Kraftvarme og køling. Projektrapport September Lars Andersen

Transkript

1 Kraftvarme og køling Projektrapport September 2006 Lars Andersen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2006

2 Titel : Kraftvarme og køling Rapport kategori : Projektrapport Forfatter : Lars Andersen Dato for udgivelse : September 2006 Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\729\37 Kraftvarme køling\rapport\rapport_final.doc Sagsnavn : Kraftvarme og køling ISBN :

3 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Opgaveformulering Resume Baggrund Køling ved hjælp af varme Anvendelsesområder Miljø og økonomi Køleteknologier Kompressionskøling Absorptionskøleanlæg Adsorptionskøling Adsorptionskøleanlæg Ejektorkøling Frikøling Nøgledata Kraftvarme og køling Anlægsprincipper Anlægsprincipper KV/Køl District cooling / Fjernkøling Køling ved hjælp af fjernvarme Fjernkølenet Case Sverige Leverandører Kompressionskøleanlæg Absorptionskøleanlæg Links Referencer... 32

4 DGC-rapport 2 Bilag Bilag 1: KV-teknologier Bilag 2: Principskitser KV/Køl Bilag 3: Definition af COP Bilag 4: Enheder/definitioner Bilag 5: Absorptionskøleanlæg, virkemåde m.v. Appendiks Appendiks 1: Appendiks 2: Appendiks 3A: Appendiks 3B: Appendiks 4A: Appendiks 4B: Appendiks 5: Danske KV/Køl Cases Tyske KV/Køl Cases Kompressionskøling, produkter Kompressionskøling, cases Absorptionskøling, produkter Absorptionskøling, cases District Cooling

5 DGC-rapport 3 1 Opgaveformulering Denne projektrapport er udarbejdet af Dansk Gasteknisk Center a/s(dgc) for FAU GI (Fagudvalget for Gasinstallationer). Det er formålet at udarbejde et idekatalog for, hvorledes kraftvarme og køling kan sammentænkes, primært med fokus på mer- eller nyanvendelse af gassen. Baggrundsmateriale for undersøgelsen har iht. opgaveformuleringen været DGC s hidtidige arbejder på området, publikationer fra institutioner i de lande, hvor køling/kv er anvendt samt informationer indhentet ved søgning på Internettet. Det har været hensigten at forsyne FAU GI med ajourført information om Fordele/ulemper ved forskellige (køle-)teknologier Nøgledata for ydelse, mål/vægt, pris mv. Mulige markedssegmenter District cooling (fjernkøling) Henvisning til realiserede anlæg (cases) Leverandøroversigt I rapportens appendikser er gengivet et antal beskrivelser af realiserede anlægsprojekter i ind- og udland. Både motor- samt turbinebaserede løsninger er repræsenteret med forskellige køleteknologier tilkoblet. Hørsholm, september 2006 Jan de Wit Projektleder Afd. for Energiteknik og Sikkerhed Bjarne Spiegelhauer Afdelingschef Afd. for Energiteknik og Sikkerhed

6 DGC-rapport 4 2 Resume I denne rapport gennemgås en række køleteknologier med sigte på anvendelse sammen med kraftvarmeanlæg. Herved opnås energianlæg, der kan producere såvel el som varme og kulde. Øgede isoleringskrav og øget intern varmebelastning medfører, at bygninger nu om dage har mindre varmebehov, kortere opvarmningssæson og undertiden faktisk direkte brug for køling. Kraftvarme/køleanlæg vil kunne opfylde dette, og samtidig sikres længere anvendelsestid for det etablerede anlæg og dermed bedst udnyttelse af den investerede anlægskapital. Rapporten beskriver en række køleteknologier og nøgledata for samme. Fordele og ulemper for teknologierne gennemgås. I separate afsnit behandles området Fjernkøling. Dette anvendes i lande omkring os, og en række danske anlæg er under overvejelse. Køling af røggas fra kraftvarmeanlæg ved anvendelse af absorptionsvarmepumpe er også beskrevet. En væsentlig del af rapporten er beskrivelse og links til leverandører samt omtale af en række realiserede cases om kraftvarme/køling både i Danmark, det nære udland og world wide. For et stort antal af disse anlægsbeskrivelser er indlagt pdf-filer, der gør nærmere studier af disse cases mulig. Projektet har grundlæggende haft til formål at fremskaffe øget viden omkring muligheder for kraftvarme og køling. Derfor har rapporten karakter af et idekatalog. Generelt ser det ud til at man kan konkludere, at absorptionskøleanlæg synes at være mest relevante for danske anlæg. Sådanne anlæg er støjsvage, driftsikre og kræver varme som drivmiddel. Varmen skal gerne være > 90 o C for at give en god kuldeydelse (effektfaktor). Der skal i tilknytning til anlægget kunne etableres køletårne til bortkøling af lavtemperaturvarme fra absorptionskøleprocessen.

7 DGC-rapport 5 3 Baggrund I mange bygninger eksisterer både el-, varme- og kølebehov. Isoleringsstandarden øges generelt i disse år, og der arbejdes med større intern varmebelastning (eller solindfald). Sammenholder man dette med et generelt øget fokus på og behov for komfortkøling (air conditioning) kan der også her en del af året (eller døgnet) optræde kølebehov. Køling/klimatisering vil også kunne være relevant i tilknytning til lagre (frugt og grønt mv. /28/). Et kraftvarmeanlæg kan anvendes til at lave såvel el som varme og køling. Ved også at lade kraftvarmeanlægget stå for kuldeproduktion opnås længere årlig driftstid og dermed en bedre udnyttelse/forrentning af den investerede kapital i anlægget. Ved varmedreven absorptionskøling til kuldeproduktionen opnås netop, at varmeproduktionen fra KV-anlægget fortsat kan anvendes i perioder, hvor der ellers ikke ville være brug for denne. I mange lande betales en ekstraordinær høj pris på spidslastelforbrug, både hvad angår den (eventuelt) forbrugte el og installationseffekt for samme. Traditionelt har køling været elbaseret (oftest som eldrevne kompressionskøleanlæg), dette elindkøb vil kunne mindskes ved at producere kølingen i tilknytning til eget kraftvarmeanlæg. For større kraft- eller kraftvarmeanlæg vil køling kunne anvendes til fjernkøling/district cooling. Distribution heraf sker på samme vis som fjernvarme, og køling købes af forbrugerne på helt samme vis som el og varme. Forbrugeren sparer investering i eget køleanlæg, herunder plads såvel ude som inde, samt udgifter i forbindelse med pasning af køleanlæg. Sådanne systemer er i brug i en række byer i EU (fx Stockholm) og i den øvrige verden. I Danmark er anlæg under overvejelse flere steder, bl.a. i det indre København, Høje Tåstrup, Hjørring, Viborg m.fl. På det seneste synes specielt Sverige at have fremkommet med mange rapporter og udredninger om emnet mange af dem frit tilgængelige, se referencelisten, eller: I dansk regi foreligger der bl.a. en større rapport fra 1998 /16/, der ser på forskellige muligheder for at anvende fjernvarme til køling og konkret går i dybden med en fiktiv case i Høje Tåstrup.

8 DGC-rapport 6 Der har igennem en årrække også været trykt mange artikler i tidsskriftet Fjernvarmen om emnet, heraf flere tilgængelige på Køling ved hjælp af varme Køling ved hjælp af varme er kendt og veludviklet teknologi. I Danmark har man eksempler på en række hospitaler, som tidligere har haft absorptionskøleanlæg drevet med damp. Disse er dog efterhånden ofte blevet udfaset pga. et generelt reduceret behov for damp. I en række fritidshuse, landejendomme mv. er der opstillet flaskegasdrevne køleskabe baseret på absorptionsteknologi. De udmærker sig bl.a. ved et lavt støjniveau. Sidstnævnte betyder også, at sådanne undertiden anvendes på hotelværelser. Eftersom teknikken hele tiden udvikles, og de økonomiske og miljømæssige forudsætninger ændres, kan det være hensigtsmæssigt igen at tage emnet op og samle informationerne. I denne rapport fokuseres, som anført i indledningen, på køling i tilknytning til kraftvarmeanlæg og systemer, herunder fjernkøling Anvendelsesområder De anvendelsesområder, der ses eksempler på med kraftvarme og køling, er følgende: Lejlighedskomplekser Skoler/uddannelsesinstitutioner Hospitaler Lufthavne Hoteller Kontorbygninger Restauranter Supermarkeder Lagerbygninger Produktion/industri Køling af indsugningsluft, gasturbiner....

9 DGC-rapport 7 Generelt er det mht. anvendelse af absorptionskøleanlæg sådan, at vand/libr-anlæg er de internationalt hyppigst anvendte til de oplistede anvendelser. Dog finder også anvendelse af NH 3 /vand-anlæg sted inden for produktion/industri Miljø og økonomi I stedet for at sammenligne køleteknologier på energiomsætning (fx effektfaktor COP, se Bilag 3) kunne en sammenligning tage udgangspunkt i: miljø (fx som et middel til nedbringelse af CO 2 -emission) økonomi Flere kilder peger på, at køling vha. varme kan være en effektiv metode til reduktion af miljøbelastningerne /17, 6, 16 m.fl./. Kilde /11/ redegør for, at varmedreven køling er det termodynamisk bedste valg. Varmedrevet køling nævnes også tit i forbindelse med udfasningen af CFC-kølemidler. Mht. økonomien, synes det meget vanskeligt at konkludere noget entydigt, baseret på de rapporter der foreligger. Der er stort set ligeså mange konklusioner, som der er rapporter om emnet. Det er dog et faktum, at varmedrevet køling benyttes i en række lande om end det ofte er med meget forskellige forudsætninger. I Appendiks 1 beskrives to danske anlæg, der kombinerer naturgasbaseret kraftvarme og køling. En række af de nyere rapporter peger på en fornuftig økonomi, hvis varmedrevet køling bliver dimensioneret og kombineret på den rigtige måde sammen med kompressionskøling og frikøling - med den optimale styringsstrategi etc. En medvirkende årsag til den trods alt begrænsede udbredelse i Danmark vurderes også at være, at lovgivningen spiller ind mht. afgifter og tilladelige driftsformer mv. Fx er der nogle lovgivningsmæssige vilkår i varmeforsyningsloven, der begrænser varmeværkers muligheder for at drive andre aktiviteter end varmeforsyning. De kommunale varmeværker skal desuden overholde nogle forpligtelser i henhold til kommunalfuldmagtsreglerne. Således har det kommunalt ejede Viborg Kraftvarme senest fået afslag fra Statsamtet på et større fjernkøleprojekt, da det skønnedes, at det var i konflikt med kommunalfuldmagten.

10 DGC-rapport 8 Der foreligger og foregår øjensynligt et større arbejde for tiden, med henblik på at få en mere hensigtsmæssig/tilpasset lovgivning. Lovgivningsaspekterne er yderligere omtalt i /23, 24 & 22/.

11 DGC-rapport 9 4 Køleteknologier Når køling og (kraft)varme bliver nævnt i sammenhæng, så bliver der ofte tænkt på køling vha. absorptionsanlæg. Den måske mest oplagte måde at køle på er selvfølgelig frikøling dernæst er der kompressionskøling, som kendes fra de fleste køleskabe. Herudover eksisterer der en del muligheder eller metoder til at køle vha. varme (fx absorptionsanlæg). I forbindelse med et kraftvarmeanlæg og et evt. fjernkølingsnet vil alle muligheder i praksis kunne komme på tale. Efterfølgende vil de forskellige kendte køleteknikker kort blive præsenteret. For en mere fyldig gennemgang og beskrivelse henvises fx til: Natural Gas- Fired Cooling Technologies and Economics, /27/. 4.1 Kompressionskøling Et traditionelt køleanlæg, hvor en kompressor driver et kølemiddel rundt i hovedkomponenterne: Fordamper, kondensator samt ekspansionsventil. Kompressoren kan være enten af stempel-, skrue- eller centrifugaltypen. Anlæggene kan afhængigt af temperaturkrav være 1-trins eller 2-trins, Figur 4.1 Figur 4.1: Principdiagram for kompressionskøleanlæg Kompressoren kan drives af en elmotor eller direkte af motor eller turbine, se leverandør- og eksempelsamling i Appendiks 3A og Appendiks 3B.

12 DGC-rapport 10 Drivmiddel: El COP W : 2 6 Levetid: 10-12år Fordele Velkendt teknologi Lavere investeringspris (i forhold til absorptionsanlæg, % billigere) Mere fleksibel mht. temperaturniveau på køleside Kompakt Ulemper Kræver mekanisk energi eller el Mekanisk slid, tilsyn nødvendigt Potentielt giftigt /miljøfarligt kølemiddel (CFV gas) Højt støjniveau Høje driftsudgifter, der opgives typisk en årlig udgift på 4 % af investeringsprisen Effektivitet falder ved dellast 4.2 Absorptionskøleanlæg Denne type anlæg virker på sin vis på samme måde som kompressionskøleanlæggene blot er den mekanisk drevne kompressor her erstattet af en termisk dreven. Denne virker i hovedtræk ved, at en væskeblanding bestående af to komponenter separeres og genabsorberes - ved henholdsvis optagelse og afgivelse af varme - i hvad der benævnes koger og absorber, se principskitse Figur 4.2. Leverandør- og eksempelsamling kan ses i Appendiks 4A og Appendiks 4B. Processen drives grundlæggende ved den tilførte varme; eneste nødvendige mekaniske arbejde er en eller flere traditionelle væskepumper og med meget begrænset energiforbrug i relation til energiomsætningen i processen. Absorptionsanlæg kan enten være direkte eller indirekte fyret (fx drevet med varm luft/røg, varmt vand eller damp). Anlæggene kan udføres 1-trins eller 2-trins.

13 DGC-rapport 11 Figur 4.2: Principskitse, absorptionsanlæg Drivmiddel: Varme, > 70 C COP Q (ζ): 0,6 1,2 (to-trins) Levetid / afskrivning: - 20år Fordele Meget få bevægelige dele Drives af billig varme, evt. spildvarme Lave driftsomkostninger; der angives ofte 1 % af investering som årlig D/V Støjsvag Gode dellastegenskaber Ulemper Kræver forholdsvis stor køletårnskapacitet eller anden bortkøling af varme Vand/LiBr kan få problemer, hvis temperaturen når over ca. 160 C Relativt dyrt i forhold til køleydelse 4.3 Adsorptionskøling Køling ved adsorption kan fx virke ved, at et langsomt roterende hjul, belagt med et fugtabsorberende materiale, på den ene halvdel optager fugten fra den indstrømmende luft, som derved køles. På den anden halvdel regenererer hjulet, ved at der tilføres varme, således at fugten igen afgives, se Figur 4.3. Princippet eller systemerne kaldes undertiden også desiccant køling eller desiccant metoden (desiccant: tørrende eller tørremiddel på engelsk). Fordelen ved systemet er, at det er forholdsvist simpelt og at den luft, der ønskes kølet, benyttes direkte i processen, samtidig med at den bliver konditioneret (fugtstyret). Desiccant køling nævnes ofte i forbindelse med meget fugtige klimaer og fx også i forbindelse med solvarmedrevet køling /20/.

14 DGC-rapport 12 Det svenske firma Munters AB leverer anlæg, der baserer sig på denne teknik ( Figur 4.3: Illustration af princippet i et desiccant kølehjul Fordele Simpel teknologi Kan nyttiggøre varmekilder ved lave temperaturer Potentielt lave vedligeholdelsesudgifter Ulemper Kræver fugtig luft Yder ofte ikke tilstrækkelig kølekapacitet, hvorfor den skal kombineres med andre teknologier Ikke så udbredt i Danmark Adsorptionskøleanlæg Adsorptionsanlæg benytter den samme teknik omkring et fugtabsorberende materiale, men integrerer det i en lukket proces. Der er i litteraturen eller på hjemmesider kun fundet yderst begrænset information om steder, hvor denne anlægstype kunne finde anvendelse specifikt i forbindelse med kraftvarmeanlæg. Prisen, der alene for selve unitten er 5-10 gange højere end øvrige køleteknologier, synes at være en væsentlig årsag hertil. Processen er ikke helt kontinuert, principdiagram ses Figur 4.4. Princippet er i korte træk: Et vandreservoir i et bundkar sættes under lavt tryk, en del af vandet fordamper og vandreservoiret afkøles. Det kolde vand kan nu anvendes som kølemedium.

15 DGC-rapport 13 Dampene ledes til et af to kamre, hvor vanddampen adsorberes på silicagel. Når silicagelen er mættet, skiftes til det andet kammer. I det mættede adsorberkammer tilføres varme, vandet fordampes og ledes til et kølevandskammer for sluttelig af ledes tilbage til bundkarret. Figur 4.4: Adsorptionsanlæg Drivmiddel: Varme, > 55 C COP Q (ζ): 0,4 0,6 Levetid / afskrivning: -? Fordele Kan drives af relativ lav temperatur (55-95 C) Drives af billig varme, evt. spildvarme Ulemper Processen er ikke kontinuert; der indgår procesomskiftning ved ventiler eller klapper Unitpris pr. kw køl er meget høj i forhold til øvrige køleteknologier Kræver ganske stor bortkølingskapacitet (køletårne eller andet) 4.4 Ejektorkøling I ejektoranlæg bruges varme til at skabe damp ved et højt tryk. Denne damp benyttes til at drive processen, idet den føres igennem en såkaldt ejektor ; herved kommer den til at fungere som en termisk kompressor (Figur 4.5) og kan i princippet erstatte kompressoren i et traditionelt køleanlæg.

16 DGC-rapport 14 Ejektorkøling er i litteraturen nogle gange nævnt i forbindelse med solvarmeanlæg /20/. Teknologisk Institut har arbejdet på at udvikle ejektorkøling og betragter teknologien som lovende i forbindelse med lavtemperaturvarme /16/. Motive steam inlet 75 C 0,4 bar 1 Nozzle Mixing chamber Neck Diffuser 2 Pressure side 26 C 34 mbar Suction inlet 8 C 11 mbar 0 Figur 4.5: Termisk kompressor (kilde: Drivmiddel: Varme, > 70 C COP Q (ζ): 0,3 1,2 (!) Fordele Simpel teknologi Vand som kølemiddel Potentielt lave vedligeholdelsesudgifter Ulemper Dårlig dellastegenskaber Ikke specielt kommercialiseret 4.5 Frikøling Med frikøling menes varmeveksling med omgivelserne, dvs. luft, grundvand, havvand eller hvad der ellers måtte være af naturlige kølereservoirer. Det er i virkeligheden den mest oplagte kølemulighed, men synes ikke at have så stor udbredelse i Danmark i hvert fald ikke som primært kølemiddel. I \21\ nævnes en form for frikøling i forbindelse med det nye DRhovedsæde i Ørestaden, idet der køles med grundvandet. En eller flere kontorbygninger ved havnefronten i København anvender køling baseret på vand fra havnen. I det svenske fjernkøleprojekt indgår Frikyla fra søer og hav med en væsentlig bestanddel af kuldeproduktionen. Drivmiddel: El COP W : >30! Fordele Billigt og miljøvenligt - meget effektiv køling Ulemper Kræver en egnet lokalitet fri resource / naturligt kuldereservoir

17 DGC-rapport 15 5 Nøgledata I praksis viser det sig, at det stort set kun er kompressionskøling og i mindre omfang absorptionskøling, der er kommercielt udbredt. Derudover er der frikøling, som i de fleste tilfælde vil være økonomisk overlegen hvis mulighederne ellers er til stede. Indeværende afsnit indeholder derfor hovedsagligt information om kompressions- og absorptionskøleteknologier. I Tabel 5.1 er vist en række nøgledata for forskellige absorptionskøleteknologier. Tabel 5.1: Nøgledata for absorptionskøleteknologi I Tabel 5.2 er fra en anden kilde givet en række tilsvarende nøgledata for en række køleteknologier herunder også kompressions- og adsorptionskøling. Tabel 5.2: Nøgledata for en række køleteknologier Teknologi Driftsmiddeltemp. COP Unitpris ( C) Euro/kW køl Absorption- LiBr-1 trins ,55-0, Absorption- LiBr-2 trins ?????? Absorption-NH ,45-0, Adsorption-Silicagel ,4 0, Komp.køl Ca. 3, Kilde: BINE Informationsdienst, Profiinfo 11/98 De i Tabel 5.1 og Tabel 5.2 angivne anlægsomkostninger vedrører selve køleenheden. Installation samt periferiudstyr vil, ifølge real life cases, ofte fordoble denne pris, se fx Figur 5.2. Disse udgiftsposter vil kunne mindske den relative prisforskel mellem køleteknologierne.

18 DGC-rapport 16 I Tabel 5.3 er angivet omtrentlig størrelse og vægt for en række større 1- og 2-trins absorptionskøleanlæg (1996): Tabel 5.3: Størrelse/vægt for absorptionsanlæg Kuldeydelse Vægt Længde Bredde Højde Firma (kw) (ton) (m) (m) (m) ,5 1,9 2,7 Trane, LiBr 1-trins ,9-7,3 2,2 3,1 Trane, LiBr 1-trins ,7-8,8 2,5 3,3 Trane, LiBr 1-trins ,5-10 2,9 3,7 Trane, LiBr 1-trins ,2 2,1 3,5 Carrier, LiBr, 2-trins ,7 2,2 4,0 Carrier, LiBr, 2-trins ,8 1,9 3,5 Carrier, LiBr, 2-trins ,8 2,4 4,2 Carrier, LiBr, 2-trins I Figur 5.1 er angivet omtrentlig pris for absorptionskøleenheder; montage og idriftsættelse er ikke inkluderet.

19 DGC-rapport 17 Pris Absorptionskøleanlæg Eur o/k W 450 To trins, direkte fyret To-trins, indirekte fyret Et trins indirekte fyret Kølet vand 6/12 gr.c. Kølemedie (externt) 27/37 gr.c D i idd l t kw Figur 5.1 Investeringspris (Euro/kW kuldeydelse) for forskellige typer absorptionskøleanlæg. Hertil kommer så udgifter til montage og periferiudstyr (Anno 1996). I Figur 5.2 er vist omkostningsfordelingen for et 0,5 MW absorptionskøleanlæg.

20 DGC-rapport 18 Omkostning Euro/kW 500 Omkostningsstruktur Komplet køleanlæg 550 kw LiBr versus kompr køl El/regulering Isolerings arb Rør VVS Bortkølings anl. Køleunit Abs. Anlæg Anlægstype Kompr. anl Figur 5.2 Totalomkostningsfordelingen for et 0,5 MW absorptionskøleanlæg I /3/ er der gennemført en følsomhedsanalyse mht. pris for den producerede køling ved kompressions- og absorptionskøling i tilknytning til KV-anlæg som resultat af ændringer i: Årlig nominel fuldlast benyttelsestid (designpunkt) Aktuel årlig benyttelsestid Strømpris Vandpris Varmtvandspris Fremløbstemperatur for vand Basisdata for beregningerne er et KV/Køl-anlæg, hvor følgende betingelser gælder: 1000 fuldlast benyttelsestimer 3000 driftstimer Strømpris 0,07 Euro/kWh

21 DGC-rapport 19 Vand (inkl. afledningspris) 2,10 Euro/m 3 Effektafgift 125 Euro/kW*a Fjernvarmepris 15 Euro/MWh Fjernvarmetemperatur 95/85 C I Tabel 5.4 er vist, hvorledes ændring i ovenstående parametre påvirker køleprisen fra ovenstående KV/Køl-anlæg, hvis der er anvendt henholdsvis et kompressions- eller et absorptionskøleanlæg. Basiskuldeproduktionsprisen for de to alternativer er oplyst til henholdsvis ca. 0,09 og 0,085 Euro/kWh. Tabel 5.4 Parametervariation for KV/Køl-anlæg, og betydning for kølepris Parameter Variation Kompr.køl Abs.køl % % % Fuldlastbenyttelsestid Strømpris Vandpris Driftstimer -50-4½ Varmepris Varmekildetemperatur Tabel 5.4 viser, at for såvel konstellationen med kompressions- som absorptionskøleanlæg vil det betyde en kraftig stigning, hvis fuldlastbenyttelsestiden falder. Tilsvarende ses et fald i kuldeproduktionsprisen, hvis fuldlastbenyttelsestiden stiger. Prisen for arbejdsenergien (dvs. elpris for kompressionskøleanlægget og varmepris for absorptionsanlægget) er ligeledes en af de betydende faktorer. Den foretagne analyse (fra /3/) angiver, at kuldeproduktionsprisen vil stige, hvis benyttelses(drifts)tiden stiger. Dette kan umiddelbart synes underligt,

22 DGC-rapport 20 men skyldes formentlig, at analysen jo ikke isoleret handler om køling, men derimod om kombinationen af kraftvarme og køl og den deraf resulterende kølepris. Dette er formentlig også årsag til, at køleproduktionsprisen for kompressionskøling ved stigende elpris måske ikke stiger helt så meget, som man kunne forvente; der fås jo da en øget indtjening på kraftvarmedelen. Originalkilden /3/ redegør ikke nærmere for dette. Resultaterne fra Tabel 5.4 er vist grafisk i Figur 5.3. Køleprisændring [%] Kompressionsanlæg: Strømpris Vandpris Driftstimer Fuldlastbenyttelsestid Absorptionsanlæg: Strømpris Vandpris Driftstimer Fuldlastbenyttelsestid Varmepris Varmekildetemperatur Parameterændring [%] Figur 5.3: Resultater fra KV/Køl-følsomhedsanalysen i Tabel 4.5 vist grafisk Da bortkølingsbehovet for absorptionsanlæg er væsentligt større for almindelige kompressionsanlæg (ofte dobbelt op), kommer udgiften til køletårn el.lign. til at udgøre en relativt stor del af investeringen. Derfor er det af stor betydning, at anlæggene kan placeres i nærheden af naturlige kuldereservoirs, som fx søer eller hav /10/. I visse tilfælde kan køletårnskapaciteten evt. supplerende bruges direkte som frikøling i forbindelse med overgangsperioderne mellem varme- og kuldebehov, eller arbsorptionsanlæggene kan bygges, så de kan bruges til både kulde og varmeproduktion /15/. I Figur 5.4 er vist et eksempel på nødvendigt køleareal for et mindre absorptionskøleanlæg i tilknytning til et KV-anlæg.

23 DGC-rapport 21 Figur 5.4: Eksempel på bortkøling i forbindelse med et 35kW absorptionskøleanlæg etableret i forbindelse med et mindre kraftvarmeanlæg (Naturgas Midt-Nord, Viborg)

24 DGC-rapport 22 6 Kraftvarme og køling Markedet for kombinerede kraftvarme/køleanlæg er i vækst i Europa. For tiden installeres ifølge /5/ flest anlæg i Tyskland, Spanien, Holland og Italien. Reference /5/ forudser, at vækstlandene på dette område i 2007 vil være Tyskland, Spanien, Storbritannien og Frankrig. De fleste køleanlæg er installeret i tilknytning til motorbaseret KV; gasturbineandelen udgør ca. 20 %. 6.1 Anlægsprincipper Ved kombination af kraftvarmeanlæg og køling ditto opnås da mulighed for produktion af: Køling Varme El/kraft ( Almindelig produktion samt evt. nødstrømsforsyning) Anlægsprincipper KV/Køl Herunder er oplistet en række mulige anlægskoncepter, hvor kraftvarme og køling kombineres. Der er både anført, hvilken type køleteknologi og kraftvarmedrivmaskine, der kan anvendes. I Bilag 2 er der en række principskitser for realiserede anlæg. A: Kompressionskøling Kompressionskøleanlæg med stempel-, skrue- eller centrifugalkompressor. Direkte (motor eller turbinedrevet) eller indirekte drevet (elmotor). Der er set løsninger på tegnebrættet, hvor drivmaskine, generator samt kompressor sidder på fælles aksel. Hermed kan laves direkte drift og/eller overskydende kraftkapacitet anvendes til produktion på generator. B: Absorptionsanlæg 1- eller 2-trins absorptionskøleanlæg. Direkte fyret eller indirekte drevet (røggas, damp, hedtvand eller varmtvand).

25 DGC-rapport 23 Kan baseres på varmeproduktion fra enten motor eller turbine. Hvis der installeres en efterbrænder i røggaskedel, vil dette kunne give større drifts-/ydelsesfleksibilitet. C: Kombination af kompressions- og absorptionsanlæg Der anvendes undertiden en kombination af absorptions- og kompressionskøleanlæg, hvor kompressionskøleanlægget ofte dækker spids-/reserve last. Røggaskøling Afslutningsvis skal nævnes et anlægskoncept, der endnu ikke er så udbredt i Danmark. Hvis der installeres en varmepumpe i forbindelse med et kraftvarmeanlæg, er der mulighed for at køle røggassen yderligere og derved også få den til at aflevere noget af kondenseringsenergien. Denne ekstra nyttiggjorte varme kan da via varmepumpen fx afsættes ved et temperaturniveau som fjernvarmens. Varmepumpen kan både være af kompressionseller absorptionstypen. En absorptionsvarmepumpe udmærker sig selvfølgelig derved, at den ikke bruger nævneværdigt af den producerede elektricitet. Et anlæg af denne type er netop under opførelse i Bjerringbro en 3 MW gasmotor kombineret med en 900 kw absorptionsvarmepumpe. Fordelen ved dette system er, at den samme varme kan produceres ved færre køretimer og således ved et mindre gasforbrug. Det giver også en større frihedsgrad, når der skal vælges, hvornår der skal køres med motoren. Hvis anlægget bygges op omkring et to-trins absorptionsanlæg vil det være i stand til både at levere koldt vand (~6 ºC) til et fjernkølenetværk og fjernvarmevand. Dette vil medføre en yderligere frihedsgrad, idet der så kan vælges, om kølingen skal afsættes til fjernkøling eller nyttiggøres med henblik på øget varmeproduktion til røggaskøling. 6.2 District cooling / Fjernkøling Fjernkøling er et interessant marked i forbindelse med KV. I princippet kan fjernkøling udføres på flere måder:

26 DGC-rapport 24 Distribution af varme (fjernvarme) og decentral produktion af køling. Central produktion af køling og distribution af koldt vand. Kombination af ovennævnte Køling ved hjælp af fjernvarme Denne løsning benyttes fx i forbindelse med et absorptionskøleanlæg opstillet hos Chr. Hansen A/S, Scion-DTU /19/. De mere tekniske detaljer er bl.a. beskrevet i /12/. Generelt er der for dette anlæg to problemer, der bliver fremhævet: Problem med for lav fremløbstemperatur på fjernvarmevandet. Problem med for lav afkøling af fjernvarmevandet. Typisk vil de fleste fjernvarmeværker sænke temperaturen af fjernvarmevandet om sommeren, hvor der er lille behov for opvarmning. Dette forringer kuldeydelsen (COP) væsentligt. Problematikkerne er bl.a. behandlet i /12, 10, 7/. Der arbejdes på at udvikle absorptionskølere, der er effektive (høj COP Q ) ved selv lave temperaturer /14/ samt på udvikling af tretrins (multi-stage) absorptionskølere Fjernkølenet Regulær fjernkøling i separate rørnet, anvendes fx i Stockholm i større omfang. Rørene til distributionen af sådan fjernkøling behøver en væsentlig større inderrørsdimension sammenlignet med fjernvarmerør, eftersom temperaturdifferensen ( t) mellem frem- og returløb, er betydeligt mindre (ca. 10 ºC). Til gengæld er varmetabet/tilførslen ikke et stort problem, eftersom jordens temperatur i 1-2m dybde stort set konstant hen over året er på ca. 8 ºC, hvilket vil være tæt på fremløbstemperaturen. Tabel 6.1 viser data for udvalgte fjernkølenet. Som det ses, er Danmark ikke repræsenteret. Tallene er fra /26/, der også har fyldige beskrivelser af realiserede fjernvarme og fjernkølingsanlæg i og uden for Europa. Kilde /25/ indeholder en oversigt over realiserede fjernkølingsanlæg og har desuden en gennemgang af tekniske aspekter og hensyn vedrørende fjernkøling samt en række uddybende case beskrivelser.

27 DGC-rapport 25 Tabel 6.1: Udbredelse af fjernkøling i udvalgte lande, jf. /26/ 2003 unit Danmark Norge Sverige Finland Holland Tyskland Østrig Italien Schweiz Tjekkiet Korea Maximum District MW n.a. n.a. >530 20,4 8, , Cooling Capacity District cooling GWh n.a. 50, ,5 22, , n.a. production Total route length km n.a. n.a ,4 n.a. 31 1,3 n.a. 4 n.a. n.a Case Sverige Sverige er meget langt fremme med fjernkøling, med mere end 190 m rørnet. Som det ses af Tabel 6.2, produceres størstedelen af kuldeproduktionen vha. varmepumper eller frikøling (køling med sø og havvand). Dette skyldes nogle specielt gunstige havforhold, der gør, at de om sommeren har adgang til relativt koldt vand - Figur 6.1. Kun energien til pumpning er nødvendig for denne type køling, hvorved der kan opnås COP W på mere end 30. Figur 6.1: Illustration af Deep Water Source Cooling En del af fjernkøleprojekterne er opstået med baggrund i eksisterende elektriske varmepumper. Typisk er disse drevet ved at optage varme fra rensningsanlæg, søer el. lign. med henblik på at aflevere den igen til fjernvarmenettet. Det er imidlertid muligt at bruge dem eller evt. modificere dem til at kunne bruges direkte til produktion af både fjernkøling og fjernvarme. Som det ses af oversigten er der dog også nogle varmedrevne kølemaskiner i det svenske fjernkølesystem. Fx Gøteborg har valgt en løsning, hvor fjern-

28 DGC-rapport 26 varmenettet benyttes til at drive lokalt placerede absorptionskølemaskiner. Dette kan bl.a. lade sig gøre, fordi de har tilstrækkelig overskudsvarme fra affaldsforbrænding samt industri (raffinaderier) til rådighed. Der er almindeligt at der er etableret kuldelagre i forbindelse med fjernkølenettene til udligning af produktionen. Enkelte steder er der også opbygget sæsonlagre, bestående af naturlige undergrunds brønde (grundvandsreservoirs / akvifer) til lagring af både kulde og varme.

29 DGC-rapport 27 Tabel 6.2 Fordeling af fjernkøleproduktionen i 2003, Kilde: Svensk fjärrvarme ORT Företag Princip Antal kunder Distrnät längd KmKM Lev. kyla GWh Abonnered kyleff. MW BORÅS Borås Energi Kylmaskin 36 4,6 4,2 4,7 BOTKYRKA, HUDDINGE, SALEM Södertörns Fjärrvärme Kylmaskin 10 2,0 16,8 20,1 ESKILSTUNA Eskilstuna Energi VP 18 4,0 4,2 7,4 VP + 0,1 GÄVLE Gävle Energi DWSC 3 0,3 0,2 Absorptionskyla GÖTEBORG Göteborg Energi 30 36,9 25,0 HALMSTAD Energiverken i Halmstad Absorptionskyla 5 0,9 2,8 0,9 HELSINGBORG Öresundskraft VP 18 6,0 12,6 13,5 JÖNKÖPING Jönköping Energi DWSC 15 3,5 3,7 4,9 KALMAR Graninge Energi VP 6 1,0 1,6 1,2 KARLSKRONA Affärsverken Karlskrona 10 2,0 4,5 2,0 KARLSHAMN Karlshamn Energi 0,3 KUNGSBACKA Kungsbacka Energi 1 0,3 1,8 Absorptionskyla LINKÖPING Tekniska Verken 23 8,0 20,6 16,0 LUND Lunds Energi VP 41 11,0 47,4 36,0 MALMÖ Sydkraft Värme Syd 20 4,0 4,6 NORRKÖPING Sydkraft Öst VP + DWSC 20 4,0 5,8 1,2 NORRTÄLJE Norrtälje Energi 1 3,0 1,0 1,0 RONNEBY Ronneby Miljö och Teknik 3 10,0 2,8 SKELLEFTEÅ Skellefteå Kraft AB 3 4,3 0,9 1,1 SOLLENTUNA Sollentuna Energi DWSC + Akvifär 9 4,0 3,3 5,0 SOLNA/ SUNDBYBERG Norrenergi VP + DWSC 93 23,7 53,7 50,3 STOCKHOLM Fortum VP + DWSC ,0 344,7 283,0 SÖDERTÄLJE Telge Energi DWSC 5 0,8 3,1 2,0 VP + UMEÅ Umeå Energi DWSC 17 10,0 6,5 6,0 UPPSALA Vattenfall VP 2 4,0 21,6 16,0 VÄSTERÅS Mälarenergi VP 42 10,0 25,0 24,0 ÖSTERSUND Jämtkraft AB (Östersund) 0,6 ÖREBRO Sydkraft Mälardalen VP 2 1,0 10,8 14,6 ÖRNSKÖLDSVIK Övik Energi AB DWSC 0,3 Summa 640,1 (VP = Varmepumpe, DWSC = Deep Water Source Cooling (frikyla))

30 DGC-rapport 28 I Appendiks 5 er oplistet links til hhv. et konferenceindlæg samt to kortere publikationer vedrørende fjernkøling i Sverige/Stockholm. Figur 6.2 Kilde: I kilde /18/ fremhæves fjernkøling som både en økonomisk god investering og miljømæssig fordel Stockholm fremhæves som eksempel.

31 DGC-rapport 29 7 Leverandører I det følgende er vist en række udvalgte leverandører af større køleanlæg (>4 MW). I øvrigt henvises også til Appendiks 3A og Appendiks 4A. 7.1 Kompressionskøleanlæg Alterndyne Energy Systems Tecogen The Trane Company York International Yderligere info om relevante produkter fra de nævnte leverandører (samt flere) kan fås på hjemmesiden: Der er leverandører inden for såvel stempel- som skrue- og centrifugalkompressorbaserede køleanlæg. 7.2 Absorptionskøleanlæg Broad Air Conditioning (angives at være verdens største abs.køleleverandør) Carrier Corporation Dunham-Bush Inc Mc Quay International Trane Company York International Stork Industries, Stork-Colibri (NL) Babcock-Borsig (D) Yderligere info om relevante produkter fra de fleste af de nævnte leverandører (samt flere) kan fås på hjemmesiden:

32 DGC-rapport 30 Andre: Axima refrigeration GmbH (D) Gesellschaft für Gasklima (D) Weir Entropie GmbH (D)

33 DGC-rapport 31 8 Links (pr. september 2006) Organisationer (ingeniørfirma) Der er endvidere anvendt data og oplysninger fra de fleste af de i Afsnit 6 oplistede leverandører.

34 DGC-rapport 32 9 Referencer 1. (1996). Wärme macht Kälte- Absorptionskälteerzeugung in der Praxis. ASUE Fachtagung 2. (2003). Heizen-Kühlen-Klimatisieren mit Erdgas, Fachtagung, juni 2003 Berlin/oktober (1998). KWKK - Kraft, Wärme, Kälte, Kopplung. BINE Informationsdienst profilinfo 4. Fritz (2004). KWKK-Kälteversorgungssysteme in der Praxis, Beispiele für energiefür energieoptmierte Systeme. Caarier Gmbh, Workshop IUSE Frauenhofer Institut. 5. Frost & Sullivan (2001). Rückenwind für Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung auf den eupäischen Markt. Study-Summary. 6. Lindmark (2005). The Role of Absorption Cooling for Reaching Sustainable Energy Systems. KTH- Royal Institute of Technology, Stockholm. 7. Eriksson, Lindmark, Martin & Vamling (2003). Systems study of absorption and compression Chillers in a combined district cooling and district heating system. International Congress of Refrigeration. 8. Lindmark, Westermark, Martin & Dirodi (2004). System Aspects of Trigeneration based on Humidified Gas Engine with Flue Gas Condensation. Energy? 9. Lindmark, Martin & Westermark (2004). Analysis of Heat-Driven Cooling Production coupled to Power Generation for Increased Electrical Yield. International Mechanical Engineering Congress, Nov 13-19, 2004, Anaheim, California, USA 10. Martin, Setterwall & Andersson (2005). Kylprocessers Design i Fjärrvärmesystem. F&U rapport 2005:128 ( 11. Rydstrand, Martin & Westermark (2004). Värmedriven Kyla. F&U rapport 2004:112 ( 12. Høgaard Knudsen (1998). Køling ved hjælp af fjernvarme. Absorptionsanlæg. Foredrag i Selskab for Køleteknik 15. september Nelson, Bjurström, Cronholm & Forsbjerg (2005). Integrerade lösninger för produktion av kraft, värme og kyla (CHCP) i grupper av byggnader med el-, värme- och kylbehov. VÄRMEFORSK Service AB, Projekt A4-311

35 DGC-rapport Glebov & Martin (2003). Optimisation of Low Temperature Driven Absorption chiller. 15. Brorsson (2005). Absorptionsmaskiner för kyl och värmeproduktion i energisystem med avfallsförbränning. F&U rapport 2005:129 ( 16. Andersson, Minds, Hansen & Hammer (1998). Udviklingskoncept vedrørende anvendelse af fjernvarme til køling. EFP 96 Journal nr. 1323/ Roestenberg (2004). Fjernkøling et miljømæssigt alternativ? Artikel i Fjernvarmen nr ( 18. Bruce, Pettersson & Dalin (2004). District Cooling a proven technique for enhanced business and improved environment. ( 19. Olsen (2004). Fjernkøling på SCION DTU. Artikel i Fjernvarmen nr ( 20. (2001). Solvarmedrevet køling. SolEnergiCenter Danmark og PlanEnergi 21. Hummelshøj (2003). Cooling in the new headquarters of the Danish Broadcasting Corporation. Artikel i tidskriftet: News From DBDH nr Rasmussen (2005). Fjernkøling står ved en skillevej. Artikel i Fjernvarmen nr ( 23. Andersen & Foged (2004). Fjernkøling. Sover vi i Danmark?. Artikel i Fjernvarmen nr. 6/ ( 24. Hemmer & Kasis (2004). Fjernkøling hvad siger lovgivningen. Artikel i Fjernvarmen nr ( 25. Vadrot & Delbès (1999). District Cooling Handbook 2 nd edition a survey of techniques, equipment and choice of system. ELYO and European Marketing Group ( 26. (2005). District Heating and Cooling country by country / 2005 survey. Euroheat & Power ( 27. Punwani, William & Kalensky (2005). Natural Gas-Fired Cooling Technologies and Economics. Gas Technology Institute ( 28. René Thiemke (1999). Absorptionskøling. Anvendelse i gartnerier og slagterier. DGC rapport R9911 (

36 DGC-rapport 34 Herudover er link, angivet i rapportens Afsnit 8, alle anvendt enten som bilag, baggrundsmateriale eller direkte i rapportens tekst.