Hvad har vi lært? del 2: Tekniske forhold og erfaringer Varmepumper i forhold til biomasse Fleksibelt elforbrug Kombinationer med solfangere Køling af returvand Fjernvarmetemperaturenes betydning Specialkonsulent Bjarke Lava Paaske Rejseholdet for store varmepumper Center for forsyning blp@ens.dk 2572 8295 17.12.2015
Varmepumpe eller biomasse?
Omkostninger, kr./mwh Konkurrenceforhold med biomasse Varmeproduktionsomkostninger 6000 fuldlasttimer, 3 pct. 600 500 400 300 200 Totalomkostninger Simpel afskrivning D&V Andre afgifter Energi- og CO2- afgift PSO 100 0
Lille værk 7.000 MWh/år 1 MW fliskedel (6.268 MWh/år) Gaskedel til spidslast (732 MWh/år) Gas fortrænges 430 kr./mwh Flis fortrænges 240 kr./mwh
Mellemstort værk 20.000 MWh/år 1 MW fliskedel (8.000 MWh/år) Gaskedel/motor (12.000 MWh/år) Gas fortrænges 430 kr./mwh Flis fortrænges 240 kr./mwh
Mellemstort værk 20.000 MWh/år 1 MW fliskedel (8.000 MWh/år) 1,5 MW varmepumpe (8.300 MWh/år) 5.530 fuldlasttimer/år Gaskedel/motor (3.700 MWh/år) Gas Varmepumpe Flis
Samproduktion øger rentabiliteten Kedeldrift reducerer behovet for fremløbstemperatur Øger COP
Hvornår er der god økonomi Direkte opgjort imod biomasse begrænset potentiale Kombination af varmepumpe og biomasse er fordelagtig Samdrift reducerer kravet til fremløbstemperatur Høj COP = billig varmeproduktion (på niveau med biomasse) 1 MW biomasse + 2 MW varmepumpe = 3 MW billig varme Kræver plads i varmegrundlaget (fortrængning af dyr varme)
Kombination af absorption og el Kedel 150 C 1,0 MW Fjernvarme 70 C 1,7 MW Elektricitet 70 kw Sø 20 C 700 kw Sø 5 C 630 kw
Indpasning i elsystemet Varmepumper kan balancere elsystemet Bruger strøm om natten og står stille om dagen Udnytter den billige strøm som ellers eksporteres Jürgen Guerito www.flickr.com/photos/79432516@n00/11052691 Creative Commons 24-08-2015 10
Indpasning i elsystemet Besparelse 190 kr./mwh 2015 2015 gns. 173 kr./mwh 8.381 timer 19 timer
Varmepumper ift. fleksibilitet Investering i varmepumpe ca. 6,5 mio. kr./mw Økonomiske forhold Enhed Årlig omkostn. investering Årlige driftstimer Gns. besparelse Ændring i prod.pris Varmepumpe COP 4 440.000 kr. 8.740 190 kr./mwh 4.370 201 kr./mwh 6 % Varmepumpe COP 6 440.000 kr. 8.759 270 kr./mwh 4.380 275 kr./mwh 2 %
Elprisen betyder mere for Elkedler 2015 2.113 timer Gennemsnit 70 kr./mwh
Varmepumper ift. elkedler Økonomiske forhold Enhed Investeringsomk. pr. år Årlige driftstimer Gns. besparelse Ændring i prod.pris Varmepumpe COP 4 440.000 kr. 8.740 190 kr./mwh 4.370 201 kr./mwh 6 % Varmepumpe COP 6 440.000 kr. 8.759 270 kr./mwh 4.380 275 kr./mwh 2 % 2.113 43 kr./mwh Elkedel 54.000 kr. 1.057 65 kr./mwh 51 % Varmepumper er energieffektive udsving har lille betydning Stor investering dyr at have stående som standby-enhed Varmepumper er ikke egnede til elbalancering elkedler er
Solfangere og varmepumper?
Varmepumper og solfangere Udetemp.(Ta) = 0 C FV = 35 69 C Tm ~ 52 C Tm-Ta = 52 K η = 60 % FV = 15 69 C Tm ~ 42 C Tm-Ta = 42 K η = 66 % Gevinst = 10 %
Varmepumper og solfangere Beregning på givet solfangerareal t frem = 69 C t retur = 35 C Varme sol = 6. 244 MWh t frem = 69 C t retur = 15 C Varme sol = 7. 190 MWh 2. 663 MWh @ 15 35 C 4. 527 MWh @ 35 69 C Direkte varmeproduktion reduceres
Varmepumper og solfangere Økonomi ved afkøling af retur til solfangere Reference 7.950 MWh Afkøling af retur 7.950 MWh Opvarmning af vandet er dyrt ødelægger økonomien
Køling på returvand Koldere retur 30 C i stedet for 40 Varmepumpe afkøler returvand i delstreng
Køling på returvand - eksempel Naturgasbaseret varmeværk 20.000 MWh/år 30 % varmetab 80 C fremløb og 40 C retur Varmetab = 6. 000 MWh t jord = 10 C t fremløb = 80 C t retur = 40 C Φ frem = 4. 200 MWh Φ retur = 1. 800 MWh t retur = 30 C Φ retur = 1. 200 MWh
Køling af returvand Gaskedel Nuværende pris Ny pris Gas: 210 kr./mwh Gas: 204 kr./mwh Afgifter: 210 kr./mwh Afgifter: 210 kr./mwh D&V: 10 kr./mwh D&V: 10 kr./mwh Samlet: 430 kr./mwh Samlet: 424 kr./mwh η kedel : 103 % 106 % Retur = 30 C Retur = 40 C
Resultater 20.000 MWh/år 30 % varmetab 80 C fremløb og 40 C retur 19.400 MWh/år 28 % varmetab 80 C fremløb og 30 C retur Reference Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./mwh 8.600.000 kr. Afkøling af returvand Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 19.400 MWh 424 kr./mwh 8.225.600 kr. MEN: Afkøling af returvand koster energi!
Omkostning til afkøling 19.400 MWh/år 28 % varmetab 80 C fremløb og 30 C retur 334.000 m 3 afkøles 10 K: - Energi som fjernes = 3.880 MWh - Elforbrug varmepumpe = 776 MWh (COP 6) Reference Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./mwh 8.600.000 kr. Afkøling af returvand Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 18.624 MWh 424 kr./mwh 7.897.000 kr. Varmepumpe 776 MWh 1.050 kr./mwh 814.800 kr. Samlet omkostning 8.711.800 kr. Aktiv afkøling har for store omkostninger
Kold fjernvarme- individuelle VP er Fremløb 20 C - Retur 10 C Individuelle varmepumper løfter temperaturen i boliger t jord = 10 C Δt fremløb = 10 K Δt retur = 0 K Φ frem = 600 MWh Φ retur = 0 MWh
Resultater Naturgasbaseret varmeværk 14.600 MWh/år 4 % varmetab 20 C fremløb og 10 C retur 14.000 MWh opvarmes til behovstemp.: - Individuelle varmepumper COP = 5 - Elforbrug varmepumper = 2.800 MWh Reference Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./mwh 8.600.000 kr. Kold fjernvarme Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 11.800 MWh 420 kr./mwh 4.956.000 kr. Varmepumper 2.800 MWh 1.050 kr./mwh 2.940.000 kr. Samlet omkostning 7.896.000 kr. MEN: Kræver meget større investering
Individuelle varmepumper Individuelle luft/vand eller jordvarmeanlæg 14.000 MWh/år Varmetab = 0 % COP 3,5 Elforbrug = 4.000 MWh Individuelle varmepumper Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Varmepumper 14.000 MWh 300 kr./mwh 4.200.000 kr. Kold fjernvarme Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 11.800 MWh 420 kr./mwh 4.956.000 kr. Varmepumper 2.800 MWh (el) 1.050 kr./mwh 2.940.000 kr. Samlet omkostning 7.896.000 kr. Langt mindre energiforbrug med individuelle løsninger
Ulemper Fordele Lavtemperaturfjernvarme Mindre varmetab Højere effektivitet på produktionsenheder Solvarme Røggaskondensering (retur) Varmepumper Lavere delta-t Kræver større pumpeeffekt Begrænsninger i rør Brugerinstallationer Kræver velfungerende brugsvandsenheder Store radiatorarealer
Potentiale - mindre varmeværk Naturgasbaseret varmeværk 20.000 MWh/år 30 % varmetab 80 C fremløb og 40 C retur Primært kedeldrift Overvejer solvarme Overvejer varmepumpe
Med varmepumpe og solfangere Reference Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./mwh 8.600.000 kr. Med sol og varmepumpe Samlet omkostning 8.600.000 kr. Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 3.200 MWh 430 kr./mwh 1.376.000 kr. Solvarme 2.600 MWh 300 kr./mwh 780.000 kr. Varmepumpe 14.200 MWh 400 kr./mwh 5.680.000 kr. Samlet omkostning 7.836.000 kr. Besparelse 764.000 kr. = 9 %
Lavere temperature - Varmetab Naturgasbaseret varmeværk 20.000 MWh/år 30 % varmetab 80 C fremløb og 40 C retur t fremløb = 80 C t retur = 40 C Varmetab = 6. 000 MWh t fremløb = 60 C t retur = 30 C Varmetab = 4. 200 MWh Årlig besparelse 1.800 MWh
Resultat nuværende system Naturgasbaseret varmeværk 18.200 MWh/år 23 % varmetab 60 C fremløb og 30 C retur Reducerede temperature alene Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./mwh 8.600.000 kr. Gaskedel 18.200 MWh 424 kr./mwh 7.716.800 kr. Direkte besparelse 883.200 kr. = 10 %
Lavere temperature - Solfangere Gevinst = 12 % Nuværende pris Afskriv.: D&V: Samlet: 290 kr./mwh 10 kr./mwh 300 kr./mwh Ny pris Afskriv.: D&V: Samlet: 255 kr./mwh 9 kr./mwh 264 kr./mwh
Lavere temperature - Varmepumpe Reference pris Ny pris El: 345 kr./mwh El: 265 kr./mwh Afskriv.: 45 kr./mwh Afskriv.: 45 kr./mwh D&V: 10 kr./mwh D&V: 10 kr./mwh Samlet: 400 kr./mwh Samlet: 320 kr./mwh COP reference = 3,0 COP lav temp. = 4,0
Lavere temperature Sol og VP Gas, Varmepumpe og Solvarme 18.200 MWh/år 23 % varmetab 60 C fremløb og 30 C retur Med sol og varmepumpe - 60/30 C Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 2.250 MWh 424 kr./mwh 954.000 kr. Solvarme 2.950 MWh 264 kr./mwh 780.000 kr. Varmepumpe 13.000 MWh 320 kr./mwh 4.160.000 kr. Samlet 18.200 MWh 324 kr./mwh 5.894.000 kr. Direkte besparelse 2.706.000 kr. = 31 %
Samlede resultater Scenarie Varmemængde Omkostning Besparelse Red. Reference (80/40) Reference (60/30) Sol+VP (80/40) Sol+VP (60/30) 20.000 MWh 8.600.000 kr. - 18.200 MWh 7.716.800 kr. 883.200 kr. 10 % 20.000 MWh 7.836.000 kr. 764.000 kr. 9 % 18.200 MWh 5.894.000 kr. 2.706.000 kr. 31 % Temperature er meget vigtige ifm. Sol og Varmepumper Lav temperatur minimerer varmetab og sikrer effektiv produktion 1 + 1 = 3
Konklusioner Biomasse Kombinationer med varmepumper kan være rentable Fleksibelt elforbrug Grundlastenheder, ikke til regulering Afkøling af solfangere Vil sjældent være rentabelt Afkøling af retur Giver ikke billigere varmeproduktion Lavere FV-temperature Særlig vigtigt ifm. sol og varmepumper
Spørgsmål/kommentarer?