Muligheder/barrierer/udfordringer med højtemperaturvarmepumper

Relaterede dokumenter
Energieffektivisering i industrien med højtemperaturvarmepumper. Lars Reinholdt Teknologisk Institut, Energi og Klima

Højtemperaturvarmepumper Potentiale, implementering og status for udvikling. Lars Reinholdt Teknologisk Institut

Drejebog til store varmepumper

Store Varmepumper Virkningsgrader, COP m.m.

200 C med ny varmepumpeteknologi. Lars Reinholdt Teknologisk Institut

VE til proces Fjernvarme

Varmepumper i fjernvarmesystemet

Kortlægningsværktøj mm.

Store varmepumper i industrien. Lars Reinholdt 8. November 2018

Baggrunden bag transkritiske systemer. Eksempel

INTEGRATION AF ENERGISYSTEMERNE

Overblik, hovedkonklusioner og anbefalinger Hans Hvidtfeldt Larsen Vicedekan. Danmarks Tekniske Universitet

Nettoafregning ved samdrift af motor og varmepumpe

Varmepumper Teknik og muligheder. Bjarke Paaske, PlanEnergi

Varmepumper tendenser og udvikling. Svend V. Pedersen, Energi sektionen for køle og varmepumpeteknik

Optimering af processer og uider i varmepumper

Rejseholdet til rådgivning og udbredelse af store eldrevne varmepumper Aktiviteter, status og erfaringer

TILLYKKE TIL DANSK KØLEFORENING. Teknologisk Institut Center for Køle og Varmepumpeteknik

Store varmepumper i fjernvarmen Hvorfor & Hvordan

Bygninger og Smart Grid

Temadag for leverandører af overskudsvarme. Bjarke Paaske, PlanEnergi 5. sept. - Kolding

DEMONSTRATIONSPROJEKTER OM VARMEPUMPER

Store varmepumper med koldt varmelager i forbindelse med eksisterende kraftvarmeproduktion (CHP-HP Cold Storage)

Energieffektiviseringer i bygninger

BESS Projektet. Johan Hardang Vium, Projektleder, M. Sc. Eng. (Energi Ingeniør)

Lavtemperatur fjernvarme i forhold til varmepumper. Bjarke Paaske Rejseholdet for store varmepumper Center for forsyning blp@ens.dk Tlf.

OVERSKUDSVARME OG LAVTEMPERATUR

Klimavarmeplan Klimavarmeplan 2010 er den strategiske plan for udviklingen af fjernvarmen i Aarhus frem mod 2030:

Termisk energilagring i metaller

Vision om en fossilfri varme- og elforsyning i 2025

Perspektiver for solceller i energiforsyningen. 31. oktober 2014

Værktøj til økonomisk og miljømæssig analyse FJERNKØL 2.0. Beregningsværktøj for planlæggere og rådgivere udarbejdet med tilskud fra ELFORSK

FlexCities 2. Vækst i fjernvarmesektoren Grøn Energi 7. februar 2017 Per Alex Sørensen 1

DE FØRSTE STORE VARMEPUMPER I SYNERGI MED FJERNKØLING DANSK FJERNVARME, ANDERS DYRELUND, MARKEDSCHEF

Forslag til fastholdelse af de naturgasdrevne decentrale k/v-værker på el-markedet.

DREAM simuleringer. 15/ Henrik Hansen - Civilingeniør, stærkstrøm

Hybridvarmepumpe. En fortælling om gammel kendt teknologi sammensat på en ny måde! Kurt Hytting Energirådgiver i Industri Montage

Vejen frem til CO2-neutralitet i 2030???

Fjernvarme eller hvad?

Vedvarende energi i bygningsreglementets rammer. Søren Dyck-Madsen

SCOP og Be10. Teknologisk Institut, Århus Dato: d. 12/

I denne artikel vil der blive givet en kort beskrivelse af systemet design og reguleringsstrategi.

25% energi tilføres og 75% energi tilvejebringes - en god opskrift for miljø og samfund! Men den kan blive endnu bedre!

Hvilke krav er gældende, og hvilke kommer? Teknologisk Institut, Århus Dato: d. 7/

Internationalt overblik over industrielle varmepumper. Application of Industrial Heat Pumps IEA Heat Pump Program Annex 35

Præsentation af 4DH Workshop om brug af meteorologiske forudsigelser ved optimal drift og produktionsplanlægning på fjernvarmeværker

Fremtidens elsystem det bygger vi i dag

LAVE VARMEUDGIFTER MED WELLMORE JORD VARMEPUMPER

Energieffektivitet i industrien 4. og 6. april 2017 Har detaljeret energikortlægning og pinchanalyse værdi? Lars Reinholdt, TI Brian Elmegaard, DTU

Tariffer og afgifter for store eldrevne varmepumper

UDVIKLING ELLER AFVIKLING AF FORSYNINGSSEKTOREN

Smart Grid - Et nøgleelement i fremtidens elsystem. Michael Guldbæk Arentsen mga@danskenergi.dk Chefkonsulent, Dansk Energi

Hvad kan smart forbrug bidrage med? Summer School 2015, Sorø 19. august 2015

Luft/vand varmepumpe Compress 6000 AW Få mere energi til dit hjem

Smart energi - Smart varme

Økonomisk optimering i energypro af en gas- og eldrevet varmepumpe

Den almene boligsektor i 2050

Samspil mellem energisystemet og bygningsmassen Michael H. Nielsen Direktør, Dansk Byggeri

Gas til el el til gas

Energieffektivitet produktion 2010 TJ

Strategisk energiplanlægning i Danmark møde med Region Midtjylland

Koncepter til overvindelse af barrierer for køb og installation af VE-anlæg task 2. Skitsering af VE-løsninger og kombinationer

strategisk energiplan

Gassens mulige rolle i fremtidens energisystem

TEKNOLOGISKE UDFORDRINGER FOR MINDRE OPERATØRER. Kate Wieck-Hansen

Mobilisering af fleksibelt forbrug Nettemadag om fremtidens elsystem. 26. nov Louise Jakobsen, Dansk Energi

Varmepumper i fremtidens energisystem.

Beregning af egetforbrug m.v.

Fjernvarmens rolle i fremtidens energisystem. Direktør Kim Mortensen

Energi og miljø i industriens uddannelser 2. november 2012 Energioptimering og vedvarende energi hvilke udfordringer står vi overfor?

FJERNVARME I FREMTIDENS BYGNINGER OG ENERGISYSTEM

Spar på energien med den intelligente hybrid jord- eller luft/vand-varmepumpe

Smart Grid - den danske status. INSERO Energy, 3. februar 2015, v/ Kim Behnke kim.behnke@mail.dk

1. Fiskebranchens køleanlæg: Har du grund til bekymring?

Varmepumper. Claus S. Poulsen Centerchef, Civilingeniør Teknologisk Institut, Center for Køle- og Varmepumpeteknik. 26.

Varmepumpedagen Fra Vindkraft til Varmepumper. Steen Kramer Jensen Chefkonsulent

VAND-VAND VARMEPUMPE

Naturgas er stadig godt for miljøet Energinet.dk s kortlægning

Præsenteret af Søren Andersen, GeoDrilling

FJERNVARMEN I DEN FREMTIDIGE ENERGIFORSYNING. John Tang, Dansk Fjernvarme

Initiativer til udbredelse af store eldrevne varmepumper i fjernvarmeforsyningen. Bjarke Lava Paaske blp@ens.dk

Bygninger i fremtidens energisystem

Business case for varmepumper i centralt forsynet kraftvarmeområde

Luftvarmepumper Teknik og principper. Bjarke Paaske, PlanEnergi

Samspil med det intelligente elsystem. Lara Aagaard, Adm.dir

INTRODUKTION TIL HYBRIDISERING

Fremtidens boligopvarmning. Afdelingsleder John Tang

PERSPEKTIVER OG BARRIERER FOR GEOTERMI I HOVEDSTADEN

Energisystemets udfordringer og muligheder i fremtiden. Efterspørgselssiden. Søren Dyck-Madsen Det Økologiske Råd

HYBRID OPVARMNINGS SYSTEM

Ventilation, varmegenvinding, varme, køl og varmt brugsvand i nul-energi huse

VERSION 2016/05. XL-BATTERI 300 bar

Køle-, fryse- og klimaanlæg til industrien

Perspektivering på fremtiden åbne og serviceorienterede løsninger

Vindkraftens Markedsværdi

Slutrapport. Demonstrationsprojekt nummer 3

Optimal udnyttelse af solcelle-el i énfamiliehus

AQUIFER THERMAL ENERGY STORAGE - ET NYT REDSKAB I DEN KOLLEKTIVE ENERGIFORSYNING THORKILD FELDTHUSEN JENSEN, JØRGEN HVID & NIKOLAJ HAANING

Vindenergi i energisystemet

Hvad har vi lært? del 2:

Transkript:

Teknologiløsninger inden for industriens processer Muligheder/barrierer/udfordringer med højtemperaturvarmepumper Lars Reinholdt Teknologisk Institut, Energi og Klima

Indhold Lidt teori Hvor godt kan det blive Lidt historie Arbejdsmedier ( kølemidler ) Systemer Potentiale Udviklingsområder Integration i energisystemer med tre eksempler Varmepumpeanlæg og -komponenter Generelle betragtninger Krystalkuglen Lidt postulater

Lidt teori Elektrisk energi Overskudsvarme (f.eks. 40 C) Procesvarme (f.eks. 110 C) Varmepumpe COP VP = Varmeproduktion El forbrug

Lidt teori COP Carnot (konstant kilde og dræn) COP C = T H T H T L T H = Sink temperature (K), T L = Source temperature (K) COP Lorenz (kilde og dræn med glid ) COP L = T lmh T lmh T lml T lmh = log mid. temp. sink (K), T lml = log mid. temp. source (K)

Lidt teori Maksimal COP Procetemperatur 150 C COP for de allerbedste anlæg er i dag ca. 50% af det teoretisk mulige

Højtemperaturvarmepumper Lidt historie Traditionel køleteknik arbejder med maksimalt systemtryk på 25 bar, hvilket er nok til drift af køleanlæg i selv meget varme omgivelser Tidligere lå maksimaltemperaturen for varmepumper ved 75-80 C Stigende marked for CO 2 køleanlæg, samt udsigten til gennembrud for store varmepumper har ført til markedsføring af flere industrielle højtrykskompressorer til 50-60 bar og en enkelt til 130 bar (transkritisk CO 2 : 1MW)

Højtemperaturvarmepumper Industriel VP: Temperatur > 85 C, varmeproduktion > 500 kw Teknologier (el-drevet): Der er ikke løsning, der dækker alt Kølemidler (naturlige) NH 3 H 2 O CO 2 Kulbrinter (HC) Blandinger H 2 O + NH 3 (hybrid) Systemopbygning Flertrin Kobling: Parallel/serie Kaskade: Kombination af forskellige VP-teknologier for at dække større temperaturløft

Potentiale (fra Potentialet for højtemperatur-varmepumper i industrien)

Potentiale (fra Potentialet for højtemperatur-varmepumper i industrien)

Potentiale (fra Potentialet for højtemperatur-varmepumper i industrien)

Potentiale (fra Potentialet for højtemperatur-varmepumper i industrien) Sammenfatning Med et delta T for varmepumpen på 20 C er potentialet opgjort til ca. 4.500 TJ/år. Det stiger til ca. 7.000 TJ/år hvis varmepumpen kan løfte temperaturen 40 C og til 15.000-20.000 TJ/år ved et temperaturløft på 70 C. Hovedparten af varmen kan dækkes med varmepumper, som kan levere en varme passende til 100 C temperaturbehov, og kun ved et delta T på 70 C stiger potentialet væsentligt med ca. 40%, hvis varmepumpen kan dække temperaturbehov op til 180 C. Reduceres minimumsstørrelsen for varmepumpen fra 0,1 MW til 2 MW falder potentialet med 5 15%. (Ovenstående udgør 6 til 24% af industriens samlede brændselsforbrug (2006)) Kun en mindre del af det opgjorte potentiale vil kunne dækkes med dagens varmepumper. Vi skønner, at 1.000 1.500 TJ/år vil kunne dækkes af varmepumper, der kan løfte temperaturen op til 80 C.

Potentiale konklusion Kun en lille del af potentialet kan dækkes med varmepumper, der levere varmen ved op til 80 C. Hovedparten af varmen kan dækkes med varmepumper, som kan levere varme ved 100-120 C. Udvikling af store varmepumper med kapaciteter fra 1-2 MW vil dække en meget stor del af markedet.

Udviklingsområder Integration i energisystemer Varmepumpesystem

Integration i energisystemer Udfordringer 1/2 Energisystemer er traditionelt ikke designet ud fra energieffektivitet Størrelse og installation Omkostning Kapacitet Varmepumper er Nice to have ikke Need to have Ikke-tekniske barrierer Økonomiske kalkulationsmodeller Finansieringsmodeller Varmepumper giver ofte større binding på processerne Behov for samtidighed mellem overskudsvarme og varmebehov Mere kompleks styring

Integration i energisystemer Udfordringer 2/2 VE i industrien ift. Smart grid / fleksibelt elsystem: Industrien ønsker 24/7 -udnyttelse af udstyret, der investeres i: Begrænset mulighed for regulering pga. mangelende overkapacitet: Dårligt ift. Smart Grid Lange driftstider: Godt for systemøkonomien Entreprisegrænserne flyder ud Varme-, proces- og køleentrepriserne samt styring griber mere ind i hinanden Rammevilkår påvirker markedet meget VE i industrien El-afgift

Integration i energisystemer Behov Behov for udbredelse af viden om systemdesignets betydning for varmepumper Temperaturniveauer og løft Teknologier Energioptimering De tre bud: 1) Spar 2) Varmeveksel 3) Kan varmepumpe anvendes? Tidsserieanalyse og pinchanalyse Driftstid Samtidighed mellem kilde og forbrug (evt. lager) Lastprofil

Ekspempel Århus Slagtehus

Ekspempel 1 Århus Slagtehus Kniv-sterilisatorer ændret til elopvarmning > 90 C behov sænket 55% > Varmepumpe blev fravalgt

Eksempel 2 Thises Mejeri Dampsystem 2,8 MW Varmepumpe kan vanskeligt regulere så hurtigt, men lasten kan udjævnes

Eksempel 3 Arla Arinco (pulvermælk) Spraytørring: Forvarmning af tørreluft Oprindeligt: 2,5 MW Installeret: 1,2 MW Dimensioneret temperatur: 85 C. Efter idriftsættelse: 83 C for ikke at øge tab fra røggas!!!

Integration i energisystemer Udviklingsområder Behov for udvikle og udbrede viden om Nye anlæg: Nytænkning af termiske processer for optimal integration af varmepumper Eksisterende processer: Strategier for retrofit Samdrift mellem køl og varmepumpe Kompetent rådgivning: De tre bud Tidsserieanalyse og pinchanalyse Økonomisk kalkulation Forretningsmodeller VE i industrien i form af vindmøllestrøm (Smart Grid): Behov for ekstra kapacitet: Hvordan skal det finansieres? Af Hvem? (Energioptimering kan tilvejebring ekstra kapacitet)

Varmepumpeanlæg 1/3 Varmepumpeanlægget Anlægsdesign Forskellige temperaturniveauer med samme kompressor Kombinationer af forskellige VP-teknologier Fastlæggelse af optimale temperaturniveauer Valg af komponenter (kompressorstørrelser, varmevekslere etc.) Driftsstrategi / styring Opstart/stop Reguleringshastighed/fleksibilitet Variable driftstemperaturer Varmelagere VP kombineret med andre teknologier (spidslastkedler) Varmebærere: Damp / tryksat vand / hedtolie Simuleringsværktøjer økonomi års-cop (a la Pack Calculator II )

Varmepumpeanlæg 2/3 Varmepumpeanlægget Komponenter Kompressorer + motor/drivlinje Højere (afgangs-)temperaturer Kompressorer med flere suge- og afgangstryk ( economizerporte ) (vand-) køling af motor/drivlinje (i dag 5-10% tab) Vanddamp Kompressorer for beskidt damp (rekompression) Varmevekslere Vanddamp: Direkte kontakt (kloakvand, geotermi, procesvand/fjernvarme...) Varmevekslere, optimeret for store temperaturglid Varmevekslere for dampproduktion Kombinerede, kompakte varmevekslere (f.eks. forskellige temperaturniveauer i samme varmeveksler) Ekspander (CO 2 : + 20% vist) PSO Rotrex : vanddamp 500 kw

Varmepumpeanlæg 3/3 Varmepumpeanlægget Arbejdsmedier Er kølemidlerne de optimale medier (de er oprindeligt valgt til andre temperaturer)? Blandinger Termodynamisk procesdesign Store temperaturdifferencer/glid åbner for optimering gennem opdeling i trin Kombination af forskellige processer (f.eks. NH 3 + CO 2 i kaskade)

Krystalkuglen ift. højtemperaturvarmepumper: Naturlige kølemidler Lavtryk-processer (komponentpris) Vanddamp Mange processer med vand: Koge / inddampning / tørring / frysetørring Hybridprocessen Flertrinsanlæg / kombinerede anlæg Proof of concept: Test af løsninger / komponenter Verifikation Arbejdsmedierne Industrien vil nok kun blive en mindre aktør ift. fluktuerende el (smart grid) VE i industrien: Varmepumper kan få en stor rolle Det rigtige hold skal sættes: Mange forskellige kompetencer

Lidt postulater For at det skal lykkes skal vi have højtemperaturvarmepumper der er Billigere, simplere, mere effektive Enkle at implementere Robuste i styringen Vi er overbevist om at der er behov/plads til VPere i industrien men for at kunne prioritere indsatsen skal der foretages Mere detaljeret kortlægning af volumen, dvs. vi skal starte med de områder med mest ensartethed, passende antal og stort, samlet energibehov (impact) Rammebetingelserne skal ligge fast Dansk industri har muligheden, da vi drives af politiske krav/ønsker og vi er foran endnu