El-drevne varmepumper, Muligheder og begrænsninger IDA Energi, Århus d. 26/2-2014 Bjarke Paaske Center for køle- og varmepumpeteknik
Mekaniske varmepumper (el)
Politiske mål Danmark og udfasning af oliefyr, det elbårne samfund Regeringens mål (Vores energi 2012) 100 % Vedvarende energi i 2050 100 % Vedvarende energi i el og varme 2035 Udfasning af kul og olie i 2030 50 % af elforbruget dækkes af vind i 2020 Regeringens Energi aftale 2012 2013 Stop for installation af olie fyr og naturgasfyr i nye bygninger 2016 Stop for installation af oliefyr i bygninger med mulighed for naturgas eller fjernvarmeområder 260.000 bygninger med oliefyr 80.000 skifter til gas eller fjernvarme 180.000 uden mulighed for fjernvarme eller gas >60 % fjernvarme = 1,6 mio. husstande Indiv. varmepumper
Energistyrelsens fremskrivninger
Forskellige brændsler til boligopvarmning Brændsel Pris pr. enhed Energi pr. enhed Energienhed Effektfaktor Varmepris Naturgaskedel M 3 Kr. 8,75-11 kwh 1,05 0,76 kr./kwh Oliekedel Liter Kr. 12,00-10 kwh 0,95 1,26 kr./kwh Træpiller kg Kr. 2,00-5,4 kwh 0,90 0,41 kr./kwh Varmepumpe COP 4,0 kwh-el Kr. 2,00- (Kr. 1,50-) 1 kwh-el 4,0 0,50 kr./kwh (0,38 kr./kwh) Forbrug over 4.000 kwh/år
Energistyrelsens fremskrivninger
Varmepumpetyper til individuel opvarmning Luft/luft - henter energi fra udeluft eller afkastluft og afgiver til indeluften (enten direkte eller via ventilation) Luft/vand - henter energi fra udeluft eller afkastluft og afgiver til vandbårent afgiversystem (radiator eller gulvvarme) Væske/vand - (jordvarme) - henter fra energi fra jordslange (eller andet) og afgiver til vandbårent varmeafgiversystem Brugsvand - henter energi fra afkastluft, udeluft eller jordslange og afgiver denne til brugsvandsbeholder (+ evt. ventilation) Boligventilationsvarmepumper (aktiv varmegenvinding) henter energi fra afkastluft og afgiver denne til enten ventilationsluft, varmeafgiver, brugsvand, eller flere af disse.
Varmepumper til fjernvarmesystemer Teknologien er udviklet og demonstreret (14 installerede 6 på vej) Varmepumper er økonomisk attraktive i mange systemer Fjernvarmeværker Stor besparelse i forhold til naturgas (særligt v. lave el-priser) Mindre følsomhed for svingende gas- og el-priser Genvinding af spildvarme til fjernvarmesystemer Kan godt lade sig gøre med korte tilbagebetalingstider Adgang til varmekilde? Alternativ produktionspris?
Varmekilder til varmepumper Luft Jord Havvand Sø/Å-vand Drikkevand Grundvand Spildevand Overskudsvarme Sæsonlagre Køling af røggas Geotermi Lav energidensitet ikke interessant i større anlæg - Stort potentiale (koldt) - Potentiale i nogle områder (koldt) - 2-3 % af varmebehovet i alm. husstande - Kræver store flowmængder - Konstant flow, rimelig temperatur - Høj temperatur - Solvarme / overskudsvarme - Affald, flis m.m. - Hvor det er muligt (stor investering)
Kortlægning af el-drevne varmepumper
Virksomheder med spildvarme Damp-faner eller el-forbrug kan være god indikation
Eksempler på anvendelser Skjern Papirfabrik Udnytter spildvarme fra papirtørring og opvarmer fjernvarmevand Køling af fugtig luft 55 til 30 C Opvarmning af fjernvarmevand 40 til 70 C Direkte varmeveksling ca. 1,3 MW 3 identiske NH 3 varmepumper Samlet ydelse på ca. 4,0 MW Samlet varmeydelse ca. 5,3 MW COP på ca. 6,7 med direkte varmeveksling Tilknyttet varmelager Papirfabrikken ejer varmepumpen og leverer op til 60 % af byens fjernvarme
Luft/vand-veksler og nyt afkast, 14 og 18 meter
Ny 200 kw blæser, direct drive
Varmepumper, 3 stk opstillet
Regneeksempel (ikke faktiske tal) 5,3 MW Varmepumpe genvinding af spildvarme (COP 6,7) Årlig produktioner ca. 40.000 MWh (7.500 timer) Salg af varme 350 kr./mwh 14 mio. kr./år El til varmepumpe 165 kr./mwh 6,6 mio. kr./år (1.100 kr./mwh-el) Overskudsvarmeafgift 2,9 mio. kr./år (38 % af vederlag af COP>3) Årlig fortjeneste 4,5 mio. kr. 1. Års energibesp. (40 øre/kwh) 13,5 mio. kr. Investering Varmepumpe Tilbehør 12 mio. kr. 12 mio. kr. Simpel tilbagebetalingstid = 2,3 år
Ans Kraftvarmeværk Årlig produktion 14 GWh/år (ca. 500 husstande) 2,4 MW (el) 3,2 MW 380 m3 50-90 C 18 MWh 14.000 MWh/år 1,9 MW 1,9 MW
Ans Kraftvarmeværk Varmebehov kw Motor 3.200 kw Vinter 2.600 kw 63 MWh/døgn Kedler 3.800 kw Sommer 750 kw 18 MWh/døgn Sommer Vinter Sommer
Udgangspunkt Gaspris = 2,5 kr./nm 3 Resultat 2012: Motor 43 % Kedler 57 % Gns. prod.pris = 475 kr./mwh 2012: 90 % af alle timer
Overfladevand kan være en brugbar energikilde mange steder i DK Lav temperatur = lav COP Sikker og lettilgængelig kilde
Vinter opvarmn. = 35-75 C Sommer opvarmn. = 40-70 C COP-vinter = 3,15 COP-sommer = 3,78 Ans Varmeværk Filter Filter Varmepumpe Pumpebrønd
Vand-indtag/udløb ved bro
Med varmepumpe Gaspris = 2,5 kr./nm 3 Resultat 2012: Varmepumpe 57 % Motor 18 % Kedler 25 % Gns. prod.pris = 350 kr./mwh 2012: 90 % af alle timer
Ans Kraftvarmeværk Varmebehov kw Vinter 2.600 kw 63 MWh/døgn Ingen fleksibilitet i vinterhalvåret Sommer 750 kw 18 MWh/døgn Sommer Vinter Sommer
Varetages af Statnett fra 2015 (Skagerak 4) Effekt Primære/FNR reserver Sekundære reserver Manuelle reserver I tilfælde af at øvrige reserver udebliver Tid 30 s 15 min t t+15 min
Sammenlægning med Sverige
Kun man. reserver er relevant ifm. varmepumper Langsom regulering passer til VP ers teknik Effekt Primære/FNR reserver Sekundære reserver Manuelle reserver I tilfælde af at øvrige reserver udebliver Tid 30 s 15 min t t+15 min
4000,00 Opregulerinspriser DK1 3000,00 2000,00 1000,00 0,00 2013-2 2013-1 2012-12 2012-11 2012-10 2012-9 2012-8 2012-7 2012-6 2012-5 2012-4 2012-3 2012-2 2012-1 -1000,00 Mindste bud er 10 MW forbrug/prod. må ikke kombineres -2000,00
Konklusioner - økonomi Fjernvarmeværker Stor besparelse i forhold til naturgas (særligt v. lave el-priser) Mindre følsomhed for svingende gas- og el-priser Overkapaciteten betyder bedre udnyttelse af el-markedet Genvinding af spildvarme til fjernvarmesystemer Kan godt lade sig gøre med korte tilbagebetalingstider Ydelser ifm. el-regulering Mulighed for mindre indtjening på det manuelle reservekraftmarked (regulerkraft) 15 min. reaktionstid kan lade sig gøre med de fleste standardløsninger Min. bud 10 MW-el, prod./forbrug må ikke kombineres - mindre budstørrelser forventes
Tak for opmærksomheden! Bjarke Paaske, bjpa@dti.dk, tlf. 7220 2037, Center for køle- og varmepumpeteknik