Samlet rapport færdig - Campus

Transcription

2015
Udnyttelse af røggasenergi med varmepumper
- v. Aabenraa og Rødekro Fjernvarme
Thomas Lautrup Søndergaard
Jon Ingemann Nissen
Århus Maskinmesterskole
01-06-2015
Jon Ingemann Nissen
Udnyttelse af røggasenergi
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Titel:
Udnyttelse af røggasenergi med varmepumper
Projekttype:
Bachelorprojekt
Uddannelsestrin:
9. semester
Uddannelsessted:
Aarhus Maskinmesterskole
Vejleder:
Flemming Hauge Pedersen
Afleveringsdato:
01 / 06 - 2015
Normalsider:
40,5
Sider i alt:
80
Antal bilag:
29
Forside illustration:
(Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, 2015)
Forfattere:
Thomas Lautrup Søndergaard - M12755
Jon Ingemann Nissen - V10907
Side 1 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Abstract
This report was written by two students at Aarhus School of Marine and Technical
Engineering, as a final project.
The aim of this report is to examine how to exploit energy in the exhaust gas in the wood
chips combustion plant at Aabenraa and Rødekro District Heating, using heat pumps.
Extraction of energy from the exhaust gas using heat pumps is extremely relevant,
because this can raise the efficiency of the wood chips combustion plant.
The report contains the general theory of heat pumps and a further description of electric
driven heat pumps and absorption heat pumps. Furthermore proposals to implement these
two installations at Aabenraa and Rødekro District Heat are given. The proposals are
described in two separate sections of this report. These sections each contain an
economical part, describing the price of the installation, and a part describing profitability
and the repayment ability of the installation. Lastly an analysis of the two installations will
be made based on economy and environmental impact. Based on this analysis, the most
beneficial installation to exploit energy from the exhaust gas at Aabenraa and Rødekro
District Heat is determined.
The conclusion based on this report is that, the most beneficial way to extract energy from
the exhaust gas emitted by the wood chips combustion plant on Aabenraa and Rødekro
Heat District would be the use of absorption heat pumps, rather than electric driven heat
pumps.
Side 2 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Indholdsfortegnelse
Abstract................................................................................................................................ 2
Forord .................................................................................................................................. 6
Læsevejledning ................................................................................................................ 7
1 Indledning ......................................................................................................................... 8
Virksomheds beskrivelse .................................................................................................. 8
Problemstilling .................................................................................................................. 9
Problemformulering .......................................................................................................... 9
Afgrænsning ..................................................................................................................... 9
Rapportens opbygning ................................................................................................... 10
1 Metode ............................................................................................................................ 11
Videnskabelig tilgang ..................................................................................................... 11
Validitet .......................................................................................................................... 12
Empiri ............................................................................................................................. 13
Interview ......................................................................................................................... 13
Kildekritik ........................................................................................................................ 14
3 Aabenraa og Rødekro Fjernvarmes historie ................................................................... 16
Flisanlæggets opbygning ................................................................................................... 17
Flislageret ....................................................................................................................... 18
Kedlen ............................................................................................................................ 18
Varmeveksling ................................................................................................................ 19
Multicyklon og Scrubber ................................................................................................. 20
Fjernevarmenettet .......................................................................................................... 20
4 Formålet med varmepumper........................................................................................... 21
5 Beregninger .................................................................................................................... 26
Røggasanalyse .............................................................................................................. 27
Energiindhold i røggassen.............................................................................................. 29
Beregning af returvandsstigning ved brug af kompressionsvarmepumpe ...................... 32
Beregninger af tilført el effekt for kompressionsvarmepumper ....................................... 33
Side 3 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Beregning af returvandstemperaturstigning ved brug af absorptionsvarmepumpe ........ 34
6 Eldrevne kompressionsvarmepumper............................................................................. 36
Egenskaber .................................................................................................................... 36
Procesmedier ................................................................................................................. 37
Opbygningen af kompressionsvarmepumper ................................................................. 38
Komponenterne .............................................................................................................. 39
Kompressor ................................................................................................................ 39
Kondensator ............................................................................................................... 39
Fordamper .................................................................................................................. 39
Drøvleventil / ekspansionsventil ................................................................................. 40
Opbygning af konkret anlæg ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme ............................ 40
Eksisterende anlæg........................................................................................................ 41
Det nye anlæg ................................................................................................................ 41
Energiudvinding fra røggassen ...................................................................................... 42
Ny varmeveksler/kondensator ........................................................................................ 44
Varmepumpe .................................................................................................................. 44
Antal varmepumper ........................................................................................................ 46
El tilslutning .................................................................................................................... 48
Vedligehold og Service................................................................................................... 49
Afgifter ............................................................................................................................ 50
Net- og systemtarif (Energinet) ...................................................................................... 51
Distributionstarif (Netselskabet) ..................................................................................... 51
Elafgift (Staten) .............................................................................................................. 52
PSO-tarif (Energinet) ...................................................................................................... 52
Afgift på biobrændsel ..................................................................................................... 53
Økonomi - kompressionsvarmepumper ............................................................................. 54
Indtægter ........................................................................................................................ 54
Side 4 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Anlægsudgifter ............................................................................................................... 54
Driftsudgifter ................................................................................................................... 55
Scrapværdi ..................................................................................................................... 56
Renter ............................................................................................................................ 57
7 Absorptionsvarmepumper ............................................................................................... 60
Opbygning og virkemåde ............................................................................................... 60
Procesmedier..................................................................................................................... 62
Vedligehold og service ................................................................................................... 64
Opbygning af absorptionsanlæg .................................................................................... 65
Økonomi - Absorptionsvarmepumper ................................................................................ 66
Indtægter ........................................................................................................................ 66
Anlægsudgifter ............................................................................................................... 67
Driftsudgifter ................................................................................................................... 67
Scrapværdi ..................................................................................................................... 68
Renter ............................................................................................................................ 68
8 Analyse af kompressions- og absorptionsvarmepumpe anlæggene ............................... 72
9 Konklusion ...................................................................................................................... 74
Perspektivering .................................................................................................................. 76
Bibliografi ........................................................................................................................... 77
10 Bilagsoversigt ............................................................................................................... 80
Side 5 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Forord
Denne rapports formål er at undersøge mulighederne for at udnytte røggasenergien på
flisanlægget ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme.
Rapporten er skrevet på 9. semester i forbindelse med det afsluttende bachelorprojekt på
Århus Maskinmesterskole.
Rapporten tager udgangspunkt i flisforbrændingsanlægget ved Aabenraa og Rødekro
Fjernvarme, hvor den ene af forfatterne, Jon Ingemann Nissen, har været i bachelorpraktik
i perioden 02/02-2015 til 17/04-2015. Ideen til emnet er opstået i forbindelse med
bachelorpraktikken, og den store interesse der er for varmepumper indenfor fjernvarme
branchen. Interessen for dette emne er yderligere blevet bekræftet efter deltagelse i Dansk
Fjernvarmes temadag om store varmepumper.
Vi vil gerne sende en stor tak til alle, der har hjulpet i forbindelse med projektet:
Karsten Pedersen - Teknisk chef - Cronborg
Robert Brodersen - Produktions chef - Aabenraa og Rødekro Fjernvarme
Flemming Hauge Pedersen - Lektor - Maskinmester - Århus Maskinmesterskole
Jonas Lassen - Salg, Support og Energirådgiver - Johnson Controls
Martin Schjøtt - Salgs Ingeniør - BoilerWorks
Side 6 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Læsevejledning
Rapporten er udarbejdet på Århus Maskinmesterskole af to bachelor studerende.
Rapporten er tiltænkt et publikum med tilsvarende vidensniveau. Derfor anbefales det, at
læseren har en teknisk viden indenfor rapportens fagområder.
Forkortelser:
Kvp: Kompressionsvarmepumper
Avp: Absorptionsvarmepumpe
Flisanlæg: Flisforbrændingsanlægget
Eldrevne varmepumper: Kompressionsvarmepumper
Side 7 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
1 Indledning
Formålet med opgaven er at finde den bedst egnede metode til at udnytte den
røggasenergi, der ikke bliver udnyttet ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme. Vi vil
undersøge mulighederne for udnyttelse af røggasenergien ved anvendelse af forskellige
typer varmepumper.
Virksomheds beskrivelse
Aabenraa og Rødekro Fjernvarme har 26 ansatte og forsyner over 8200 forbrugere, som
er fordelt ud over byerne Aabenraa, Rødekro, Stubbæk, Styrtom og Hostrupskov.
Ledelsens og bestyrelsens mål er: At varmeforsyningen er så stabil og prisvenlig som
muligt, og at varmen skabes med miljøvenlige brændselskilder.
Aabenraa og Rødekro Fjernvarme står netop nu i en fornyelses fase, hvor både driften og
bygningsmassen omlægges og fornyes. Før i tiden fik man overskudsvarme fra det nu
nedlukkede Enstedværk, som producerende el. Derfor er man gået fra at være en
distributør af fjernvarmen til selv at producere fjernvarmen.
De har derfor indenfor de sidste år investeret i nye anlæg til forbrænding af biomasse
bestående af halm og flis. Dette har de gjort for at opfylde deres mål om at profilere sig
som en grøn virksomhed. Der er i denne forbindelse opført et flisforbrændingsanlæg og et
halmforbrændingsanlæg til produktion af fjernvarme.
Side 8 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Problemstilling
Selvom anlæggene er forholdsvis nye, er der formentlig stadigvæk muligheder for at
optimere på anlæggene og mindske miljøbelastningen, hvilket bl.a. er en del af denne
opgaves undersøgelse. Et sådant tiltag vil også yderligere understøtte Aabenraa og
Rødekros Fjernvarmes mål om hele tiden at arbejde for en så grøn profil som mulig. I dag
udnytter Aabenraa og Rødekro Fjernvarme ikke alt energien i flisforbrændingsanlæggets
røggas. På den måde mister de energi, som de har produceret. Derfor vil det være
nærliggende at optimere anlægget med varmepumper, og på den måde udnytte så meget
af energien i røggassen som muligt.
Problemformulering
Hvordan kan Aabenraa og Rødekro Fjernvarme øge effekten på flisforbrændingsanlægget
med varmepumper og samtidigt begrænse miljøbelastningen?
Hvilken type varmepumpe er økonomisk mest attraktiv på Aabenraa og Rødekro
Fjernvarmes flisforbrændingsanlæg?
Afgrænsning
Rapporten er opbygget omkring Aabenraa og Rødekro Fjernvarmes
flisforbrændingsanlæg. Rapporten beskæftiger sig kun med absorptionsvarmepumper med
vand og litium bromid som kølemiddel og eldrevne kompressionsvarmepumper med
ammoniak og propan som kølemiddel. Der tages ikke hensyn til tab som varmeafledning.
Ligeledes tages der ikke hensyn til kondensvand fra røggasveksleren. Afgrænsningerne er
valgt ud fra et tidsmæssigt perspektiv, og i forhold til om der er relevant for opgaven at
beskæftige sig med andre metoder og anlæg.
Side 9 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Rapportens opbygning
Rapporten er opbygget efter vejledningen: Rapportskrivning 2012 (Andreasen & Kersten,
2012).
Rapporten er opdelt i kapitler, som gør indholdsfortegnelsen mere overskuelig, og læseren
får et overblik over rapportens omfang, inden den læses.

Kapitel 1: Rapportens indledning, der indeholder virksomhedsbeskrivelse,
problemstilling, problemformulering og afgrænsning.

Kapitel 2: Beskriver hvilke metoder, der er anvendt til at indsamle viden.

Kapitel 3: Beskriver Aabenraa og Rødekro Fjernvarmes historie, og indeholder
ligeledes en beskrivelse af det eksisterende anlæg.

Kapitel 4: Beskriver formålet med anvendelse af varmepumper i
fjernvarmebranchen.

Kapitel 5: Udregninger af, hvor meget energi der er i røggassen for at få et billede
af, hvor meget energi der kan udvindes via en varmepumpe.

Kapitel 6: Beskriver først overordnet, hvordan en eldreven
kompressionsvarmepumpe virker. Derefter kommer et forslag til, hvordan et konkret
kompressionsvarmepumpeanlæg kunne se ud, og hvilke udgifter der vil være i
forbindelse med etablering af et kompressionsvarmepumpeanlæg. Afsnittet
afsluttes med økonomiske udregninger på anlægget.

Kapitel 7: Beskriver først overordnet, hvordan en absorptionsvarmepumpe virker.
Derefter kommer der et forslag til, hvordan et konkret
absorptionsvarmepumpeanlæg kunne se ud, og hvilke udgifter der vil være i
forbindelse med etablering af et absorptionsvarmepumpeanlæg. Afsnittet afsluttes
med økonomiske udregninger på anlægget.

Kapitel 8: I kapitlet analyseres hvilken type varmepumpeanlæg, der vil være mest
fordelagtig for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme med hensyn til økonomi og miljø.

Kapitel 9: I afslutningen af rapporten vil konklusionsafsnittet være, her vil rapportens
vigtigste resultater og vurderinger blive beskrevet.

Kapitel 10: Bilagsoversigt
Side 10 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
1 Metode
Videnskabelig tilgang
Denne rapport er en naturvidenskabelig rapport, som er udarbejdet med en positivistisk
tilgang. Positivismens hovedformål er at frembringe en så sikker viden som muligt. Den
positivistiske metode gør brug af to værktøjer til at nå frem til en konklusion: induktion og
deduktion.
Induktion bygger på empirisk viden, som man har opbygget ved hjælp af observationer. At
drage en induktiv slutning vil sige, at man drager en konklusion på baggrund af den
mængde data, man har indsamlet. Den induktive slutning forholder sig kun til den
indsamlede data og ikke til andet. Derfor er det nødvendigt, at have en stor mængde data
for at kunne anvende induktion. En stor datamængde er med til at sikre en høj validitet,
som er vigtigt for projektets troværdighed. I dette projekt anvendes induktion, eksempelvis
til at bestemme gennemsnitstemperatur og -flow i det eksisterende anlæg. Disse værdier
bruges til dimensionering af varmepumperne. Det data, som bliver anvendt til at bestemme
værdierne, er trendudskrifter fra fjernvarmeværket. Trendene består af mange målinger
over en periode på 50 dage med stabil drift. Alle disse målinger udgør datamængden der
tages udgangspunkt i. Ved at betragte målingerne kan man ved induktion konkludere, at
den generelle værdi må være gennemsnitsværdien.
I deduktion er det logik, som danner grundlag for en konklusion. Ud fra nogle opstillede
præmisser drages en logisk konklusion. Det er derfor vigtigt, at det data og de
informationer, som præmisserne stilles ud fra, er af høj kvalitet. Deduktion anvendes i
dette projekt eksempelvis ved de beregninger, som bliver udført i projektet. I
beregningerne opstilles en ligning, som er præmisserne. Ud fra den opstillede ligning
drages en logisk slutning, som er resultatet af ligningen.
Ved den hypotetiske-deduktive metode anvendes der både empiri og logik. I denne
metode gøres der brug af hypoteser og antagelser som præmisser. Ud fra disse
præmisser drages en deduktiv slutning, hvorefter man undersøger, om præmisserne er i
overensstemmelse med virkeligheden. I denne rapport er det den hypotetiske-deduktive
Side 11 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
metode, som bliver brugt til at afklare projektet hovedspørgsmål. Herunder ses et
eksempel på, hvordan denne metode er anvendt.
Præmis:
Hvis der installeres varmepumper på flisværket, kan der udvindes
mere energi fra røggassen. (hypotese)
Præmis:
Hvis en varmepumpe installeres, kan røggassen afkøles fra 47⁰C
til 20⁰C. (hjælpe hypotese)
Præmis:
Røggassen afgiver energi når den afkøles. (observation)
Konklusion: Altså kan der udvindes mere energi ved at installere
varmepumper på flisværket.
Da hjælpehypotese er en antagelse, er det nødvendigt, at man efterfølgende undersøger,
om denne stemmer overens med virkeligheden. Observationerne i denne situation er
baseret på en betragtning af et I/x diagram. På I/x diagrammet observeres det, at
energiindholdet falder, når temperaturen falder. Ud fra de tre præmisser kan der drages en
logisk konklusion.
Validitet
Hvis et projekt som dette skal have nogen kommerciel værdi, er det nødvendigt, at
resultatet af projektet er validt, og at man kan se, hvordan man er kommet frem til
resultatet. For at sikre dette benyttes nogle forskellige dokumentationsmetoder. Hvor der i
rapporten anvendes data og informationer fra andre kilder end rapporten selv, bruges der
kildehenvisninger efter Harvardstilen. Dette gøres for at sikre, at man efterfølgende kan
finde frem til kilden, som verificerer de anvendte oplysninger. Nogle oplysninger er
indsamlet og vedlagt som bilag bagerst i rapporten. Når der anvendes data herfra,
henvises der direkte til bilagene.
I projekter er der beskrevet og forklaret, hvilke fremgangsmetoder der er blevet brugt til at
komme frem til rapportens resultater. Dette er gjort for at opnå intersubjektiv prøvbarhed,
hvilket vil sige, at undersøgelsen er udført efter regler, som fremlægges åbent, så de kan
gentages af andre med samme resultat.
Side 12 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Empiri
Hele dette projekt tager udgangspunkt i data og informationer fra en lang række kilder. Der
anvendes både kvantitativ og kvalitative data i dette projekt.
Kvantitativ empiri er af lav kvalitet, derfor skal der anvendes store mængder data, for at
det bliver validt data. Den kvantitative empiri analyseres ved anvendelse af den induktive
metode.
De data som danner baggrund for de trends, som er brugt i projektet, er kvantitative. Det
er de, fordi de består af mange målinger, som individuelt ikke giver et pålidelige billede.
Kvalitativ empiri er af høj kvalitet, derfor har man ofte en mindre datamængde. Da
kvalitative data er af høj kvalitet, anses en lille mængde data stadig for validt. Derved
bliver det muligt at analysere den lille mængde data ud fra den deduktive metode.
De fleste informationer, som anvendes i dette projekt, er kvalitative. Det vil sige, at man
har få informationer, men at de er pålidelige. Dette gør sig gældende for de informationer,
som stammer fra bl.a. interviews og lærebøger.
Interview
Interviewformen, som er blevet brugt igennem dette projekt, er den semistrukturerede
interviewform. Forud for interviewet er det blevet overvejet, hvilke informationer man skulle
have med fra interviewet. På baggrund af disse overvejelser er der blevet udarbejdet en
interviewguide i stikordsform. Interviewguiden bruges til at sikre, at man får alle de
informationer, man kom for at få, og samtidig holder struktur i interviewet. Under
interviewet stilles spørgsmålene som åbne spørgsmål. Dette gøres for at undgå at præge
eller begrænse svarene. Herved kan interviewet udvikle sig og give ny viden fra
synsvinkler, som intervieweren ikke havde forudset. For at sikre den tilegnede viden fra
interviewet er der under interviewet blevet skrevet et referat i stikordsform.
Side 13 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Kildekritik
Informationerne, som blevet indsamlet til rapporten, stammer fra forskellige kilder. Nogle af
disse kilder kan have en interesse i, at manipulerer den data, som udveksles for at fremstå
bedre. Denne manipulering er ikke nødvendigvis en bevist handling, men kan stamme fra
en general opfattelse eller holdning, i det miljø som de færdes i. Derfor er man nødt til at
forholde sig kritisk til de kilder, som man bruger. Ved at forholde sig kritisk og holde de
informationer som man får op imod kildens interesser, kan man herved øge
sandsynligheden for at opdage misinformation.
I dette projekt anvendes der flere forskellige grupper af kilder. En væsentlig kilde er
producenter og leverandøre af varmevekslere og varmepumper. Fælles for denne gruppe
er, at de alle gerne vil sælge deres eget produkt. På trods af dette betragtes
specifikationer og data på komponenterne for at være valide. Denne betragtning gøres på
baggrund af, at det er dem, som kender deres egne produkter bedst. Ydermere er
producenter nød til at leve op til de specifikationer, som de skriver deres produkter
overholder.
Nogle af projektets informationer stammer fra lærebøger, som har været brugt i
undervisningen på maskinmesteruddannelsen. Disse informationer anses for at være
almengyldige.
Energistyrelsens drejebog til store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemer er blevet
brugt til at give en baggrundsviden om varmepumper. Da drejebogen er udarbejdet for
energistyrelsen, er den ikke farvet af en producent, som gerne vil øge sin omsætning. Dog
bære rapporten præg af, at den skal fremme eldrevne varmepumper frem for
absorptionsvarmepumper. Grunden til dette er, at man ønsker, at kunne anvende noget af
overskudsstrømen fra vindmøller i fjernvarmenettet. Rapportens indhold vurderes at være
valid, da den er udarbejdet af anerkendte ingeniørfirmaer.
Dansk fjernvarme er en interesseorganisation, som har til formål at skabe et netværk for
fjernvarme producenter i Danmark. Dansk fjernvarme vurderes til at være en valid kilde, da
de som udgangspunkt har samme interesse som fjernvarmeværkerne.
Side 14 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Ing.dk er et seriøst teknisk nyhedsmagasin. Artikler fra dette magasin er af en høj faglig
kvalitet. Dette eliminerer ikke risikoen for, at artiklerne er farvet af journalistens eller
dennes kilders holdninger. Når der er blevet anvendt informationer fra denne kilde, er
artiklens holdning blevet overvejet.
Retsinfo.dk er statens værktøj til at kommunikere lovgivning ud til befolkningen. Indholdet
på dette website er lovgivning, og bliver derfor behandlet som fakta.
Side 15 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
3 Aabenraa og Rødekro Fjernvarmes historie
De to fjernvarme selskaber Aabenraa og Rødekro Fjernvarme blev i 2007 fusioneret og de
to sammenlagte værker fik Peter Sørensen som direktør. Tidligere var Aabenraa og
Rødekro to selvstændige selvskaber, som begge fik overskudsvarme fra Enstedværket,
der havde en stor el-produktion på kul og i mindre grad halm. I 2010 blev det besluttet, at
Enstedværket og Stigsnæsværket skulle lukkes for at give plads til mere grøn energi. I
oktober 2013 stoppede Dong samarbejdet med Enstedværket og nedlukningen var nu en
realitet.
Derfor blev Aabenraa og Rødekro Fjernvarme tvunget til at finde på nye metoder til, at
kunne forsyne forbrugerne med fjernvarme. Det resulterede i, at man i 2012 opførte et nyt
hovedkontor til administrationen sammen med et nyt flisfyret anlæg på 2x15 MW, plus en
backup oliekedel på 15 MW. I 2014 blev der ligeledes opført et nyt halmfyret anlæg på
3x12 MW, hvor det er muligt at iblande træpiller sammen med halmen. Der rådes desuden
over en række ældre centraler med oliefyret- og pillefyret kedler. I dag anvendes
oliekedlerne som backup centraler efter opførsel af de nye halm- og flis værker.
Træpillekedlerne anvendes hovedsageligt i spidslast situationer men også som backup.
Side 16 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Flisanlæggets opbygning
Det flisfyrede anlæg, som er rapportens hovedpunkt, er bygget af Tjæreborg Industries, og
har en effekt på 2x12 MW på selve kedlerne. Dertil kommer der 2x3 MW, som laves på
kedlernes scrubber, hvorfor effekten samlet set kommer op på 15 MW pr. kedel. I afsnittet
efter afsnittet omhandlende flislageret, vil én enkelt kedel blive beskrevet, da de to kedler
er ens.
Formålet er at få et indblik i de forskellige processer der sker, og at få forståelse for
fjernevarme produktionen. I bilag 11 er der vist en oversigt over kedel 1, og i bilag 10 er
der vist en oversigt over hele anlægget. På nedestående billede (figur 1) vises en
oversigtstegning af hele anlægget, og de enkelte komponenters placering.
Lagerbygning
Figur 1: Eget Arkiv
Side 17 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Flislageret
Flisen til kedlerne kommer ind på det indendørs flislager igennem 3 vognporte, hvor
lastbilerne tipper flisen af i modtagersiloerne. Flisen bliver derefter transporteret ind på
flislageret ved hjælp af to automatiske traverskraner. Begge kraner er udstyret med el
hydraulisk skovlgrab. På lageret kan der opbevares 10.000 m3 flis, svarende til 10-12
dags fuld drift. Kedlerne får automatisk tildelt flis af de to kraner, som føder kedlerne i 4
tragte, to til hver kedel. I tragtene er der placeret 2 aftastere. Den øverste aftaster
registrerer, når flis niveauet er under denne, og giver signal til kranerne, så de kan
transportere mere flis hen i tragten. Den nederste aftaster fungerer som alarm. Alarmen
udløses, hvis flis niveauet falder under dens niveau. Flisen falder ved hjælp af
tyngdekraften ned i bunden af tragten, hvor indskubberen sidder. Indskubberen er en
hydraulisk cylinder, der skubber en vis mængde flis ind i kedlen. På den måde styre man
last niveauet alt efter, hvor hyppigt man sætter cylinderen til at skubbe flis ind i kedlen.
Kedlen
Kedlentypen er en ristekedel. Risten ligner en trappe (se billede 1). Flisen bliver via
indskubberen skubbet ind på ”trappen” i kedlen. Ovenpå
hver trin af trappen sidder der en askeskubber. Disse
kører hele tiden frem og tilbage med et vist interval, og på
denne måde bevæger de hele tiden materialet et trin af
gange ned af trappen. På den første del af trappen tørre
flisen, længere nede af trappen er flisen tør nok til, at der
går ild i flisen og forbrændingen sker. Forbrændingen har
brug for en stor mængde luft. Der bliver tilført luft både fra
ristene og fra siderne. Luften fra ristene er primærluft,
som blæser luft op under risten i 4 zoner. Luften hentes i
kedelrummet. Ristene er delt op i zoner, hvor zone 1 er
den første del, hvor flisen kommer ind i kedlen. I zone 1
bliver primærluften opvarmet til 90-160 °C, for at få tørret
flisen. Sekundærluften blæser luft ind over forbrændingen
Billede 1: Ristekedel
Forfatternes eget arkiv
Side 18 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
på risten, og luften hentes også i kedelrummet. Luftens formål er at tilføre ilt til de gasser,
der opstår i forbindelse med afbrændingen af flisen. På den måde opnås der en optimal
forbrænding. I bunden af trappen er flisen så udbrændt, at der kun er aske og en smule
slagger tilbage.
I bunden af trappen er der en fordybning, hvori der ligger en stor snegl tværs igennem
kedlen. Sneglens formål er at transportere asken og slaggerne ud fra kedlen og over i en
redler, som transporterer resterne ud i en lukket container.
Varmeveksling
Den energi, som kedlen producerer, bliver overført til vand, som derved bliver opvarmet.
Røgen fra forbrændingen er en vigtig varmekilde. Røgens energi bliver overført til vandet i
konveksionsparten, hvor røgen cirkulerer. Varme transmissionen sker også gennem
kedlens vægge, som er dobbelt væggede. Mellem væggene er der vand, som også
fungerer som køling af det stål, kedlen er opbygget af. Vandet bliver opvarmet til ca. 125
°C, hvorefter det igennem kedlens vekslere opvarmer fjernvarme transmissionsnettets
vand til ca. 95 °C. For at vandet ikke koger, er vandet under tryk på ca. 4 bar. Ligeledes er
der installeret shuntpumper, der regulere temperaturen på vandet efter veksleren ved at
pumpe varmt vand fra kedlen over til det afkølende efter kedlens veksler. Dermed hæves
temperaturen, og der sker ikke for store termiske spændinger i metallet i kedlen.
Når varmeforbruget er mindre, fx om natten, er der mulighed for at lagre varme på
akkumulationstanken (45 MW).
Side 19 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Multicyklon og Scrubber
Efter røgen har været igennem konveksionsparten, kommer røgen igennem multicyklonen.
Her renses røgen for askepartikler, som ikke er ønskelige i scrubberen. Problemet er, at
asken kan ødelægge pumper i scrubberen eller stige ud af skorstenen og falde ned i det
omgivne miljø.
Den sidste afkøling sker i kedlens scrubber. Dens formål er både at hente energi ud af
røgen, men også at fjerne forurening fra røgen, eksempelvis tungmetaller. Inde i
scrubberen overrisles røgen med vand. På den måde fjerner man både energi og
forurening fra røgen, som optages af vandet. Derefter ledes det opsamlede vand igennem
en varmeveksler, hvor varmen overføres til returvandet. På den måde kan man hæve
returvands temperaturen med ca. 10 °C. En del af vandet bliver efterfølgende renset i
vandbehandlingsanlægget for at fjerne de forureninger, som vandet har optaget fra
røggassen.
Fjernevarmenettet
Fjernvarmens net består af transmissionsnettet, som løber i en stor ledning rundt i de
forskellige byer og bydele. Der er derfor placeret en række vekslerstationer rundt i byerne.
Disse er placeret strategisk fornuftigt i forhold til antal forbrugere de pågældende steder.
Vekslerstationerne, som på den ene side er bynettet og den anden side
transmissionsnettet, får tilført deres varme fra transmissionsnettet. Bynettet forsyner
forbrugerne med fjernvarme via forbrugerens stikledning ud til bynettet. Ved Aabenraa og
Rødekro Fjernvarme er det tilladt for forbrugeren både at have direkte fjernvarme igennem
deres radiator eller en mindre veksler installeret i huset.
Side 20 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
4 Formålet med varmepumper
Formålet med anvendelse af varmepumper indenfor fjernvarmen sektoren er at udnytte
eksisterende varmekilder, hvor man kan hente noget ”gratis” eller ikke udnyttet energi. Der
er mange forskellige energikilder, der kan nævnes:

Røggas

Overskudsvarme (fra industri og køleprocesser, herunder fjernkøling)

Geotermi

Spildevand

Grundvand, herunder grundvandslager, og drænvand fra afværgeboringer mv.

Sø- og åvand

Andre varmekilder (luft, havvand, jordvarme, drikkevand, solvarme og varmelagre)
(Clausen, et al., 2014)
De forskellige varmekilder gør det muligt at hente termisk energi fra kilderne ved en
forholdsvis lav temperatur alt efter, hvilken kilde der anvendes. Termisk energi ved lav
temperaturniveau kan være svært at udnytte, og bruges derfor ikke altid. For at kunne
udnytte den termiske energi, er man nød til at flytte det til et højere temperatur niveau, der
giver bedre muligheder for at anvende energien. Til dette formål kan en varmepumpe
anvendes.
For at drive varmepumperne kræves det dog, at der bliver tilført noget energi. Denne
energi kan være enten elektrisk eller i form af termisk energi ved højtemperatur, fx røggas
eller hedt vand. Dette gør, at man kan opdele varmepumper i to hovedkategorier:
elektriskdrevene og varmedrevende varmepumpe. Der findes dog også en tredje variant,
som er en mellemting af de to anlægstyper. Heraf kommer nok også navnet
hybridvarmepumper. Der findes mange anvendelsesmuligheder og forskellige typer
varmepumper. Varmepumper har en række fordele, her kan nævnes:

Lavere varmepriser – Den primære motivation til at investere i en varmepumpe er
en forventning om lavere varmepriser enten nu eller på længere sigt.

Risikospredning – Ved introduktion af et nyt „brændsel“ (elektricitet) i
produktionen, bidrager varmepumpen til at sprede den økonomiske risiko i
Side 21 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
produktionen (diversificering), hvilket gør produktionen mere robust over for
variationer i el- og brændselspriserne.

Effektivisering – Muligt at udnytte rest- og spildvarme i det eksisterende
produktionsanlæg, eller nærliggende industriel produktion. Endvidere mulighed for
at optimerer udnyttelsen af solvarme.

Introduktion af nye forretningsområder – Introducere muligheden for at
producere og sælge køling i tilknytning til fjernvarmeproduktionen.

Styrker miljøprofilen – Hovedsageligt vindbaseret el-produktion - udnytter hidtil
uudnyttede lavtemperatur varmekilder i omgivelserne som spildevand, industriel
spildvarme, geotermi, grundvand m.m. og herfra leverer et vedvarende energibidrag til varmeproduktionen.

Styrke nye samarbejder – Ved fjernvarmens samspil med elforsyningen og med
muligheden for fjernkøling, og dermed fjernvarmens rolle i fremtidens integrerede
forsyningsplanlægning.
Hvilken rolle kan en varmepumpe så spille ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, hvis
man kigger på, hvilken fordele en varmepumpe kan have?
Man vil selvfølgelig altid stræbe efter en lavere pris til forbrugerne, dette kan gøres med
effektivisering, fx ved at hæve virkningsgraden på anlæggene. Det vil altid være en fordel
at sprede risikoen ved at have forskellige måder at producere fjernvarme. Især i
fjernvarmebranchen ved man aldrig, om der kommer en uforudset afgift på en type
brændsel eller anden form for energi, som gør at produktionsomkostningerne stiger.
Aabenraa og Rødekro Fjernvarme vil gerne styrke deres grønne profil. Dette kan også
gøres via varmepumper. Hvis man ser på, hvilke udfordringer Aabenraa og Rødekro
Fjernvarme har i fremtiden, kan en varmepumpe derfor være en fornuftig investering.
Det forventes, at man i 2035 skal være fossilfri (Regeringen, 2013). Fjernvarmen har i dag
en række oliefyret centraler, som derfor skal udfases i den kommende fremtid. Den første
central er allerede under udfasning, da den ligger centralt i Aabenraa by og derfor står i
vejen for byfornyelse. Det er dog endnu ikke besluttet, hvilken form for energi, der skal
afløse de oliefyrede kedler, som skal nedlægges. Her ville en varmepumpe være en
Side 22 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
fornuftig løsning, da den også lever op til kravet om fossilfrit varme produktion i 2035. På
den måde vil man også kunne drage erfaringer med varmepumper ved Aabenraa og
Rødekro Fjernvarme, inden man måske i fremtiden skal lave alt fjernvarme produktion på
varmepumper.
For at udbrede kendskabet til store varmepumper er der fra regeringens side afsat 55,2
mio. kr. til at udbrede store varmepumper i fjernvarmebranchen (Caruso, 2014). Puljen er
hovedsaligt rettet mod varmepumper drevet af elektricitet, da man forudser en stor
produktion af el på vindenergi. Allerede i 2020 skal 50 % af elforbruget i Danmark dækkes
af vindkraft (Clausen, et al., 2014). Det forventes at medføre en stigning i antallet af
eldrevne varmepumper i fjernvarmesektoren, idet samspillet mellem vindenergi og
eldrevne varmepumper er optimal. Grunden til at eldrevne varmepumper og vindenergi
passer godt sammen kan forklares med, at vindmøllerne producerer strøm i perioder, hvor
der også er stor behov for varmeproduktion i fjernvarmesektoren. Desuden er det også
muligt for fjernvarmen at lagre energi i akkumuleringstanke og på den måde udnytte
energien senere.
Anlæg som Aabenraa og Rødekro Fjernvarme er dog ikke i målgruppen for varmepumpe
puljen, da de i forvejen producerer det meste af deres energi på biomasse og ikke på
fossile brændstoffer. Der er dog argumenteres for, at man også burde sætte ind med
varmepumper på anlæg som Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, da der i dag ikke sker en
stor udvikling, indenfor udbredelse af varmepumper og man er langt fra målet med
udbredelsen af varmepumperne.
Side 23 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
I 2020 er den planlagte produktion af energi fra varmepumper 555,6 MW. På nuværende
tidspunkt produceres der kun 16,7 MW med varmepumper (Se figur 2). Man er altså langt
fra målet, og man kan sætte spørgsmålstegn ved, hvorvidt man når op på den planlagte
produktion med den nuværende udvikling. Derfor kunne det være en fordel at større
fjernvarmeproducenter som Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, også vil være i
målgruppen for varmepuljen for overhoved at kunne nå op på den planlagte produktion.
Ligeledes ville det også være en fordel at se på andre varmepumper end eldrevne.
Absorptionsvarmepumper ville måske være mere attraktivt på nogle anlæg og bidrage til et
mere miljøvenligt fjernvarmebranche. Udbredelsen vil også være en fordel for samfundet
generelt.
Figur 2: Planlagt produktions fra varmepumper i 2020
(Clausen, 2015)
Side 24 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Opsummering
Samlet set anses det at installere varmepumper på flisforbrændingsanlægget i Aabenraa
og Rødekro Fjernvarme, vil give en række fordele både for forbrugerne, men også for
samfundet. Her kan bl.a. nævnes:

Bedre virkningsgrad på flisanlægget

Udnytte ”spildenergi” (røggassen)

Grønnere profil

Bedre for miljøet

Sprede risikoen (uforudsete afgifter)

Være med til at opnå den planlagte varmepumpeproduktion i Danmark
Side 25 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
5 Beregninger
I dette afsnit vil projektets termodynamiske beregninger blive foretaget. Der anvendes data
fra efterfølgende afsnit i rapporten, fx COP fra de valgte varmepumper (se kapitel 6 & 7).
Beregningerne er samlet i dette afsnit for at gøre beregningerne mere overskuelige og
sammenhængende.
Ligeledes anvendes nogle af beregningerne i det kommende afsnit til at foretage valg af
komponenter og økonomiske beregninger.
Der regnes kun på en af kedlerne, da begge kedler er ens. For at give et bedre overblik
over anlægget, og de værdier som vil blive brugt i beregningerne, er der på figur 3 en
skitse tegning af anlægget. På skitsetegningen er der indsat en værdi for røggassens
volumenstrøm. Disse værdier stammer fra en målerapport, som Force har udført på
anlægget (bilag 2). Derudover anvendes der trendudskrifter fra fjernvarmeværket, som er
målt over en periode på 50 dage med stabil drift, for at give et billede af de gennemsnitlige
værdier på anlægget. Gennemsnitsværdierne fra trendudskrifterne anvendes til at
bestemme røggastemperaturen før røggasveksleren (bilag 19), temperaturer på
scrubbervandet (bilag 21) og fjernvarmeretur vandet før (bilag 22) og efter
scrubberveksleren (bilag 20).
Figur 3: Oversigts tegning over nyt anlæg
Kilde: Eget arkiv
Side 26 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Røggastemperaturen efter røggasveksleren skal være så lav som muligt, da man herved
genvinder mest mulig energi ud af røggassen. Det kan være problematisk med en meget
kold røggas, fordi den kan blive tungere end luften udenfor skorstenen. I dette projekt
anses det for at værre realistisk at nedkøle røggassen til 20⁰C, og det er derfor valgt som
baggrund for projektet. Denne antagelse bygger på erfaringer fra Vejen fjernvarmeværk,
hvor man har erfaret at lavere temperature end 20⁰C kan give problemer med røgnedslag.
Varmepumpens fordampertemperatur er sat til 15⁰C for at være sikker på, at
røggasveksleren kan nå at køle røggassen ned til 20⁰C. Ligeledes er varmepumpens
kondensatortemperatur sat til 61⁰C for kompressionsvarmepumper og 70⁰C for
absorptionsvarmepumper for at sikre, at alt energien kan blive afsat i fjernvarmevandet.
Røggasanalyse
I dette projekt er det målet at udvinde mere energi af røggassen. Derfor er det nødvendigt
at undersøge, hvor meget energi der er tilbage i røggassen. Ved undersøgelsen af dette
vil røggassen blive betragtet som fugtig atm luft, da det er hvad de tilgængelige
programmer og tabeller er konstrueret ud fra. Fejlen ved denne betragtning vil ikke være
ret stor, fordi størstedelen af den udvundne energi, fremkommer ved at en del af
vanddampene, i den i forvejen mættede røggas, kondenseres. For at underbygge dette
sammenlignes den specifikke varmekapacitet for røggassen med atm luft. I de følgende
beregninger vil der blive brugt data fra Forces målerapport (bilag 2), som blev udført på
det eksisterende anlæg. Derudover vil der blive brugt tabeller fra lærebogen
Termodynamik (Lauritsen & Eriksen, 2012).
𝑐𝑣 = 𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑘 𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑘𝑎𝑝𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡, konstant volumen
𝑟𝐶𝑂2 (𝑡ø𝑟) = 14,7% (bilag2)
volumenandele 𝐶𝑂2
𝑟𝑂2 (𝑡ø𝑟) = 5,85% (bilag2)
volumenandele 𝑂2
Det antages, at det tilbageværende indhold består af 0,9 procent 𝐴𝑟 og den resterende del
er 𝑁2 , da 𝐶𝑂 og 𝑁𝑂𝑥 indholdet er ubetydeligt lavt jf. rapporten. Denne betragtning beror på,
at noget af oxygenen under forbrændingen omdannes til kuldioxid og noget til vand, mens
Side 27 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
de resterende gasarter forbliver uændret. Sammensætningen af atmosfærisk luft målt i
volumenprocent er 78 vol-% 𝑁2 , 21 vol-% 𝑂2, 0,9 vol-% 𝐴𝑟 jf. Termodynamik side 200
(Lauritsen & Eriksen, 2012). De sidste 0,1 % ses der her bort fra, da det består af flere
forskellige gasarter i små koncentrationer.
𝑟𝑁2 = 100 − 𝑟𝑐𝑜2 − 𝑟𝑜2 − 𝑟𝐴𝑟 = 100 − 14,5 − 5,85 − 0,9 = 78,75%
Røggassens specifikke varmekapacitet kan beregnes ud fra ligningen nedenfor. I ligningen
ganges volumenandelene med den specifikke varmekapacitet for de respektive gasarter,
som derefter ligges sammen. De specifikke varmekapaciteter er aflæst ved 0⁰C i tabel
10.6 side 291 (Lauritsen & Eriksen, 2012)
𝑐𝑣−𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠 = 𝑟𝐶𝑂2 ∗ 𝑐𝑣 𝐶𝑂 + 𝑟𝑂2 ∗ 𝑐𝑣 𝑂 + 𝑟𝑁2 ∗ 𝑐𝑣 𝑁 + 𝑟𝐴𝑟 ∗ 𝑐𝑣 𝐴𝑟 ⇔
2
2
2
𝑐𝑣−𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠 = 0,147 ∗ 0,817 + 0,0558 ∗ 0,915 + 0,7875 ∗ 1,039 + 0,009 ∗ 0,520 ⇔
𝑐𝑣−𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠 = 0,9949
𝑘𝐽
𝑘𝑔 ∗ 𝐾
For at kunne sammenligne varmekapaciteterne for atm luft og røggassen udregnes
forskellen mellem de to varmekapaciteter i procent.
𝑐𝑣−𝑎𝑡𝑚 𝑙𝑢𝑓𝑡 = 1,004
𝑘𝐽
𝑘𝑔 ∗ 𝐾
𝑓𝑒𝑗𝑙 % =
𝑐𝑣−𝑎𝑡𝑚 𝑙𝑢𝑓𝑡 − 𝑐𝑣−𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠
∗ 100 ⇔
𝑐𝑣−𝑎𝑡𝑚 𝑙𝑢𝑓𝑡
𝑓𝑒𝑗𝑙 % =
1,004 − 0,9949
∗ 100 ⇔
1,004
𝑓𝑒𝑗𝑙 % = 0,91%
Det kan her ses, at fejlforskellen mellem de to specifikke varmekapaciteter er under en
𝐾𝐽
procent. Hertil kommer, at fordampningsvarmen for det vand der kondenseres er 2392 𝑘𝑔
ved 1 bar side 297 (Lauritsen & Eriksen, 2012). Hvis røggassen køles fra 46,6⁰C til 20⁰C
kan man ud fra I/x diagrammet (bilag 3) se, at der i gennemsnit kondenseres 0,0018 kg
vand pr. kg røggas for hver K⁰ røggassen afkøles. Herved afsætter vandampene med
Side 28 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
𝑘𝐽
Bachelorprojekt
01/06-2015
𝑘𝐽
deres kondenseringsenergi 4,3 𝑘𝑔∗𝐾 for hver gang røggassen afsætter 1𝑘𝑔∗𝐾. Derudover
har vandampene også en specifik varmekapacitet, som er medtaget her, da formålet er at
bevise, at fejlen ved at betragte røggassen som fugtig atm luft er meget lille. På grund af
den store energi fra vandampende vil den samlede fejl ligge langt under en procent.
Denne afvigelse anses i denne rapport som acceptabel.
Energiindhold i røggassen
Ved beregning af den energimængde som røggassen kan afgive ved nedkøling er det
nødvendigt at have en række oplysninger på plads. Først og fremmest er det nødvendigt
at vide, hvad røggastemperaturen er før og efter nedkølingen. Røggastemperaturen før
nedkølingen, vil være temperaturen efter scrubberen. Denne temperatur aflæses på
trendkurverne fra varmeværket. Røggastemperaturen efter nedkølingen er den temperatur
man ønsker at nedkøle røggassen til, for dette anlæg er det 20⁰C som tidligere beskrevet.
I dette projekt anses det for at værre realistisk at nedkøle røggassen til 20⁰C, og det er
derfor valgt som mål for projektet.
Det er også nødvendigt at vide, hvor meget vand røggassen indeholder. Røggassen
anses her for at være på dugpunktet, fordi røggassen før skrubberen er ved en meget høj
temperatur. Derved har røggassen fordampet og optaget mere vand end den kan
indeholde efter temperatur faldet over skrubberen. Den sidste faktor, som skal bruges til at
beregne energimængden, er massestrømmen af røggassen.
Første skridt er at finde ud af, hvor meget energi røggassen indeholder før og efter
nedkølingen. Ved at indsætte de to temperature på dugpunktslinjen i et I/x diagram kan
man aflæse entalpien for fugtig luft ved de to tilstande. For at undgå unøjagtige
aflæsninger bruges computerprogrammet Moist air til beregning af disse værdier.
𝑡𝑟ø𝑔1 = 46,6℃
Røggastemperaturen før nedkøling
𝑡𝑟ø𝑔2 = 20℃
Røggastemperaturen efter nedkøling
Side 29 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
𝑥=1
Røggassens mætningsgrad af vanddampe
3
𝑣̇𝑟ø𝑔 = 20000 𝑚𝑛,𝑡
/ℎ
Røggassens volumenstrøm (tør luft v. 0⁰C og 1 bar)
𝐼
Entalpi fugtig luft
Beregning af entalpi før nedkøling:
𝑡𝑟ø𝑔1 = 46,6℃, 𝑥 = 1
⟹ 𝐼1
= 231,2 𝑘𝐽/𝑘𝑔(𝑡ø𝑟)
, vha. moist air
⟹ 𝐼2
= 57,43 𝑘𝐽/𝑘𝑔(𝑡ø𝑟)
, vha. moist air
Beregning af entalpi efter nedkøling:
𝑡𝑟ø𝑔2 = 20℃ , 𝑥 = 1
Ved at trække de to entalpier fra hinanden får man den energimængde, som røggasen har
afgivet under nedkølingen pr. kg røggas.
Beregning af entalpifald under nedkøling:
∆𝐼 = 𝐼1 − 𝐼2 = 231,2 − 57,43
= 173,77 𝑘𝐽/𝑘𝑔(𝑡ø𝑟)
Entalpifaldet skal herefter ganges med massestrømmen. Derved får man den afgivende
effekt. For at omregne røggassens volumenstrøm til en massestrøm, er det nødvendigt at
kende massefylden på røggassen. Røggassens massefylde beregnes ved at gange de
enkelte gasarters volumenandel med massefylde for gasarterne. Herved får man en
gennemsnitlig massefylde for gasarterne i røggassen. Da vi i beregningerne skal bruge
massefylden for tørluft, tages røggassens vandindhold ikke med i beregningerne. De i
røggassens indeholdte gasarters volumenandele er beregnet i afsnittet røggasanalyse, og
anvendes derfor igen i følgende beregning.
𝑟𝐶𝑂2 = 14,7%
𝑘𝑔
volumenandele 𝐶𝑂2 𝜌𝐶𝑂2 = 1,98 𝑚3 massefylden ved 0⁰C og
1 bar 𝐶𝑂2
𝑟𝑂2 = 5,58%
𝑘𝑔
volumenandele 𝑂2
𝜌𝑂2 = 1,43 𝑚3
volumenandele 𝑁2
𝜌𝑁2 = 1,25 𝑚3
massefylden
ved 0⁰C og 1 bar 𝑂2
𝑟𝑁2 = 78,75%
𝑘𝑔
massefylden
ved 0⁰C og 1 bar 𝑁2
Side 30 af 80
Jon Ingemann Nissen
𝑟𝐴𝑟 = 0,9%
AAMS
volumenandele 𝐴𝑟
𝑘𝑔
𝑟𝐴𝑟 = 1,78 𝑚3
Bachelorprojekt
01/06-2015
massefylden ved 0⁰C og 1
bar 𝐴𝑟
𝜌𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠 = 𝑟𝐶𝑂2 ∗ 𝜌𝐶𝑂2 + 𝑟𝑂2 ∗ 𝜌𝑂2 + 𝑟𝑁2 ∗ 𝜌𝑁2 + 𝑟𝐴𝑟 ∗ 𝜌𝐴𝑟 ⇔
𝜌𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠 = 0,147 ∗ 1,98 + 0,0558 ∗ 1,43 + 0,7875 ∗ 1,25 + 0,009 ∗ 1,78 ⇔
𝜌𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠 = 1,37
𝑘𝑔
𝑚3
Beregning af afgivende effekt:
𝑃𝑟ø𝑔 = ∆𝐼 ∗ 𝑚̇𝑟ø𝑔 = ∆𝐼 ∗ 𝑣̇𝑟ø𝑔 ∗ 𝜌𝑟ø𝑔 = 173,77 ∗
20000
3600
∗ 1,37 = 1323 𝑘𝑊
Effekten som tages ud af røggassen skal afsættes i fjernvarme returvandet efter
scrubbeveksleren. Dette vil give en temperatur stigning af returvandet, som kan beregnes,
når temperaturen på returvandet efter scrubbeveksleren og vandets specifikke
varmekapacitet er kendt. For at kunne afsætte energien ved det højere temperaturniveau
er det nødvendigt at anvende en varmepumpe. Drivenergien, som varmepumpen får tilført,
bliver også afsat i fjernvarme returvandet. Derfor skal drivenergien lægges til energien fra
røggassen. For kølemaskiner og varmepumper angiver man en COP faktor, som betyder
coefficient of performance. COP faktoren er nytteenergien divideret med drivenergien. Ved
at bruge nytteenergien og COP kan drivenergien beregnes, og herved også den totale
energi. Der ses bort fra varmetab til omgivelserne, da producenterne ikke oplyser dette for
varmepumperne. Der vil herefter blive lavet to beregninger for temperaturstigningen i
returvandet. Én for en absorptionsvarmepumpe og én for en kompressionsvarmepumpe.
Det er nødvendigt at lave to beregninger, da COP faktoren for de to anlæg er forskellige.
Side 31 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Beregning af returvandsstigning ved brug af kompressionsvarmepumpe
𝐶𝑂𝑃𝑘𝑣𝑝 = 4,9
(se bilag 5)
Beregning af drivenergi:
𝐶𝑂𝑃𝑣𝑝 =
𝐶𝑂𝑃𝑣𝑝 =
4,9 =
𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒
⇔
𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒
𝑃𝑟ø𝑔 + 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒
⇔
1323 + 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒
⇒
𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒 = 339,2 𝑘𝑤
Beregning af den samlede energi, som tilføres fjernvarme vandet:
𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑃𝑟ø𝑔 + 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒 ⇔
𝑃𝑡𝑜𝑡 = 1323 + 339,2 ⇔
𝑃𝑡𝑜𝑡 = 1662,2 𝑘𝑊
Beregning af temperaturstigning:
Beregningerne skal anvendes til at bestemme kondenseringstemperaturen på
varmepumpen.
𝑘𝐽
𝑐𝑉 𝑣𝑎𝑛𝑑 = 4,19 𝑘𝑔∗℃
Varmefylde for vand (0-100⁰C) side 306 (Nielsen, 2011)
𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 1 = 50,8℃
Fjernvarmereturvandes temperatur efter skrubber veksleren
𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2
Fjernvarmereturvandes temperatur efter energi tilførsel fra
varmepumpe
𝑉̇𝑣𝑎𝑛𝑑 = 198,9
𝑚3
ℎ
Fjernvarmereturvandes volumenstrøm
𝜌𝑣𝑎𝑛𝑑 50℃ = 988 𝑘𝑔/𝑚3 Massefylde for vand ved 50⁰C side 307 (Nielsen, 2011)
Side 32 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑚̇𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ 𝑐𝑉 𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ (𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 − 𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 1 ) ⇔
𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑉̇𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ 𝜌𝑣𝑎𝑛𝑑 50℃ ∗ 𝑐𝑉 𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ (𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 − 𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 1 ) ⇔
1662,2 =
198,9
∗ 988 ∗ 4,19 ∗ (𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 − 50,8) ⟹
3600
𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 = 58℃
Ud fra beregningen vises det, at returvandet bliver opvarmet til 58⁰C, og derfor sættes
kondenseringstemperaturen på kompressionsvarmepumperne til 61⁰C. Dette for at sikre,
at alt energien kan overføres til returvandet igennem kondensatorveksleren.
Beregninger af tilført el effekt for kompressionsvarmepumper
I COP’en er der ikke medregnet virkningsgraden til elmotoren på kompressoren, da
producenten ikke oplyser, hvilken virkningsgrad motoren har. Derfor antages det, at
elmotoren er en IE3 elmotor, da alle elmotor mellem 7,5 - 375 kW indenfor EU efter den 1.
januar 2015 skal være af IE3 typen (HorsePower Scandinavian, n.d ). En IE3 elmotor på
60 kW, som driver varmepumpen Frascolds W80-240AXH, skal derfor minimum have en
virkningsgrad på 94,6, da det er en 4-polet elmotor (Alderlyst Elektro, n.d.). Den totale
optagende effekt kan udregnes ved hjælp af den optagende driv effekt fra
varmepumperne, divideret med virkningsgraden på elmotoren. Denne udregning kan ses
herunder:
𝑃𝐸𝑙 =
⇔
𝜂𝑒𝑙
𝑃𝐸𝑙 =
339,2
⇔
0,946
𝑃𝐸𝑙 = 358,6 𝑘𝑊
Side 33 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Beregning af returvandstemperaturstigning ved brug af
absorptionsvarmepumpe
𝐶𝑂𝑃𝑎𝑣𝑝 = 1,7
(se bilag 9)
Beregning af drivenergi for absorptionsvarmepumpe:
𝐶𝑂𝑃𝑎𝑣𝑝 =
𝐶𝑂𝑃𝑎𝑣𝑝 =
1,7 =
𝑃𝑛𝑦𝑡𝑡𝑒
⇔
𝑃𝑟ø𝑔 + 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒
⇔
1323 + 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒
⇒
𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑎𝑣𝑝 = 1890 𝑘𝑤
Beregning af den samlede energi med absorptionsvarmepumper som tilføres fjernvarme
vandet:
𝑃𝑡𝑜𝑡−𝑎𝑣𝑝 = 𝑃𝑟ø𝑔 + 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑎𝑣𝑝 ⇔
𝑃𝑡𝑜𝑡−𝑎𝑣𝑝 = 1323 + 1890 ⇔
𝑃𝑡𝑜𝑡−𝑎𝑣𝑝 = 3213𝑘𝑊
Beregning af temperaturstigning for absorptionsvarmepumpe:
Temperaturstigningen skal anvendes til at bestemme varmepumpens
kondenseringstemperatur.
𝑘𝐽
𝑐𝑉 𝑣𝑎𝑛𝑑 = 4,19 𝑘𝑔∗℃
Varmefylde for vand (0-100⁰C) side 306 (Nielsen, 2011)
𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 1 = 50,8℃
Fjernvarmereturvandes temperatur efter skrubber veksleren
𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2
Fjernvarmereturvandes temperatur efter energi tilførsel fra
varmepumpe
Side 34 af 80
Jon Ingemann Nissen
𝑉̇𝑣𝑎𝑛𝑑 = 198,9
𝑚3
ℎ
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Fjernvarmereturvandes volumenstrøm
𝜌𝑣𝑎𝑛𝑑 50℃ = 988 𝑘𝑔/𝑚3 Massefylde for vand ved 50⁰C side 307 (Nielsen, 2011)
𝑃𝑡𝑜𝑡−𝑎𝑣𝑝 = 𝑚̇𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ 𝑐𝑉 𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ (𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 − 𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 1 ) ⇔
𝑃𝑡𝑜𝑡−𝑎𝑣𝑝 = 𝑉̇𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ 𝜌𝑣𝑎𝑛𝑑 50℃ ∗ 𝑐𝑉 𝑣𝑎𝑛𝑑 ∗ (𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 − 𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 1 ) ⇔
3213 =
198,9
∗ 988 ∗ 4,19 ∗ (𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 − 50,8) ⟹
3600
𝑡𝑣𝑎𝑛𝑑 2 = 64,85℃
Ud fra beregningen vises det, at returvandet bliver opvarmet til 64,85⁰C, og derfor sættes
kondenseringstemperaturen på absorptionsvarmepumperne til 70⁰C. Dette for at sikre, at
alt energien kan overføres til returvandet igennem kondensatorveksleren.
I det kommende afsnit vil der på baggrund af afsnittene omhandlende formålet med
varmepumper og beregningsafsnittet, blive undersøgt, hvilken muligheder der er for
implementering af varmepumper på flisanlægget ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme.
Der vil blive undersøgt mulighederne for implementering af både eldrevne- og
absorptionsvarmepumper, da de umiddelbart hver især har en række fordele og ulemper.
Side 35 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
6 Eldrevne kompressionsvarmepumper
I følgende afsnit vil eldrevne kompressionsvarmepumper blive beskrevet for at give et
indblik i, hvordan en kompressionsvarmepumperne virker og udrede fordele og ulemper
ved deres anvendelse på flisforbrændingsanlægget ved Aabenraa og Rødekro
Fjernvarme.
Egenskaber
Kompressionsvarmepumperne skal anvendes til at hæve temperaturen på returvandet i
fjernvarmen, da man her kan overfører energi til en så lav temperatur som muligt. Det har
den fordel, at kompressionsvarmepumperne skal lave en begrænset temperaturstigning,
før energien kan overføres til returvandet. Desto højere en temperatur man skal overføre
energi til, jo mere energi skal kompressionsvarmepumperne også have tilført, og det giver
et højt elforbrug, som ikke er ønskeligt. Formålet med kompressionsvarmepumper er at
udnytte røggassens energi og dermed køle røggassen, og på den måde udnytte mere af
energien i røggassen.
For at finde frem til den mest fordelagtige varmepumpe til anlægget er teknisk chef
Karsten Pedersen, som er ejer af firmaet Cronborg, blevet interviewet (Pedersen, 2015) se
bilag 25. Firmaet Cronborg har specialeret sig i at lave energiprojektor ved typisk at
udnytte spildenergi. De har stor erfaring på området. Fordelen ved at have Cronborg som
kilde er, at firmaet ikke er forhandler af et bestemt mærke inden for varmepumper. Firmaet
tager udgangspunkt i det specifikke projekt, og vælger varmepumpe derefter.
Side 36 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Procesmedier
Kølemidlets opgave er at transporterer energien rundt i anlægget. Det er derfor vigtigt at
vælge det rigtige kølemiddel, da det er en vigtig del af processen for en varmepumpe.
Kølemidlet optager varme i fordamperen når det skifter fra flydende form til dampform,
dvs. det fordamper under optagelse af varme. I kondensatoren afgiver kølemidlet varme,
og skifter fra dampform til flydende form. Det vil sige, at kølemidlet kondenserer når det
afgiver varme. Kulden eller varmen kan derfor udnyttes enten som et køleanlæg eller som
et varmeanlæg, alt efter om man anvender kølingen eller varmen.
I dag er det ikke lovligt at anvende syntetiske kølemidler, hvor der anvendes over 10 kg
fyldning (HFC-fri , u.d.). Syntetiske kølemidler er også blevet meget dyre pga. afgifter.
Derfor anvendes der naturlige kølemidler i større anlæg. Inden for naturlige kølemidler kan
nævnes propan (R290) eller ammoniak (R717), som er meget udbredt.
I rapporten, er der blevet taget udgangspunkt i at anvende R290 som kølemiddel på
Kompressionsvarmepumperne. Grundet til at valget er faldet på R290 er, at det ikke er så
hårdt for komponenterne i anlægget, som fx R717. Der vil derfor være mere
vedligeholdelse forbundet med at anvende R717 som kølemiddel. Desuden er R290 også
blevet anbefalet til anlægget af firmaet Cronborg (Pedersen, 2015), der har gode
erfaringer med R290 som kølemiddel.
Side 37 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Opbygningen af kompressionsvarmepumper
Inden der kommer forslag til, hvordan et konkret anlæg kan se ud, beskrives kort
grundprincipperne i en kompressionsvarmepumpe for at få større forståelse for det
konkrete anlægs opbygning.
Et varmepumpeanlæg består overordnet af 4 hovedkomponenter. På Figur 4 ses en
principskitse af et varmepumpeanlæg. Her ses de fire hovedkomponenter, som er
kondensatoren, fordamperen, ekspansionsventilen/drøvleventillen og kompressoren som
sidder mellem fordamper og kondensator.
Figur 4: Princip skitse af varmepumpe
Side 38 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Komponenterne
Kompressor
Kompressorens formål er at suge så meget kølemiddeldamp væk fra fordamperen, så den
ønskede fordampningstemperatur kan opretholdes og komprimere kølemidlet, som derved
skaber varme i forbindelse med kompressionen. Det vil altid ske på dampform, da
kompressoren ikke kan tåle væske, da væske ikke kan komprimeres. Derfor er det vigtigt,
at anlægget er rigtigt dimensioneret, så man ikke får væskeslag i kompressoren. Der
findes mange forskellige typer, fx stempel- scroll- eller skruekompressor. Der er forskellige
metoder til at styre kompressorens kapacitet, her kan nævnes:

Udkobling af maskiner

Udkobling af cylinderkapacitet

Regulering af omdrejningshastighed (frekvensomformer)

Omløb af kølemiddelvarmegas (by-pass)
Kondensator
I kondensatoren afgiver kølemidlet varme til fx rumopvarmning, og på den måde
kondenserer kølemidlet til væske. Før fordamperen vil kølemidlet derfor være på
væskeform. Kondensatoren kan være af forskellige udformning alt efter, hvad den skal
anvendes til. Det er fx muligt, at overfører dens afgivende energi til luft eller vand. Alt efter
hvilket medie energien skal overføres til, anvendes fx veksler eller blæser.
Fordamper
I fordamperen tilføres der igen energi fra fx udeluften eller væske og kølemidlet fordamper.
Det gør, at der bliver taget energi ud fra det medie, som man anvender, og derfor køler på
dette. For at beskytte kompressoren er det vigtigt, at alt kølemiddel bliver fordampet, da
kompressoren ikke kan tåle væske. Fordamperen kan ligesom kondensatoren have
forskellig udformning alt efter, hvor energien hentes, det kan være fx veksler eller blæser.
Side 39 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Drøvleventil / ekspansionsventil
Drøvleventilen styrer mængden af kølemiddel gennem fordamperen. Desuden skabes der
også et trykfald, som giver et temperaturfald på kølemidlet. Drøvleventilen er det
komponent, der adskiller højtrykssiden og lavtrykssiden.
Opbygning af konkret anlæg ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme
Efter lidt kort baggrundsviden i forrige afsnit, vil der i dette afsnit komme konkrete forslag
til, hvordan et anlæg kan se ud ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme.
Forslaget til anlægget er udfærdiget med viden fra især drejebogen, Johnson Controls og
firmaet Cronborg.
Som tidligere nævnt er det meget vigtigt at placere en varmepumpe det rigtige sted i
anlægget, da en forkert placering vil kunne ødelægge hele økonomien i varmepumpen.
Det handler især om at afsætte varme det rigtige sted ved så lav temperatur som muligt.
Hvis man skal hæve temperaturen meget med en varmepumpe, vil det koste meget
energi. Derfor vil det være bedre at have flere seriekoblede varmepumper i forskellige
temperatur trin, hvis temperaturen skal hæves meget. På den måde skal hver enkelt
varmepumpe ikke hæve temperaturen meget og dermed ikke have tilført så meget energi.
Hvis man derimod skal hæve varmepumpernes kapacitet, vil varmepumper sidde parallelt.
På tegning herunder ses først en oversigtstegning af det eksisterende anlæg (Figur 5) på
Aabenraa og Rødekro Fjernvarme. På oversigtstegning (Figur 6) ses et forslaget til
opbygningen af anlægget, som det kan se ud efter implementering af varmepumper.
Figur 5: Oversigt over eksisterende anlæg.
Kilde: Eget arkiv
Side 40 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Eksisterende anlæg
Det eksisterende anlæg, hvor varmepumpen skal implementeres, består af scrubbetårnet
og scrubbeveksleren. Som tidligere nævnt er scrubbetårnets formål at rense røgen for
forurenende partikler, og samtidigt optage energi fra røgen. I scrubbeveksleren overføres
energien fra scrubberen til retur fjernvarmevandet.
Figur 6: Oversigts tegning over nyt anlæg
Kilde: Eget arkiv
Det nye anlæg
Ved optimering af det eksisterende anlæg med varmepumper skal der foretages en
ombygning af anlægget. Det medfører mange overvejelser omkring, hvor de nye
komponenter skal indsættes for at kunne udnytte de nye komponenter bedst muligt. Der vil
i følgende afsnit blive beskrevet de enkelte komponenters placering, og begrundelsen for
hvorfor den foreslåede placering er valgt. Komponenternes placering gælder ligeledes
også for absorptionsvarmepumper, da anlæggets opbygning vil være det samme for både
kompressionsvarmepumper som absorptionsvarmepumper. Den store forskel mellem
disse to slags varmepumper ligger i den måde, hvorpå varmepumperne får tilført energi.
Side 41 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Energiudvinding fra røggassen
Der findes forskellige metoder til at udvinde restenergien fra røggassen, der kan fx
anvendes et scrubbetårn eller røggasvarmeveksler. Der har været tre forskellige scenarier
under udvælgelse af den rigtige metode til at udvinde restenergien fra røggassen.
Første scenarie var at køle scrubbevandet med varmepumpen efter scrubbeveksleren. På
denne måde kunne scrubbevandets temperatur sænkes, og dermed kan scrubbevandet
optage mere energi fra røggassen. Denne metode havde dog den ulempe, at den ville
sænke temperaturen inde i scrubbetårnet. Dette ville medføre en forringelse af
virkningsgraden på scrubbeveksleren, da temperaturen på scrubbeveksleren ville blive
lavere. Derfor ville den energi scrubbeveksleren yder blive forringet pga. den lavere
temperatur, som skal modregnes den energi man får ud af varmepumpen.
Andet scenarie var at indsætte et scrubbetårn mere efter det eksisterende scrubbetårn. På
denne måde ville man have sit eget lukket kredsløb, som ikke ville have indvirkning på det
eksisterende scrubbetårn. Derfor ville man heller ikke påvirke scrubbevekslerens
virkningsgrad. Et scrubbetårns formål er både at rense røgen og udvinde energi, men da
røgen er blevet renset, er der ikke behov for at rense røgen yderligere. Ulempen er, at et
nyt scrubbetårn er fysisk stort og består af mange komponenter, som kræver en stor
ombygning konstruktionsmæssigt, for at få plads til det nye scrubbetårn.
En anden ulempe kan også være, at man skal pumpe scrubbevand rundt i det nye
scrubbetårn, som vil blive blandet med det vand der kondenseres fra røgen. Man vil derfor
ikke kunne undlade at behandle en del af vandet, da det over tid ikke kan undgås, at
vandet vil blive forurenede, selv af en meget lille koncentration af forurening fra
røggassen. Dette kunne fx medføre en ændring af pH-værdien i vandet, vil ændringen af
pH-værdien kunne forsage tæring på rørene og scrubbetårnet.
Tredje scenarie er, at indsætte en røggasvarmeveksler efter det eksisterende scrubbetårn.
Røggasvarmeveksler vil have sit eget lukkede kredsløb, og blandes ikke med det vand,
der kondensere fra røggassen. Derfor vil denne mulighed heller ikke havde indvirkning på
den eksisterende scrubbevekslers virkningsgrad. Røggasvarmeveksler er simpelt
opbygget, og er forholdsvis let at installere i det eksisterende anlæg (se billede 2). For at
få det maksimale ud af røggasveksleren, konstrueres den som en modstrømsveksler, hvor
Side 42 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
røggassen sendes ind i toppen og strømmer ud i bunden. Ved denne konstruktion afgiver
det udkondenserede vand mest muligt energi til veksleren, da det vil løbe mod bunden af
veksleren. Det kondenserede vand fra røggassen, skal dog stadig fjernes fra
røggasvarmeveksleren. Dette gør sig dog gældende for alle tre løsningsscenarier.
Røggasvarmeveksler anses derfor for den mest fordelagtige løsning, baseret på disse tre
scenarier.
Billede 2: Røggasveksler
Kilde: (Schjøtt, 2015)
Første scenarie vil ødelægge den eksisterende scrubbevekslers virkningsgrad, og man vil
derfor ikke få den ønskede effekt ud af anlægget.
Andet scenarie anses for værende en for stor ombygning, som vil udgøre en stor
omkostning ved etableringen. Dette uden at få øget effekt, som modsvarer den store
anlægsomkostning.
Tredje scenaries store fordele vil være, at opbygningen er simpel og udgifterne til
etablering anses for værende mindre end opbygningen af et nyt scrubbetårn som
beskrevet i scenarie to.
Side 43 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Ny varmeveksler/kondensator
Varmen, som udvindes af røgen, skal som udgangspunkt afsættes ved så lav temperatur
som muligt. Umiddelbart vil den mest fornuftige placering være foran scrubbeveksleren på
returvandet, da temperaturen her er lavest. Men hvis temperaturen på returvandet stiger
inden scrubbeveksleren, vil man ødelægge scrubbevekslerens virkningsgrad. Derfor vil det
være mere fornuftigt at afsætte energien efter scrubbeveksleren, selvom det kræver en
større tilførsel af energi til varmepumpen. Grunden til at varmepumpen skal have tilført
mere energi er, at den skal hæve temperaturen og dermed trykket mere, end hvis
energien skulle afsættes ved en lavere temperatur. Det er dog typisk fornuftigt at anvende
en relativt lille mængde energi til varmepumpen for til gengæld at kunne udnytte en større
mængde energi fra røggassen, som ellers vil være spildenergi.
Varmepumpe
Som tidligere nævnt er valget faldet på R290 som kølemiddel. For at vælge den rette
varmepumpe har firmaet Cronborg udregnet nogle forskellige scenarier ved hjælp af
varmepumpeproducenten Frascolds software. Disse scenarier kan ses i bilag 5, og
beskriver ud fra forskellige kondenseringstemperaturer og fordampningstemperaturer, hvor
stor kølekapaciteten, den optagene effekt og COP er for den valgte varmepumpe. COP´en
er for kompressoren ved køledrift og skal derfor plusses med en, når kompressoren bliver
anvendt som varmepumpe, da man udnytter varmesiden af kompressoren, og derfor
anvendes den tilførte energi også. Valget af varmepumpen er faldet på Frascolds W80240AXH, som er en semihermetisk kompressor med 8 cylinder. Den har en nominel
volumenstrøm ved 50 Hz på 239,02 m3/h, og indeholder 2x13 kg kølemiddel af typen
R290.
Side 44 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Røggassen skal køles ned til 20 °C, for at dette er muligt, skal fordampningstemperaturen
under 20 °C. Valget er faldet på 15 °C, da temperaturen heller ikke skal for langt ned, da
det vil koste meget energi. Returvandet skal hæves i temperatur fra ca. 49 °C, ud fra
beregningerne i kapitel 5: (Beregningen af returvandsstigning ved brug af
kompressionsvarmepumpe) ses at returvandet hæves til 58 °C. Derfor sættes
kondenseringstemperaturen til 61 °C. I bilag 5 kan kølekapaciteten, den optagene effekt
og COP aflæses for en enkelt varmepumpe, for den valgte drift ved
fordampningstemperatur på 15 °C og kondenseringstemperatur på 61 °C. Tallene kan
også ses herunder og på figur 7:
Kølekapacitet:
229,88 kW
COPkvp:
3,9 +1 = 4,9
Optagen effekt:
58,96 kW
Figur 7: Fordampnings- og Kondenseringstemperatur.
Kilde: Bilag 5
Side 45 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Antal varmepumper
Ud fra kølekapaciteten pr. varmepumpe kan der nu dimensioneres, hvor mange
varmepumper det er nødvendigt at anvende for at kunne opnå den rigtige effekt. I afsnittet
omkring udregning af energi i røggassen, er der udregnet en energi på 1323 kW pr. kedel.
Derfor skal køleeffekten kunne aftage de 1323 kW.
𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒𝑟 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑟ø𝑔𝑔𝑎𝑠
𝑘ø𝑙𝑒𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡
1323
= 229,88 = 5,8 ≈ 6 𝑠𝑡𝑘.
Der skal derfor anvendes 6 stk. parallelle varmepumper af typen Frascolds W80-240AXH,
pr. kedel. Der skal derfor totalt anvendes 12 stk. varmepumper, da der er to kedler. Da
varmen skal afsættes efter scrubbeveksleren, er det ikke muligt med et samlet system.
Derfor vil de 6 parallelle varmepumper have deres eget lukkede system pr. kedel.
I produktkataloget fra Cronborg i bilag 4 kan det ses, at en varmepumpe af typen
Frascolds W80-240AXH koster 945.000 kr. pr. stk.
Side 46 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Placering af varmepumperne
Da bygningen til flisanlægget ikke er forberedt til at have varmepumper stående, er det
nødvendigt med en tilbygning. Der er tre oplagte muligheder for placeringen af
varmepumperne. Grunden til at placeringerne er oplagte, er fordi, det er imellem
scrubbetårnet og selve skorstenen. Desuden er der heller ikke langt ind til vekslerne. Dette
giver mulighed for at indsætte røggasvarmeveksleren mellem scrubbetårnet og
skorstenen, og samtidigt ikke skulle lave alt for lange rørføringer.
De tre muligheder er: oven på taget af askelageret, oven på taget af smedenes
lagerbygning eller inde i lagerbygningen. De to første forslag til placering vil være på et
fladt tag. Her vil det være muligt at lave en overbygning. Da varmepumperne er tunge
(1600 kg pr. stk.) vil det dog kræve en forstærkning af bygningerne. Askelageret har den
ulempe, at der også er kælder under askelageret, hvorfor en forstærkning af bygningen vil
være mere kompliceret, end forstærkningen af lagerbygningen. I askerummet er det
ligeledes en del faste installationer, som ikke kan flyttes fx askeredleren.
I lagerbygningen står der kun pallereoler. Det vil være muligt at finde en ny placering af
pallereolerne. Der foreslås derfor en placering af pallereolerne i en garage, hvor der
opbevares forskellige maskiner og trailere, og hvor man ikke udnytter fordelen ved at have
pallereoler, og dermed kunne udnytte pladsen i højden. På den måde kan varmepumperne
overtage pallereolernes plads, og man spare derfor en udbygning og forstærkning af en af
lagernes tag.
Placeringen af varmepumperne i lagerhallen, anses for at være den klart billigste og
bedste placering, da det ikke kræver udbygning og forstærkning af de eksisterende
bygninger.
Side 47 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
El tilslutning
Forsyning af elektricitet til varmepumperne kan være forbundet med store omkostninger.
Dette gælder både hvad angår tilslutning og kabelføring, men der betales især mange
penge til forsyningsselvskabet for udvidelse af den oprindelige installation.
Ved forsyningsselskabet Sydenergi, som forsyner Aabenraa og Rødekro Fjernvarme,
koster en udvidelse af den bestående installation 1640,00 kr. pr. kW. I afsnittet:
Beregninger af tilført el effekt for kompressionsvarmepumper, i kapitel 5, er det udregnet at
6 varmepumper forbruger 358,6 kW. Da der er 12 varmepumper er den optagede effekt
det dobbelt dvs. 717,2 kW.
Udvidelse af den eksisterende installation ved Sydenergi vil derfor være 717,2 kW.
Side 48 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Vedligehold og Service
Der er selvfølgelig meget forskel på, hvor meget et anlæg skal serviceres og vedligeholdes
alt efter størrelse og udformning på anlægget. Nogle anlæg med mere aggressive
kølemidler som ammoniak, har større krav til vedligehold og service. Ved større
varmepumper med stempelkompressor anbefales typisk følgende service intervaller:
•
Hvert år eller ca. 5.000 timer – lille eftersyn med kontrol af olie, filtre,
sikkerhedsautomatik m.m.
•
Hvert 2. år – Der foretages et lovpligtigt eftersyn af trykbeholdere og rørsystemer.
•
Hvert 4. og 8. år er der krav om en mere grundig besigtigelse af henholdsvis
trykbeholdere og rørsystemer.
•
Mellemstort eftersyn for hver 10.000 timer, opmåling og kontrol, eventuelt
udskiftning af fjedre m.m.
•
Hovedeftersyn for hver 30.000 timer, udskiftning af lejer, plejlstangsbolte m.m.
Levetiden for store varmepumper ligger typisk på 20 år, hvis de vedligeholdes korrekt. Der
findes sliddele i kompressoren, som ikke kan holde 20 år, men som kan skiftes uden
større indgreb.
Typisk tegnes der en serviceaftale med leverandøren af varmepumperne. Det giver en god
sikkerhed for at anlægget bliver serviceres ordentligt, fordi leverandøren skal stå inde for
deres produkter. Det giver også en større sikkerhed, når man skal udregne en investering i
et varmepumpeanlæg, da man med en serviceaftale er sikret mod uforudsete udgifter og
sikret oppetider på anlægget. For et kompressionsvarmepumpeanlæg med R290 som
kølemiddel, vil en serviceaftale ligge mellem 10 til 20 kr./MWh varme (Clausen, et al.,
2014).
Side 49 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Afgifter
Den største del af driftsomkostningerne for en eldrevet varmepumpe er den energi, som
den får tilført i form af elektricitet. Det der gør el dyrt, er de afgifter, der skal betales i
forbindelse med køb af elektricitet, her kan nævnes:

Elprisen (indkøbt på markedsvilkår til enten variabel eller fastpris)

Net- og systemtarif (Energinet)

Distributionstarif (Netselskabet)

Elafgift (Staten)

PSO-tarif (Energinet)
Elprisen bestemmes af markedsudbuddet og der handles typisk el på to forskellige måder:
variabel elpris eller fast elpris. Den variable elpris er spotmarkedet, som styres af udbud
og efterspørgsel, og som derfor er en mere usikker pris, som stiger og falder alt efter
marked, dog vil den generelt være billigere end en fast elpris. Dette gør også, at man har
muligheder for at have en mere fleksibel drift, hvor den lave elpris kan udnyttes ved at lade
varmepumperne kører fx om natten, hvor el ofte er billigere. Der vil dog altid være en
større risiko forbundet med en variabel elpris, og det er svært at beregne en ny investering
på baggrund af en variabel elpris. En fast elpris vil være en kontrakt på typisk 5 år frem i
tiden, eller længere, hvor man har bundet sig til en fast elpris i den årrække kontrakten
rækker. Derfor vil en fast elpris give større sikkerhed, når en ny investering skal beregnes.
Hvis ens varmepumpe investering er baseret på udnyttelse af billig el i fx perioder med
meget vindenergi, vil investeringen være forbundet med en større risiko.
Side 50 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Net- og systemtarif (Energinet)
Net- og systemtariffen er fastlagt årligt af Energinet.dk. Nettariffen dækker omkostningerne
der er på det danske transmissionsnet. Systemtariffen dækker omkostningerne ved
reservekapacitet, systemdrift m.v.. priserne for 2015 ses herunder:
Nettarif: 4,2 øre/kWh
Systemtarif: 2,9 øre/kWh
(Energinet, 2015)
Distributionstarif (Netselskabet)
Distributionstarif skal alle betale til det netselskab, hvor de køber el. Tariffen dækker
omkostninger til distribution og energispare forpligtigelser. Prisen er fastsat alt efter, hvilket
tilslutnings- og spændingspunkt man bliver forsynet med. Herunder kan ses et eksempel
på forskellige priser alt efter, hvilken kundetype man er. Kundetypen er fastsat efter ens
aftagepunkt.
Figur 8: Eksempel på distributionstarif fra 2014
Kilde: (Clausen, et al., 2014)
Side 51 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Elafgift (Staten)
Efter en lovændring i 2013, skete der en markant ændring i elafgiften, der ca. blev halveret
til 380 kr./MWh (Clausen, et al., 2014).
PSO-tarif (Energinet)
PSO-tariffen står for Public Service Obligations. Pengene fra PSO-tariffen bliver anvendt til
at finansiere miljøvenlig el-produktion. Tilskud til vedvarende energi såsom vindmøller,
udgør størstedelen af PSO-tariffen. Det er Energinet, der opkræver afgiften og dækker de
offentlige forpligtigelser, som er fastsat af elloven. Energinet opkræver tariffen ved
netselskaberne. PSO-tariffen for 2. kvartal 2015 er fastsat til 21,4 øre/kWh (Energinet,
2015).
Omkostningerne kan ses herunder:

Tilskud til vedvarende energi (VE), dvs. vindmøller og andre VE-anlæg

Tilskud til decentral kraftvarmeproduktion

Forskning og udvikling i miljøvenlig energiproduktion og i effektiv anvendelse af el

Betaling til Sikkerhedsstyrelsens omkostninger

Øvrige omkostninger
(Anon., 2012)
Som nævnt anvendes hovedparten af PSO-tariffen til etablering af vindmøller. Hvis man
fra regeringens side i fremtiden ønsker at anvende eldrevne varmepumper til at udnytte
den stigende vindenergi. Er det underligt, at de eldrevne varmepumper er underlagt en
PSO-tarif, der hæver omkostningerne til el forbrug betragteligt. Derfor er der stor uenighed
i fjernvarme sektoren omkring PSO-tariffen, da mange ikke mener, der skal betales PSOafgift til el som anvendes til varmepumper. Energistyrelsen og skatteministeriet er dog
stadig af den opfattelse, at PSO-tariffen skal betales. I forhold til loven er der også steder,
der kan tolkes som om, at der ikke skal betales PSO-tarif, disse kan ses på næste side:
Side 52 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
§ 9 a. En virksomhed, som producerer fjernvarme på et kraft-varme-værk eller på et
fjernvarmeværk, som den 1. oktober 2005 var indrettet til kraft-varme-produktion, betaler
ikke beløb til dækning af omkostninger til offentlige forpligtelser efter § 8, stk. 1, for det
elforbrug, som medgår til at producere fjernvarme til forbrugere ved hjælp af elektricitet
(Klima-, Energi-, og Bygningsministeriet, 2013)
§ 1. Varmeproducerende virksomheder kan fritages for at betale beløb til dækning af
offentlige forpligtelser som nævnt i § 9 a, stk. 1 og 2, i lov om elforsyning for den del af
deres elforbrug, som anvendes til varmeproduktion, såfremt
1) elektriciteten anvendes til at producere varme i et varmeproducerende anlæg omfattet
af §§ 2 eller 3, og
2) elektriciteten medgår til direkte varmeproduktion ved hjælp af elpatroner, varmepumper
o.l (Klima-, Energi-, og Bygningsministeriet, 2009).
Afgift på biobrændsel
Den meget omdiskuterede afgift, som i folkemunde blev kaldt ”brændeafgiften”, kunne
havde haft stor betydning for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme. Den blev efter stor
opmærksomhed i pressen tilbagerullet af regeringen. Afgiften skulle være pålagt alt
biomasse, og ville derfor havde ført til en stigning i priserne på flis.
Side 53 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Økonomi - kompressionsvarmepumper
For at kunne beregne en tilbagebetalingstid skal hele anlæggets pris findes, samt
driftsomkostningerne, der er forbundet med eldrevne kompressionsvarmepumper.
Ligeledes skal der udregnes, hvor store indtægterne fra varmepumperne er. I næste afsnit
vil indtægterne først blive udregner og efterfølgende udgifterne.
Indtægter
Det oplyses på Aabenraa og Rødekros Fjernvarmes hjemmeside, at der for forbrugerne
betales 400 kr./MWh ekskl. moms (Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, 2014). En
varmesæson betegnes her i rapporten som 216 dage eller 5184 timer. Varmepumperne
kan i denne periode ved fuldlast yde 1662,2 kWh pr. kedel, dette kan ses i kapitel 5:
(Beregning af det samlede energi som tilføres fjernvarmevandet). Da der er to kedler er
den samlede ydelse for alle varmepumperne det dobbelte af 1662,2 kWh, dvs. 3324,4
kWh eller 3,3244 MWh. Indtægterne for en varmesæson kan herefter beregnes:
𝐼𝑛𝑑𝑡æ𝑔𝑡𝑒𝑟𝑘𝑣𝑝 = (∑𝑦𝑑𝑒𝑙𝑠𝑒𝑘𝑣𝑝 ∗ 𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔𝑒𝑟 𝑝𝑟𝑖𝑠) ∗ 𝑡𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑠æ𝑠𝑜𝑛 ⇔
𝐼𝑛𝑑𝑡æ𝑔𝑡𝑒𝑟𝑘𝑣𝑝 = (3,3244 ∗ 400) ∗ 5184 ⇔
𝐼𝑛𝑑𝑡æ𝑔𝑡𝑒𝑟𝑘𝑣𝑝 = 6.893.475,84 kr./varmesæson
Anlægsudgifter
Udgifter til anlægget udgør: varmepumper, røggasvarmeveksler, varmeveksler, el
tilslutning og installation.
Varmepumpernes pris er 945.000 kr./stk. og kan ses i produktkatalog i bilag 4. Der skal
anvendes 12 stk.
Røggasvarmevekslerens pris er 620.000 kr./stk. og kan ses i bilag 7. Der skal anvendes
2 stk.
Side 54 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Varmeveksler der skal anvendes som kondensator og fordamper. Der skal anvendes 2
stk. pr. kedel altså samlet 4 stk. Prisen er 200.000 kr./stk. (Pedersen, 2015).
El tilslutningen koster 1640 kr./kWh eks. moms og der kan anvendes 717,2 kWh (se
kapitel 6: el tilslutning). Prisen for el tilslutningen kan ses herunder:
𝐸𝑙 𝑡𝑖𝑙𝑠𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑘𝑣𝑝 = 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑡𝑖𝑙𝑠𝑙𝑢𝑡 ∗ 𝑃𝑒𝑙−𝑡𝑜𝑡−𝑘𝑣𝑝 = 1640 ∗ 717,2 = 1.176.208 𝑘𝑟.
Installationen som udgør opsætning, rørføring, kabler og tavler kan regnes med ca. 35 %
af varmepumpens pris (Pedersen, 2015). Installationsprisen udregnes her under:
𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑘𝑣𝑝 = 𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑘𝑣𝑝 ∗ % = 945.000 ∗ 0,35 = 330.750 𝑘𝑟./𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒
Installationsprisen er pr. varmepumpe og skal derfor ganges med antal varmepumper.
Driftsudgifter
Driftsudgifterne vil være elforbrug, service og vedligehold.
Elforbrug er den største driftsudgift. El prisen for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme er 1,6
kr./kWh inkl. Moms eller 1,28 kr./kWh eks. Moms, kan ses på bilag 8. Da den totale
optagede effekt er 717,2 kW for de 12 varmepumper, se afsnit om el tilslutning (se kapitel
6: el tilslutning) og en varmesæsonen er 5184 timer. Vil den samlede optagne effekt for de
12 varmepumper på en varmesæson være:
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑜𝑝𝑡𝑎𝑔𝑒𝑡 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑘𝑣𝑝 𝑝𝑟 𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑠æ𝑠𝑜𝑛 = 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 𝑜𝑝𝑡𝑎𝑔𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑘𝑣𝑝 ∗ 𝑡𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑠æ𝑠𝑜𝑛 =
717,2 ∗ 5184 = 3.717.964,8 𝑘𝑊ℎ = 3.717,9648 𝑀𝑊ℎ
Service og vedligehold ses i kapitel 6: (Service og vedligeholdelse) står der at service og
vedligehold koster mellem 10 og 20 kr./MWh. Der regnes derfor med et gennemsnit på 15
kr./MWh. Varmepumpernes effekt er 3,3244 MWh og varmesæsonen er 5184 timer. Den
samlede effekt pr. år er derfor:
Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑘𝑣𝑝 = ∑𝑦𝑑𝑒𝑙𝑠𝑒𝑘𝑣𝑝 ∗ 𝑡𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑠æ𝑠𝑜𝑛 = 3,3244 ∗ 5184 = 17.233,7 𝑀𝑊ℎ
Side 55 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Scrapværdi
Eltilslutningen vil udgøre en del af scrapværdien, da den ikke bliver afskrevet, fordi man
ikke mister el-tilslutningen igen. El-tilslutningen udgør 1.176.208 kr., som kan ses på
forrige side.
Scrapværdien på varmepumperne efter 20 år anses for at være 1.300.000 kr.
Den totale scrapværdi bliver således:
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑐𝑟𝑎𝑝𝑣æ𝑟𝑑𝑖𝑘𝑣𝑝 = 𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑙𝑠𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑔𝑘𝑣𝑝 + 𝑠𝑐𝑟𝑎𝑝𝑣æ𝑟𝑑𝑖𝑘𝑣𝑝 = 1.176.208 + 1.300.000
= 2.476.208 𝑘𝑟.
Side 56 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Renter
Det anses, at Aabenraa og Rødekro Fjernvarme kan optage lån til 2 % i rente, da det er en
meget sikker investering og renten generelt er lav.
Ud fra det forrige afsnit omhandlende økonomi, kan der udregnes de samlede
omkostninger til anlæg og drift. Disse omkostninger kan ses herunder:
Side 57 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Ud fra scrapværdi, renter, indtægterne, de samlede anlægsomkostninger og de samlede
driftsomkostninger kan resultatet og tilbagebetalingstiden beregnes.
Udregningen kan ses i bilag 27 (for bedre kvalitet) og herunder. Under billede vil der være
forklaring til de forskellige poster.
Anlægsværdi: År 1 vil det være de samlede anlægsomkostninger. År 2 vil det være de
samlede anlægsomkostninger minus afskrivninger, og så videre.
Renter: Renten er sat til 2 %, og er 2 % af anlægsværdien for det givende år.
Afskrivninger: Anlæggets afskrivning vil være de samlede anlægsomkostninger minus
scrapværdien. Derefter er de delt ud på tyve år, da det er den forventede levetid for
varmepumpe anlægget.
Driftsomkostningerne: Anlæggets driftsomkostninger er udregnet på forrige side, og er
en årlig udgift.
Omkostninger i alt: Anlæggets samlede omkostninger dvs. renter, afskrivninger og
driftsomkostninger.
Indtægter: Indtægterne er udregnet i afsnittet omkring økonomi for
kompressionsvarmepumper, og viser hvor store indtægterne er for varmepumperne.
Resultat: Viser resultatet for det pågældende år, og er indtægterne minus omkostninger i
alt.
Tilbagebetalingstid: Viser hvornår anlægget kan være betalt tilbage, hvis alle
indtægterne anvendes til at betale anlægget tilbage.
Side 58 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Opsummering eldrevne kompressionsvarmepumper
Ud fra det økonomiske aspekt vil en implementering af varmepumper, som udnytter
røggasenergien, være tilbagebetalt efter 12 år, hvis alle indtægter går til afbetaling af
varmepumpeanlægget. Det anses dog ikke for normalt at afskrive med alle indtægterne
især ikke, hvis der kan lånes til en fordelagtig rente. Derfor vil det være mere retvisende at
anvende resultatet, der viser de årlige indtægter fra varmepumpeanlægget, som baggrund
for at tage beslutning om, hvorvidt et varmepumpeanlæg vil være en fornuftig investering.
For at se på om varmepumper er konkurrencedygtige i forhold til det nuværende
flisforbrændingsanlæg, udregnes prisen pr. MWh for varmepumperne. Prisen for første år
kan ses herunder og efterfølgende prisen for år 20. Derefter regnes gennemsnittet.
𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ𝑘𝑣𝑝 å𝑟 1 =
𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑟 𝑖 𝑎𝑙𝑡1
6.190.455
=
= 361,7 𝑘𝑟./𝑀𝑊ℎ
𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑀𝑊ℎ𝑘𝑣𝑝
17.116,6
𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ𝑘𝑣𝑝 å𝑟 20 =
5.869.474
=
= 342,9 𝑘𝑟./𝑀𝑊ℎ
𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑀𝑊ℎ𝑘𝑣𝑝
17.116,6
𝐺𝑒𝑛𝑛𝑒𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑘𝑣𝑝 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ =
𝑝𝑟𝑖𝑠𝑘𝑣𝑝 å𝑟 1 + 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑘𝑣𝑝 å𝑟 20 (361,7 + 342,9)
=
2
2
= 352,3 𝑘𝑟./𝑀𝑊ℎ
Prisen pr. MWh på flisforbrændingsanlægget ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme er
222 kr./MWh (Brodersen, 2015).
Det ses derfor, at en MWh producerede på varmepumperne, er væsentlig højere end
prisen pr. MWh producerede på flisforbrændingsanlægget. Det gør, at varmepumperne
ikke er så konkurrencedygtige i forhold til flis. Der er dog stadig økonomi i varmepumper,
og de er miljøvenlige i den forstand, at de udnytter den energi, som er produceret, og som
ellers vil være spildenergi. Prisen pr. MWh ligger i den lave ende af, hvad Jesper Kock fra
Dansk Fjernvarme mener, det koster at producere varme på kompressionsvarmepumper.
Det ligger dog ikke under de 350 kr./MWh, som svare til, hvad prisen er for husstande med
individuelt varme fra, fx et oliefyr. Derfor mener Jesper Kock, at prisen skal ned på 300 kr.
pr. MWh for at det giver en fornuftig økonomi for fjernvarmebranchen.
”Vi er i den situation lige nu, hvor det vil koste lidt mere end 400 kr. pr. produceret MWh
med en stor varmepumpe, men hvis vi skal kunne levere til vores kunder, så skal prisen
ned under 350 kr. Det svarer nemlig til prisen for den individuelle opvarmning (hvor
husstande selv sørger for varmen vha. fx et oliefyr, red.) Vi har fremlagt tre forslag til,
hvordan man kunne få prisen på varmepumperne ned, og hvis alle tre blev gennemført, så
ville man havne på 300 kr. pr. MWh, forklarer Jesper Kock” (EnergiWatch, 2015).
Side 59 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
7 Absorptionsvarmepumper
I modsætning til kompressionsvarmepumper, som oftest drives af en elektrisk motor,
drives absorptionsvarmepumper ikke af mekanisk energi, men af varmeenergi. Den energi
som bruges til at drive en absorptionsvarmepumpe skal være ved en høj temperatur. Ved
at tilføre varme ved en høj temperatur, kan man udvinde energi fra energi kilder ved lavere
temperatur. Den tilførte energi går ikke tabt, da man både får den tilførte og den udvundne
energi ud af varmepumpen ved en mellem temperatur. På fjernvarmeværker kan man ved
at bruge drivenergi fra kedlen og køle på røggasen få mere ud af den producerede energi,
fordi den af røggassen udvundne energi også kan anvendes til opvarmning af fjernvarme
vandet.
Opbygning og virkemåde
En absorptionsvarmepumpe adskiller sig fra et en kompressionsvarmepumpe ved at
kompressoren er udskiftet med to varmeveksler, en pumpe og en ekstra drøvle ventil (se
figur 9). Derudover skal der både være et kølemidle og en væske, som kan absorbere det.
Absorptionsvarmepumpen består af i alt fire varmevekslere med hver deres funktion. De
Figur 9: Opbygning absorptionsvarmepumpe
Kilde: (Clausen, et al., 2014)
Side 60 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
fire vekslerne er adskilt i to trykniveauer og konstrueret på en sådan måde, at væske ikke
kan løbe mellem vekslerne i samme trykniveau. Generator og kondensator vekslerne
befinder sig i et højere trykniveau end fordamper og absorber. Denne trykforskel opstår
ved at absorbenten pumpes op i generatoren. Her opvarmes absorbenten så noget af
kølemidlet desorberes. Ved desorbtionen udvider kølemidlet sig, og herved skabes et
overtryk, som bliver opretholdt af de to drøvleventiler.
Generatoren er den del, hvor drivenergien tilføres i form af varme ved en høj temperatur.
Hvor høj temperaturen på procesmediet, som tilfører energi til generatoren, skal være,
afhænger af hvor højt et kondenseringstryk og hermed kondenseringstemperatur, man
ønsker i anlægget. Temperaturen skal være høj nok til at desorbere kølemidlet fra
absorbenten ved det kondenseringstryk, som anlægget skal køre ved. Hvis temperaturen
på procesmediet er højere end nødvendigt, reduceres flow så energitilførslen passer til
driftssituationen. Energien overføres fra procesmediet til absorbenten, ved at absorbenten
risles ud over generatorveksleren. Herved desorberes noget af kølemidlet fra absorbenten.
Kølemidlet vil efter desorbtionen være på gasform, fordi den ved desorbtionen får tilført
fordampningsvarmen. Absorbenten, som efter desorbtionen er ved en mere koncentreret
opløsning, da noget af kølemidlet er fordampet, løber ned i bunden af generator
beholderen.
I kondensatoren kondenseres det fordampede kølemiddel fra generatoren, ved at holde
kondensatorvekslerens overfladetemperatur koldere end kølemidlets fordampnings
temperatur. Dette gøres ved at pumpe den væske, som man vil have varmepumpens
energi overført til, igennem kondensator veksleren. Derved vil kølemidlet, når det rammer
kondensatorvekslerens overflade, kondenserer og løbe ned i bunden af
kondensatorvekslerens beholder.
Når kølemidlet er kondenseret løber det igennem en drøvleventil ned i fordamper
beholderen. Kølemidlet risles udover fordamperveksleren, derved optager kølemidlet
energi fra fordamperveksleren og fordamper. Hvis alt kølemidlet ikke når at fordampe,
falder det ned i bunden af fordamperveksler beholderen. For at undgå at kølemidlet
ophober sig i bunden af beholderen, pumpes det op og udover veksleren igen. Da trykket
er lavere i fordamper beholderen, end den er i kondensator beholderen, får kølemidlet en
lavere fordampningstemperatur. Ved at gøre trykket, og hermed fordampningstemperatur
Side 61 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
lavere, kan man udvinde energi fra det procesmedie, som pumpes igennem
fordamperveksleren. Procesmediet, der pumpes igennem fordamperveksleren, er den
energikilde ved lav temperatur, som man ønsker at udnytte, fx røggas.
I absorbernen forenes kølemidlet og absorbenten igen. Det sker ved at absorbenten fra
generatoren drøvles ned til det lavere tryk, som er i absorberen, gennem en drøvle ventil. I
absorberen bruses absorbenten ud over absorberveksleren, så den afkøles. Herved kan
absorbenten igen optage kølemidlet, som bliver tilført fra fordamperen på gasform. Når
Absorbenten har optaget kølemidlet, løber det ned i bunden af absorber beholderen.
Herfra bliver det pumpet op til generatorveksleren igen. Absorberveksleren køles af
væsken, som energien fra varmepumpen skal overføres til. Man vil typisk serieforbinde
absorberveksleren med kondensatorveksleren. Om væsken først løber igennem
absorberveksleren og derefter gennem kondensatorveksleren eller omvende, afhænger af
producentens design.
Procesmedier
For at drive et absorptionsanlæg er det nødvendigt at have kølemiddel og en anden
væske, som kan absorbere det. Denne væske kaldes for absorbenten. Der anvendes
primært to kombinationer af kølemiddel og absorbenter. Den ene kombination er
Figur 10 På figuren ses et skema for krystalliserings grænser for LiBr
Kilde: (Herold, et al., 2010)
Side 62 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
ammoniak og vand, med ammoniak som kølemiddel. Denne kombination udmærker sig
ved, at den kan anvendes ved meget lave temperatur, fordi ammoniak ikke fryser til is ved
0 ⁰C. Til gengæld er det nødvendigt at have et anlæg med nogle relative høje tryk, for at
kunne afsætte varmen, da kondenseringstrykket ved, fx 60 ⁰C er ca. 26 bar. Den anden
kombination er vand og litium bromid(LiBr), hvor vandet i denne kombination agerer
kølemiddel. Denne kombination er den de fleste producenter anvender til
absorptionsvarmepumper. Her kører anlægget ved et noget lavere tryk, og
kondenseringstrykket ved fx 60 ⁰C er under 1 bar. Derudover slipper man for at have et så
aggressivt kølemiddel som ammoniak, der er giftigt og hård ved anlægget. I dette projekt
arbejdes der med temperaturer langt fra frysepunktet. Derfor anses LiBr/vand
kombinationen for at være den mest fordelagtige løsning, og vil være den kombination,
som vil blive brugt i dette projekt.
LiBr er et salt, som er meget vandabsorberende. Saltet kan fremstilles ved at blande
litiumhydroxid og hydrogenbromid. Ved sammenblandingen går litium ionen i forbindelse
med brom ionen og bliver til LiBr, desuden går hydrogen ionen og hydroxid ionen i
forbindelse med hinanden og bliver til vand.
𝐿𝑖 + 𝑂𝐻 − + 𝐻 + 𝐵𝑟 − ⟶ 𝐿𝑖 + 𝐵𝑟 − + 𝐻2 𝑂
LiBr i en varmepumpe er i en vandig opløsning. Når opløsningen i generatoren tilføres en
tilstrækkelig mængde energi begynder vandet i opløsningen at fordamper. Herved
desoberes vandet, og opløsningen bliver stærkere. Når den stærke opløsning afkøles i
absorberen, absorberer den vanddampene, og herved bliver opløsningen svagere.
LiBr kan krystallisere, hvis opløsningen bliver for stærk. Dette giver aflejringer i
generatoren, som vil nedsætte varmeledningsevnen, og kan skabe risiko for forstoppelser.
Derfor er det vigtigt, at man holder koncentrationen på et niveau, som er over
krystalliseringsgrænsen. På figur 10 skal opløsningen befinde sig i området liquid solution.
Det vil sige, ved 20 ⁰C må opløsningen ikke komme over 60 % LiBr.
Side 63 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Vedligehold og service
Vedligeholdsomkostningerne for absorbstionsvarmepumper er ikke så store i forhold til
andre typer varmepumper. Vedligeholdsomkostningerne er under 5 kr./MWh varme, side
44 (Clausen, et al., 2014). En af faktorerne som er med til at begrænse vedligeholdelses
omkostningerne er, at der ikke anvendes mekanisk energi, som i de andre typer anlæg.
Derved bliver den mekaniske slitage reduceret.
For at få så meget ud af anlægget som muligt, er det vigtigt, at anlægget vedligeholdes.
Hvis anlægget vedligeholdes ordentligt, kan det forlænge levetiden og undgå en
forringelse af anlæggets virkningsgrad. Derfor udtager man en gang om året en prøve af
LiBr’en, som sendes til analyse. Ud fra analysens resultat kan man se væskens kemiske
sammensætning. På baggrund af dette kan der tilsættes nogle kemikalier med forskellige
egenskaber. Da LiBr er et salt, og derfor består af ioner, er det tilbøjelig til at give korrosion
i de metalliske dele inde i anlægget. Denne korrosion kan mindskes ved at tilsætte
Lithium-molybdat. Et andet problem kan være, at man har for store overfladespændinger i
væsken. Disse overfladespændinger kan reduceres ved at tilsætte octanol.
Der kan i nogle tilfælde komme luft ind i anlægget. Dette giver anledning til korrosion, da
der normalt ikke findes ilt inde i anlægget. Ydermere forringer det processen i anlægget,
fordi den indtrængende luft optager plads, som skulle være brugt af kølemidlet. Derved
mindsker det kølemidlets kontaktflade med vekslerne og absorbenten. For at slippe af med
den indtrængende luft gøres der brug af en pumpe, som er bygget ind i anlægget.
Side 64 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Opbygning af absorptionsanlæg
Absorpsionsvarmepumpen implementeres på samme måde som
komparationsvarmepumpen med hensyn til placering af varmeveksler og anlæg. Til forskel
fra kompressionsanlægget skal der etableres en hedvandstilslutning fra fliskedlen på
140 °C. I det eksisterende anlæg, er temperaturen efter kedlen dog kun ca. 125 °C, denne
temperatur skal hæves til 140 °C. Ud fra anlægsspecifikationen i bilag 29, ses det at
anlæggets driftstemperatur kan ligge mellem 115-140 °C. Driftstemperaturen hæves ved at
sænke flowet på kedelpumperne. Denne tilslutning kobles parallelt med kedlens
fjernvarmevandsveksler. Flowet til kedlens fjernvarmeveksler og varmepumpen styres af
to nye ventiler, som monteres på hver deres tilgang. For at reducere varmetab skal alle
rørene isoleres. Dette er en ekstra etableringsomkostninger i forhold til
kompressionsanlægget. Til gengæld slipper man for etableringsomkostningerne af
kompressionsanlægget el-tilslutning. Da absorptionsanlægget strøm forbrug er meget lille
kan det tilsluttes den eksisterende elinstallation i bygningen.
Side 65 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Økonomi - Absorptionsvarmepumper
For at kunne beregne en tilbagebetalingstid skal prisen på
absorptionsvarmepumpeanlæggets findes, samt driftsomkostningerne der er forbundet
med absorptionsvarmepumper. Ligeledes skal det udregnes, hvor store indtægterne fra
varmepumperne er. I næste afsnit vil indtægterne først blive udregnet og efterfølgende
udgifterne.
Indtægter
Indtægterne for absorptionsvarmepumper vil være anderledes end for
kompressionsvarmepumpen, da man ikke får tilført energi fra den elektricitet, man ville
anvende ved drift af kompressionsvarmepumperne.
Indtægterne vil derfor stadig være 400 kr./MWh (Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, 2015),
som Aabenraa og Rødekro Fjernvarme får for deres varme, men energien som
varmepumpen laver, vil være røggassens energi. Røggassens energi er 1323 kW pr.
kedel (se kapitel 5: Beregning af afgivende effekt), dvs. den samlede effekt for begge
kedler vil være det dobbelte altså 2646 kW eller 2,646 MW. Varmesæsonen vil stadig
være 5184 timer. Indtægterne kan dermed udregnes:
𝐼𝑛𝑑𝑡æ𝑔𝑡𝑒𝑟𝑎𝑣𝑝 = (∑𝑃𝑟ø𝑔 ∗ 𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔𝑒𝑟 𝑝𝑟𝑖𝑠) ∗ 𝑡𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑠æ𝑠𝑜𝑛 ⇔
𝐼𝑛𝑑𝑡æ𝑔𝑡𝑒𝑟𝑎𝑣𝑝 = (2,646 ∗ 400) ∗ 5184 ⇔
𝐼𝑛𝑑𝑡æ𝑔𝑡𝑒𝑟𝑎𝑣𝑝 = 5.486.745,6 𝑘𝑟.
Side 66 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Anlægsudgifter
Udgifter til anlægget udgør: varmepumper, røggasvarmeveksler, varmeveksler og
installation.
Priserne kan ses i bilag 9. Priserne fra Johnson Controls er en samlede pris for et færdigt
anlæg inkl. levering og pladssætning, samt opstart af anlægget. Prisen er dog uden
tilslutning af røggasvarmeveksler og installationer. Prisen for et anlæg er 2.200.000 kr. pr.
kedel. Dvs. samlet 4.400.000 kr. for begge kedler.
Installationer som udgøre rørføring, kabler og tavler anses for at være ca. det samme
som for kompressionsvarmepumper. Prisen for installationer er derfor 3.969.000 kr. og kan
ses i kapitel 6 under økonomi - kompressionsvarmepumper.
Røggasvarmevekslerens pris er 620.000 kr./stk. og kan ses i bilag 7. Der skal anvendes
2 stk.
Driftsudgifter
Driftsudgifterne vil være el, service og vedligehold.
Da en absorptionsvarmepumpe ikke forbruger ret meget elektricitet ca. 16 A, vil det ikke
indgå i beregningerne.
Service og Vedligehold ses i kapitel 7: (Vedligehold og service) der står at service og
vedligehold koster 5 kr./MWh.
Det vil være nødvendigt at finde den samlede effekt for absorptionsvarmepumperne pr.
varmesæson for at udregne service og vedligehold. Effekt pr. kedel vil være 3230 kW (se
kapitel 5: Beregning af den samlede energi, med absorptionsvarmepumper, som tilføres
fjernvarmevand), den samlede effekt for begge kedler vil derfor være det dobbelte altså
6460 kW eller 6,460 MW. Den samlede effekt gange derefter med varmesæsonen på
5184 timer. Dette beregnes herunder:
Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑎𝑣𝑝 = ∑𝑦𝑑𝑒𝑙𝑠𝑒𝑎𝑣𝑝 ∗ 𝑡𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑠æ𝑠𝑜𝑛 = 6,460 ∗ 5184 = 33.488,6 𝑀𝑊ℎ
Side 67 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Scrapværdi
Scrapværdien på absorptionsvarmepumperne efter 20 år anses for at være 400.000 kr.
Renter
Det anses at Aabenraa og Rødekro Fjernvarme kan optage lån til 2 % i rente, da det er en
meget sikker investering og da renten generelt er lav.
Ud fra det forrige afsnit omhandlende økonomi, kan der udregnes de samlede
omkostninger til anlægs og drift. Disse omkostninger kan ses herunder:
Side 68 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Ud fra scrapværdi, renter, indtægterne, de samlede anlægsomkostninger og de samlede
driftsomkostninger kan resultatet og tilbagebetalingstiden beregnes.
Udregningen kan ses i bilag 28 (for bedre kvalitet), men også herunder. Forklaring til
udregningerne vil være den samme som til kompressionsvarmepumperne, dog med andre
indtægter som kan ses i foregående afsnit under indtægter.
Side 69 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Opsummering absorptionsvarmepumper
Ud fra beregninger på de forrige sider, ses det at implementeringen af
absorptionsvarmepumper som udnytter røggasenergien vil have en tilbagebetalingstid på
2 år, hvis alle ens indtægter går til afbetaling af varmepumpeanlægget.
For at se på om varmepumper er konkurrencedygtige i forhold til det nuværende
flisforbrændingsanlæg, udregnes prisen pr. MWh for varmepumperne. Prisen for første år
kan ses herunder og efterfølgende prisen for år 20. Derefter regnes gennemsnittet. Til at
beregne antallet af producerede MWh anvendes den udvunden røggasenergi for begge
kedler og timetallet i varmesæsonen.
𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑀𝑊ℎ = ∑𝑃𝑟ø𝑔 ∗ 𝑡𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑠æ𝑠𝑜𝑛 = 2646 ∗ 5184 = 13.716,9 𝑀𝑊ℎ
𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ𝑎𝑣𝑝 å𝑟 1 =
820.073
=
= 59,8 𝑘𝑟./𝑀𝑊ℎ
𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑀𝑊ℎ 13.716,9
𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ𝑎𝑣𝑝 å𝑟 20 =
635.893
=
= 46,4 𝑘𝑟./𝑀𝑊ℎ
𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑀𝑊ℎ 13.716,9
𝐺𝑒𝑛𝑛𝑒𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑎𝑣𝑝 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ =
= 53,1 𝑘𝑟./𝑀𝑊ℎ
𝑝𝑟𝑖𝑠𝑎𝑣𝑝 å𝑟 1 + 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑎𝑣𝑝 å𝑟 20 (59,8 + 46,4)
=
2
2
Prisen pr. MWh på flisforbrændingsanlægget ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme er
222 kr./MWh (Brodersen, 2015).
Det ses derfor at en MWh produceret på absorptionsvarmepumperne, er væsentligt lavere
end prisen pr. MWh produceret på flisforbrændingsanlægget. Det gør at varmepumperne
er meget konkurrence dygtige i forhold til flis, og det vil være en fordel økonomisk at
udnytte røggasenergien. Det kræver selvfølgelig stadigvæk, at flisforbrændingsanlægget
skal producere energi, før absorptionsvarmepumperne kan anvendes. Derfor kan man se
absorptionsvarmepumperne som en god samspiller med flisforbrændingsanlægget.
Tallene for tilbagebetalingstiden og resultatet er utroligt gode! Det kan medføre en del
spekulationer om resultaterne kan være realistiske. Tallene omkring varmepumpen er fra
Johnson Controls salgsafdeling, og opfattes som troværdige. De antagende tal der er
anvendt i udregningerne, er samtidigt valgt i den høje ende. Derfor er der taget kontakt til
Lars fra Hurup Fjernvarme, hvor de har installeret to absorptionsvarmepumpe på hver
deres fliskedel. Efter deres erfaringer har de ikke haft nogen problemer med anlægget. De
har stort set ikke haft noget omkostninger til service og vedligeholdelse i de 2 år, som den
ene absorptionsvarmpumpe har været i drift. Efter deres udregninger forventer de også at
kunne tilbagebetale deres absorptionsvarmpumper i løbet af 3 til 4 år.
I forhold til disse erfaringer anses det for værende realistisk at have en tilbagebetalingstid
på 2 år på det udregnede absorptionsvarmepumpeanlæg. Det kan dog godt give
Side 70 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
anledning til spekulationer om, hvorfor absorptionsvarmepumperne ikke er meget mere
udbredt i fjernvarmebranchen, hvis de har så god økonomi. Det kan måske forklares med,
at der stadig ikke er mange, der har erfaring med absorptionsvarmepumper endnu, og
derfor ikke tør investere i et absorptionsvarmepumpeanlæg.
Side 71 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
8 Analyse af kompressions- og absorptionsvarmepumpe anlæggene
Ud fra afsnittene omhandlende kompressions- og absorptionsvarmepumpeanlæggene kan
der nu sammenlignes, hvilke fordele og ulemper der er, ved de to forskellige anlæg.
Sammenligningen sker ud fra et økonomisk og miljømæssigt perspektiv.
Ved kompressionsvarmepumpeanlægget ses det, at prisen pr. producerede MWh
gennemsnitligt er 352,3 kr./MWh. Dette tal er højt i forhold til gennemsnitsprisen på
absorptionsvarmepumpeanlæggene, som er 53,1 kr./MWh.
Derfor vil det være en fornuftig investering for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme at
investere i absorptionsvarmepumper, hvis der ses på det økonomiske aspekt.
Miljømæssigt vil det ligeledes være en fordel at investere i absorptionsvarmepumper, da
man udnytter spildenergi i form af røggasenergien, som ellers vil være gået tabt. Selvom
flis og generelt biomasse anses for at være CO2-neutralt, er der stadig anvendt fossilt
brændstof til transport og når råtræet skal laves til flis. Hvis flisens energi udnyttes fuldt ud,
vil man derfor stadig reducere miljøbelastningen.
Absorptionsvarmepumper har dog ikke den fordel, at kunne være en god samspiller med
vindenergi. Her har den eldrevne kompressionsvarmepumpe en fordel og derfor ønsker
regeringen at udbrede de eldrevne varmepumper med den tidligere omtalte
varmepumpepuljen (Caruso, 2014).
Med den økonomi der er i de eldrevne varmepumper her i rapporten, anses det ikke for en
mulighed for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme at overbevise forbrugerne om, at det ville
være en god investering. Også selvom det ville være en fordel for samfundet at kunne
udnytte vindenergien, især når der findes andre muligheder med
absorptionsvarmepumper. Elektriciteten i Danmark er heller ikke kun produceret på
vindenergi, en stor del er stadig produceret på fossilt brændstof. De eldrevne
varmepumper vil derfor stadig være drevet af elektricitet, der ikke er grøn energi i perioder,
hvor det ikke er muligt at producere vindenergi.
Det kan dog være, at man med andre anlæg eller opsætninger, kan få en bedre økonomi.
Energi- og klimaminister Rasmus Helveg Petersen mener, at der er en fornuftig økonomi i
eldrevne varmepumper med de nuværende afgifter, som ellers kunne ændre de
økonomiske forudsætninger for eldrevne varmepumper. Hans udtalelse ses herunder:
- Det er slet ikke så svært for kraftvarmeværkerne at investere i varmepumper, og de
skulle sådan set bare tage sig sammen og gøre det, lyder det fra energi- og klimaminister
Rasmus Helveg Petersen (R). Han afviser, at politikerne har afgiftsbelagt teknologien for
højt og dermed frataget muligheden for at gøre opvarmningen af danske hjem billigere og
grønnere. Kraftvarmeværkerne skal bare hive læderet op ad lommen, siger ministeren.
Side 72 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
- Vores tese er, at det kan lade sig gøre rent økonomisk. Vi har også foretaget analyser af
problemstillingen, og de viser, at man under det nuværende afgiftssystem kan have en
ordentlig business case i varmepumperne. Vi mangler bare nogle frontløbere, som tør at
gå forrest, siger Rasmus Helveg Petersen (Caruso, 2014).
Der kan dog ske ændringer i afgifterne, fx har partiet Venstre før kæmpet for at sænke
PSO-afgiften (Jørgensen, 2014), og med det kommende valg den 18/06-2015 kan der ske
en ændring i regeringen. Det kan være den kommende regering har andre holdninger end
den nuværende, hvis der sker et regeringsskifte.
Den liberale tænketank CEPOS har også opfordret regeringen til at fjerne PSO-afgiften, og
finansiere grøn energi på en anden måde (Thure, 2015).
For Aabenraa og Rødekro Fjernvarmes vedkommende ville der nok skulle en ændring til,
før det bliver fornuftigt at investere i eldrevne varmepumper i forhold til
absorptionsvarmepumper.
Derfor ville det være mest fornuftigt at anvende eldrevne varmepumper på steder, hvor der
ikke er anden drivenergi til rådighed end elektricitet. Det kunne fx være ved udnyttelse af
energi i spildevand.
Opsummering
Det vil være en fordel for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme at investere i
absorptionsvarmepumper, og det vil samtidigt styrke deres grønne profil.
Eldrevne varmepumper vil ikke være en fornuftig investering for Aabenraa og Rødekro
Fjernvarme med de nuværende afgifter og driftsbetingelser. Det vil dog være en fornuftig
investering for samspillet med vindmøller.
Side 73 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
9 Konklusion
Rapportens formål har været at finde den mest attraktive metode til at øge effekten på
flisforbrændingsanlægget, ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, med varmepumper. Det
er analyseret, om det er mest attraktivt for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme at investere i
absorptions- eller kompressionsvarmepumper. I analysen er hver type varmepumpe blevet
undersøgt, med udgangspunkt i økonomi og miljø.
Kompressionsvarmepumper
Resultatet for kompressionsvarmepumperne er, at de kan øge effekten på
flisforbrændingsanlægget med 1662,2 kW pr. kedel. Heraf vil 359,2 kW blive tilført fra el
nettet. I forhold til økonomi ligger resultatet for kompressionsvarmepumperne på mellem
703.021 og 1.024.002 kr./år i investeringens 20 års levetid. Tilbagebetalingstiden for
anlægget er på 12 år. I forhold til resultatet virker investeringen som en fornuftig forretning,
dog anses tilbagebetalingstiden for relativt lang.
Set i et miljømæssigt perspektiv anses kompressionsvarmepumperne for en god
samspiller med vindenergi. Ved at udnytte vindenergi vil man begrænse miljøbelastningen
og samtidigt udnytte røggasenergien, som ellers vil være spildenergi. Alt den producerede
elektricitet i Danmark er dog ikke producerede på vindenergi, men også producerede på
fossilt brændstof. I fremtiden forventes det at vindenergi vil udgør en større del af den
samlede el produktion.
Absorptionsvarmepumper
For absorptionsvarmepumpers vedkommende vil de, kunne øge effekten på
flisforbrændingsanlægget med 1323 kW pr. kedel. Energien der anvendes til at drive
absorptionsvarmepumperne vil være hedt vand fra kedlen. Driv energien fra hedt vandet
vil være gratis energi for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, da energien stadig bliver
overført til fjernvarme vandet, bare et andet sted i systemet. Fordi driv energien er gratis vil
drift omkostningerne være lave. Det medfører gode økonomiske resultater.
Tilbagebetalingstiden for anlægget vil kun være på 2 år og resultatet vil være mellem
4.666.673 og 4.850.853 kr./år i investeringens 20 års levetid. Investeringen anses for en
Side 74 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
god forretning, da tilbagebetalingstiden kun er på 2 år, og anlægget har en god
indtjeningsevne.
Absorptionsvarmepumpen er medvirkende til at begrænse miljøbelastningen, ved at
udnytte røggasenergien fra flisforbrændingsanlægget.
Opsummering
Resultaterne i rapporten viser, at det er mest fornuftigt at investere i
absorptionsvarmepumper i forhold til kompressionsvarmepumper. Da
absorptionsvarmepumper har den bedste økonomi og samtidigt begrænser
miljøbelastningen ved at udnytte røggasenergien.
Side 75 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Perspektivering
Under arbejdet med rapporten er der også opstået andre ideer til, hvordan man kan hæve
virkningsgraden på flisforbrændingsanlægget.
Ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme har forbrugerne flere muligheder for at kunne
udnytte fjernvarmen i deres hus. Oftest sker det ved direkte fjernvarme, hvor fjernvarmen
løber i forbrugernes radiatorer, eller også har de en varmeveksler installeret. Ved hjælp af
en varmeveksler har hver forbruger deres eget lukkede kredsløb. Det gælder om for både
forbrugerne, men også for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme at få
returvandstemperaturen så langt ned som muligt, da det giver en bedre udnyttelse af
fjernvarmevandet, og dermed en bedre virkningsgrad på flisforbrændingsanlægget. Hvis
alle forbrugerne havde varmeveksler, og ikke direkte fjernvarme, ville det være muligt at
styre udnyttelsen af fjernvarmen bedre, da man dermed kunne styre temperaturen
igennem varmeveksleren. Temperaturen på returvandet ville da blive lavere og
virkningsgraden på flisanlægget ville blive større. Det kræver dog en lang årrække at få et
sådan system gennemført, og det er ikke sikkert forbrugerne vil betale for det. Der kunne
dog regnes på, om det ville være en fornuftig investering for Aabenraa og Rødekro
Fjernvarme at give tilskud til opsætning af varmeveksler. Aabenraa og Rødekro
Fjernvarme mister også meget dyrt behandlet fjernvarmevand ved lækager hos
forbrugerne, som også kunne mindskes, hvis forbrugernes havde deres eget lukkede
kredsløb.
En anden mulighed for at optimere kunne være varmepumper, der anvender vand som
kølemiddel i stedet for fx propan eller ammoniak. Disse er dog stadig under udvikling, og
udviklingen bliver skarpt fulgt, da disse varmepumper måske har en stor fremtid foran sig,
nok især på miljøfronten, da man anvender vand som kølemiddel.
Fremtidens for Aabenraa og Rødekro Fjernvarme byder på mange muligheder og metoder
til at produceres fjernvarme og optimere på deres anlæg. Varmepumper bliver helt sikkert
en mulighed til fx udnyttelse af spildvarme og geotermi, men også som samspiller med
vindenergi. Noget der er helt sikker er, at alle deres backup oliekedler skal udfases som et
led i planen om fossilt frit Danmark i 2035 (Regeringen, 2013).
Side 76 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Bibliografi
Alderlyst Elektro, n.d.. alderslyst partnernet. [Online]
Available at: http://alderslyst.partnernet.dk/IE_tabel
[Senest hentet eller vist den 24 05 2015].
Andreasen, S. S. & Kersten, H., 2012. Rapportskrivning , s.l.: s.n.
Anon., 2012. Energinet. [Online]
Available at: http://energinet.dk/DA/El/Engrosmarked/Tariffer-og-priser/PSOtariffen/Sider/Spoergsmaal-og-svar-om-PSO-tariffen.aspx
Brodersen, R., 2015. Produktions chef [Interview] (08 04 2015).
Caruso, J., 2014. Klima-, Energi- og Bygningsministeriet. [Online]
Available at: http://www.kebmin.dk/nyheder/finanslov-saetter-skub-groenne-omstilling
Clausen, K. S., 2015. danskfjernvarme. [Online]
Available at: http://www.danskfjernvarme.dk/kurser-og-moeder/moedematerialer/2015-28april-temadag-om-store-varmepumper
Clausen, K. S. et al., 2014. Drejebog, s.l.: Energistyrelsen.
Clausen, K. S. et al., 2014. Drejebog til store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystem.
s.l.:Energistyrelsen.
Energinet, 2015. Energinet. [Online]
Available at: http://energinet.dk/DA/El/Engrosmarked/Tariffer-og-priser/Sider/Aktuelletariffer-og-gebyrer.aspx
EnergiWatch, 2015. Dansk Fjernvarme. [Online]
Available at: http://www.danskfjernvarme.dk/nyheder/presseklip/150422-minister-til-
Side 77 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
varmevaerker-tag-jer-sammen-og-koeb-de-varmepumper
Herold, K. E., Rademacher, R. & Klein, S. A., 2010. Absorption chillers and heat pumps.
s.l.:Boca Raton.
HFC-fri , u.d.. HFC-fri Køling. [Online]
Available at: http://www.hfc-fri.dk/19550
HorsePower Scandinavian, n.d . hpscandinavian. [Online]
Available at: http://www.hpscandinavia.dk/ie2-ie3-sparemotorer/
Jørgensen, J. S., 2014. Politikken. [Online]
Available at: http://politiken.dk/indland/politik/ECE2283678/pso-afgift-tegner-til-at-blivestridspunkt-i-vaekstforhandlinger/
Klima-, Energi-, og Bygningsministeriet, 2009. retsinformation. [Online]
Available at: https://www.retsinformation.dk/Forms/R0710.aspx?id=124640
Klima-, Energi-, og Bygningsministeriet, 2013. Retsinformation. [Online]
Available at: https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=159158&exp=1
Lauritsen, A. B. & Eriksen, A. B., 2012. Termodynamik. 3. red. århus: Nyt Teknisk Forlag.
Nielsen, A., 2011. Mekanisk fysik og varmelære. 11 red. s.l.:Nyt Teknisk Forlag.
Pedersen, K., 2015. Teknisk Chef [Interview] (11 05 2015).
Regeringen, 2013. Regeringens Klimaplan, København K: Klima-. Energi og
Bygningsministeriet .
Schjøtt, M., 2015. Foto af røggasveksler. Tønder: s.n.
Side 78 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
Thure, K., 2015. DanskEnergi. [Online]
Available at: http://www.danskenergi.dk/Aktuelt/Arkiv/2015/April/15_04_15A.aspx
Thuren, T., 2008. Videnskabsteori for begyndere. 2 red. s.l.:Rosinante.
Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, 2014. Aabenraa og Rødekro Fjernvarme. [Online]
Available at: http://www.aabenraa-fjernvarme.dk/oekonomi/priser
Aabenraa og Rødekro Fjernvarme, 2015. aabenraa-fjernvarme. [Online]
Available at: http://www.sebrochure.dk/Aabenraa_Rodekro_Profilbrochure/WebView/
Side 79 af 80
Jon Ingemann Nissen
AAMS
Bachelorprojekt
01/06-2015
10 Bilagsoversigt
Bilag 1: Billeder fra Flisforbrændingsanlægget ved Aabenraa og Rødekro Fjernvarme
Bilag 2: Force målerapport
Bilag 3: I/X vandampkondensering 47 til 20
Bilag 4: Prisliste/produktkatalog fra Cronborg
Bilag 5: Data fordampnings & kondenseringstemperatur fra Cronborg
Bilag 6: Datablad Frascold W80-240AXH kompressor
Bilag 7: Røggasvarmeveksler fra BoilerWorks
Bilag 8: Elregning fra Aabenraa og Rødekro Fjernvarme
Bilag 9: Pris på aborptionsvarmepumper.
Bilag 10: Oversigt fællesanlæg
Bilag 11: Fliskedel 1
Bilag 12: Fliskedel 2
Bilag 13: Energi kedel 1 & fremløbstemperatur efter kedel veksler
Bilag 14: Kedel fremløbstemperatur & tryk
Bilag 15: Energi scrubber & energi fliskedel
Bilag 16: Røggastemperatur quench
Bilag 17: Returtemperatur til scrubber fra veksler intern
Bilag 18: Røggastemperatur efter konventionspart
Bilag 19: Røggastemperatur demistor
Bilag 20: Fremløbstemperatur efter scrubber veksler
Bilag 21: Temperatur frem mod scrubberveksler intern
Bilag 22: Returløb til scrubber veksler
Bilag 23: Energi fliskedel 1 & flow total flisanlæg
Bilag 24: last på kedel 1
Bilag 25: Interview Karsten Pedersen fra Cronborg
Bilag 26: Interview med Robert Brodersen fra Aabenraa og Rødekro Fjernvarme
Bilag 27: Økonomi kompressionsvarmepumper
Bilag 28: Økonomi absorptionsvarmepumper
Bilag 29: Anlægsspecifikation
Side 80 af 80

Samlet rapport færdig - Campus

Transcription

Similar documents

Tilskud til udskiftning af veksler

At være censor på et bachelorprojekt

Information til virksomheden om praktik på

Aalborg Badminton Ring ABR – Aalborg Badminton Ring afholder

Deltagerliste til Dansk Træpillekonference 2005

Hent katalog som PDF

Acadre Børn- og ungemodul

Nyfors: Gang i salg af varme

Klik her for at hente Maskinmestrenes Forenings

aarhus maskinmesterskole - Danmarks Akkrediteringsinstitution