Elkedler og varmepumper til fjernvarmen Morten Boje Blarke
9.15 Velkomst og overordnet introduktion til forskellige typer elkedler og varmepumper, deres driftsfunktionalitet, og potentielle betydning for værk og energisystem. Elkedler Funktionsprincipper og teknologi, Herunder resultat af netop gennemført undersøgelse omfattende 33 værker. Kompressionsvarmepumper Funktionsprincipper og teknologi. Absorptionsvarmepumper Funktionsprincipper og teknologi. 10.15 Diskussion 10.30 Pause 11.00 Praktiske erfaringer Udviklingen af et Smart decentralt anlæg i fjernvarmen og kampen for en rimelig afgiftspraksis. v/ Per Kristensen, Brædstrup Fjernvarme 11.30 PBA-samarbejdet Elmarkeder, teknik, økonomi, og produkter. v/ Jørgen Morild og Jens Therkelsen, Energi Danmark 12.15 Frokost 12.45 Opdeling i tre grupper Gruppe 1: Elkedler v/ Carsten H. Sørensen og Leif Hornbak, Tjæreborg Industri Gruppe 2: Kompressionsvarmepumper v/ Thomas Lund og Per Skærbæk Nielsen, Coolpartners Aps Gruppe 3: Absorptionsvarmepumper v/ Mark Lange, RAMBØLL 14.30 Kaffepause 14.45 Opsamling og debat 15.45 Afslutning og evaluering 16.00 SLUT
Fjernproducent i fremtidens energisystem Morten Boje Blarke Lektor, Civilingeniør, Ph.D. i Bæredygtige energisystemer Institut for Energiteknik, Aalborg Universitet
Udfordringen fra vindkraft 2008 (20 % vind) 2025 (50 % vind)
Udfordringen fra solvarme Kilde: Arcon solar
MW Vind, CHP, Elforbrug Vest Danmark, januar 2007 4000 3000 2000 1000 0 January 2007
Electricity Production (PJ) Share of total electricity generation (%) Kraftvarmen giver efter for vind 35.000 Distributed cogeneration 70% 30.000 60% 25.000 50% Wind production 20.000 40% 15.000 10.000 Cogen share 30% 20% 5.000 Wind share 10% 0 0% 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Wind production Distributed cogeneration Cogen share Wind share
Det smarte og fleksible energisystem Udveksling El El behov Vind Batteri Sving hjul Naturgas Gas Kraftvarme El kedel El varmepumpe Varme genvinding Køling Kølings behov Varme Abs. Varmep. Varmelager Kulde lager Varme behov Solvarme
450 MWe varmepumper 3-400 MWe varmepumper 238 MWe varmepumper
To strategiske modeller for integration af vindkraft Indenlandsk integration (Smart Grid) Transnational udbygning (Super Grid) Unikt globalt eksperiment Indenlandsk integration Transnational udbygning Kendt teknologi Fra vind mølle succes til vind system succes Lokal innovation, beskæftigelse, og ressourcer Mainstream operatører, markeder, og producenter System integration
Elkedler Morten Boje Blarke Lektor, Civilingeniør, Ph.D. i Bæredygtige energisystemer Institut for Energiteknik, Aalborg Universitet
Lavspænding (400 V) og højspænding (10 kv)
Marginale produktionsomkostninger 2012 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Naturgasmotor Naturgaskedel Elkedel
jan-07 mar-07 maj-07 jul-07 sep-07 nov-07 jan-08 mar-08 maj-08 jul-08 sep-08 nov-08 jan-09 mar-09 maj-09 jul-09 sep-09 nov-09 jan-10 mar-10 maj-10 jul-10 sep-10 nov-10 jan-11 mar-11 maj-11 jul-11 sep-11 nov-11 jan-12 Vægtet middelpris på månedsbasis [DKK/MWh] Varians Elspot og varians 2007-2012 800 1,00E+16 1,00E+15 700 1,00E+14 1,00E+13 600 1,00E+12 1,00E+11 500 1,00E+10 1,00E+09 400 1,00E+08 1,00E+07 300 1,00E+06 1,00E+05 200 1,00E+04 1,00E+03 100 1,00E+02 1,00E+01 0 1,00E+00 Varians Vest Varians Øst Produktion Vest Produktion Øst Vægtet Middelpris Vest [DKK/MWh] Vægtet Middelpris Øst [DKK/MWh]
jan-07 mar-07 maj-07 jul-07 sep-07 nov-07 jan-08 mar-08 maj-08 jul-08 sep-08 nov-08 jan-09 mar-09 maj-09 jul-09 sep-09 nov-09 jan-10 mar-10 maj-10 jul-10 sep-10 nov-10 jan-11 mar-11 maj-11 jul-11 sep-11 nov-11 jan-12 Timer Tilnærmet månedsandel (744 timer/måned) Timer i måned hvor elkedel vinder 100% 700 650 600 90% 80% 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% VEST ØST 12 per. Mov. Avg. (VEST) 12 per. Mov. Avg. (ØST)
sep-09 okt-09 nov-09 dec-09 jan-10 feb-10 mar-10 apr-10 maj-10 jun-10 jul-10 aug-10 sep-10 okt-10 nov-10 dec-10 jan-11 feb-11 mar-11 apr-11 maj-11 jun-11 jul-11 aug-11 sep-11 okt-11 nov-11 dec-11 jan-12 Rådighedspris [DKK/MWh] Markedsvolumen [DKK/måned] Det primære reservemarked (Vest) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 15.000.000 14.500.000 14.000.000 13.500.000 13.000.000 12.500.000 12.000.000 11.500.000 11.000.000 10.500.000 10.000.000 9.500.000 9.000.000 8.500.000 8.000.000 7.500.000 7.000.000 6.500.000 6.000.000 5.500.000 5.000.000 4.500.000 4.000.000 3.500.000 3.000.000 2.500.000 2.000.000 1.500.000 1.000.000 500.000 0 Markedsvolumen OP-VEST Markedsvolumen NED-VEST Vægtet pris primærreserve OP-VEST Vægtet pris primærreserve NED-VEST
DKK/MW Historiske investeringspriser (samlet projektomkostning) 1.100.000 1.000.000 900.000 800.000 700.000 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 MW Linear trend Højspænding [DKK/MW] Linear trend Lavspænding [DKK/MW] Højspænding [DKK/MW] Lavspænding [DKK/MW]
Tilfredshed med projekt og aktører 100% 90% 9% 17% 4% 9% 10% 9% 9% 5% 4% 14% 15% 80% 43% 70% 59% 60% 50% 64% 39% 74% 61% 67% 57% 73% 36% 65% Meget utilfreds 40% Overvejende utilfreds 30% 57% 22% Overvejende tilfreds Meget tilfreds 20% 41% 45% 10% 27% 22% 26% 26% 24% 30% 18% 20% 0%
Ville købe igen? Måske endda en større kedel? 100% 8% 90% 17% 17% 80% 21% 70% 60% 38% 50% 33% 39% Nej, bestemt ikke Næppe 40% Muligvis Ja, helt bestemt 30% 8% 20% 38% 22% 25% 10% 0% Ville købe i dag Ville have købt større kedel, hvis tilslutningsbidraget blev fjernet 4% Ville have købt større kedel, hvis tilslutningsafgift (månedlig abonnementsbetaling) blev fjernet?
Kompressions- og absorptionsvarmepumper Morten Boje Blarke Lektor, Civilingeniør, Ph.D. i Bæredygtige energisystemer Institut for Energiteknik, Aalborg Universitet
Funktionsprincipper: Kompression og absorption Kompression Drivmiddel: El Absorption Drivmiddel: Varme
Varmepumpe-konfigurationer District cooling Cold Storage Flue gas waste heat recovery Evaporator Compressor High pressure heat pump Condenser/ Gas cooler Expansion Geothermal Solar heat (direct or indirect) District heating Hot Storage Electricity grid
Kompressionsvarmepumpe teknisk-økonomisk datablad Tilsvarende for absorption i bilag Højtryks NH 3 Parameter Unit 2010 2020 2030 2050 Capacity MW heat 0.5 to unlimited COP at +2 C - 1.7-2.6 COP at +8 C - 2.7-3.3 COP at +15 C - 3.2-3.4 COP at +30 C - 3.5-4.5 Investment M per MW heat 0.5-0.6 0.4 0.4 0.3 Annual O&M p.a. 2 3 % of investment 1 2 % of investment Varmeoptag Heat source Source temp. Unit 2010 2020 2030 2050 Ground source 3 2-8 C M per MW heat- 4 1.0 Sea/waste/ground water 0-15 C M per MW heat 4 0.5 Geothermal 1 30 C per km M per MW heat 4 0.7 per km Flue gas incl. Cold Storage. 2 25 60 C M per MW heat 4 0.4
Marginale produktionsomkostninger 2012 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Naturgasmotor Naturgaskedel Elkedel Varmepumpe
To modeller for fremtidens fjernvarmeproducent? Elproducent og systemtjenesteudbyder Gas (og biogas) i gasmotor/turbine Elkedel Absorptionsvarmepumpe Varme- og kølingsproducent Elforbruger og VE-producent Solvarme Kompressions-varmepumpe Biomasse VE- og biobrændselsproducent Varme- og kølingsproducent
Konklusioner Elkedler har som forventet fundet indpas i kraftvarmen (ca. 300 MW) men markedet er usikkert Gode erfaringer med absorptionsvarmepumper har i kraftvarme og geotermi Kompressionsvarmepumper mangler fodfæste og er i virkeligheden snarere et alternativ til kraftvarme end til elkedler Varmepumper er kerneteknologi i komplekse og høj-optimerede energianlæg Ideel anvendelse af varmepumper er til kombineret varme og kuldeproduktion Danmark bør være på forkant med at høste erfaringer på Smart Grid teknologier, det tjener det decentrale og lokalt forankrede energisystems fremtid