangspunkt i Skagen Varmeværk og Bramming Fjernvarme. Skagen Varmeværk er valgt for at undersøge, hvordan varmepumpen "spiller sammen med" højeffektiv kraftvarme, overskudsvarme, naturgaskedler og en elkedel. Bramming Fjernvarme er valgt for at undersøge, hvordan varmepumpen kan indgå i et rent naturgasbaseret fjernvarmesystem. I beregningerne her af Skagen Varmeværk er der regnet på en DABS med en COP på 1,6. Varmepumpen kan producere varme til 270 kr./mwh ekskl. afskrivninger. Det er antaget, at varmekilden kommer udefra, som eksempelvis en industrivirksomhed, der leverer overskudsvarme, som i dette tilfælde leveres omkostningsfrit for værket. For Bramming Fjernvarme er der regnet på en DABS med en COP på 1,4 og 1,6. Her er varmekilden overskudsvarme. Selve overskudsvarmen er vederlagsfri, men der betales 20,5 kr./gj-varme i afgift til staten. Det betyder, at varmepumpen kan producere varme til godt 300 kr./mwh afhængigt af COP og gaspris. For begge værker er der regnet med en investeringsomkostning for varmepumpen på 3,0 mio. kr./mw-varme. Driftsberegningerne er lavet med udgangspunkt i simuleringsværktøjet energypro /8/, hvor der er brugt afgifter gældende fra 1. maj 2018 med undtagelse af overskudsvarmeafgiften, som er baseret på forslag fra Skatteministeriet. El- og gaspriser er historiske priser fra I forhold til investeringer i nye anlæg er der ikke taget højde for eventuelle anlægstilskud som eksempelvis energisparetilskud eller anden tilskudsordning Beregning for Skagen Varmeværk I beregningerne af Skagen Varmeværk er der regnet på fem scenarier: 1. Reference (i dag) 2. Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe med en COP på 1,6 3. Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe som ovenfor, hvor kraftvarmens totalvirkningsgrad er reduceret til 95 % 4. Fliskedel med virkningsgrad på 108 % 5. Eldreven varmepumpe med en COP på 4 For de alternative scenarier 2-5 er der regnet med en varmeeffekt på 4 MW, som er lidt større end varmeproduktionen om sommeren fra Skagen Varmeværk. På Figur 14 kan man se fordelingen af den årlige varmeproduktion på de enkelte produktionsformer for hver af de fem scenarier.

29 DGC-rapport 29 Figur 14 Årlig varmeproduktion for Skagen Varmeværk opdelt på produktionsteknologi. På grund af den meget effektive kraftvarme hos Skagen Varmeværk med en totalvirkningsgrad på 104 % er det kun de dårligst betalte timer med kraftvarmedrift, hvor den direkte gasfyrede varmepumpe kommer i drift. Dermed bliver varmepumpen ikke fuldt udnyttet. Hvis totalvirkningsgraden for kraftvarmen i stedet var reduceret til 95 % (det midterste scenarie), ville varmepumpen få flere driftstimer og dermed dække en større del af varmebehovet på bekostning af kraftvarmen. Også fliskedlen og den eldrevne varmepumpe får flere driftstimer på bekostning af kraftvarmen og overskudsvarmen. På Figur 15 kan man se den beregnede årlige produktionsvarmepris for Skagen Varmeværk for de fem scenarier.

30 DGC-rapport 30 Figur 15 Årlig produktionsvarmepris for Skagen Varmeværk, dog inkl. afskrivninger for de nye investeringer Når afskrivningen for nyinvesteringen inkluderes i varmeprisen, vil scenariet med den gasfyrede varmepumpe have nogenlunde samme varmepris som i dag. Fliskedlen og elvarmepumpen vil give besparelser i varmeprisen på kr./mwh. Den simple tilbagebetalingstid ved investeringer i varmepumperne vil være på 7-10 år afhængigt af scenariet, hvor elvarmepumpen er den investering med den korteste tilbagebetalingstid, og den gasfyrede varmepumpe den investering med den længste tilbagebetalingstid. Selv ved en relativt høj COP, vederlagsfri overskudsvarme og uden betaling af overskudsvarmeafgift vil den direkte gasfyrede varmepumpe her have en simpel tilbagebetalingstid på 10 år. Som det fremgår af Figur 14 og Figur 15, vil en direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe ikke passe ind i fjernvarmesystemet i Skagen, som det ser ud i dag, hvilket i høj grad skyldes de nuværende meget effektive kraftvarmeenheder samt overskudsvarme, der er til rådighed her Beregning for anden type værk Når den direkte gasfyrede absorptionsvarmepumpe ikke passer ind i et system med højeffektiv kraftvarme, er det nærliggende at undersøge, hvor den så passer ind.

31 DGC-rapport 31 Ligesom med beregningerne af Skagen Varmeværk er varmepumpen i beregningerne af Bramming Fjernvarme dimensioneret til lidt over varmeproduktionen om sommeren, som i dette tilfælde giver en varmeeffekt på 3 MW-varme. Som man kan se på Figur 16, vil en varmepumpe få stor betydning på fordelingen af varmeproduktionen. Varmepumpen vil dække omkring en tredjedel af varmeproduktionen ved hovedsageligt at fortrænge varmeproduktion fra gaskedel. Selv ved en lav COP for den gasfyrede absorptionsvarmepumpe på 1,4 vil varmeproduktionsfordelingen ikke rykke sig markant. Figur 16 Årlig varmeproduktion for Bramming Fjernvarme opdelt på produktionsteknologi. I forhold til varmeprisen vil en DABS her også have en positiv effekt, som det fremgår af Figur 17. Her betyder det omvendt noget om COP er på 1,4 eller 1,6. Ved en COP på 1,4 vil varmeprisen blive reduceret med 20 kr./mwh og 30 kr./mwh ved en COP på 1,6.

32 DGC-rapport 32 Figur 17 Årlig produktionsvarmepris for Bramming Fjernvarme, dog inkl. afskrivninger for den nye investering. Besparelserne i varmeprisen resulterer i tilbagebetalingstider på 6-8 år. Det skal dog nævnes, at et eventuelt vederlag for overskudsvarmen vil forringe tilbagebetalingstiden. Omvendt ville et anlægstilskud reducere tilbagebetalingstiden Andre værker Det er især på de naturgasbaserede værker, at en DABS er relevant. Der er i dag omkring 65 naturgasbaserede værker, som producerer varme udelukkende på gasmotorer og gaskedler. Hertil kommer yderligere 45 værker, som foruden gasmotorer og gaskedler har solvarme, elpatroner eller begge dele installeret. Især her kan der være et potentiale for direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper. Grundet den relativt lave investeringsomkostning er en DABS ikke så følsom over for antallet af driftstimer som en elvarmepumpe. Dermed er det muligt, at den også vil kunne fungere som spidslastenhed i nogle fjernvarmesystemer.

33 DGC-rapport Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a Historik Herunder ses data og årstal for væsentlige begivenheder hos Hjallerup Fjernvarme. Teksten er altovervejende taget fra værkets hjemmeside ( Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a. blev stiftet på en generalforsamling den 16. maj Der blev investeret i en gaskedel af mærket Danstoker Værket blev ombygget, hvor der blev investeret i to nye Caterpillar-motorer Der blev indgået samarbejdsaftale med Hjallerup Vandforsyning om drift, vedligehold og administration af vandforsyningen. Samme år blev der indgået samarbejdsaftale med Klokkerholm Kraftvarmeværk om drift og vedligehold af varmeværket De to Caterpillar-motorer blev udskiftet med to Jenbacher-motorer, type JMS 620. Endvidere blev der investeret i en elkedel type Zeta, der yder 6 MW. Samme år blev kontorbygningen udvidet, og øvrige anlæg blev renoveret Der blev ført en transmissionsledning til industriområdet i Hjallerup. Denne ledning forbinder det nuværende ledningsnet med solvarmeanlægget Der blev investeret i et solvarmeanlæg på m 2, som blev idriftsat efteråret Anlægget ligger på Clausholmvej 1A. Pr. 1. juni 2015 fusionerede Hjallerup med Klokkerholm Kraftvarmeværk. I den forbindelse blev der ført en transmissionsledning fra solvarmeanlægget til Klokkerholm. Ledningsnettet forbinder herefter de to byer.

34 DGC-rapport 34 Umiddelbart inden fusionen fik Klokkerholm lov til at investere i en 1 MW biomassekedel (halm), som blev placeret ved solvarmeanlægget på Clausholmvej 1A Biomasseanlægget (halmkedel mv.) blev idriftsat efteråret Gasfyret kedel fjernes. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe, ekstra akkumuleringstank og lav- NOx-brænder installeres. En række øvrige arbejder som beskrevet i Bilag Produktionsanlæg Hjallerup, Gravensgade 18 2 stk. Jenbacher motorer type JMS 620, hver med total termisk ydelse på 4,4 MW 1 stk. Danstoker gaskedel, der yder 9,3 MW varme 1 stk. Zeta elkedel, der yder 6 MW Klokkerholm, Borgergade 44 1 stk. Jenbacher motor type JMS 612, termisk ydelse på 1,8 MW 1 stk. Danstoker gaskedel, der yder 2,9 MW varme, ny brænder i stk. direkte fyret absorptionsvarmepumpe, varmeydelse ca. 1,6 MW Bio/solvarme, Clausholmvej 1A 1 stk. Linka biomassekedel med halm som brændsel og yder 1,8 MW varme 1 stk. Arcon solvarmefelt, nu i alt ca m Forbrug og nødvendig varmeeffekt I Hjallerup by er det årlige fjernvarmebehov MWh/år (brutto) og nødvendig spidslasteffekt ca MW. For Klokkerholm er behovet MWh/år (brutto) og spidslasteffekten 2,3 MW.

35 DGC-rapport Varmepumpen hos Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a Processen i Hjallerup Processen for installation af den direkte gasfyrede absorptionsvarmepumpe i Hjallerup har haft en række trin/faser, hvoraf nogle kort oplistes herunder: a) De indledende drøftelser mellem EUDP-projektpartnerne (væsentligst AEA) og værkets ledelse. b) Beregninger af økonomi/rentabilitet (Grøn Energi og AEA). c) Fremlæggelse for og drøftelser med bestyrelsen for Hjallerup Fjernvarme (væsentligst AEA). d) Borgermøde for beboere og andelshavere i Hjallerup Fjernvarme, fremlæggelse af projekt, herunder forventninger til økonomi og tilbagebetalingstid. e) Myndighedsaccept, udarbejdelse af projektforslag til myndighedsgodkendelse. f) Beslutning og kontraktunderskrivelse vedr. leverance mv. g) Leveringstid, herunder fjernelse af gammel kedel samt klargøring af central. h) Levering/indbaksning/tilkobling/instrumentering, se omtale og billeder senere (marts 2018). i) Testdrift og overdragelse, herunder dokumentation til projekt (ultimo 2018/primo 2019). j) Almindelig drift, herunder dokumentation til projekt Parallelt med anlægsprojektets fremdrift i Hjallerup har projektets parter internt lavet planlægning af nødvendig instrumentering, testprogram mv. Projektdeltagerne har foretaget foto- og videodokumentation Installationen Den direkte gasfyrede absorptionsvarmepumpe, der nu er installeret hos Hjallerup Fjernvarme, er valgt ud fra grundige analyser med hensyn til egnet opstillingssted i forsyningsområdet. Der er foretaget driftssimuleringer med beregningsprogrammet "energypro" med hensyn til valg af størrelse/ydelse.

36 DGC-rapport 36 Varmepumpen er af fabrikat Thermax med en varmeydelse på ca. 1,6 MW. Der er tale om en ettrins direkte gasfyret varmepumpe med lithiumbromid/vand som arbejdsmedie. Typebetegnelsen er GS 30B TP/4. Gasbrænderen dertil er af fabrikat Dreizler; denne er modulerende i lastområdet %. Varmepumpen er påbygget en economizer til maksimal slutkøling af røggassen herfra. Der er valgt en ettrinsvarmepumpe frem for flertrins (der forventeligt kunne have højere COP), da der her ikke er hensigtsmæssig afsætning af mellemtemperatur -varmen fra en flertrinsinstallation. Varmepumpen er installeret på den hidtidige kedelcentral i Klokkerholm by (Borgergade-centralen). En ældre kedel er taget ud af centralen, og varmepumpe samt dennes economizer er indsat. Fra denne central går der en transmissionsledning ud til solfangeranlægget (ca m 2 ) og tilhørende akkumuleringstank på Clausholmsvej. Distancen herimellem er ca. 5 km. Varmepumpen køler på vandet, der efterfølgende ledes ud mod solfangeranlægget/akkumuleringstanken og biomassekedlen. Hele solfangeranlægget kan da drives med lavere temperaturniveau end ellers. Dette betyder, at både varmeydelsen fra solfangerne øges, og sæsonen for effektiv anvendelse af disse øges, da balancepunktet mellem varmeoptag og varmetab fra solfangerpanelerne nu bliver mere gunstigt. Varmen, der sendes tilbage i transmissionsledningen mod byen fra solvarmeanlægget, kan nu også holdes koldere; det slutopvarmes fra varmesiden af varmepumpen ved ankomst til centralen. Vandet var på dette sted tidligere 70 C; nu forventes drift med 35 C Fordele ved varmepumpeinstallationen Qua varmepumpen opnås således: Et mindsket transmissionstab fra både frem og retur på transmissionsledning (næsten en halvering) Øget varmeydelse (effekt) fra solfangere, når disse er i drift Forlænget daglig nyttig driftstid og forlænget sæson for anvendelse af solfangeranlægget. Der opnås således sparede varmetab fra fjernvarmenet og øget VE-produktion fra solfangeranlægget ved installation af varmepumpen. Det øgede udbytte fra solfangeranlægget alene grundet varmepumpen og den ekstra akkumuleringstank udgør ifølge energypro-beregningerne for det samlede projekt ca. 17 %.

37 DGC-rapport Økonomi for Hjallerup Fjernvarme Der er naturligvis foretaget økonomiberegninger for projektet hos Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a. Disse beregninger indgår i skrivelsen Projektforslag for absorptionsvarmepumpe der er indsendt til myndighedsgodkendelse mv. (Bilag 5). Disse beregninger er udført som marginalberegninger med et referencescenarie (tekniske forhold som hidtil) samt et scenarie, hvor der er installeret en direkte fyret absorptionsvarmepumpe med tilhørende economizere og installation af ekstra akkumuleringstankskapacitet; øvrige tekniske forhold er lig referencescenariet, se nærmere i Bilag 5. Projektets samlede aktiviteter omfatter en investering på i alt 8,1 mio. kr. Denne investeringssum rummer også en række andre aktiviteter end selve investeringen i varmepumpen, som eksempelvis større akkumuleringstank, ny lav-nox-kedelbrænder til ældre gasfyret kedel mv. De opnåede økonomiske besparelser knytter sig dog væsentligst til de drifts- og ydelsesfordele varmepumpen vil give. Der opnås årlige besparelser på ca. 1,3 mio. kr., hvilket giver en simpel tilbagebetalingstid for projektet på ca. lidt over 6 år. Der er i det nævnte projektforslag også foretaget beregning af samfundsøkonomi. Dette er udført efter Energistyrelsens forudsætninger herfor. Denne samfundsøkonomiske beregning viser, at der over en 20 periode opnås en fordel på 9,2 mio. kr. Der er udført følsomhedsanalyse på ovenstående samfundsøkonomiske beregning. Ændring af kalkulationsrente på 1 procentpoint op og ned fra basis på 4 % giver en samfundsøkonomisk fordel på henholdsvis 7,5 og 11,2 mio. kr. Ændring på ±10 % i brændselspris ændrer det positive samfundsudkomme til henholdsvis 6,7 og 11,8 mio. kr. Samfundsøkonomien er således ganske robust, idet hverken den viste ændring af kalkulationsrente eller brændselspris udfordrer den positive samfundsøkonomi Andet Ud over den ovennævnte positive drifts- og samfundsøkonomi viser projektet reduceret klima- og miljøbelastning. CO2-reduktionen er beregnet til ca. 17 % i forhold til nuværende (varme-) produktion. NOx-emissionen reduceres ligeledes med ca. 17 % i forhold til hidtidig produktion. Projektbeskrivelse anvendt i forbindelse med myndighedsbehandling kan ses i Bilag 5.

38 DGC-rapport 38 Herunder og på næste side ses en række fotos af varmeforsyningscentralerne hos Hjallerup Fjernvarme samt af varmepumpeinstallationen. Varmecentral Gravensgade, Hjallerup. Varmecentral Borgergade, Klokkerholm. Varmecentral Clausholmsvej, mellem Hjallerup og Klokkerholm. Her er bl.a. opstillet solfangere og biomassekedel. Varmepumpen ankommer til Borgergade centralen, forår Først løftes varmepumpens economizer ind. Varmepumpen installeres, hvor der tidligere har stået en kedel.

39 DGC-rapport 39 Selve varmepumpen løftes fra blokvogn. Der gøres klar til indbaksning, brænder på varmepumpen er her monteret. Der er lige akkurat plads til enheden gennem murgennembrydningen.

40 DGC-rapport Målinger på varmpumpen i Hjallerup I EUDP-projektet indgår også et måle- og dokumentationsprogram for den direkte gasfyrede absorptionsvarmepumpe. Varmepumpen er til dette formål blevet udstyret med et antal ekstra målere, egen gasmåler, præcisionsvarmemålere (optag/afgivelse), et antal ekstra temperaturfølere samt udtag, der kan anvendes i forbindelse med miljømålinger og andet. Varmepumpen følges i værkets almindlige drift i den resterende del af EUDP-projektperioden via værkets SRO-anlæg og omtalte målere mv. Herudover er gennemført et antal korttidsydelses-, virkningsgrads- og miljøtests under kontrollerede forhold, herunder forskellige lasttrin Drift og driftsmønster for varmepumper Varmepumpen er installeret for på den kolde side at levere koldere vand end returtemperaturen fra fjernvarmenettet. Dette koldere vand anvendes i forbindelse med transmissionsledning ud til anden central (Clausholmsvej med halmkedel og solfangerfelt). Hermed opnås både sparede varmetab fra transmissionen samt større effekt, længere effektive dage og længere effektiv sæson for solvarmeanlægget. Gasprisen varierer ikke over dagen for gasforbruget på Hjallerup Fjernvarme. Den mest cost-effektive drifts- og dimensioneringsform for varmepumpen vil da være, at den arbejder jævnt og øger indholdet af det køligere vand i akkumuleringstank om natten og bruger heraf (samt det løbende producerede fra varmepumpen) om dagen, hvor solfangerne er effektive. Herunder er i Figur 18 vist, hvorledes driften af varmepumpen har været i perioden primo november 2018 til ultimo marts 2019.

41 DGC-rapport 41 Figur 18 Varmepumpens drift i perioden fra november 2018 til og med april Det afbildede repræsenterer timeværdier fra gasmåler. Det ses at varmepumpen kan arbejde over et stort last område. Varmepumpen er lukket ned medio april 2019 idet solvarmen nu i sommerperioden mestendels kan klare varmebehovet. I perioden november-december 2018 var der en del tilpasning og ombygning. Der ses her megen dellast samt relativt mange stop. For driften i januar og februar 2019 ses væsentligt højere og mere stabil drift samt færre stop end i forrige periode. I Figur 19 er varmepumpens drift vist i forhold til udetemperaturen i det nordlige Jylland. Driften ses her at være mest intensiv, netop når det er koldest.

42 DGC-rapport 42 Figur 19 Varmepumpens drift i perioden fra november 2018 til og med april 2019 i forhold til udetemperaturen. Mest intensiv drift optræder hvor det samtidig er koldest ude. I Figur 20, 21, 22 og 23 er vist eksempler på driften over nogle døgn i henholdsvis januar, februar, marts og april Graferne er baseret på timetalsdata fra gasmåleren til varmepumpeenheden.

43 DGC-rapport 43 Figur 20 Eksempel på drift over 48 timer i januar Figur 21 Eksempel på drift over 48 timer i februar 2019.

44 DGC-rapport 44 Figur 22 Eksempel på drift over 48 timer i marts Figur 23 Eksempel på drift over 48 timer i april 2019.

45 DGC-rapport DGC-målinger DGC har udført en række præcisionsmålinger på varmepumpeenheden i driftsperioden Instrumentering mv. Til målingerne er dels anvendt DGC s medbragte præcisionsmåleudstyr og dels måleudstyr, der er monteret på enheden. Sidstnævnte er eksempelvis udstyr som gasmåler til bestemmelse af indfyret effekt samt varmemålere til både optagen varmeeffekt på varmepumpens kolde side og afgiven varmeeffekt på den varme side. Også en række driftstermometre på værket og enheden aflæses for dermed bedst at kunne beskrive driftsbetingelserne under målingerne. Det var oprindeligt tanken at have mulighed for dobbeltbestemmelse af indfyret effekt samt afgiven varme, da eksempelvis blot usikkerhed på 3 % på bestemmelse af indfyret effekt og eksempelvis 3 % på varmemålingen kan resultere i en målt COP fra 1,51 til 1,70, hvis målerne går til hver sin side. Gassystemet er dog siden oprindelig installation blevet ombygget, uden at DGC blev oplyst herom, så denne dobbeltbestemmelse af indfyret gasmængde nu ikke længere er mulig. Gassens brændværdi under målinger er fastlagt ved udtagelse af gasprøve, der efterfølgende er sendt til analyse og brændværdibestemmelse. Der er typisk hver gang foretaget 2-3 målinger, hver af en times varighed Måleresultater De af DGC foretagne kortidsmålinger har haft til formål at opstille energibalance og dokumentere emission for enheden under veldokumenterede driftsforhold. Baseret på mål temperatur og ilt procent for røggassen for røgtabet efter enheden beregnes. Varmepumpens samlede tab kan også bestemmes ud fra forskel mellem den effektivt afgivne effekt og summen af indfyret samt optaget (køleside) effekt. Disse to fundne tab behøver ikke helt at harmonere grundet generel usikkerhed samt at overfladetabet ikke er direkte bestemt. Dette vurderes at være lidt større end for kedler med samme varmeydelse og vurderes her at udgøre 1,5 %, svarende til 23 kw. Denne skønnede værdi synes faktisk at give fornuftig overensstemmelse mellem de fundne tab ved de to metoder.

46 DGC-rapport 46 Varmepumpens COP (effektive varmeafgivelse i forhold til drivenergi (= den indfyrede effekt)) udregnes baseret på aflæsning af gas- og varmemålere samt aktuel brændværdi bestemmelse for gassen under måleserien. Et eksempel på gasanalyse af gassen, der er anvendt på værket under målingen kan ses i Bilag 6 og 7. Data for en række af de anvendte måleapparater mv. fremgår eksempelvis af Bilag 6. Måleresultater for måleserierne fremgår af Tabel 3.

47 DGC-rapport 47 Tabel 3 Korttidsmålinger Hjallerup/Klokkerholm DABS Kortidsmålinger DGC Serie 1 Serie 2 Dato 23/ / Input/output Gasforbrug Nm3/h Indfyret effekt **) kwh/h Varmeydelse kwh/h Varmeoptag kwh/h Røggas målinger O2 vol % (*) 3,8 3,9 NOx ppm (vol) (*) CO ppm (vol) (*) < 5 <5 UHC ppm (vol) (*) < 44 i.m. Røgtemp, ud VP gr.c Røgtemp, ud eco1 gr.c i.m. i.m. Røgtemp, ud eco2 gr.c Driftsdata Temp ude gr.c 0 11 Temp, kedelrum gr.c Furnace Temp gr.c i.m. Varmekreds VP Fremløbs temp gr.c Retur temp gr.c Vandflow m3/h 37,5 37,3 Varmeydelse kwh/h Kølekreds VP Fremløbs temp gr.c Retur temp gr.c Vandflow m3/h 19,4 20,7 Beregnede værdier Røgtab eft. eco **) % -8,5-8,6 Beregnet røgtab **) kwh/h Tab ifølge Energimålere **) kwh/h Beregnet COP varme **), (-) 1,53 1,56 *) tør røggas **) ref. nedre brændværdi, målt i.m. : Ikke målt

48 DGC-rapport Mærkepladedata for varmepumpe og brænder Direkte fyret absorptionsvarmepumpe Fabrikat: Thermax Type: GS 30B TP Ydelse: 1612 kw varme Byggeår: 2018 Gasbrænder Fabrikat: Dreizler Type: M1501-F1 ARZ Serie nr Maks, indreg. effekt 975 kw Byggeår: 2018 Driftstimetæller: 2005 Brændsel: Naturgas Gasbrænderen arbejder modulerende (trinløst) i lastområdet % Varmepumpen er installeret i værkets kedelrum sammen med diverse hjælpeudstyr. Efter varmepumpen ledes røgen gennem to economizere for slutafgivelse af varme før røgen ledes til skorsten.

49 DGC-rapport Formidling Denne rapport udgør som nævnt den faglige slutrapportering for det EUDP-støttede projekt. I projektperioden har projektparterne som lovet i ansøgningen løbende givet information om projektet på/i forskellige fora. Nedenfor oplistes en række af disse løbende formidlingsaktiviteter: Artikler Der er publiceret en række artikler direkte om projektet - eller hvor projektet omtales. Eksempler er angivet herunder: Hjallerup Fjernvarme tester absorptionsvarmepumpe, artikel i GASenergi Nr. 4, 2017 Nye tider - nye muligheder, artikel i KRAFTVARME NYT april 2018 Hjallerup Fjernvarme klar til test og drift af ny type varmepumpe, FJERNVARMEN NR 5, august 2018 Direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper kan blive gaskedlernes afløser, FJERVAR- MEN NR 6, oktober 2018 Nye gasteknologier matcher fjernvarmens krav til effektivitet, GASenergi Nr. 4, 2018 Hjallerup Fjernvarme har sat gang i den gasfyrede varmepumpe, GASenergi Nr. 4, 2018 Omtale Projektet har fået omtale på eksempelvis DGC, GrønEnergi og AEA s hjemmesider. Det er endvidere omtalt på netmediet EnergySupply 5/ EUDP-projekt undersøger ny lovende type varmepumpe. Dette medie er ganske vellæst i energibranchen. Der er ad flere omgange informeret om projektets status i nyhedsbrevet KV-info; en publikation, der udsendes til kraftvarmeanlægsejere, værker og leverandører hertil. Dette er bl.a. sket i Nr. 40, september Projektet omtales på DGC's webinar om gas til større anlæg ( ), som ligger tilgængeligt på under Aktuelt.

50 DGC-rapport 50 Temadage Projektet har været omtalt på eksempelvis Gastekniske Dage i Billund Det vil også blive omtalt på Gastekniske Dage i maj 2019 i forbindelse med indlæg om muligheder for VE-integration og teknologier med lav varmeproduktionspris på fjernvarmeværkerne. Projektet blev i 2018 omtalt ved temadage i henholdsvis Jægerspris samt Ringkøbing hvor netop gasdrevne varmepumper var emnet. Der er planlagt fire temadage om større gasdrevne varmepumper i foråret Disse temadage foregår (forudsat fornøden tilmelding) rundt om i landet. Et af møderne afholdes i Hjallerup med efterfølgende anlægsbesøg ude ved varmepumpen. Arrangør af disse temadage er Foreningen Danske Kraftvarmeværker, Dansk Gasteknisk Center samt EnergiFyn, se yderligere herom på eller på EnergiFyns hjemmeside. Videofilm Der er i projektregi produceret to videofilm om varmepumpen hos Hjallerup Fjernvarme. Den første er kort og uden lyd, men alene med optagelser og forklarende tekst. Videofilm nr. 2 er lidt længere, og her suppleres blandt andet med interview med driftslederen på Hjallerup Fjernvarme. Disse videofilm har eksempelvis været anvendt på Dansk Fjernvarmes Landsmøde 2018 samt på temadag i Foreningen Danske Kraftvarmeværker Kraftvarmedag marts De vil også blive anvendt fremover, eksempelvis på Gastekniske Dage i maj Videofilmene ligger tilgængelige på YouTube (/6/ og /7/ eller søg varmepumpe og Hjallerup Fjernvarme på YouTubes forside), på DGC s og flere af de øvrige projektdeltageres hjemmesider. Andet Projektet har endvidere bidraget til Drejebog om store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet (2017), hvor direkte gasfyrede termiske varmepumper (DABS) er beskrevet på side 35. Drejebogen er udarbejdet for Energistyrelsen og bliver hyppigt brugt som opslagsværk i forbindelse med varmepumpeprojekter og -beregninger.

51 DGC-rapport Konklusion Projektets indledende analyser har afdækket at de mest oplagte installations segmenter i fjervarmesektoren for sådanne enheder vil være gasfyrede fjernvarmcentraler, hvor man også har solvarmeanlæg og/eller flisfyring. Bedst driftsøkonomi opnås hvis det er gasfyret varmeproduktion på kedel der fortrænges. Den direkte fyrede absorptionsvarmepumpe, der er leveret og installeret, fungerer godt og lever op til de lovede ydelser. Den fungerer fint i driften sammen med de øvrige produktionsenheder i forbindelse med centralen i Klokkerholm. Den er den første af sin art (større direkte fyret absorptionsvarmepumpe) opstillet på et fjernvarmeværk. I den aktuelle installation blev der under prøvedrift og indkøring fundet fejlkobling af den tilknyttede rørinstallation, der betød forringet virkningsgrad/cop for enheden. Også nogle følere viste sig at have fejlfunktion. På et tidspunkt førte for lav temperatur til, at lithiumbromid-blandingen krystalliserede. Der er efterfølgende opnået følgende nøgletal for ydelse og forbrug for enheden: Køleydelse: 515 kw Varmeydelse: 1576 kw Indfyret effekt: 1000 kw COP: 1,6 Røgtemperatur, udgang VP: 175 C Røgtemperatur, udgang fra påbygget economizer: 29 C Driftstimetallet for enheden fra opstart efteråret 2018 og til EUDP-projektets afslutning ( ) har været 3397 timer. Der er også målt emissioner fra anlægget (se Tabel 4). Disse emissioner knytter sig til den tilkøbte brænder og vil således kunne blive anderledes ved valg af anden brænder.

52 DGC-rapport 52 Tabel 4 Emission og grænseværdi CO 2 O 2 NO x 1) CO UHC 3) Middelværdi (vol-%/ppm 9,9 ± 0,3 3,8 ± 0,2 31 ± 2 < 5 < 44 Middelværdi (mg/m 3 10 % ilt 2) ± 3 < 4 < 15 Grænseværdi (mg/m 3 10 % ilt 4) ) NO + NO2, NO vægtmæssigt beregnet som NO2 2) De angivne usikkerheder er inkl. usikkerhed på iltmåling 3) Kulbrinter vægtmæssigt regnet som metan 4) Grænseværdier for CO og NOx, jf. Miljøstyrelsens standardvilkår G201 og G202 samt Luftvejledningen inkl. 1. supplement Emissioner er i anden linje i Tabel 4 på vanlig vis angivet i forhold til indfyret effekt og omregnet til en iltreference på 10 %. For varmepumper gælder, at varmeleverancen væsentligt overstiger den indfyrede effekt. Dette betyder, at selvom gasbrænderen her eksempelvis har samme emissionstal som den hidtidige brænder på kedlen, vil der de facto optræde en mindre emission, idet der kræves mindre indfyret effekt på varmepumpe frem for kedel for samme varmeleverance. Varmepumpen har vist den forventede COP-værdi og har efter indkøring vist den forventede driftspålidelighed. Ydelsesmæssigt kan den arbejde mellem 0 og 100 % last. Der har ikke været muligt ved måling i den korte driftsperiode direkte at eftervise det forventede økonomiske resultat. Ligeledes har det heller ikke ved måling været muligt at vise, om solvarmeanlægget leverer præcist som beregnet. Aktuelt solindfald følger i sagens natur ikke præcist den for beregningerne tilgrundliggende referenceindstråling. Det, der i den sammenhæng har kunnet konstateres, er, at varmepumpen fra den kolde side leverer vand ved den (lavere) temperatur, der indgår i beregningerne for solvarmeanlæggets højere nettoydelse grundet panelernes lavere varmetab til omgivelse. Datablade for de anvendte paneler ses i Bilag 8. Det kan konkluderes, at denne type varmepumpe fint kan indgå på danske mindre og mellemstore fjernvarmeværker til eksempelvis: a) At øge effekt, sæsonlængde og dermed årlig ydelse for solvarmeanlæg b) Forventeligt også at kunne øge ydelsen fra fliskedler c) At kunne øge varmeydelse fra andre produktionsenheder (kedler, kraftvarme mv.) d) At nedbringe varmetab fra transmissionsledninger Ved tilkobling som anført herover øges VE-andelen på værket, tab mindskes og/eller brændselsforbrug nedsættes. Andre typer varmepumper vil kunne gøre det samme.

53 DGC-rapport 53 Endeligt valg af varmepumpetype må bero på konkret økonomisk analyse samt overvejelser omkring eksempelvis støj, investeringsomkostning, vedligeholdsomfang samt eventuelle krav til temperaturer på kold og varm side af varmepumpen. Absorptionsvarmepumper har fordele, hvad angår lavt støjniveau, moderat investering samt lavt servicebehov i forhold til kompressionsvarmepumper. Absorptionsvarmepumper har dog også sædvanligvis temperaturbegrænsning på den kolde side og lavere COP end kompressionsbaserede varmepumper. Dokumentations- og beregningsproblemstilling afdækket I forbindelse med beregningerne for den aktuelle installation hos Hjallerup Fjernvarme har projektet her afdækket udfordringer med hensyn til drifts- og økonomiberegning i det meget anvendte beregnings- og dokumentationsprogram energypro for varmepumper. Problemstillingen knytter sig til anvendelse af sådanne værksinterne varmekilder, som eksempelvis køling af nederste lag i fjernvarmeværkers akkumuleringstank, hvor så energigevinsten hentes senere som eksempelvis øget varmeudbytte fra solfangere, fliskedler eller andet. Som det er nu, vil sådanne udfordringer omkring beregning kunne føre til, at sådanne værksinterne varmeoptagspotentialer ikke realiseres og udnyttes i forbindelse med større varmepumper generelt. Et nyt EUDP-projekt om denne væsentlige problemstilling er derfor søgt, bevilget og igangsat i foråret 2019 for at muliggøre beregning og dermed realisering. Dette nye projektet er direkte afledt af de erfaringer, der er gjort i forbindelse med beregninger udført i projektet, der her afsluttes.

54 DGC-rapport Referenceliste /1/ Direkte gasfyrede varmepumper 0,5-10 MW, Jan de Wit, projektrapport, DGC, januar /2/ Store varmepumper i fjernvarmen, hvorfor og hvordan, Niels From, Planenergi 2014 /3/ Drejebog for store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet, udarbejdet for Energistyrelsen af Grøn Energi m.fl., Opdateret /4/ Inspirationskatalog for store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet, udarbejdet for Energistyrelsen af Grøn Energi m.fl., Opdateret /5/ Energistyrelsen/Energinet.dk: Technology Data for Energy Plants, maj 2012 /6/ Video 1: /7/ Video 2: /8/ - udvikler af energypro /9/ Oplysninger om Bjerringbro Varmeforsyning /10/ Oplysninger om Langå Varmeværk

55 DGC-rapport Anvendte forkortelser AEA COP DABS DGC DH D/V EUDP GIS Gr.E KV LiBr VE VP WP Aktive Energi Anlæg A/S Coefficient of Performance Direkte fyret absorptionsvarmepumpe Dansk Gasteknisk Center a/s District Heat (Fjernvarme) Drift og Vedligehold Det Energiteknologiske Udviklings- og Demonstrationsprogram Geographic Information System Grøn Energi Kraftvarme Lithiumbromid Vedvarende energi Varmepumpe Work Package (arbejdspakke iht. projektbeskrivelsen)

56 DGC-rapport 56 Bilag 1: Deltagende personer i projektet Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) Jan de Wit Lars Jørgensen Bjørn K. Eliasen Steen D. Andersen Johan Bruun Conny R. Petersen Eva Terkelsen Aktive Energi Anlæg A/S (AEA) Kent Simonsen Anders Nicolaisen Grøn Energi/Dansk Fjernvarme Kasper Nagel Christian Holmstedt Hansen John Tang Hjallerup Fjernvarme a.m.b.a. Karsten Sønderkær Deltagere i følgegruppe Skagen Fjernvarme: Jan Diget Lemvig: Svend Erik Bjerg Skals: Henrik Pedersen Øvrige: Bramming Fjernvarme v/steen Thøgersen

57 DGC-rapport 57 Bilag 2: Teknologibeskrivelse og systemintegration (WP1.1-rapport)

58 Teknologibeskrivelse og systemintegration, WP1 EUDP-projekt j.nr Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe Delprojektrapport Marts 2017 Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf

59 Arbejdspakke WP1: Teknologibeskrivelse og systemintegration EUDP 2016-projekt: Direkte fyret absorptionsvarmepumpe (DABS) Jan de Wit, Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) Kent Simonsen, Aktive Energi Anlæg A/S (AEA) Kasper Nagel, Grøn Energi/Dansk Fjernvarme Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2017

60 Titel : Arbejdspakke WP1:Teknologibeskrivelse og systemintegration Rapport kategori : Projektrapport Forfatter : Jan de Wit, Dansk Gasteknisk Center a/s Kent Simonsen, Aktive Energi Anlæg A/S Kasper Nagel, Grøn Energi/Dansk Fjernvarme Dato for udgivelse : Marts 2017 Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\743\57 Direkte gasfyret ab.varmepumpe\jdw\wp1-teknikmv\rapportwp1\wp1_tekn_systinte_final.docx Sagsnavn : Direkte fyret absorptionsvarmepumpe ISBN :

61 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Introduktion, WP Fjernvarmeværker Teknologibeskrivelse, direkte fyrede varmepumper Overordnet opbygning mv Økonomi, nøgletal mv Varmeoptagskilder, generelt Systemintegration på danske varmeværker mv Køling af det kolde lag i akkumuleringstank Køling af tilledning til solfangeranlæg Køling af fjernvarmetransmissionsledninger Udnyttelse af overskudsvarme Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe i forbindelse med flisfyring Køling af røggas fra andre gasfyrede produktionsenheder Leverandører Referencer Følsomhedsanalyse Bilag Bilag 1: Økonomiberegninger DABS, eksempler Bilag 2: Teknologi og økonomidata fra Teknologikataloget (ENS/Energinet.dk 2012)

62 DGC-rapport 2 1 Introduktion, WP1 Arbejdspakke 1 (WP1) har overordnet til formål at belyse væsentlige tekniske forhold omkring direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper. Dette omfatter tilgængelige tekniske og økonomiske nøgletal. Det omfatter også generelle drifts- og installationsmæssige forhold. Endvidere belyses kort mulige varmeoptagskilder. Dog er der en separat arbejdspakke (WP1.2), der alene behandler dette emne. Analysearbejdet skal afdække fordele, ulemper og eventuelle begrænsninger for anvendelse af denne teknologi på danske varmeværker. Arbejdspakken skal belyse (bedst) mulig integration på fjernvarmeværker (dvs. kedelanlæg, kraftvarme mv.) og eventuelt også samspil med industrien (overskudsvarme mv.). En række relevante koncepter opstilles og diskuteres. Projektet er som helhed rettet mod større direkte gasfyrede varmepumper med sigte på anvendelse på danske fjernvarmeværker, dvs. forventeligt enheder på mellem 1 og 10 MW varmeydelse. Analysens resultater skal danne baggrund for valg af demonstrationsvært for opstilling af en direkte gasfyret varmepumpe. Projektarbejdet er i henhold til den overordnede projektbeskrivelse og tidsplan gennemført i perioden medio oktober til februar 2017.

63 DGC-rapport 3 2 Fjernvarmeværker Fjernvarmeselskaber og -værker i Danmark kan opdeles på mange måder. Herunder er foretaget en overordnet inddeling på bagrund af produktionsforhold, størrelse, brændsel og teknik/brændsel. Grundlæggende er fjernvarmeforsyning defineret som et distributionsnet, der forsyner forskellige matrikelnumre, oftest med forskellige ejere. Betegnelsen blokvarmecentraler dækker over centraler, der alene forsyner en eller flere bygninger på matrikel med samme ejer (fx et boligselskab, der forsyner et antal egne ejendomme). Visse værker/selskaber har ikke egen produktion, men baserer sig på varmeleverancer fra andre aktører til deres respektive distributionsnet. Disse selskaber kan have nogle få kedelbaserede spids- eller nødcentraler, der kan opretholde leverancen/temperaturen, hvis den sædvanlige leverandør falder ud. En række centrale kraftvarmeværker leverer ind til større byer og større varmeforsyningsnet, fx de københavnske VEKS, CTR, HOFOR, TVIS mv. Varmeproduktionen her er oftest baseret på store centrale kraftværksenheder. I en række mellemstore byer er etableret større decentrale kraftvarmeproduktionsenheder, ofte på gas. Dette gælder eksempelvis byer som Hillerød, Svendborg, Sønderborg, Silkeborg, Viborg, Brønderslev, Hjørring. En række af disse er baseret på gasturbiner, oftest i combined cycle-opkobling, dvs. både gas- og dampturbine. Et ganske stort antal fjernvarmeværker forsyner mindre bysamfund. Disse værker kan have fra under 200 forbrugere til nogle tusinde. Visse af disse mindre værker anvender biomasse og har alene kedeldrift. Mange er gasbaserede og har da typisk både gasfyrede KV-enheder (1-3 stk.) og kedler (2-4 stk.). Kedlerne vil oftest være gasfyrede, men mange værker har en eller flere kedler, der kan fyres med olie af hensyn til forsyningssikkerhed mv.

64 DGC-rapport 4 Disse anlæg, der jo oftest har både el- og varmeproduktion, er typisk udstyrede med varmeakkumuleringstanke. Dette giver maksimal driftsfleksibilitet, maksimal produktionsvirkningsgrad og sikkerhed for varmeforsyning i forbindelse med nedbrud eller service på produktionsenheder. En række værker har etableret fliskedler til grundlastvarmeproduktion; denne etablering fandt særligt sted i en periode med høj gaspris. Der ultimo 2016 opført mere end 100 større solvarmeanlæg i tilknytning til fjernvarmeværker og -forsyning. Det samlede areal solfangere er nu oppe på ca. 1,25 mio. m 2. Forsyningen herfra dækker typiske en væsentlig del af varmeforsyningen om sommeren og delvist lidt ind i overgangsperioderne. Et mindre antal fjernvarmeværker har indkøbt lidt større elkedler for at kunne producere varme (og samtidig levere reguleringsydelser, nedregulering) når elprisen er lav. Brændselsudgiften på værkerne er traditionelt den dominerende udgift, hvorfor der i vid udstrækning er gjort meget for effektiv energiudnyttelse. På gasfyrede grundlastkedler er typisk installeret kondenserende røgkølere, således at røgtabet minimeres, og kondensationsenergien i røgens vanddampe indvindes til varmeproduktion. Mange af de gasfyrede KV-enheder har også fået ekstra røgkølere med samme sigte. Hvor en røgtemperatur på 120 C var normen i midthalvfemserne, er standardtemperaturen nu nærmere 60 C, og mange køler som sagt længere ned med såkaldte LT2- vekslere og/eller varmepumper, der eksempelvis køler røgen. Laveste røgtemperaturer er i dag nede under 30 C. Brændselsudgiften er som nævnt den store udgiftspost for værkerne. Dette er så også årsagen til ønsket om omlægning til afgiftsfri biomasse og/eller eksempelvis solvarme. Der er nu (ultimo 2016) opstillet mere end 1 mio. m 2 solfangere i tilknytning til ca. 100 fjernvarmeværker. Et antal værker anvender overskudsvarme fra industri eller andet; et mindre antal har varmepumpeforsyning fra geotermi (fx København og Thisted).

65 DGC-rapport 5 Der er i alt ca. 425 fjernvarmeselskaber registreret i Danmark. Dansk Fjernvarme og DGC vurderer, at der er ca. 900 fjernvarmeværker/centraler, hvorfra varmeproduktion foregår eller er mulig. Ca. 320 fjernvarmeværker/centraler har installeret gasbaseret kraftvarmeproduktion enten ved gasfyrede gasturbiner eller gasmotorer. Der er installeret i alt ca. 800 gasmotorer med en samlet effekt på ca. 980 MWe i Danmark i forbindelse med kraftvarmeproduktion. Heraf skønnes de 600 motorer at være installeret på fjernvarmeværker. Der er installeret ca. 38 gasfyrede gasturbiner til kraftvarmeproduktion. Disse har, alene på gasturbinedelen, en samlet effekt på små 700 MWe. Et antal mindre gasturbiner (3-6 MWe pr. stk.) er installeret i industrien, mens de større typisk er installeret på fjernvarmeværker. På de næste sider vises data for og billeder af tekniske installationer på typiske gasfyrede decentrale kraftvarme/fjernvarmeværker.

66 DGC-rapport 6 Figur 1 Udgiftsfordeling for et gasfyret decentralt kraftvarmeværk med tre gasmotorer samt gaskedler. Det ses, at brændselsudgiften er dominerende her, 78 %. På dette værk er der arbejdet med brændselseffektivisering, og brændselsomkostningsandelen er faktisk lavere end på en række andre størrelsesmæssigt lignende værker. På fjernvarmeværker uden kraftvarmeenheder er andelen oftest endnu højere. Figur 2 Analyse af 100 tilfældigt udvalgte kedler, mest gasfyrede fjernvarmekedler, men enkelte blokvarmecentralkedler indgår også. Det ses, at visse af de opstillede kedler har en pæn alder, faktisk er de fra før, naturgas var tilgængeligt i Danmark. De har da været oliefyrede.

67 DGC-rapport 7 Figur 3 Kedlerne fra Figur 2 s virkningsgrad kontra alder. Det ses, at mange er udstyret med ekstern røgkøler (economizer), og dette giver høj varmeproduktions virkningsgrad. Figur 4 Installationsår for naturgasfyrede gasmotorenheder til KVproduktion i Danmark. Det ses, at de fleste enheder blev etableret i perioden

68 DGC-rapport 8 Figur 5 Installationssegment for opstillede gasmotorer til kraftvarmeproduktion på de danske installationer. Det ses, at fjernvarmeværkerne dominerer som opstillingssted. Figur 6 Størrelsesfordeling for de opstillede gasmotorer.

69 DGC-rapport 9 Figur 7 Varmeforsyning i Danmark, tælling Kilde Energistyrelsen

70 DGC-rapport 10 Kedler på fjernvarmeværk. Economizer installeret efter gaskedel. Mindre gasfyret kraftvarmeværk. Solfangeranlæg i tilknytning til fjernvarmeforsyning. Større elkedel opstillet på fjernvarmeværk. Figur 8 Eksempler på diverse varmeproduktionsudstyr opstillet på danske fjernvarmeværker.

71 DGC-rapport 11 Varmebehovet over året for en fjernvarmecentral vil være karakteriseret ved en andel graddagebestemt forbrug og en andel, der ikke er graddagebestemt. Det sidste kan dække over forbrugernes behov for varmtvandsforsyning og kan skulle dække fjernvarmedistributionssystemets nettab. Et eksempel på årlig varmeproduktion fra en central er vist i Figur 9. Figur 9 Eksempel på varmeproduktion på en fjernvarmecentral over året. Den viste central anvender både flis (grøn) og naturgas (rød) som brændsel.

72 DGC-rapport 12 3 Teknologibeskrivelse, direkte fyrede varmepumper 3.1 Overordnet opbygning mv. Absorptionsvarmepumpen er en varmpumpe, der kan modtage varme fra en varmeoptagskilde ved lav temperatur og afgive samme ved en højere temperatur. Varmeafgivelsen inkluderer så både energimængden fra varmeoptaget foruden den energi, der er tilført ved fyringen, se principskitse i Figur 10. Figur 10 Principskitse for en varmepumpe. På figuren er anvendt de betegnelser for energistrømme, der anvendes i den efterfølgende del af rapporten (Skitse fra ref. /5/). Den energi, der optages fra varmeoptagskilden, kan være VE-baseret og/eller overskudsvarme fra anden produktion, se mere herom i kapitel 3. Gassen, der bruges i gasbrænderen, kan være naturgas, naturgas med opgraderet biogas, almindelig biogas, flaskegas eller anden gas, som nu brænderen er indrettet til. Grundlæggende består en sådan varmepumpe af en række beholdere med varmevekslere, en (eller flere) væskepumper samt gasbrænderen. De interne hovedkomponenter for varmepumpe processen benævnes: Generator, fordamper, absorber og kondensator. På Figur 11 ses hovedkomponenterne på en direkte fyret absorptionsvarmepumpe.

73 DGC-rapport 13 Figur 11 Principskitse med hovedkomponenter for en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Figur 12 viser et eksempel på en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Figur 12 Eksempel på en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Gasbrænderen ses som rød blok til venstre i billedet. Varmepumpen er af fabrikat Thermax. Billedet er stillet til rådighed af Danstoker A/S.

74 DGC-rapport 14 Her følger en overordnet beskrivelse væsentligst taget fra /1/. I absorptionskøle- og/eller varmepumpeanlæg arbejdes med væskekredse. Den centrale væske er en vandig blandingsvæske, der under forskellig tryk og temperatur henholdsvis opkoncentreres og siden ved fordampning gøres svagere. Processen opnår ikke samme effektfaktor (COP) som kompressionsbaserede køle/varmepumpeanlæg. Men drivenergien for de absorptionsbaserede anlæg er oftest væsentligt billigere, idet denne i stedet for eksempelvis el kan være spild- eller restvarme fra industriprocesser eller varme fremskaffet ved direkte fyring. Absorptionsanlægget kan være baseret på et- eller totrins (double effect) funktion. Det sidste har en ekstra væskekreds indskudt og opnår den højeste COP. Generelt oplyses det, at der kan opnås en COP på omkring 1,7 for de driftstemperaturer, der vil være aktuelle for dansk varmeforsyning (ref. /13/). Den teoretiske maksimale COP er henholdsvis 2 og 2,3 for henholdsvis et- og to-trins absorptionsvarmepumper /9/. Absorptionsvarmepumpers COP er generelt mindre følsom for de anvendte temperaturniveauer end eksempelvis kompressionsvarmepumper (ref. /13/) De omtalte internt anvendte blandingsvæsker er oftest vand/lithiumbromid eller vand/ammoniak. Den førstnævnte blanding er den hyppigst anvendte; den har dog en temperaturmæssig begrænsning, idet den krystalliserer tæt ved frysepunktet. Dette begrænser mulighederne på varmeoptags-siden. Anvendelse af vand/ammoniak har ikke denne begrænsning. Anvendes totrins (double effect) varmepumper indgår en mellemkreds, hvortil der også er nogle temperaturkrav. Anvendes ettrinsmaskiner, undgås dette. Enheder kan kobles i serie. Dette kan give ydelsesmæssige fordele når der skal den optagne energi skal løftes op til relativt høje temperaturer. Da vil man med en seriekobling kunne gøre dette trinvis og dermed bevare en høj COP. Herunder ses et eksempel på størrelse og vægt for en direkte fyret absorptionsvarmepumpe. Tabellen angiver mål for to effektstørrelser.

75 DGC-rapport 15 Tabel 1 Eksempel på mål og vægt for direkte fyret absorptionsvarmepumpeenhed Effekt (MW) Længde (m) Bredde (m) Højde (m) Vægt (ton) 0,5 3,97 1,95 2, ,98 2,35 2,65 25 Sammenlignes der med kedler med nogenlunde samme effekt, ses det, at de direkte gasfyrede absorptionsanlæg er større og markant tungere, se Tabel 2. Tabel 2 Direkte fyret absorptionsvarmepumpeenhed sammenlignet med gasfyret kedel Effekt (MW) Længde Bredde Højde Vægt 0, % + 30 % + 30 % % % + 40 % +25 % % Opstartstid til fuld ydelse er for visse af de eksisterende anlæg (dvs. indirekte fyrede) oplyst til ca minutter. Ved stop frigives varme minutter fra samme. Som nævnt er der allerede nu en række absorptionsvarmepumper i drift på danske fjernvarmeværker; ingen af disse er dog direkte fyrede. Der er p.t. installeret i alt ca. 20 større absorptionsvarmepumper i tilknytning til fjernvarmeproduktion. Som drivenergi anvendes både røggas (fra flis-, olie- og gasfyring), damp og hedtvand. Pumperne anvendes både i tilknytning til anlæg med gasmotor og i kedelanlæg. Det sidste gælder oftest de biomassebaserede pumper. Varmeoptaget fra omgivelser, afkastrøg eller andet sker oftest ved et temperaturniveau på mellem 20 og 50 C. For den høje ende af det nævnte interval er det for disse indirekte fyrede varmepumper oftest røggas, der køles, eller eksempelvis for visse anlæg relativt varmt returvand. Hvis man køler returvand for derefter at sende det til et solfangeranlæg, vil man også i solfangeranlægget kunne forbedre ydelsen, dvs. varmeudbyttet fra solen, samt øge den mulige varmeakkumulering i lagertanken, hvis/når en del af det nu koldere returvand tilgår denne.

76 DGC-rapport 16 Varmeafgangstemperaturen på vandsiden kan være høj. Skagen fjernvarme arbejder eksempelvis med op til 79 C afgangstemperatur. En så høj temperatur er det vanligvis ikke muligt at opnå med eldrevne varmepumper. De fleste af anlæggene er installeret efter år For anlægget i Thisted (geotermi) er de anvendte varmepumper dog fra 1988 og har således mange års drift bag sig. Ydelsesspektret for de anvendte anlæg er ca. 0,5 MW-13,5 MW. Ingen af de opstillede anlæg er direkte fyrede; visse anvender som nævnt varm røggas fra enten gasmotor- eller kedelanlæg som drivenergi. Driftserfaringerne fra de danske anlæg er også gode; der meldes generelt om problemfri drift og lave serviceomkostninger. Projektgruppen har ud over ovenstående anlæg også kendskab til et absorptionsanlæg opstillet i tilknytning til et mindre kraftvarmeanlæg i en større dansk kontorbygning. Her produceres komfortkøling til kontorer og ITanlæg; dette forlænger driftssæsonen for det gasmotordrevne KV-anlæg Der har for år tilbage også været absorptionsanlæg i drift på eksempelvis danske sygehuse. Disse var drevet med procesdamp, og formålet var her produktion af køling. Internationalt anvendes mange absorptionsanlæg i forbindelse med køle- og opvarmningsopgaver på hoteller, hospitaler, skoler/universiteter mv. Med sådanne anvendelser synes der ikke at være tvivl om høj driftspålidelighed. 3.2 Økonomi, nøgletal mv. Investeringsprisen for absorptionsvarmepumper er i /8/ for anlæg mellem 2-15 MW angivet til at ligge mellem 2,8 og 3,15 mio. kr. pr. MW afgiven varmeeffekt. Dette gælder for komplette installationer og angives i /8/ at være baseret på et mindre (1 MW) og et større (13 MW) danskopstillet anlæg. I et andet konkret projekt med en lille installation (0,65 MW) angives prisen inkl. projektering, rådgivning og tilsyn at være 2,3 mio. kr./mw.

77 DGC-rapport 17 Sammenholdes oplysninger i /4/ og /9/ vedr. et anlæg med en varmeydelse på ca. 2 MW, ses, at prisen for dette anlæg er ca. 1,5 mio. pr. MW varmeydelse. Prisen her dækker både varmepumpen og øvrigt udstyr, herunder den varmeveksler, der er indskudt i røggaskredsen. DGC skønner på denne baggrund, at investeringsprisen kan anslås til at ligge i intervallet: 1,5-3 mio. kr./mw Det er sparsomt med oplysninger om drifts- og vedligeholdsomkostninger (D/V) for de direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper. De fleste kilder er enige om, at driften er ukompliceret og teknologien er meget driftssikker. I /11/ er D/V-omkostningsniveauet sat til 10 kr./mwh. Dette tal er på linje med varme produceret på en traditionel kedel. I Teknologikataloget /4/ er talangivelsen baseret på et samlet årligt beløb pr. installeret MW. Prisen pr. produceret MWh vil her afhænge af det årlige driftstimetal. Antages 5000 årlige fuldlastdriftstimer, svarer det i /4/ angivne tal ca. til kr./mwh Dette tal er højere end det først angivne og lægger sig tættere på gasmotorbaserede KV-anlæg end på kedler. DGC antager, da der generelt meldes om nem og problemfri drift, at det sidste tal nok er (for) højt sat. Tallet for variable D/V-omkostninger skønnes af DGC på denne baggrund at være 10 kr./mwh varme

78 DGC-rapport 18 4 Varmeoptagskilder, generelt Projektet har en separat arbejdspakke, hvor varmoptagskilder (typer, fordele/ulemper/udbredelse) behandles mere detaljeret. Herunder gives derfor blot en overordnet beskrivelse af mulige kilder, væsentligst fra /5/. I Figur 13 er angivet en række mulige varmeoptagsmedier, og der er foretaget en temperaturklassificering af samme. Figur 13 Mulige varmeoptagskilder og temperaturklassificering af samme, fra /5/. Varmeoptag ved køling af vandforsyning er en mulighed, der ikke er nævnt i /5/. Sådan køling kan etableres både i tilknytning til ibrugværende vandtårne og til køling direkte på større vandforsyningsledninger, afhængigt af lokale forhold.

79 DGC-rapport 19 5 Systemintegration på danske varmeværker mv. I dette kapitel vises og diskuteres en række mulige anvendelser med sigte på danske (fjern-)varmeværker. Koncepterne baserer sig på drøftelser i projektgruppen. 5.1 Køling af det kolde lag i akkumuleringstank Den direkte fyrede absorptionsvarmepumpe køler her ganske enkelt på returen, der ledes til den nederste del i akkumuleringstanken. Hermed opnås, at tanken underste del vil blive koldere end ellers og tankkapaciteten dermed større. Denne køling vil typisk udføres om natten, tanken ender da med koldere vand i bunden end ellers. Når varmeproduktion fra KV eller andet forventeligt opstartes i dagtimer, vil man med det koldere vand både opnå større tankkapacitet og at kunne køle røggas til lavere temperatur og dermed opnå et større energiudbytte fra såvel fyrede enheder som eksempelvis solvarmeanlæg (se kapitel 5.2). Dette er en fordel for fleksibilitet og indpasning på markedet, herunder eksempelvis VE-integration. Konceptet kræver, at der er etableret en varmeakkumuleringstank. Dette er tilfældet for så godt som alle varmeværker, der indgår i den decentrale kraftvarmeforsyning (ca. 450 værker, samlet el-effekt ca MWe), varmeværker med eksempelvis solfangeranlæg samt enkelte rent kedelbaserede værker med gasfyring. 5.2 Køling af tilledning til solfangeranlæg Der er nu (ultimo 2016) opsat mere end 1 mio. m 2 solfanger paneler på ca. 85 danske fjernvarme-/kraftvarmeværker. Disse anlæg er typisk opstillet som vist i Figur 14, dvs. om muligt sydvendt og skråt i lange rækker. Anlæggene har typisk mellem 5000 og m 2 solfanger flade. Enkelte anlæg er væsentligt større. For de fleste af disse anlæg sigtes på varmelevering herfra i perioder uden for fyringssæsonen samt delvist i overgangsperioderne forår og efterår.

80 DGC-rapport 20 Figur 14 Eksempel på solfangeranlæg opstillet i tilknytning til fjernvarmeværk. Solfangeranlæg både modtager varme (fra sol) og afgiver varme til omgivelserne afhængigt af temperaturen på vandkredsen i anlægget. Desto koldere vand der tilledes solfangerne, desto højere ydelse (se Figur 15) vil solfangerne levere, da tabet fra solfangeren mindskes. Figur 15 Solfangerydelse/effektivitet som funktion af temperaturforskel mellem solfanger og omgivelser. Det ses, at koldere vand i solfangeren øger ydelsen.

81 DGC-rapport 21 En direkte fyret absorptionsvarmepumpe vil kunne køle vandtilgangen til solfangerne eller den kolde side i den tilknyttede lagertank og dermed øge ydelsen fra solfanger elementerne, se Figur 16. Varmeafgivelsen fra absorptionspumpen sker da enten efter solfangerkredsen, eller afleveres eventuelt blot til akkumuleringstankens varmere del. Konceptet vil forventeligt fungere bedst og mest fleksibelt, ved at absorptionsvarmepumpen køler på tankens koldere del med varmeafgivelse i tankens varmere. Figur 16 Eksempel på kombination af direkte fyret absorptionsvarmepumpe og større solfangeranlæg ved fjernvarmeværk. Solfangerkredsen drives her ca grader lavere end ellers muligt og opnår dermed højere ydelse (10 15 % ifølge Figur 15) og vil kunne fungere længere i overgangsperioderne end ellers, da break-even for varmetab og optagen varme optræder senere. Rørdimensioner mv. bestemmer flow over solvarmepaneler; der regnes typisk med ΔT på ca. 35 C. Dette koncept vil i høj grad øge integration af VE qua den øgede varmeafgivelse fra solfangerkredsen. 5.3 Køling af fjernvarmetransmissionsledninger Fjernvarmeforsyningen i Danmark er under stadig udvikling og/eller tilpasning. Der lægges ofte nye transmissionsledninger ud til nye områder, der skal fjernvarmeforsynes. Der vil fra disse ledninger være et varmetransmissionstab, der både betyder et energispild, og måske at fremløbstemperaturen er for lav (eller kritisk) ved slutdestinationen. Dette kan således betinge, at der opsættes et booster kedelanlæg ude ved forsyningsområdet.

82 DGC-rapport 22 Alternativt til en gasfyret kedelcentral ude i det nye område kan her opstilles en direkte gasfyret varmpumpe. Denne anvender returvandet til transmissionsledningen som varmeoptagsmedium og køler på dette. Varmeafgivelsen sker så til fremløbstemperaturen på forbrugsstedet; dette mindsker temperaturkravet til fremløbsvandet i transmissionsledningen, se skitsen i Figur 17. Figur 17 Forskellige forsyningsalternativer i forbindelse med forsyning af nyt fjernvarmeområde: Egen varmecentral (case 1), transmissionsledning og reserve/spidslastcentral (case 2) samt transmissionsledning med gasfyret absorptionsvarmepumpe ved det nye område (case 3). Varmepumpen (case 3) køler returvandet og hæver fremløbstemperaturen til transmissionsledningen. Skønsmæssigt reduceres ledningstab med 40 % ift. almindelig transmissionsledning (case 2).

83 DGC-rapport 23 Med denne løsning opnås mindsket varmetab fra transmissionsledningen, idet både frem- og returløb kan være koldere. Der opnås også, at der er varmeproduktionskapacitet ude i det nye forsyningsområde. Driftsforholdene for en sådan installation er gode, driftstimetallet er forventeligt højt, og varmeoptags- og -afgivelsesmediet er behandlet fjernvarmevand, hvilket gør varmeveksling enkel, effektiv og relativt billig. 5.4 Udnyttelse af overskudsvarme Direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper vil kunne medvirke til udnyttelse af overskudsvarme fra industri eller andet; varme, der ellers ikke har en tilstrækkelig temperatur til direkte at kunne bruges i værket. Koncepterne vil være ganske individuelle for den overskudsvarme, der skal anvendes. Dette gælder mediet, temperatur mv. I det tilfælde at overskudsvarmen er så rigelig, at den principielt vil kunne klare hele forsyningen, når den leveres ved rette temperatur, er der i denne situation ikke grund til at anvende varmepumpe med gas som tilsatsfyring. I dette tilfælde vil en eldreven varmepumpe formentlig være mere optimal, hvis temperaturen på spildvarmen skal hæves. 5.5 Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe i forbindelse med flisfyring Et antal gasfyrede varme- og kraftvarmeværker har opsat flisfyrede kedler. Flis er et af de mest fugtige/vandholdige (op mod 50 % vandindhold) biobrændsler. Der ligger derfor et betragteligt energiudbytte i at få kondenseret vandet, der fordampes under forbrændingen, samt det vand, der er dannet kemisk under forbrændingen. Dette gøres ofte med et scrubberanlæg, hvor røgen køles ved overbrusning med vand. Denne scrubbervandkreds køles ofte med returvandstemperaturen til værket. Hvis der på værket installeres en direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe, vil scrubbervandkredsen kunne køles yderligere, og yderligere kondensation og dermed varmeudbytte vil finde sted efter fliskedlen, se Figur 18.

84 DGC-rapport 24 Figur 18 Anlæg, hvor en direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe køler, så scrubbervandet til fliskedlen opnår lavere temperatur. Der køles på en delstrøm af returvandet, ellers vil den store vandmængde kun bevirke en lille temperatursænkning, jf. ref. /13/. Man vil i røgtemperaturområdet ved 50 C opnå ca. 0,6 % ekstra varme pr. grad, røgtemperaturen sænkes. Er man i området ved 40 C, vil det ekstra varmeudbytte fra fliskedlen være ca. 0,3 %, pr. grad, se Figur 19. Et sådant anvendelses koncept øger således VE-integrationen qua det øgede varmeudbytte fra fliskedlen. Det er som nævnt indledningsvist i kapitel 5.5 en forudsætning for optimalt økonomisk resultat, at man (også) har gasbaseret varmeproduktion på det aktuelle værk, og at det øgede varmeudbytte fra fliskedel/varmepumpe fragår denne øvrige produktion.

85 DGC-rapport 25 Figur 19 Figur, der viser, hvilken ekstra varmemængde man får ud af sit fliskedelanlæg ved en ekstra grads køling af røgen. Eksempel På en varmecentral er opstillet en 10 MW fliskedel som grundlast (ca årlige fuldlast driftstimer). Øvrig varmeproduktion sker på naturgaskedler. Røgen fra fliskedlen har p.t. en temperatur på 40 C ved afgang. Der etables nu en direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe til at køle på røggassen til 20 C og dermed øge varmeudbyttet fra flisfyringen. Fra Figur 19 ses, at der kan påregnes ca. 0,2 % øget varmeafgivelse pr. grads sænkning af røgtemperatur, dvs. i alt 4 % ekstra varmeafgivelse (= 0,4 MW) fra flisfyringen uden ekstra flisindfyring. Varmen afleveres på højtemperatursiden (og her afleveres både de 0,4 MW samt varmen fra naturgasfyringen hertil (ca. 0,57MW)). Man indfyrer stadig samme flismængde, får et større varmeudbytte fra fliskedlen og sparer da dette (i alt 0,4 + 0,57 = 0,97 MW) på naturgas til produktion på kedlerne. Dog indfyrer man jo de 0,57 MW gas til brænderen på absorptionsvarmepumpen, så den reelle gasbesparelse er her 0,4 MW i 5000 timer (=2000 MWh). Med en gaspris på fx 4 kr./m 3 vil det svare til en årlig besparelse på ca DKK/år

86 DGC-rapport 26 En varmepumpe for denne ydelse skønnes iht. afsnit 3.2 at koste ca. 1,5-3 mio. kr. Simpel tilbagebetalingstid synes da at kunne blive 2-4 år afhængigt af de øvrige omkostninger til projektet. Der er i eksemplet regnet med en COP på 1,7 for den direkte gasfyrede varmepumpe. 5.6 Køling af røggas fra andre gasfyrede produktionsenheder Direkte gasfyrede absorptionspumper kan anvendes til køling af røg fra andre produktionsenheder på varmecentralen. Hermed opnås en varmeoptagskilde med rimelig temperatur, men løsningen kræver jo også, at de øvrige enheder er i drift, og at varmeoptaget vil være begrænset til restvarmen i den tilgængelige røggas. For et naturgasfyret værk, hvor størstedelen af varmen er kedelbaseret, vil varmeleverancen fra den direkte fyrede absorptionsvarmepumpe da maksimalt kunne være % af varmeproduktionen i centralen

87 DGC-rapport 27 6 Leverandører På det internationale marked optræder en del leverandører, se eksempelvis /2/ og /3/. Dog er maskinerne, som flere af disse systemdesignere leverer, faktisk identiske. Andre af leverandørerne synes i højere grad at designe mht. køling frem for varmeproduktion. En række af leverandørerne har ikke anlæg i den aktuelle effektklasse for nærværende projekt. I /1/ er opstillet en oversigt over leverandører og de effektklasser, de leverer til, se også tabellen herunder. Tabel 3 Oversigt over anlægsleverandører og systembyggere fra /1/. Firmanavn Firmatype Effektområde (kw) Thermax Anlægsleverandør York Anlægsleverandør World Energy Anlægsleverandør Broad Anlægsleverandør Zephyrus Anlægsleverandør Carrier Anlægsleverandør Med sigte på opstilling af anlæg i Danmark er leverandørerne Thermax, Broad og JCI (Johnsson Controls International) særligt interessante. Thermax har via ejerskab kedelfirmaet Danstoker både repræsentant, god markedsadgang samt knowhow om værkerne og driftsbetingelserne grundet de mange kedelleverancer hertil. Firmaet Broad har også kvalificeret dansk repræsentant (Enexio) og har leveret en række af de indirekte drevne absorptionsvarmepumper i Danmark. JCI har stor køle- og varmepumpeerfaring på det danske og internationale marked. De forhandler Hitachi-absorptionsvarmepumper. SEG A/S har også absorptionsvarmepumper på programmet. Blandt danske rådgivere/systembyggere, der er aktive på dette område, kan nævnes Aktive Energi Anlæg A/S (AEA), Dansk Fjernvarmes Projektselskab (DFP) og PlanEnergi.

88 DGC-rapport 28 7 Referencer 1. Direkte gasfyrede varmepumper 0,5 10 MW, DGC projektrapport, januar ASUE: Marktübersicht Gaswärmepumpen 2013/2014, Juli ASUE: Gasabsorptionswärmepumpen in Industrie und Gewerbe, Inspirationskatalog for store varmepumper i fjernvarmesystemet, november 2014, Grøn Energi m.fl. 5. Store varmepumper i fjernvarmen, hvorfor og hvordan, Niels From, PlanEnergi Gas Heat Pump, Efficient heating and cooling with natural gas, Gas- Terra Absorptionskøling, dokumentation af køleanlæg hos Danica, DGC Projektrapport, marts 1999, Rene Thiemke 8. Energistyrelsen/Energinet.dk: Technology Data for Energy Plants, maj Oplysninger om Bjerringbro Varmeforsyning 10. Oplysninger om Langå Varmeværk 11. Fjernvarmen nr. 11/2015, Analyse af varmeproduktionspriser ved Dansk Fjernvarme og Dansk Energi, John Tang, Dansk Fjernvarme 12. Direkte gasfyrede varmepumper, DGC-rapport, januar Drejebog for store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet, Udarbejdet for Energistyrelsen af GrønEnergi m.fl., november Dansk Fjernvarme, Pressemeddelelse 22/ og International Solar District Heating Conference, september 2016, Billund

89 DGC-rapport 29 Bilag 1: Økonomiberegninger for DABS, fra tidligere projekt /12/ I dette bilag præsenteres beregninger af varmeproduktionspris for direkte gasfyrede absorptionsvarmepumpe anlæg. Den basiscase, der ligger til grund i det følgende, baserer sig på et anlæg med følgende data: Varmeydelse: ca. 4 MW Årlig varmeproduktion: MWh COP: 1,5 Investering: 10 mio. kr. D/V fast årlig: kr. D/V variabel: 10 kr./mwh Gaspris: 4,5 kr./nm 3 Rentefod: 5 % Levetid/afskrivningsperiode: 20 år Ovenstående giver en marginal varmeproduktions pris på 283 kr./mwh Inklusive afskrivning, forrentning mv. bliver den årlige gennemsnitlige varmepris 334 kr./mwh I Figur B1 vises de forskellige elementer i den samlede varmeproduktionsprisen på årsbasis.

90 DGC-rapport 30 Figur B1 Varmeprisens sammensætning for et anlæg med investeringspris på 2,5 mio. kr./mw, en rentefod på 5 % og en afskrivning over 20 år. Det ses, at brændselsprisen er det dominerende element med en andel på 82 % af varmeprisen i det viste eksempel. 7.1 Følsomhedsanalyse Der er gennemført en følsomhedsanalyse for forskellige ændringer på væsentlige parametres indflydelse på varmeprisen. Disse analyser er gennemført for både den marginale varmepris og for varmepris inklusive forrentning/afskrivning og øvrige produktionsuafhængige omkostninger. Der er som basis valgt et direkte fyret absorptionsvarmepumpeanlæg med 4 MW varmeydelse og en årlig varmeproduktion på MWh, svarende til timers fuldlastdrift. Resultatet af analysen ses i Tabel B1.

91 DGC-rapport 31 Tabel B1 Følsomhedsanalyse for en række parametres betydning for varmeprisen i Kapitel 6.3; basiscase 4 MW varmeydelse, 4000 årlige fuldlastdriftstimer Basisværdi Ændring +/- Marginal varmepris +/- Total årlig varmepris Investering 10 mio. kr % (-) + 5 % Rente (% pa.) 5 % + 1 %-point (-) + 1 % Fast årlig D/V kr % (-) + 1 % Driftsafh. D/V 10 kr./mwh + 25 % + 1 % + 1 % Gaspris 4,5 kr./nm % + 24 % + 22 % Årlig varmeproduktion COP for varmepumpe COP for varmepumpe MWh -25 % 0 % + 4 % 1,5 Til 1,7-11 % -10 % 1,5 Til 1,4 + 7 % + 6 % Det ses af Tabel B1, at udsving i gaspris og varmepumpens effektfaktor giver størst påvirkning af varmepris. Dette gælder både den marginale og den årlige totale varmepris. For udsving i gasprisen gælder, at andre gasbaserede produktionsteknologier i vidt omfang vil påvirkes tilsvarende. For udsving i varmepumpens COP vil man forventelig i forbindelse med aftalegrundlag om køb kontraktuelt kunne sikre sig mod, at COP viser sig at være væsentligt ringere end fastsat i forbindelse med tilbudsgivning. For mange af de øvrige undersøgte forhold ses kun meget moderat påvirkning af varmepris.

92 DGC-rapport 32 Bilag 2: Teknologi- og økonomidata fra Teknologikataloget for større anlæg (Energistyrelsen/Energinet.dk) 2012 I dette bilag præsenteres data for en række øvrige teknologier Større kedler til fjernvarme produktion (naturgas og biomassefyrede) Gasmotorer (naturgas) til kraftvarmeproduktion Gasturbiner (naturgas) til kraftvarmeproduktion, alene simple cycle

93 DGC-rapport 33

94 DGC-rapport 34

95 DGC-rapport 35

96 DGC-rapport 36

97 DGC-rapport 97 Bilag 3: Mulige varmeoptagskilder og deres tilgængelighed i Danmark (WP1.2-rapport)

98 Mulige varmekilder og deres tilgængelighed i Danmark, WP1.2 EUDP-projekt j.nr Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe Projektrapport Januar 2019 Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

99 Mulige varmekilder og deres tilgængelighed i Danmark, WP1.2 Johan Bruun Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2019

100 Titel : Arbejdspakke WP1.2: Mulige varmekilder og deres tilgængelighed i Danmark Rapport kategori : Projektrapport Forfatter : Johan Bruun, Dansk Gasteknisk Center a/s Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\743\57 Direkte gasfyret ab.varmepumpe\wp1\wp1.2 Varmekilder\Varmeoptagskilder_final.docx Sagsnavn : Direkte fyret absorptionsvarmepumpe ISBN :

101 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Indledning og formål Mulige varmekilder til direkte fyret absorptionsvarmepumpe Specifikke varmekildekrav for direkte fyrede absorptionsvarmepumper Varmeoptagskilder Rangering af varmekilder i forhold til anvendelse af DABS Varmeoptagskilder, gasnettet og fjernvarmenet på Danmarkskortet Sammenfatning Forkortelser Referencer Bilag 1 - Screening af varmeoptagskilder... 18

102 DGC-rapport 2 1 Indledning og formål Formålet med nærværende arbejdspakke i projektet EUDP 2016 VE-INTEGRATION OG OPTIMERING AF VARMEPRODUKTION MED DIREKTE FYRET ABSORPTIONSVARMEPUMPE (VE-DABS) er at beskrive følgende: Tekniske krav til varmekilder i forbindelse med drift af direkte gasfyrede absorptionsvarmepumper Forskellige mulige varmeoptagskilder for direkte fyrede absorptionsvarmepumper Beliggenhed af varmeoptagskilder, gasnettet og lokale varmenet.

103 DGC-rapport 3 2 Mulige varmekilder til direkte fyret absorptionsvarmepumpe I dette afsnit gennemgås kort hvilke krav til varmeoptagskilden der stilles for absorptionsvarmepumper. De mulige varmekilder gennemgås i forhold til egnetheden i samspil med absorptionsvarmepumper. 2.1 Specifikke varmekildekrav for direkte fyrede absorptionsvarmepumper Store absorptionsvarmepumper benytter sædvanligvis en lithiumbromidopløsning eller en ammoniakopløsning i varmepumpekredsløbet. De to opløsninger har hver deres fordele og ulemper. Lithiumbromid/vand-systemet er den mest udbredte type, da opløsningen hverken er giftig eller udgør en eksplosionsfare i tilfælde af lækage. Afhængig af tryk og temperatur kan opløsningen optræde i op til 3 faser på samme tid (fast, væske og gas). Den faste fase er her uønsket. Normalt vil der ikke være fare for udkrystallisering af lithiumbromid (LiBr), hvis varmepumpen er korrekt dimensioneret og opererer ved de udlagte temperaturer. Ved stop har de moderne LiBr-varmepumper en procedure, hvor væskeblanding fortyndes, så der ikke er fare for udfældning ved temperaturudsving, når maskinen er stoppet og står og bliver kold. Minimumstemperaturen for varmeoptagskilden for lithiumbromidsystemet er bestemt ud fra trykket i fordamperkammeret. Typisk styres vakuumtrykket, så vandet koger ved 2-10 C. Varmeoptagskildens temperatur skal derfor ligge et vist niveau over denne temperatur for at sikre effektiv varmeoverførsel fra varmeoptagskilden til lithiumbromid/vand-kredsløbet. Lithiumbromidsystemet opereres under vakuumforhold, hvorfor falsk luftindtrængning kan være problem, ved utætheder på varmepumpen. Ammoniaksystem Ammoniak/vand-systemet udgør både en sundheds- og brandrisiko ved lækage, hvorfor dette system ikke er lige så udbredt i Danmark for store absorptionsvarmepumper. Ammoniaksystemet skal også opereres under relativt højt tryk (> 25 bar).

104 DGC-rapport 4 En fordel ved ammoniak/vand-systemet er, at det ikke fryser og derfor kan opereres med lavere temperatur på varmeoptagskilden end lithiumbromidsystemet, dvs. driftsområdet er større for ammoniak/vand-systemet. Ammoniak/vand-systemet har typisk en anelse lavere COP end lithiumbromidsystemet og er mere komplekst, da det skal opereres under tryk, hvorved anskaffelsesprisen er højere. 2.2 Varmeoptagskilder Rådigheden af varmeoptagskilder er en afgørende parameter for varmepumpeprojekter. Før et varmepumpeprojekt kan iværksættes, er det vigtigt at identificere den varmekilde, som skal benyttes. Udslagsgivende parametre for valg af varmeoptagskilde kan være pris, tilgængelighed, temperatur, energimængde og potentiel variation over året. Potentielle varmekilder kan være: Røggas Overskudsvarme Geotermi Spildevand Grundvand Havvand Sø- og åvand Luft Interne varmekilder I /1/ er opstillet et godt generelt screeningsværktøj til bestemmelse af egnede varmekilder til varmepumpeprojekter på eksempelvis et fjernvarmeværk, se bilag 1. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med røggas som varmekilde Røggas som varmekilde er en mulighed for direkte fyrede absorptionsvarmepumper. I en række tilfælde vil det dog bedst kunne svare sig at udtage en delstrøm fra røggassen ved høj temperatur til drivmiddel for selve varmepumpen og installere en indirekte fyret absorptionsvarmepumpe. Absorptionsvarmepumper kan køle røggas helt ned til C. Røggas indeholder

105 DGC-rapport 5 en betragtelig mængde energi i form af vandamp, der udkondenseres. Sæby Varmeværk, Skagen Varmeværk og Silkeborg Varme A/S har alle installeret absorptionsvarmepumper, der udnytter den sidste energi i røggasen via røggaskondensering. Disse anlæg drives henholdsvis ved varm røggas eller hedtvand. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med overskudsvarme som varmekilde Overskudsvarme er varme, som typisk køles væk fra industriprocesser, der med fordel kunne udnyttes til fjernvarmeformål. Overskudsvarme har typisk højere temperatur end naturlige varmekilder, hvilket især for lithiumbromidkredsløbet er fordelagtigt, da systemet opererer langt fra krystallisationsgrænsen. Udnyttelse af direkte fyrede absorptionsvarmepumper til udnyttelse af overskudsvarme fra industriprocessor er en mulighed. Projekter af denne karakter kan dog vise sig svære at gennemføre, da varmepumpeprojekter generelt har høje omkostninger og en tilbagebetalingstid på 5-10 år. På samme tid vil der skulle etableres et samarbejde mellem fjernvarmeselskabet og virksomheden, hvor man er yderst følsom over for produktionsændringer eller produktionsophør, hvilket kan gøre denne type projekter mindre attraktive. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med geotermi som varmekilde Geotermi passer godt sammen med absorptionsvarmepumper. Varmekilden ved geotermi er afhængig af dybden på boringen. Temperaturgradienten i jordens skorpe er ca. 33 C/km, hvorved varmere vand opnås, jo dybere boringen er. Den ideelle dybde kan være svær at bestemme, da kvaliteten af de vandførende lag typisk falder med dybden, i form af reduceret porøsitet og permeabilitet. I Danmark er der tre geotermiske anlæg i henholdsvis Thisted, Sønderborg og Amager. Varmekildetemperaturen for anlæggene ligger mellem C. På Thisted Varmeforsyning køles geotermivandet fra 42 C til 12 C, hvor varmen overføres til fjernvarmeledningen, som opvarmes fra 40 C til 60 C af absorptionsvarmepumpesystemet. Drivkilden på Thisted Varmeforsyning er hedtvand fra nærliggende anlæg /2/.

106 DGC-rapport 6 Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med spildevand som varmekilde Spildevandstemperaturen følger årstiderne, og det er vigtigt at gøre sig klart, hvilket varmepotentiale spildevandet indeholder i vinterperioden, hvor der netop er mest brug for fjernvarme. Figur 1 Eksempel på årlige temperaturvariationer fra renseanlægsudløb /1/ På Figur 1 ses den årlige temperaturvariation for et renseanlæg, og det bemærkes, at i vinterperioden er temperaturen helt nede på 7 C nogle dage. Direkte fyrede absorptionspumper med lithiumbromid/vand-kredsløb er ikke ideelt ved så lave varmeoptagstemperaturer pga. den nedre operative temperaturgrænse. Ammoniak/vand-kredsløbet vil være et bedre valg i dette tilfælde. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med grundvand som varmekilde Temperaturen på grundvand i Danmark er stort set konstant hele året, med en temperatur på ca C, som kan være lidt varierende fra sted til sted /1/. Hvis flowet på grundvandet er høj nok og konstant, kan dette være en mulig varmekilde for direkte fyrede absorptionsvarmepumper med enten lithiumbromid/vand- eller ammoniak/vand-kredsløb. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med havvand som varmekilde Temperaturen på havvand er så lav i vinterperioden (2-4 C), at disse varmekilder ikke er ideelle til absorptionsvarmepumpedrift. Lithiumbromid/vand-kredsløbet egner sig ikke til drift ved disse temperaturer.

107 DGC-rapport 7 Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med sø- og åvand som varmekilde Temperaturen på sø- og åvand er så lav i vinterperioden (2-4 C), at disse varmekilder ikke er ideelle til absorptionsvarmepumpedrift. Lithiumbromid/vand-kredsløbet egner sig ikke til drift ved disse temperaturer. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med luft som varmekilde Umiddelbart er luft ikke den optimale varmekilde, da energitætheden i luft er meget lav i forhold til andre varmekilder. Temperaturen i fyringssæsonen er også relativt lav, hvilket medfører lavere COP end andre varmekilder med højere temperatur. Til en varmepumpe på 1 MW kræves en luftstrøm på ca m 3 /time, og der stilles derfor store krav til køleflader og ventilatorer /1/. Lithiumbromid/vand-kredsløbet egner sig ikke til drift ved disse temperaturer. På trods af den lave energitæthed i luft er der på det seneste opstillet flere større varmepumpeanlæg til fjernvarme, der udnytter varmen i luft. En stor fordel ved luft er, at den er tilgængelig overalt, og varmen er ikke afgiftsbelagt, dvs. gratis. Jægerspris Kraftvarme og Christiansfeld Fjernvarmeselskab har begge idriftsat absorptionsvarmepumper, der i kombination med kompressionsvarmepumper kan udnytte luft som varmekilde til fjernvarmeproduktion. Kompressionsvarmepumpen udnytter energien i luft til at varme vand op til C, hvorfra absorptionsvarmepumpen tager over og producerer fjernvarme med en fremløbstemperatur på ca. 70 C. Tønder Fjernvarmeselskab har investeret i et 4,5 MW gasmotordrevet kompressionsvarmepumpeanlæg, hvor enten kølevand fra industri eller luft kan benyttes som varmeoptagskilde /3/. Ringkøbing Fjernvarme har ligeledes investeret i et gasmotordrevet kompressionsvarmepumpeanlæg, hvor varmekilden er baseret på luft, se Figur 2 /3/.

108 DGC-rapport 8 Figur 2 Luftindtagsanlæg, Ringkøbing Fjernvarme. Direkte fyret absorptionsvarmepumpe med interne varmekilder En kold returtemperatur er ønsket på alle fjernvarmeværker, og i visse tilfælde kan det betale sig at køle yderligere på returtemperaturen for at øge effektiviteten af eksempelvis lavtemperaturvekslere eller solvarmeanlæg. Returtemperaturen ligger sædvanligvis et sted mellem C og egner sig godt til direkte fyrede absorptionsvarmepumper. 2.3 Rangering af varmekilder i forhold til anvendelse af DABS Opstilling af matrix, der rangerer forskellige varmekilder i forhold til anvendelse i direkte fyret absorptionsvarmepumpe (DABS) til fjernvarme, ses i Figur 3. Det er hovedsageligt temperaturen på varmekilden, der afgør om den er egnet til varmepumpedrift.

109 DGC-rapport 9 DABS - Lithiumbromid/vand DABS - Ammoniak/vand Røggas X X Overskudsvarme X X Geotermi X X Indirekte varmekilder X X Spildevand /* / Grundvand /* / Havvand - / Sø- og åvand - / Luft - / *afhænger af aktuel temperatur Signaturforklaring: Egnet = X Delvis egnet = / Uegnet = - Figur 3 Matrix, der rangerer mulige varmekilder med absorptionsvarmepumper til fjernvarmeproduktion.

110 DGC-rapport 10 3 Varmeoptagskilder, gasnettet og fjernvarmenet på Danmarkskortet Der er lavet flere undersøgelser og rapporter om kortlægning af varmeoptagskilder til udnyttelse i fjernvarmesektoren. Et studie fra 2016, Mapping of potential heat sources for heat pumps for district heating in Denmark, /4/, beskriver et godt udsnit af de mulige varmekilder. I studiet er varmekilderne kortlagt sammen med varmebehovet i de forskellige fjernvarmenet. Figur 4 (fra /4/) viser et kort over Danmark med varmeoptagskilder relativt til varmebehovet per kommune. Figur 4 Kort over Danmark med varmeoptagskilder relativt til varmebehovet opsummeret per kommune jf. /4/. Følgende varmekilder er medtaget: Supermarkeder, spildevand, drikkevand, grundvand, åer og søer.

111 DGC-rapport 11 Kortet viser, at de større byer, såsom København, Århus, Odense, Aalborg og Esbjerg, alle har større varmebehov, end der er tilgængelig varme, mens varmeoptagskilder i de mindre befolkede egne af Danmark rigeligt kan dække behovet i de eksisterende fjernvarmenetværk. Det er vigtigt at nævne, at hverken lavtemperaturoverskudsvarme fra industri, havvand, indirekte varmekilder eller luft er medtaget i analysen. I et DTU-studie fra 2017 er industrielle overskudsvarmekilder i Danmark kortlagt, /5/. Overskudsvarmekildernes geografiske lokation er indsat i et GIS-program sammen med lokationen af de enkelte fjernvarmenet. Hermed var det muligt at identificere afstanden fra varmekilde til fjernvarmenetværk. I studiet blev cut-off-kriterier anvendt, således at små varmeoverskudskilder ikke bliver betragtet, hvis afstanden til varmenetværket er for stor, hvilket vil medføre uforholdsmæssige store tilslutningsudgifter. Studiet har ligeledes kortlagt kvaliteten af varmekilderne i form af deres temperatur. Dette er sammenholdt med temperaturen i de enkelte fjernvarmenetværk, hvormed varmekilder, som kan udnyttes direkte ved varmeveksling og varmekilder, der kræver varmepumpe, før den kan udnyttes, er kortlagt. Resultaterne fra studiet er visualiseret i et kort, hvor industriel overskudsvarm er angivet i en opløsning på 5x5 km, se Figur 5. Figuren viser ligeledes et udsnit omkring Roskilde med højere opløselighed, hvor man kan se de enkelte varmekilder og fjernvarmenetværket. DTU-studiet fra 2017 viser, at der findes tilgængelig industriel overskudsvarme spredt ud over hele Danmark med den største koncentration omkring de større byer. Det er i studiet vurderet, at den tilgængelige industrielle overskudsvarme på denne vis udgør ca. 1,3 TWh/år, hvilket svarer til 5 % af det nationale fjernvarmebehov. Knap halvdelen af denne overskudsvarme kræver varmepumper, hvis den skal nyttiggøres til fjernvarmeformål.

112 DGC-rapport 12 Figur 5 Danmarkskort, der viser industriel overskudsvarme, som kan udnyttes i de lokale fjernvarmenetværk, /6/. På Figur 6 ses et oversigtskort over transmissions- og distributionsnettet i Danmark. Her ses, at gas er tilgængeligt i stort set hele landet på nær Bornholm, øerne syd for Fyn og Sjælland samt Århus og Djursland.

113 DGC-rapport 13 Figur 6 Oversigtskort over transmissionsnettet og distributionsnettet for gas i Danmark, /7/. Det kan konkluderes, at der findes uudnyttede varmeoptagskilder nær de fleste fjernvarmenetværk i Danmark, og potentialet for at udnytte overskudsvarmen med en direkte fyret absorptionsvarmepumpe vil afhænge af en række individuelle forhold på de enkelte fjernvarmeforsyningsnetværk.

114 DGC-rapport 14 4 Sammenfatning Direkte fyrede absorptionsvarmepumper udnytter normalt enten lithiumbromid/vand-kredsløb eller ammoniak/vand-kredsløb. Lithiumbromid/vand-kredsløbet har følgende fordele og ulemper: Fordele: o Væskeblandingen er ikke er giftig ved lækage o Anlægget er ikke tryksat o Relativt høj COP, op til 1,7 ved ettrinsproces Ulemper: o Svært ved at få en fremløbstemperatur på mere end 50 C over varmekildens temperatur, hvorfor varmekilder med lav temperatur kan være svære at udnytte til fjernvarmeforsyning o Mulighed for krystaludfældning i sjældne tilfælde Tilsvarende har ammoniak/vand-kredsløbet følgende fordele og ulemper: Fordele: o Kan optage varme fra varmekilder, der har temperaturer lavere end 5 C o To-fase-væskesystem, hvor der ikke er mulighed for krystaludfældning Ulemper: o Væskeblandingen er giftig ved lækage o En anelse lavere COP end LiBr/vand-systemet o Anlægget er tryksat, hvilket kræver ekstra sikkerhedsforanstaltninger Der er mange mulige varmeoptagskilder, såsom: Røggas Overskudsvarme Geotermi Spildevand Grundvand Havvand Sø- og åvand Luft Interne varmekilder

115 DGC-rapport 15 Generelt er de forskellige varmeoptagskilder spredt ud over hele landet, dvs. der er ikke nogle regioner eller dele af landet, hvor det er mere oplagt at udnytte varmeoptagskilder end andre. Gasnettet er ligeledes rimelig dækkende i det meste af landet på nær Bornholm, øerne syd for Fyn og Sjælland samt Århus og Djursland. Generelt kan der opfordres til, at skal en fjernvarmeforsyning investere i nyt udstyr, vil det være fornuftigt at screene de muligheder, der er, for billig eller gratis varme ved brug af absorptionsvarmepumper.

116 DGC-rapport 16 5 Forkortelser COP DABS DH GIS LiBr Coefficient of Performance Direkte fyret absorptionsvarmepumpe District Heat (Fjernvarme) Geographic Information System Lithiumbromid

117 DGC-rapport 17 6 Referencer /1/ Drejebog for store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet, udarbejdet for Energistyrelsen af Grøn Energi m.fl., 2014 /2/ Inspirationskatalog for store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet, udarbejdet for Energistyrelsen af Grøn Energi m.fl., 2014 /3/ Billigere varme samt større fleksibilitet - What's not to like?, Johan Bruun og Jan de Wit, DGC, 2018 /4/ Paper 3: Mapping of potential heat sources for heat pumps for district heating in Denmark in Heating Strategies in a Renewable Energy Transition PhD Dissertation, Rasmus Lund, Aalborg University /5/ Industrial excess heat for district heating in Denmark, Fabian Bühler, Stefan Petrovic, Kenneth Karlsson, Brian Elmegaard, DTU /6/ Internetside: (fundet d ) /7/ Internetside: (fundet d )

118 DGC-rapport 18 Bilag 1 - Screening af varmeoptagskilder Figur 7 Generel screening af varmeoptagskilder jf. /1/.

119 DGC-rapport 119 Bilag 4: Afgiftsforhold, notat til projektet v. John Tang, Dansk Fjernvarme (WP2-rapport)

120 DGC-rapport 120 Rammevilkår direkte fyret absorptionsvarmepumpe Af Chefkonsulent John Tang, Dansk Fjernvarme Indledning Et direkte fyret gas absorptionsvarmepumpe er underlagt rammevilkår i forbindelse med etablering og drift af en gasfyret absorptionsvarmepumpe. Rammevilkårene knytter sig til følgende emner: Tilslutning til naturgasnet Gastariffer Gasmarkedet Varmekilde Myndighedsgodkendelse Afgifter (Varmekilde og gas) Energibesparelse Tilslutning til naturgasnettet Hvis fjernvarmeselskabet ikke er tilsluttet naturgasnettet skal det som det første undersøges om der findes mulighed for naturgasforsyning. Det vil normalt være fjernvarmeværket som finansierer tilslutningen til naturgasnettet men naturgas distributionsselskabet som etablerer og ejer måling og kommunikation til måleren, som fjernvarmeværket normalt kan få adgang til mht. data (Flow, tryk, mm.). I mange tilfælde vil fjernvarmeværket allerede være tilsluttet naturgassystemet. I det tilfælde skal der internt i fjernvarmeværket etableres en gasledning til absorptionsvarmepumpen. Normalt vil der etableres en separat måler til naturgas absorptionsvarmepumpen, således den kan overvåges mht. forbrug, effektivitet osv. Det er normalt naturgas distributionsselskabet der etablerer, ejer og vedligeholder denne måler. Hvis det i stedet for naturgas vælges at anvende LPG vil leverandøren af LPG være behjælpelig med at etablere tank og rørinstallationer og måling. Gastariffer Betalingen for naturgas indeholder fire variable elementer: transmissionstarif, distributionstarif, nødforsyningstarif samt energisparebidrag. Et fjernvarmeværk som er underlagt krav om realisering af energibesparelser vil være undtaget fra at betale energisparebidrag. Derudover kan der være en fast abonnementsbetaling og eventuelt en lagerbetaling afhængig af hvor høj forsyningssikkerhed der ønskes. Anvendes LPG vil den aftalte gaspris være inklusiv levering (transport) og lagerleje. Gasmarkedet Der kan aftales en variabel gaspris baseret på en gasbørs med gashandelsselskabet, dvs. gasprisen vil f.eks. være variabel på månedsbasis svarende til den gennemsnitlige gasbørspris. Der kan både anvendes Nord- Pool gasbørspriser såvel som priser fra Tyske eller Hollandske gasbørser. Der kan aftales faste gaspriser med gashandelsselskaber.

121 DGC-rapport 121 Gashandelsselskaber vil ved variable priser ofte opkræve et gebyr for handel, hvorimod denne normalt er indbygget i den faste pris ved fastprisaftaler. Gas afregnes typisk i kr./nm 3. Det faktiske energiindhold korrigeres til enten Nm 3 n nedre brændværdi eller til Nm 3 ø for øvre brændværdi. Ved afregning af afgifter anvendes altid nedre brændværdi. Varmekilder I dette projekt behandles rammevilkår i forhold til de anvendelsesmuligheder, som vedrører: 1. Køling af det kolde lag i akkumuleringstank 2. Køling af tilledning til solfangeranlæg 3. Køling af fjernvarmetransmissionsledninger 4. Udnyttelse af overskudsvarme 5. Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe i forbindelse med flisfyring 6. Køling af røggas fra andre gasfyrede produktionsenheder Bortset fra punkt 4 knytter absorptionsvarmepumpens varmekilde sig til at øge effektiviteten på eksisterende varmeproduktionsteknologier inkl. mindre tab i røggas eller fjernvarmeledninger, dvs. levere samme varmemængde med et samlet set mindre brændselsforbrug eller mindre solfangerareal. For punkt 4, udnyttelse af overskudsvarme handler det om, at øge udnyttelsen af brændsler, elektricitet eller andre varmekilder, som anvendes i virksomheden, dvs. den opsamlede varme vil fortrænge anden varmeproduktion i fjernvarmeværket. Myndighedsgodkendelse Der skal udarbejdes et projektforslag efter Varmeforsyningsloven, hvori det skal eftervises, at etablering af gasvarmepumpen giver en positiv økonomi for selskabet, samfundet og slutbrugerne. Grundlaget for projektet er Bekendtgørelse om godkendelse af projekter for kollektive varmeforsyningsanlæg, dvs. Projektbekendtgørelsen. Det er den lokale kommune, der er myndighed på sagen og kommunalbestyrelsen som skal godkende projektforslaget. Projektbekendtgørelsen anfører bl.a. hvilke projekter kommunalbestyrelsen kan godkende. I kapitel 4 i Projektbekendtgørelsen er anført hvilke oplysninger kommunalbestyrelsen skal have for at kunne tage stilling til projektforslaget. Afgifter Der kan opstå afgiftsbetaling ved anvendelse af en absorptionsvarmepumpe for både den gas der anvendes i varmepumpen såvel som for den varmekilde som energiudnyttes ved hjælp af varmepumpen. Da der kan være forskel på om der er afgift på kilderne eller ikke, behandles hver varmekilde indgående for sig i nedenstående gennemgang Gasafgifter De afgiftssatser som kan komme på tale i forbindelse med anvendelse af gas til drift af en absorptionsvarmepumpe er listet i tabellen herunder 1. 1 Lov om afgift af naturgas og bygas LBK nr. 312 af 01/04/2011, Lov om afgift af mineralolier m.v. nr. 26/09/2014, Lov om kuldioxidafgift af visse energiprodukter LBK nr. 321 af 04/04/2011 og Lov om afgift at kvælstofoxider LBK nr af 26/08/2013

122 DGC-rapport Naturgas LPG (ikke til automobiler) Energiafgift 2,188 kr./nm 3 2,542 kr./kg CO 2-afgift 0,389 kr./nm 3 0,515 kr./kg NOx-afgift 0,008 kr./nm 3 0,032 kr./kg Satser 2017: 2015 satser indekseret med 1,4 % (Nettoprisindeks) Så længe absorptionsvarmepumpen anvendes til fjernvarmefremstilling kan der ikke opnås godtgørelser af ovennævnte afgiftssatser på nær NOx-afgiften. NOx-afgiften kan godtgøres såfremt det ved akkrediteret måling af emissionen kan godtgøres, at udledningen er under 80 % af de i bekendtgørelse fastlagte emissionsfaktorer. For Naturgas og LPG er faktoren 40 g NOx/GJ ved dagtemperatur 2. Ovenstående satser betales uanset hvor fra varmen stammer jf. herunder, hvor det gennemgås om der kan være afgifter forbundet med den varme som ikke stammer fra naturgas og som indvindes via absorptionsvarmepumpen. Køling af det kolde lag i akkumuleringstank Den energi som kan være lagret i det kolde lag i akkumuleringstanken vil stamme fra de varmekilder som i øvrigt leverer varme til fjernvarmenettet. Kølingen af det kolde lag skaber i sig selv ikke nogen ekstra varme, men muliggør blot at der kan hentes mere varme fra f.eks. røggassen fra kedler og kraftvarmeenheder. Hvis kølingen afstedkommer en højere virkningsgrad på en kraftvarmeenhed, som beregner brændselsforbrug og dermed afgiftsbetaling efter V-formlen 3, vil denne effektivitetsforbedring afstedkomme en højere varmevirkningsgrad på kraftvarmeenheden og dermed tillige en afgiftsbetaling på den merproducerede varme svarende til den afgift der i forvejen betales for varmen. Anvendes E-formlen medfører det ikke en øget afgiftsbetaling, idet brændselsforbrug til varme beregnes på basis af elproduktionen som ikke ændres. Hvis naturgaskedlen i kraftvarmeanlæg får godtgjort afgifter ud fra elpatronordningen 4, kan godtgørelsen falde, som følge af at naturgaskedlen bliver mere effektiv. For naturgaskedler som ikke er placeret i kraftvarmeanlæg påvirkes afgiftsbetalingen ikke. For vedvarende energikilder vil der ikke være øget afgiftsbetaling som følge af køling af det kolde lag. Køling af tilledning til solfangeranlæg Den energi varme som ledes til solvarmeanlægget vil have en temperatur svarende til returtemperaturen, dvs. typisk Hvis denne temperatur sænkes via en absorptionsvarmepumpe kan der hentes mere varme fra solvarmeanlægget, som henter mere energi ud af solstrålerne. Da denne energi ikke er pålagt afgifter vil der ikke være afgifter på den varme som absorptionsvarmepumpen henter ud af solvarmeanlægget. Køling af fjernvarmetransmissionsledninger 2 Bekendtgørelse om måling af udledningen af kvælstofoxider (NOx) og om godtgørelse af afgiften BEK nr. 723 af 24/06/ F.eks. Lov om afgift af naturgas og bygas LBK nr. 312 af 01/04/ stk. 2 4 F.eks. Lov om afgift af naturgas og bygas LBK nr. 312 af 01/04/2011, 8 stk. 4 og 5

123 DGC-rapport 123 Køles på en transmissionsledning med en absorptionsvarmepumpe vil returtemperaturen falde, dvs. der kommer på samme vis som for køling af akkumuleringstanken koldere vand frem til varmeproduktionsenhederne. Kølingen skaber i sig selv ikke nogen ekstra varme, men muliggør blot at der kan hentes mere varme fra f.eks. røggassen fra kedler og kraftvarmeenheder. På samme vis som ved køling af akkumuleringstanken vil det kun være for ekstra udnyttelse af røggassen på kraftvarmeenheder som afregner afgifter efter V-formlen, at der kan opstå en afgiftsbetaling som følge af kølingen. Tilsvarende kan godtgørelsen efter elpatronordningen for naturgaskedler i kraftvarmeanlæg falde som følge af kølingen af returtemperaturen. Udnyttelse af overskudsvarme Hvis overskudsvarme stammer fra processer som får godtgjort afgifter fra fossile brændsler eller fra elektricitet vil der være en overskudsvarmeafgift. Stammer varmen fra processer som ikke får godtgjort afgifter eller fra processer baseret på brændsler som ikke er pålagt afgifter vil der ikke være en overskudsvarmeafgift. Anvendes varmen fra afgift godtgjorte processer til fjernvarme udgør afgiften 33 % af vederlaget, dvs. 33 % af det beløb fjernvarmeværket betaler virksomheden for varmen. Foræres varmen til fjernvarmeværket som udnytter den via en absorptionsvarmepumpe, kan det forekomme at SKAT forlanger en afgift svarende til 33 % af investeringen i udstyr til indvinding af overskudsvarmen frem til et leveringspunkt mellem virksomheden og fjernvarmesystemet. Det er virksomheden som skal betale denne overskudsvarmeafgift til SKAT. Hvis varmen udnyttes til rumvarme internt i virksomheden vil denne afgift udgøre et fast beløb såfremt procesvarmen er produceret på en kedel 5. Er procesvarmen produceret ved kraftvarme eller i særlige energitunge virksomheder så er satsen en anden jf. tabellen herunder. Afgiftssatser udnyttelse overskudsvarme Proces til rumvarme mm. Proces til rumvarme mm. fra kraftvarme Fra fremstilling af energi, kemisk reduktion, væksthuse, elektrolyse eller opvarmning af metallurgiske processer til rumvarme mm. Fra fremstilling af energi, kemisk reduktion, væksthuse, elektrolyse eller opvarmning af metallurgiske processer til rumvarme mm. fra kraftvarme Udnyttelse af overskudsvarme til salg i % af vederlag 2017 Enhed Energiafgift kr/gj 50,7 kr/gj 42,3 kr/gj 55,3 kr/gj 46,0 % 33,0% Direkte gasfyret absorptionsvarmepumpe i forbindelse med flisfyring 5 F.eks. Lov om afgift af naturgas og bygas LBK nr. 312 af 01/04/ stk. 9

124 DGC-rapport 124 Biomasse pålægges ikke energi og CO 2-afgifter, hvorfor der ikke opstår afgiftsbetaling for den varme som hentes ekstra fra biomasseanlægget. Køling af røggas fra andre gasfyrede produktionsenheder Kølingen muliggør at der kan hentes mere varme fra røggassen fra kedler og kraftvarmeenheder. På gas kraftvarmeanlæg afstedkommer kølingen en højere varmevirkningsgrad, som indgår i beregningen af brændselsforbruget og dermed afgiftsbetaling efter V-formlen. Denne effektivitetsforbedring vil afstedkomme en afgiftsbetaling på den merproducerede varme, svarende til den afgift der i forvejen betales for varmen. Anvendes E-formlen medfører det ikke en øget afgiftsbetaling, idet brændselsforbrug til varme beregnes på basis af elproduktionen som ikke ændres ved øget varmeudnyttelse. Hvis naturgaskedlen i kraftvarmeanlæg får godtgjort afgifter ud fra elpatronordningen 6, kan godtgørelsen falde, som følge af at naturgaskedlen bliver mere effektiv. For naturgaskedler som ikke er placeret i kraftvarmeanlæg påvirkes afgiftsbetalingen ikke. Energibesparelse Den 16. december 2016 indgik distributionsselskaberne 7 for el, naturgas og fjernvarme en energispareaftale med Energi-, forsynings- og klimaministeren. Ifølge energispareaftalens punkt 3.9 kan der fra 2017 medregnes energibesparelser i forbindelse med etablering af nye el- eller gasdrevne varmepumper til fjernvarmeproduktion. Det betyder at anvendelse af gasdrevne absorptionsvarmepumper i fjernvarmesystemer eller til indvinding af overskudsvarme vil tælle som en energibesparelse. Energibesparelsen får derved en værdi, som vil indgå i driftsøkonomien på investeringstidspunktet. Energibesparelsen opgøres som den årlige varmeproduktion beregnet ud fra den forventede antal fuldlasttimer fratrukket energiforbruget til varmepumpen ganget med en konverteringsfaktor jf. punkt i aftalen. Fuldlasttimerne opgøres som det gennemsnitlige årlige antal fuldlasttimer baseret på de første 10 år af anlæggets levetid i henhold til det projektforslag, som skal laves til godkendelse af anlægget i kommunen i henhold til projektbekendtgørelsen 8. Ved installering af den gasdrevne absorptionsvarmepumpe til fjernvarmeproduktion med et gasforbrug på f.eks MWh og en varmeproduktion på MWh per år, dvs. en COP faktor på 1,6, kan energibesparelsen beregnes. Konverteringsfaktoren for naturgas er 0,8: Energibesparelse: MWh MWh x 0,8 = 800 MWh Hvis absorptionsvarmepumpen anvendes til intern udnyttelse af overskudsvarme i en virksomhed opgøres energibesparelsen, som en reduktion i virksomhedens nettoenergiforbrug, som følge af udnyttelsen af overskudsvarmen, dvs. den energi som driver absorptionsvarmepumpen mv. for at udnytte overskudsvarmen modregnes jf. energispareaftalens kapitel Hvis overskudsvarmen leveres til et fjernvarmesystem i en temperatur, der direkte kan veksles til fjernvarme, tilhører energibesparelsen virksomheden, der leverer overskudsvarmen jf. energispareaftalens kapitel F.eks. Lov om afgift af naturgas og bygas LBK nr. 312 af 01/04/2011, 8 stk. 4 og 5 7 Distributionsselskaber repræsenteret ved Dansk Energi, HMN GasNet, Dansk Gas Distribution, NGF Nature Energy, Dansk Fjernvarme, Foreningen Danske Kraftvarmeværker samt Energi- og Olieforum 8 Bekendtgørelse 825 af 24. juni 2016

125 DGC-rapport 125 Hvis overskudsvarmen leveres til absorptionsvarmepumpe som er placeret i fjernvarmeværket, skal der vælges mellem om energibesparelsen tilhører virksomheden eller tilhører fjernvarmeværket. Der kan ikke beregnes en energibesparelse begge steder (Aftalens kapitel ).

126 DGC-rapport 126 Bilag 5: Projektbeskrivelse for varmepumpeinstallation mv. ifm. myndighedsbehandling v. AEA (WP3-rapport)

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147 DGC-rapport 147 Bilag 6: Målerapport, DGC måling 1 (WP4-rapport)

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159 DGC-rapport 159 Bilag 7: Målerapport, DGC måling 2 (WP4-rapport)

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170 DGC-rapport 170 Bilag 8: Datablade for solvarmepaneler opstillet hos Hjallerup Fjernvarme (Sunmark Arcon)

171 DGC-rapport 171

172 DGC-rapport 172

173 DGC-rapport 173

174 DGC-rapport 174