Grøn Fjernvarme. Grøn Fjernvarme

Transkript

1 Grøn Fjernvarme Aalborg Universitet Esbjerg 2. Semester Anders Brandsborg Jensen, Mikkel Foghmar, Frank Rask Larsen, Flemming Jensen og Brian Puggaard Thomsen Trykt år 2013 Side 1

2 Side 2

3 TITELBLAD Tema: Solfangere og varmelagring Projekt titel: Grøn Fjernvarme Gruppe: EN2-B308b 2. semester Vejledere: Matthias Mandø, Jens Bo Holm-Nielsen og Søren Henrik Adam Universitet: Aalborg Universitet Esbjerg Studieretning: Bachelor i Energi Periode: Start: 1/ Aflevering: 22/ Antal Sider: 94 Forsidefoto: Marstal Fjernvarme (1) Initierende problem: Vil det være muligt at dimensionere et fjernvarmeværk, der ikke bruger fossile brændsler, men udelukkende er baseret på vedvarende energi? Forfattere: Anders Brandsborg Jensen Brian Puggaard Thomsen Flemming Jensen Frank Rask Larsen Mikkel Foghmar Side 3

4 Side 4

5 Abstract På baggrund af energi-linjens studietur til Gram Fjernvarme i starten af 1. semester blev gruppen inspireret af Grams planlagte udvidelse, til at arbejde videre med tanken om et solvarmebaseret fjernvarmeværk. Heraf det initierende problem: Vil det være muligt at dimensionere et fjernvarmeværk, der ikke bruger fossile brændsler, men udelukkende er baseret på vedvarende energi? Strukturen og udbredelsen af fjernvarme i Danmark belyses i den første del af rapporten, hvor det konstateres, at der er god basis for at omlægge fra fossile brændsler til vedvarende energiformer. Derefter kigges der på alternative energiformer til fjernvarme såsom biomasse, sol- og vindkraft, affaldsforbrænding, biogas og geotermi. Alle formerne har deres fordele, men biomasse, affaldsforbrænding og biogas er begrænsede, men kan evt. bruges som supplerende energiform. Geotermi er en ubegrænset energiform, men i Danmark skal der bores for dybt og omkostningerne bliver derved for høje. Teknologien er desuden relativt uprøvet under danske forhold. Sol- og vindkraft er de vedvarende energiformer i Danmark, hvor der er størst potentiale indenfor varme- og elforsyning. Lagring er i øjeblikket disse energiformers største begrænsning. Damvarmelageret kan være en løsning på at lagre solvarme fra sommer til vinter. Ud fra data fra Gram Fjernvarme dimensioneres lager og solfangerareal til dækning af varmebehovet for en by på størrelse med Gram. Til påvisning af sammenhængen mellem flowhastighed og energioptag udføres forsøg på en solfanger. Disse forsøg viser en klar sammenhæng mellem flow og energioptag - jo højere flowhastighed, jo større energioptag. Desuden laves målinger af differenstrykket, for at vise anlægskarakteristikken. Det lykkes på baggrund af det gennemførte forsøg at påvise sammenhængen mellem flowhastighed og energioptag samt sammenhængen mellem flowhastighed og trykfald. Det har ligeledes været muligt at dimensionere et fjernvarmeværk baseret på solfangere, med elkedel som supplerende energi. Side 5

6 Indholdsfortegnelse Forord Indledning Baggrund Strukturen i fjernvarmeforsyningen Brændselstyper i fjernvarmeforsyningen Problemanalyse Biomasse Biogas i fjernvarme Geotermi Affaldsforbrænding Sol- og vindkraft Problemafgrænsning Problemformulering Metode Teori Graddage Solfangerteori Anlægskarakteristik Omkostningsberegninger ved etablering af damvarmelager Solfangerforsøg Forsøgsbeskrivelse Bestemmelse af anlægskarakteristik Konvektion Fejlkilder Måleusikkerhed Konklusion på forsøg Perspektivering af forsøg...51 Side 6

7 5 Dimensionering Solfanger dimensionering Dimensionering af varmelager Supplerende energi Samlet Dimensionering Priskalkulation Konklusion Perspektivering Bibliografi Appendiks Appendiks 1. Danmarks Statistik varmefordeling efter antal Appendiks 2. Danmarks Statistik varmefordeling efter areal Appendiks 3. Trykfaldskurve for solfanger Appendiks 4. Omkostninger for damvarmelager Appendiks 5. Priser for damvarmelager Appendiks 6. Damvarmelager - Samlet ligning og udregning Appendiks 7. Arealberegning Appendiks 8. Regression på cas Appendiks 9. Amortisering Appendiks 10. Solvarmeudnyttelse Appendiks 11. Eksempler på dataindsamling Side 7

8 Forord Projektet bag denne rapport er grundlagt på en ide om at dimensionere et mindre fjernvarmeværk baseret på solvarme suppleret med varme produceret af overskudselektricitet. For at udnytte den lave pris på el i perioder med overproduktion, er der behov for en akkumuleringstank, som kan lagre energien. For at få tilstrækkelig lagerkapacitet til sæsonlagring kan løsningen være et damvarmelager. Princippet bag damvarmelagring er et stort overdækket hul i jorden, isoleret så varmetabet er minimalt. På den måde kan solvarmen tilføres lageret i takt med, at den produceres. Den supplerende varme kan så tilføres efter behov i de perioder, hvor elektriciteten er billigst. Ideen bag projektet afspejler, at vi i dag og i fremtiden står over for en række klima- og miljømæssige udfordringer. Fossile brændsler er ikke en vedvarende energikilde. Det er en begrænset ressource. Der er derfor brug for alternative energikilder, så den menneskeskabte CO 2 -forurening kan reduceres i fremtiden. Rapporten indeholder diverse beregninger i forbindelse med dimensioneringen af et fjernvarmeværk. Herunder beskrives også forskellige teoriområder, hvoraf nogle søges understøttet af forsøg. De primære data for beregningerne er opgivet af Gram Fjernvarme, som har været behjælpelig med oplysninger om deres specifikke data. De har desuden hjulpet med at give gruppen et indblik i et solvarmebaseret fjernvarmeværk gennem besøg på værket. Gennem arbejdet med projektet og udarbejdelse af denne rapport har gruppen mødt stor hjælpsomhed. Specielt skal der siges tak til: Vølund Varmeteknik A/S for sponsorering af solfangeranlæg Gram Fjernvarme AMBA, driftsleder Lars M. Damkjær VVS-Eksperten A/S, Esbjerg Afd. for sponsorering af PEX-rør Esbjerg, maj 2013 EN2-B308b Side 8

9 1 Indledning 1.1 Baggrund. Baggrunden for denne rapport er, at de fossile brændsler som kul, olie og gas er en begrænset ressource, der samtidig udleder store mængder CO 2, som medvirker til den globale opvarmning. Det er derfor nødvendigt at finde vedvarende alternativer til disse energikilder. Da rumopvarmningen i de danske husholdninger udgør næsten 84 % af danskernes private energiforbrug i hjemmet (2), er der et stort potentiale i en omlægning til vedvarende energi indenfor dette område. Da vi i Danmark samtidig har en høj fjernvarmedækning, vil en omlægning til vedvarende energi indenfor fjernvarmesektoren give stor gennemslagskraft i forhold til det samlede energiforbrug. Andelen af hustande med fjernvarme har desuden været stigende gennem de sidste mange år, som det fremgår af Figur 1. Der anbefales i Varmeplan 2010 (3), en rapport udført af Rambøll Danmark og Aalborg Universitet for foreningen Dansk Fjernvarme, en yderligere udbygning af fjernvarmedækningen med op imod 25 %. Herved opnås en samlet dækning på ca. 65 % af rumopvarmningsarealet. 100% 80% 60% 40% 20% 0% fjernvarme centralvarme med olie o.l. centralvarme med naturgas El-opvarmning Ovne med olie o.l. Andet Figur 1 Udviklingen i opvarmningsformer fra 1986 til 2012 (4) I Danmark er der ca. 430 fjernvarmeværker. Disse er fordelt på ca. 40 kommunale værker, der leverer omkring 50 % af fjernvarmen i Danmark, ca.10 private, som leverer en meget lille del af fjernvarmen, og resten leveres af andelsejede fjernvarmeværker. Disse værker leverer varme til ca. 1.6 mio. hustande og dækker derved, som det ses af Figur 2 over 60 % af Danmarks husstandes varmebehov. (5) (6) I forhold til bygningsareal dækkes dog kun 51 % af opvarmningsbehovet af fjernvarme, som det ses af Figur 3. Side 9

10 Centralvarme m naturgas 15,8% Centralvarme med olie 12,2% Centralvarme, ikke olie og naturgas 2,5% Varmepumpe 1,2% Elvarme 4,3% Fjernvarme 63,0% Øvrige ovne 0,8% Uoplyst 0,3% Figur 2 Fordeling af opvarmningstyper ud fra antallet af boliger i 2012 (7) (Appendiks 1. Danmarks Statistik varmefordeling efter antal Centralvarme m. naturgas 18,6% Ovne m olie o.l. El opvarmning 0,6% 6,8% Uoplyst 6,4% Fjernvarme 51,0% Centralvarme m. olie 16,6% Figur 3 Fordeling af opvarmningstyper ud fra bygningsareal (4) (Appendiks 2. Danmarks Statistik varmefordeling efter areal Da der samtidig har været en stigning i fjernvarmedækningen gennem de seneste år, vil det derfor være yderst interessant at vurdere, om fjernvarmen kan Side 10

11 produceres af vedvarende energi fremfor afbrænding af fossile brændsler. På nuværende tidspunkt udgør fossile brændsler omkring halvdelen af fjernvarmeproduktionen i Danmark. (8) Foreningen Dansk fjernvarme, som repræsenterer mere end 98 % af de danske fjernvarmeproducenter (6), er ligeledes positivt indstillet overfor dette. Som de skriver på deres hjemmeside: Dansk Fjernvarme anbefaler, at andelen af vedvarende energi i fjernvarmesektoren øges, og at fossil energi til fjernvarmeproduktion udfases, efterhånden som det er økonomisk fornuftigt (6) Politisk er der ligeledes fokus på området. Det er blandt andet i Energiaftalen af 12. marts 2012 (9) blevet besluttet at udarbejde en analyse af fjernvarmeforsyningens rolle i den fremtidige energiforsyning inden udgangen af Der er samtidig afsat en pulje på 35 millioner kroner fra til fremme af vedvarende energi indenfor fjernvarmesektoren. På den baggrund vil denne rapport forsøge at belyse, om det er muligt at producere fjernvarme uden anvendelse af fossile brændsler, baseret på vedvarende energikilder som eksempelvis solenergi, vindenergi, biomasser, biogas eller andre former for grøn energi. En anden problemstilling i forbindelse med fjernvarmeproduktion er, størstedelen af de decentrale kraftvarmeværker producerer varme som en biproduktion til elproduktion for derved at opnå en større samlet produktion og heraf større omsætning til dækning af faste omkostninger. De opnår ydermere den fordel ved kombineret el- og varmeproduktion, at de kan få en afgiftsbesparelse på det indkøbte brændsel. Dette skyldes, at der ikke er afgift på brændsel til elproduktion, hvilket der derimod er på brændsel til varmeproduktion. Afhængig af markedsprisen på el kan værkerne på den måde forbedre indtjeningen ved at producere både el og varme fremfor udelukkende at have varmeproduktion. Den ændrede struktur omkring elforsyningen i Danmark med mange vindmøller og senest private solceller har dog betydet, at vi på visse tidspunkter har en overproduktion af elektricitet. Denne overskuds-el sælges til en lav nedreguleringspris til eksempelvis Sverige og Norge (10), der har mulighed for lagring af energien i hydro-reservoirer. I disse bruges den billige el til at pumpe vand op i højtliggende reservoirer, hvorved det tilføres en potentiel energi. Når der så bliver brug for energien, ledes vandet ned gennem turbiner, hvor den potentielle energi igen omdannes til elektricitet, som ledes ud på el-nettet. I Danmark er der ingen naturlige højdeforskelle, hvorfor denne form for energilagring ikke er mulig. Det har derfor, set ud fra et dansk synspunkt, overflødiggjort en stor del af den elproduktion, der finder sted i forbindelse med fjernvarmeproduktion i de decentrale kraftvarmeværker. Som det fremgår af Figur 4, der viser elproduktion og Side 11

12 forbrug for december 2012, er den del af elproduktionen, der ligger over forbrugskurven reelt set overskudsproduktion, som sælges billigt på eksportmarkedet. Det optimale må derfor være en omlægning af en del af fjernvarmesektoren til varmeproduktion uden elproduktion, måske endog med mulighed for at udnytte den overskuds-el, der finder sted på visse tidspunkter. Som det er nu, sælges overskudsproduktionen til spotpris og der købes i princippet den samme elektricitet tilbage til en højere markedspris, når der er underskud af egen produktion. MWh Elproduktion og -forbrug december 2012 Vindproduktion Decentral produktion Central produktion Bruttoforbrug Dato Figur 4 Elproduktion og forbrug i DK-Vest for december (8) 1.2 Strukturen i fjernvarmeforsyningen Udover de ca. 430 kraftvarme- og varmeværker, der i Danmark fungerer som kollektive el- og varmeforsyninger, er der desuden ca. 480 selvstændige varme-og kraftvarmeværker, som udelukkende leverer el og varme til den institution, virksomhed eller boligblok, der ejer dem. (11) Der findes ligeledes enkelte mindre varmeproducenter, som leverer industriel overskudsvarme til lokale fjernvarmenet. Denne rapport vil dog udelukkende fokusere på de værker, der fungerer som kollektiv el og varmeforsyning. Der er overordnet set tale om tre typer af værker i Danmark (11): Centrale kraftvarmeværker. (16 værker) Disse værker er beliggende i større byer. Det er typisk værker som oprindeligt udelukkende producerede el, men som i kraft af udviklingen i Side 12

13 teknologien er overgået til både at producere el og varme for at udnytte spildvarmen og hermed øge udnyttelsesgraden. Decentrale kraftvarmeværker. (ca. 285 værker) Disse er beliggende i mellemstore byer, og de fleste er bygget med det formål udelukkende at producere varme. De er dog af hensyn til rentabiliteten overgået til både el- og varmeproduktion Decentrale varmeværker. (ca. 130 værker) Mindre varmeværker som er beliggende i mindre byer og udelukkende producerer varme. 1.3 Brændselstyper i fjernvarmeforsyningen. I fjernvarmeproduktionen anvendes der forskellige brændselstyper, som er bestemt ud fra vidt forskellige kriterier. Tendensen siden firserne har været at kul og olie er blevet udfaset til fordel for naturgas, biomasser og vedvarende energi. (12) Naturgassen er dog til trods for navnet fossilt brændstof og en udtømmelig ressource. Det er dog problematisk for mange varmeværker at skifte fra naturgas til afgiftsfrie alternativer som biomasser eller vedvarende energi, da de er politisk bundet af aftaler om brug af naturgas. Det er blandt andet det, der gør det svært for de såkaldte barmarksværker at få økonomien til at hænge sammen. Barmarksværkerne er fjernvarmeværker, der blev etableret omkring 1990 på en bar mark med et relativt tyndt opland. Målet med disse værker var at få brugt naturgassen fra Nordsøen til opvarmning af boliger i områder, hvor der ikke i forvejen var fjernvarme. Disse værker er politisk bundet til at bruge naturgas, men på grund af deres lille størrelse og relativt lange ledningsnet, med heraf stort varmetab, bliver varmeprisen for den enkelte forbruger uforholdsmæssigt høj. Dette ville delvist kunne afhjælpes ved at skifte til afgiftsfritaget biomasse eller vedvarende energi. (13) (14) Side 13

14 2 Problemanalyse For at belyse problemstillingen er der foretaget en analyse af udvalgte metoder til at producere fjernvarme. Disse metoder beskrives, hvorefter der delkonkluderes på de enkelte teknologier. Eftersom det er projektets mål at producere fjernvarme baseret på grøn og vedvarende energi. Gælder det derfor om at udvælge den teknologi, som findes mest bæredygtig, i forhold til den udvikling af metoderne, der eksisterer i dag. De teknologier der er valgt at fokusere på i denne rapport mht. fjernvarmeproduktion er: Biomasse, biogas, affaldsforbrænding, geotermi, sol og vindkraft. 2.1 Biomasse I Danmark udgør energiproduktionen fra biomasse den største del af den vedvarende energi. I 2011 var den samlede produktion af vedvarende energi på TJ, hvoraf de TJ var baseret på biomasse. Denne sektor stod altså for 61,9 % (Figur 5) af den samlede producerede mængde vedvarende energi. Dog udgør biomasse stadig kun 9,4 % af den samlede danske produktion af energi. (9) [%] 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Vedvarende energi, fordeling Biomasse Vindkraft Varmepumper Biogas Øvrige energikilder Figur 5: Vedvarende energi fordelt på energityper (9) Af Figur 6 fremgår det, at biomasseandelen af den vedvarende energi hovedsageligt består af tre hoveddele. Nemlig bionedbrydeligt affald, halm og diverse former for træressourcer. Der kan ses bort fra brænde som råvareressource i et varmeværk, da det logistisk set er for uhåndterbart. Den store mængde energi, der produceres af brænde, er fremkommet ved afbrænding i private brændeovne. Side 14

15 [TJ] Biomasse fordelt på type Figur 6: Biomasse i energisektoren fordelt på type (9) For at udnytte biomassen bedst muligt til fjernvarmeproduktion, skal den anvendes på centrale og decentrale varmeværker, hvor den skal omsættes til fjernvarmeenergi i forbrændingskedler. Det er derfor vigtigt at gøre energiressourcen så logistisk håndterbar som muligt. Dette betyder, at det mest hensigtsmæssige vil være at benytte halmballer, træflis, træpiller eller komprimeret mad- og papiraffald fra industrien. Bionedbrydeligt affald er en forholdsvis knap ressource, hvorfor en øget anvendelse heraf kan medvirke til, at råvarerne bliver dyrere og forsyningen mere ustabil. Halm, træpiller og flis har med nogenlunde enslydende brændværdier (15-18 GJ/t) de samme fordele med hensyn til logistik og lagring. (15) Ressourcerne har dog forskellig densitet, og det kan ud fra et logistisk synspunkt påvirke valget af den bedst egnede råvare. Af Tabel 1 fremgår det, at massefylden for træpiller er henholdsvis omkring seks og tre gange større, end den er for halm og skovflis. Dette gør sammen med de enslydende brændværdier træpiller til en mere håndterbar ressource end både halm og flis. Dertil skal dog medregnes en forskellig forarbejdningsgrad for de forskellige biomassetyper. Det kræver mere forarbejdning af træmassen at producere piller end flis og det kræver mere forarbejdning at producere flis end halmballer. Dette bør derfor indgå i den samlede vurdering og valg af biomasseressource. Side 15

16 Biomasse Kg/m 3 Træpiller 660 Lagret skovflis 235 Halm, gul Tabel 1: Massefylde, biomassetyper (16) En af de store fordele ved at bruge biomasse som vedvarende energikilde er, at man, i modsætning til sol-, vind- og vandkraft, kan lagre energiressourcen. Herved opnås den fordel, at energien kan produceres, når der er behov for den. Man skal derfor heller ikke bekymre sig om lagring af energien. Desuden bygger det på en allerede eksisterende teknologi, der derved straks kan implementeres i en fjernvarmeløsning. Brugen af biomasse i energiproduktion medfører en række etiske problemstillinger, der skal tages stilling til. Her er det hovedsageligt dilemmaerne vedrørende produktion af biobrændsler på områder, der kan anvendes til landbrugsjord, kritikerne af øget biomassebrug i energisektoren henfører til. Der argumenteres for, at anvendelsen af landbrugsjord til energiformål, kan være en medvirkende årsag til øgede fødevarepriser. Fælles for alle brændselstyperne er også, at de tilgængelige ressourcer ikke kan dække det samlede energibehov. (17) En af de afgørende ulemper for brugen af biomasse i fjernvarmeproduktion er de øgede afgifter, der pålægges alternative energiformer. For eksempel betyder en nyligt vedtaget femdobling af NOx-afgiften, at fjernvarmeprisen vil stige for slutbrugeren. Denne forøgelse gælder dog også for fjernvarme produceret på fossile brændsler, så i henhold til fossile brændsler contra biomassebrændsler betyder stigningen ikke noget. Et aspekt i afgiftsstigningen er dog, at kraftvarmeværker bliver kompenseret for stigningen gennem højere elpriser, hvilket varmeværker naturligvis ikke bliver. (5) (18) (19) Delkonklusion Der er altså en række fordele forbundet med at etablere et fjernvarmeværk baseret på biomassebrændsler. En af de største fordele er muligheden for, i lighed med fossile brændsler, at lagre ressourcerne, så energiproduktionen bedre kan afstemmes med energibehovet. Problemerne med ressourceknaphed gør dog sammen med problematikken omkring de etiske hensyn, omkring produktion af biomasse på landbrugsjord, at biomasse som energiform fravælges. Et øget befolkningstal betyder et tilsvarende øget areal til fødevareproduktion. Det er derfor vigtigt i forbindelse med produktionen af vedvarende energi også at have fokus på andre områder. Side 16

17 2.2 Biogas i fjernvarme I Danmark skal biogassen iflg. Danmarks varmeplan 2008, udarbejdet af Rambøll, kunne levere 8 PJ inden (20) Biogassen produceres på biogasanlæg, som iflg. rapporten Grøn vækst (21) skal op på at udnytte 40 % af den samlede mængde gylle i Danmark til grøn energi. Biogassen leveres til kraftvarmeværker, som kan bruge biogassen i de allerede installerede naturgasmotorer, hvor biogassen bliver brændt af og omdannet til varme og el. Fordelene ved at bruge biogas er først og fremmest, at man afgasser den gylle som husdyrene producerer. Derved bliver gyllens næringsstoffer nemmere optaget i jorden, hermed reduceres udvaskningen af naturskadelige stoffer. Dette mindsker forureningen af nærliggende vandløb. Samtidig opnås også en klimamæssig gevinst, da man undgår, at der bliver dannet metan under anaerobe forhold på markerne. Der er altså en række klima- og miljømæssige fordele ved at bruge biogas i fjernvarme. Der er dog en række logistiske udfordringer forbundet med at transportere biogassen rundt til de forskellige kraftvarmeværker. Medmindre gassen opgraderes til det eksisterende naturgasnet, skal den bruges i lokalområdet, hvor gassen er produceret. Der skønnes at være store økonomiske fordele ved at bruge biogas i varmeproduktion for mindre byer, som har et stort omkringliggende landbrugsareal. Man har f.eks. i Gedsted koblet et biogasanlæg, ejet af en lokal landmand, til Gedsteds varmeanlæg, dette har givet medejerne besparelser på varmeregningen, idet hele varmeproduktionen er lokalt ejet. (22) En af forhindringerne i at bruge biogas i fjernvarme er, at naturgasselskaberne ønsker at fastholde deres kunder. De tager derfor ofte retslige skridt for at forhindre fjernvarmeanlæg i at omlægge til mere naturvenlige opvarmningsformer. Dette var bl.a. tilfældet, da Gedsted Fjernvarme ville omlægge fra naturgas til biogas som opvarmningskilde. Landmanden, som ejer biogasanlægget, var tvunget til at købe naturgasselskabet ud for at gennemføre omlægningen. (22) Udover de juridiske problemer ved at indføre biogas som opvarmningsmulighed er der de infrastrukturelle. Det er dyrt, såvel økonomisk som miljømæssigt, at fragte gyllen mellem landbruget og biogasanlægget. Målet for Gedsted Fjernvarme er at bruge biogas fremfor naturgas til at producere 85 % (22) af fjernvarmen. Ud fra regnskabsresultaterne fra år 2010 til år 2012 (se Tabel 2) fremgår det, at målet ikke er opfyldt. Grunden til dette er, at biogassen er dyrere end naturgassen, som det fremgår af Tabel 3. (23) Side 17

18 Gaspris for Gedsted fjernvarme 2011 til til 2011 Naturgas til varmeproduktion biogas til varmeproduktion I alt Tabel 2: Gasforbrug for Gedsted Fjernvarme Gaspris per m til til 2011 naturgas til varmeproduktion 0,16kr. 0,18kr. Biogas til varmeproduktion 0,30kr. 0,50kr. Tabel 3: Gaspriser for Gedsted Fjernvarme Delkonklusion Biogas i fjernvarmeproduktion er allerede en moden teknologi og produktionen af biogas medfører en række miljø- og klimamæssige fordele. Det er dog ikke økonomisk rentabelt at erstatte naturgas med biogas. Medmindre teknologien videreudvikles til at udvinde en større mængde biogas fra biomassen, kan det ikke betale sig at bruge biogas uden offentlig støtte eller afgiftsfritagelse. 2.3 Geotermi Geotermisk energi betragtes som en form for vedvarende energi. Energien består af varmt vand, som strømmer fra jordens indre mod jordens ydre. I Danmark stiger temperaturen ca C pr meter man borer vertikalt ned i undergrunden. Før et geotermisk anlæg kan placeres, skal undergrunden undersøges grundigt. Der skal, mellem jordlagene, findes porøse og permeable sandlag, altså lag hvor der er størst mulig hulrum for vandstrømninger. Herhjemme kan boringer fra 800 meter og dybere bruges til at udvinde geotermisk varme. Det viser sig at jo længere man kommer ned i undergrunden, jo mindre porøse og permeable bliver sandlagene. Det har i Danmark vist sig, at det ikke kan svare sig at lave geotermiske boringer dybere end 2500 meter. Et geotermisk anlæg fungerer ved, at det varme undergrundsvand pumpes op til overfladen, hvorefter man udvinder varmen ved hjælp af varmevekslere, inden vandet igen pumpes ned i undergrunden i en anden boring. Selvom der laves omhyggelige undersøgelser i forbindelse med opførelse af et anlæg, kan der stadig Side 18

19 være en risiko for, at de optimale vandstrømninger til udvinding af energi ikke altid er til stede. Hovedstadsområdets Geotermiske Samarbejde (HGS) lavede i 2008 undersøgelser for de geotermiske reserver i hovedstadsområdet. Ifølge HGS er der i tilladelsesområderne reserver på godt PJ, hvilket vurderes til at kunne dække % af fjernvarmeproduktionen i hovedstadsområdet over flere tusinde år. I Danmark er der opført to geotermiske anlæg. Et i Thisted og et på Amager, endnu et anlæg er på vej ved Sønderborg. Anlægget i Thisted blev sat i drift i Her udnyttes varmen fra ca. 45 C varmt vand, i en boring på ca meter. Anlægget er koblet sammen med et affaldsbaseret kraftvarmeværk, hvor den geotermiske del kan producere varme, som svarer til ca husstandes årlige forbrug. Tilladelsen til opførelse af et geotermisk anlæg skal blandt andet ske efter undergrundsloven. Da man borer mere end 250 meter ned i undergrunden, skal energistyrelsen på forhånd underrettes, idet de bestemmer om et anlæg er omfattet af undergrundsloven. Selv et vertikalt jordvarmeanlæg kan risikere at blive omfattet af undergrundsloven. (12) Delkonklusion Det er tydeligt, at der er et væsentligt energipotentiale i geotermi. Da denne energiform betragtes som vedvarende energi, er det en god løsning til fjernvarmeproduktion. Men da disse anlæg endnu ikke er så udbredt, og erfaringerne hermed ikke er så store, skal der forskes mere indenfor området, således at denne teknologi kan gøres endnu mere attraktiv. 2.4 Affaldsforbrænding. Siden 1997 har alt forbrændingsegnet affald skullet afbrændes og udnyttes til energiformål. Der blev med andre ord sat en stopper for affaldsdeponering, hvorefter det for alvor blev attraktivt med forbrændingsanlæg. Danmark var det første land i Europa til at gennemføre et deponeringsforbud, hvilket i dag er en del af affaldsstrategien i EU. (24) I Danmark bruges affald til at udvinde energi i form af el og fjernvarmeproduktion. Umiddelbart er dette en god løsning, da affaldet derved skaber et bidrag til samfundet. Danske affaldsforbrændingsanlæg er kendt for at have en høj energiudnyttelse af affaldet, hvilket kan have sin fordel i forbindelse med salg af know-how til udlandet. (25) Side 19

20 Figur 7: Placering af forbrændingsanlæg (11) Forbrændingsanlæggene i Danmark skal ikke generere overskud. Jo højere energiudbytte der dermed udvindes af affaldet, jo mindre skal affaldsproducenten betale for affaldsbortskaffelse. Ifølge Energistyrelsen dækker salget af elektricitet og varme ca. 68 % af forbrændingsanlæggets samlede udgifter. Dermed kan affaldsproducenten nøjes med at betale de sidste 32 % i forbrændingsafgift. Disse tal bygger på generelle gennemsnitsberegninger for forbrændingsanlæg i Danmark. En ulempe ved denne energiform er de klima- og miljømæssige aspekter, idet der bl.a. udledes CO 2. Førhen var der store problemer med tungmetaller og giftige dampe, men disse forureninger er næsten elimineret i dag takket være diverse filtreringsmetoder. Grundet mangel på affald er en uheldig tendens ved at udvikle sig. Dong Energys anlæg i Horsens og Måbjerg importerer 40 % af deres affald fra England, mens flere andre anlæg overvejer at gøre det samme. Problemet er, at forbrændingsanlæggene har kontrakt på levering af en bestemt mængde fjernvarme. (26) Som det fremgår på Figur 7, er forbrændingsanlæggene placeret i eller nær større byer. I 2007 blev ca. 20 % af den producerede fjernvarme, og ca. 4,5 % af den producerede el, produceret af affaldsforbrænding. I alt bidrog affaldsforbrændingen med ca. 38 mio. GJ til energiforsyningen i Danmark. (11) Side 20

21 Delkonklusion Grøn Fjernvarme Der er ingen tvivl om at affaldsforbrænding på nuværende tidspunkt er en fornuftig måde at udnytte vores affald på. Men kigger vi på mindre byer, så bliver forbrændingsanlæg for dyre at drive, da der skal være en vis mængde affald i området. Disse aspekter ender ud i at beliggenheden af affaldsforbrændingsværkerne er nær store byer, og dermed er det mest optimale for fjernvarmeproduktion nær mindre byer nok en anden teknologi. 2.5 Sol- og vindkraft På nuværende tidspunkt er der i Danmark ikke mange erfaringer med at anlægge varmeværk udelukkende baseret på solenergi. Dette kan skyldes usikkerhed omkring, hvor meget solindfald der er de enkelte år. Nogle år er man nødt til at tildække solfangerne, for at undgå overophedning, og andre år er der knap sol nok til at få varmt brugsvand i hanerne om sommeren og da slet ikke om vinteren. Der er flere mindre fjernvarmeværker, der anlægger solfangerparker for at supplere varmeproduktionen. Disse værker er ellers hovedsageligt baseret på afbrænding af enten fossile- eller biobrændsler. Nogle få fjernvarmeværker satser stort på solvarme, med backup i et brændselsfyr, f.eks. ved afbrænding af flis. Solfangeranlæg er meget pladskrævende, det største anlæg i Danmark i øjeblikket Figur 9: Traditionel solfanger. (64) Figur 8 Vakuum solfanger (63) er på m² solfangeroverflade og grundarealet er væsentligt større. Der skal ligeledes være en form for akkumuleringstank eller varmelager, for at kunne gemme varmen fra de varme dage til de kolde. De fleste solfangerparker bruger den traditionelle solfanger, hvor væske løber gennem rør under en absorberflade. Det er formentlig pga. dens lave anlægs- og vedligeholdelsesomkostninger. Derimod har vakuum solfangeren vist sig at have stor effektivitet, selv ved lave temperaturer. Den er dog også mere kompliceret, og dermed dyrere i indkøb og vedligeholdelse. I områder med meget plads og stærk Side 21

22 sol, f.eks. i en ørken, er det muligt at anvende de såkaldte CSP, Concentrated Solar Power. De fungerer vha. spejle, der reflekterer solen hen på et tårn, hvor vand omdannes til damp og driver en turbine, som laver strøm.en beregning af data fra Solvarmedata.dk (27), viser en samlet produktionen af solvarme i 2012 på MWh for 25 fjernvarmeværker med solfangeranlæg. En samlet opgørelse over produktionen for alle solfangeranlæg i Danmark findes ikke, da en stor del af anlæggene er opsat på enfamilieshuse. Figur 11 CSP Concentrated solar power (62) Vindkraft Der er i Danmark ikke tradition for at anvende vindenergi til fjernvarme. Langt de fleste vindmøller producerer el, som i givet fald skal laves om til varme. Der er dog fremstillet vindmøller, som direkte omformer energien til varme f.eks. vha. en slags piskeris. En anden løsning kan være at drive en varmepumpe med el fra en vindmølle. Det er dog mere almindligt, at levere strømmen til forbrugerne, der selv tænder deres elvarme eller varmepumpe, fremfor et vindkraftbaseret fjernvarmeværk. Der hvor vindkraft i forhold til et varmeværk kan være en stor fordel, er når der er overskud af strøm, f.eks. om natten og når det blæser meget. Her kan der produceres billig varme, hvor der ligeledes vil være behov for lagring af varmen. Danmark er på nuværende tidspunkt blandt de førende indenfor udviklingen og produktion af vindmøller. De vindmølleparker, der bygges i øjeblikket, er udelukkende anlagt med de traditionelle vindmøller. De bliver højere og højere, og får større og større vingefang, for at kunne opfange så meget energi fra vinden som muligt. De fleste nye vindmølleparker anlægges ude på havet, både af pladshensyn og pga. at der her ikke er bakker, træer, bygninger og andet til at forstyrre vindflowet. Side 22

23 Figur 14: Forskellige typer af vindmøller. (6) (28) (29) Både mht. sol- og vindkraft er lagringen af energi en af de største udfordringer, fordi der er en masse sol- og vindkraft, bare ikke nødvendigvis på det tidspunkt hvor energien forbruges. Derfor er det vigtigt at kunne gemme denne energi, ikke blot hen over døgnet, men også fra sommer til vinter. Indtil nu har akkumuleringstanke kunnet udjævne produktionen over et til flere døgn. På et fjernvarmeværk er disse tanke typisk på m³, og afhængig af størrelsen på værket kan der være en til flere tanke. Der er siden 1970 erne blevet lavet forsøg med såkaldte damvarmelagre i Danmark. I 2004 byggede Marstal Fjernvarme et damvarmelager på m³, som et pilotprojekt. Dette forsøg er forløbet så godt at de har anlagt yderligere m³ lager, så de nu har ca m³ lagerkapacitet. Flere mindre fjernvarmeværker påtænker at anlægge damvarmelagre. Gram Fjernvarme har planer om et m³ stort damvarmelager, samt en udbygning af deres solfangerpark med m², så de i alt er oppe på ca m² solfangerflade. Delkonklusion for sol- og vindkraft For både sol- og vindkrafts vedkommende er det svært, at forudsige nøjagtigt hvor meget energi man kan forvente i både nær og fjern fremtid. I hvert fald i vores del af verden. Andre steder er der større solgaranti og man kan derfor udnytte denne energiform bedre end i Danmark. Solen skinner og vinden blæser tilstrækkeligt her også, vi skal bare være bedre til at høste og lagre denne energi. Det vil sige, at der skal videreudvikles på både solceller, solfangere og vindturbiner til en bedre virkningsgrad. Når det bliver muligt at løse problemerne omkring lagringen af overskudsvarme og -strøm, til solen ikke skinner og vinden ikke blæser, så har man svaret på en stor del af verdens energiefterspørgsel. Side 23

24 2.6 Problemafgrænsning Affald På grund af det til stadighed høje CO2-udslip og problemerne omkring logistik og ressourceknaphed fravælges affald som energi på et mindre varmeværk. Energiformen er langt bedre egnet til centrale kraftvarmeværker. Biogas Trods fordelene omkring forbedringer af gyllen og den modne teknologi bag, fravælges biogas som energikilde til fjernvarme. Det er en løsning, der endnu ikke kan etableres og drives uden offentlige tilskud. Desuden er der logistiske og luftforureningsmæssige udfordringer ved at have et biogasanlæg tæt på bynær bebyggelse. Biomasse De høje afgifter, ressourceknapheden samt de etiske problemstillinger gør, at biomasse, trods fordelene omkring den allerede eksisterende teknologi og ressourcelagringen, fravælges biomasse som energikilde. Geotermi Det er en forholdsvis ny og uprøvet energiform i Danmark, og der er derfor stadig for mange uvisheder forbundet med teknologien, hvilket er med til at gøre den både for dyr og usikker til almindelig brug og som hovedenergikilde. Sol/vindkraft Skønt ulemperne omkring ressourcestabiliteten synes fordelene ved solvarme at opveje disse i forbindelse med projekteringen af et mindre varmeværk. Det er for det første en nærmest CO2-neutral energiform, når anlægget er etableret. For det andet er det en gennemprøvet teknologi, der til stadighed effektiviseres. Vindenergi tilvælges som supplerende energikilde, pga. at den på samme måde som solenergien er stort set CO₂-neutral og der er allerede en overproduktion på visse tidspunkter. 2.7 Problemformulering Kan der dimensioneres et fjernvarmeværk baseret på solfangere og overskudsstrøm fra vindmøller for en by på størrelse med Gram? Hvor stort et solfangerareal skal der til at dække varmeforbruget? Hvor stor sæsonlagringskapacitet er der behov for? Hvor stor en del af varmen skal komme fra supplerende el? Side 24

25 2.8 Metode Grøn Fjernvarme Dimensioneringsberegninger er primært baseret på indsamlede data fra Gram Fjernvarme. Derudover er der anvendt data fra offentligt tilgængelige kilder, til at lave øvrige beregninger og analyser. Der er udført forsøg på et solfangeranlæg, for at påvise sammenhæng imellem flere parametre. Teorien er indhentet vha. lærebøger, vejledere, internettet og 3. part. Der er indsamlet kvantitative data fra egne forsøg på forsøgsopstilling, fra 3. part samt fra offentligt tilgængelige kilder. Side 25

26 3 Teori 3.1 Graddage Graddage er en forsimplet metode på, at beregne varmetab på. Graddagetallet, GD, er en bestemmelse af, hvor meget energi der er behov for, til opvarmning af et rum op indenfor en given periode på f.eks. en dag, en uge, en måned, eller et helt år (30) Graddagetallet er bestemt ved forskellen, mellem en basis temperatur, som i Danmark ligger på 17 ⁰C, og udetemperaturens middelværdi over et døgn. Man siger at basis temperaturen er 17 ⁰C fordi man ved hjælp af tilskudsvarme, som mennesker, solindstråling, og apparater mm. er i stand til, at opretholde en indetemperatur på 20 ⁰C. Hvis et døgn har en middelværdi på temperaturen f.eks. 9 ⁰C har dette døgn gradtallet 17-9 ⁰C = 8 graddage, dette fortæller altså hvad forskellen er, mellem middeltemperaturen inde og ude. Man kan beregne et hel års graddage ved at lægge alle graddagene for et år sammen. Et normalt år har ca graddage (30), men dette afhænger af hvor målingerne bliver foretaget, og på hvilken måde dataene behandles. Der er en række faktorer, der spiller ind i målingerne, dette kan være solindstråling, og vind på de pågældende målestationer. Man kan regne med lavere basistemperatur, hvis der f.eks. er flere personer i et rum, hvis der er større lystilgang fra solen, kraftigt oplyste rum, eller mange el-apparater i rummet, så som ovne, computere mm. Så jo større varmetilskuddet er indenfor - jo lavere er basistemperaturen. Derved bliver graddagetallet mindre. Dette betyder jo større graddagetal - jo større er brugen for opvarmning. Hvis man vil beregne basistemperaturen bruges følgende formel (30): Hvor t b = basistemperaturen til beregning af graddagetallet t i = den ønskede indetemperatur Φ i =det interne udnyttelige varmetilskud, beregnet som et gennemsnit for varmesæsonen, altså mennesker, el-apparaters varmetilskud i rummet indenfor. Side 26

27 H = det specifikke varmetab for transmissionen og ventilation, hvor transmissionen betyder hvor godt det enkelte hus er isoleret, og ventilationen, er luft til og fra huset. Hvis der skal tages hensyn til lavere basistemperaturer, skal der ganges en faktor på. Faktor K ganges med graddagetallet for, at tage hensyn til førnævnte basistemperatur. Denne kan beregnes således (30): Hvor a = antallet af dage i opvarmningsperioden t e = den månedlige ude middel temperatur. Man kan regne denne formel mht. K ud således, at man tager antallet af graddage på et år, for f.eks. fra DMI s rapport om graddage i Esbjerg lufthavn i år 2011 (31) Vil man kunne se at, ved Esbjerg luft havn har der været 3385 graddage i løbet af året. Denne indsættes og fås til: Hvis der er ændringer i basistemperaturen f.eks. om vinteren, hvor man ofte opholder sig inden for, kan basistemperaturen være ændret til f.eks. 16⁰C og dage der er vinter i Danmark som er sommerdage altså = 273, så kan man korrigere gradtallet ved at ændre tb til 16 og indsætte 273 på a s plads = 0,91 Det korrigerede graddageantal bliver så GD krr = 0,91*3385 =3112 graddage. Side 27

28 3.2 Solfangerteori For at yde mest effektivt skal en solfanger placeres vinkelret på solen. Men da solfangeranlæg normalt er fastmonterede med en bestemt indstilling er det vigtigt, at denne indstilling er så optimal som muligt. I Danmark gøres dette indledningsvis bedst ved at stille solfangeren i en hældning på 45 grader i forhold til vandret, retning stik syd. Ønskes højere effektivitet om vinteren øges vinklen, da den lavere sol i vinterhalvåret da vil stå mere vinkelret på solfangeren. En lavere vinkel end de 45 vil derimod øge effektiviteten om sommeren. Det kan derfor, for at opnå den højeste årlige effektivitet, for et fast solfangeranlæg betale sig at montere anlægget i mindre end 45, hvorved de længere dage i sommerhalvåret udnyttes. (32) En solfanger, der står vinkelret på solen, har i skyfrit vejr en effektivitet på omkring % (33). Det er dog ikke alene anlæggets placering, der har indvirkning på væskens evne til at optage varme fra systemet. Selve udformningen af hele anlæggets rørsystemer og den hastighed, hvormed væsken pumpes rundt i systemet har stor indvirkning på anlæggets effektivitet og dets evne til at optage varme gennem konvektion. For beregning af denne konvektionsevne anvendes ligningen: (34) Hvor h = varmekonvektions-koefficienten (W/m 2 *K) A s = areal af varmeoverførselsflade (m 2 ) Og hvor Hvor ( ) Hvor T s = rørets indvendige overfladetemperatur T e = væskens gennemsnitstemperatur, udløb T i = væskens gennemsnitstemperatur, indløb Side 28

29 Ligningen er dog langt fra så simpel, som den fremstår ved første øjekast. Varmekonvektions-koefficienten er nemlig afhængig af andre faktorer i systemet; navnlig systemets strømningstype. Herfor skal systemets Reynolds-tal kendes, for at dets konvektionsevne kan findes. Dette tal bruges til at forudse, hvor turbulent rørsystemets strømning er og er med til at fastsætte varmekonvektionskoefficienten. Størrelsen af Reynolds-tallet (Re) har betydning for, hvorledes der skal regnes videre på systemet (se Tabel 4). Den midterste værdi angiver et grænseområde, hvor det er svært at afgøre om strømningen er turbulent eller laminar. Skellet mellem laminar og hvor strømningen begynder at blive turbulent kaldes det kritiske Reynolds-tal. En helt præcis inddeling er det dog ikke, da den reelle inddeling afhænger af rørsystemets udformning; særligt med henblik på indsnævringer, knæk og kurver. Det skal da her også noteres, at det ved laboratorieforsøg er lykkedes at holde en strømning laminar ved Reynolds-tal på op til (34) Re laminar strømning Re laminar/turbulent Re turbulent strømning Tabel 4: Inddeling af Reynolds-tal Følgende formel bruges til udregning af Reynolds-tallet (34): Hvor ρ = væskens densitet (kg/m 3 ) V avg = væskens gennemsnitsfart (m/s) D = rørets karakteristiske diameter (m) μ = væskens dynamiske viskositet (kg/m*s) Når systemets strømningskarakteristika kendes, kan der regnes videre på dets konvektionsevne. Det næste vil være at udregne systemets Nusselt-tal, hvorved varmekonvektions-koefficienten kan bestemmes. Nusselt-tallet indikerer systemets evne til at optage varme gennem konvektion. Jo højere et Nusselt-tal, jo større er varmekonvektions-koefficienten og jo større er varmeledningsevnen. Side 29

30 For at fastslå Nusselt-tallet skal væskens Prandtl-tal (Pr) først bestemmes. Dette dimensionsløse tal fortæller om væskens evne til at omsætte kinetisk energi til varme og dets størrelse vil sammen med Reynolds-tallet have stor indvirkning på systemets Nusselt-tal. (34) Hvor μ = væskens dynamiske viskositet (kg/m*s) C p = væskens specifikke varmekapacitet (J/kg*K) k = væskens termiske konduktivitet (W/m*K) Ved hjælp af Prandtl- og Reynolds-tallet kan Nusselt-tallet nu beregnes. Fremgangsmåden for dette er dog her afhængig af, om systemet er laminart eller turbulent. Det er derfor vigtigt, at systemet er korrekt analyseret med henblik på inddelingen af Reynolds-tallet. En forkert inddeling vil medføre en forkert beregningsmetode, hvormed et falsk billede af systemets konvektions-evne opnås. Nusselt-tallet er svært at beregne korrekt, og gængse metoder giver hurtigt en fejlmargin på op mod 25 %. Den mest præcise metode for systemer med et fuldt udviklet turbulent flow med lavere Reynolds-tal er at benytte Gnielinskis ligning, hvorved fejlmarginen kan reduceres til væsentligt under 10 %. (34) ( ) Hvor f angiver rørets friktions-faktor Denne faktor udregnes vha. Petukhovs første ligning. (34) Fælles for disse to ligninger er, at de kun gælder for Reynolds-tal med en værdi mellem og , mens Gnielinskis ligning ydermere fordrer et Prandtltal mellem 0,5 og Side 30

31 Med et fastlagt Nusselt-tal kan varmekonvektions-koefficienten fastslås gennem ligningen (34): Hvor Nu = Nusselt-tal h = varmekonvektions-koefficienten (W/m 2 *K) k = væskens termiske konduktivitet (W/m*K) D = rørets karakteristiske diameter (m) Herigennem kan systemets konvektionsevne fastsættes gennem ligningen: Derved er frembragt et overblik over systemets evne til at overføre varme fra rørsystemet til væsken. Grundet de estimeringer, der skal laves ved inddelingen af Reynolds-tallet, vil det stadig være et estimat - dog et velunderbygget estimat. 3.3 Anlægskarakteristik Ethvert rørsystem vil, yde en modstand på den væske, der pumpes gennem det. Modstanden skyldes, at der bl.a. er friktion mellem væsken og indersiden af rørene, og der vil være modstand i de enkelte komponenter. Dette vil medføre et trykfald hen over systemet. Dette differenstryk (forskel på trykket før systemet og trykket efter systemet) kan beregnes, hvis sammensætningen af rørsystemet kendes. Anlægskarakteristikken er typisk beskrevet ved en anlægskurve indtegnet i et koordinatsystem med flowet, Q på x-aksen og tryktabet H på y-aksen. Side 31

32 For at beregne tryktabet, H tab anvendes følgende formel (35): Samlet tryktab = tryktab over komponenter + tryktab over rør Hvor ( ) og indsættes) ( ) ζ = komponenternes modstandstal λ = rørenes friktionskoefficient v = væskens gennemsnitshastighed g = tyngdeaccelerationen Det ses heraf at H tab afhænger af væskehastigheden, v i anden potens i begge bidrag. Dermed afhænger H tab også af flowet, Q i anden potens så derfor gælder følgende: Hvor K vil være systemets specifikke modstand Indtegnes dette i et Q-H koordinatsystem som nævnt vil dette give en parabel. Et eksempel på en sådan anlægskarakteristik ses på Figur 15, som viser karakteristikken for den solfanger der anvendes til forsøg i denne rapport. Her ses det, om end ikke tydeligt, at kurven har form som en parabel. Dette vil betyde at hvis flowhastigheden øges vil modstanden i anlægget samt den krævede energi til pumpning øges i anden potens. Trykfald [mbar] 200 Trykfald i vand Trykfald i vand Flow [kg/h] Figur 15: Anlægskarakteristikken for Vølund solfanger oplyst af producenten. Side 32

33 3.4 Omkostningsberegninger ved etablering af damvarmelager I dette afsnit bliver DTU-rapporten, Udvikling af flydende lågkonstruktioner til damvarmelagre (36), brugt som guideline til priserne på konstruktionen af et damvarmelager i forskellige størrelser. Priserne ses af Figur 16, og af (Appendiks 4. Omkostninger for damvarmelager) Kr kr. per kubikmeter for lermembran kr. per kubikmeter for stålliner m 3 Figur 16: Omkostninger ved etablering af damvarmelager efter størrelse. Før etablering af et damvarmelager foretages geotekniske undersøgelser, for at finde den mest optimale placering. Det er vigtigt man under udgravningen ikke rammer grundvandsspejlet, og samtidig har et godt fundament for resten af varmelageret. Denne geotekniske undersøgelse, skal derfor tages med i de økonomiske beregninger, når et varmelager etableres. I DTU-rapporten er prisen på den geotekniske undersøgelse, angivet til at være kr. uanset størrelse på damvarmelageret. Udover de geotekniske undersøgelser, skal der både opnås bygningstilladelse, og indregnes andre afgifter m.m. ved opførelsen af et damvarmelager. Disse priser fremgår som procentvise udgifter (36) af de samlede omkostninger, ved opførelsen af damvarmelageret (se Tabel 5) Side 33

34 Procentvis ekstra omkostninger, af samlede omkostninger Pris af samlet beløb i procent Projektering og udbud i fagentrepr. 10 % Byggeledelse, tilsyn, adm. M.v. 2,5 % Byggelånsrenter, stempeludg. O.l. 7,5 % I alt 20 % Tabel 5: Omkostninger ved etablering Princippet i et damvarmelager er at grave et hul, der minder om en omvendt pyramidestub. En vandtæt liner lægges direkte på jorden overalt i hullet. Vand fyldes i og ovenpå flyder et isolerende lag. Efter et stykke tid udtørrer jorden omkring hullet og virker som isolering. Ifølge erfaringerne er der et tab på kun ca. ½ C per måned. Det virker ligesom en akkumuleringstank, hvor der er forskellige varmelag, derved opnås en optimal varmeudveksling. Ved opførelse af et damvarmelager skal man først se på geometrien. Typiske damvarmelagre konstrueres som en pyramidestub. (se Figur 17) Figur 17: Pyramidestub For at kunne beregne omkostningerne ved udgravningerne, og herefter isoleringen skal man kunne beregne rumfanget, målt i kubikmeter. Side 34

35 Rumfangs beregning Til at beregne størrelsen af damvarmlageret og dermed omkostningen ved, udgravningen bruges følgende formel: (Denne formel er for beregning af en prismatoide, men kan også bruges for en pyramidestub) Til beregning af omkostningerne ved enten en kvadratisk bund, eller et rektangulær bund altså længde gange bredde, og isolering i bunden bruges formlen: Til beregning af omkostning på isolation af siderne bruges hvis: 1. Damvarmelageret er kvadratisk Grunden til der er brugt a1 og a både udenfor, og indenfor kvadratrodstegnet er at idet damvarmlageret er kvadratisk er alle 4 sider ens 2. Damvarmelageret er rektangulær Omkostninger ved udgravning I DTU-rapporten fremgår prisen for udgravning 27 kr/m 3 (36) uanset størrelsen af damvarmlagret. Så her kan ligningen for rumfagsberegningen tages i brug Skal der udgraves et damvarmelager på 61 gange 47 meter på toppen, og 18 gange 8 meter i bunden og en dybde på 10 meter, vil rumfanget være: = ,57 m 3 Side 35

36 Prisen for udgravning af damvarmelager, med størrelsen ,6 m 3 isolering vil være: uden ,57 m 3 *27 kr./m kr. Klargøring og dræn Når udgravningen har fundet sted skal der lægges dræn og nedsættes pumpe til ind- og udpumpning af vand. Disse arbejdsopgaver, og materialepriser bliver taget fra DTU-rapporten, som et estimat af prisen på et færdigt damvarmelager. Det er dog ikke alle tal der er taget med fra DTU-rapporten, idet der til denne rapports damvarmelager er valgt en løsning uden betonbund og -sider. Stållinerisoleringen fravælges ligeledes, da damvarmelageret i denne rapport, baseres HDPE liner. HDPE er et termoplast materiale, som er billigt at fremstille, og er bestandigt overfor vandige opløsninger, såsom syre, salte og baser, dog ikke stærkt oxiderende stoffer (37). Priser på klargøring og dræn Byggeplads, og byggeplads veje Tørholdelse af byggegrubbe Bassinkant Ind- og udløbsrør I alt Tabel 6: Priser på klargøring og dræn (36) Pris kr kr kr kr kr. Omkostninger ved isolering Omkostningerne ved isoleringen, kan som alle andre udgifter i et damvarmelagerprojekt være forskellige, idet der kan indhentes tilbud fra forskellige firmaer. Der bliver i denne rapport brugt tal fra Alibaba.com som er et globalt handelsfirma inden for, de plastik liners som bliver brugt til isolering af damvarmelagre. Prisen pr kvadratmeter HDPE liner ligger mellem 0,2$ og 3,5$ (38) afhængig af den indkøbte mængde. Udover dette bliver prisen på det flydende låg hentet i tal fra (36) I det lågkonstruktionens pris afhænger af damvarmelagerets størrelse. Side 36