Saknr. 23/18 Saksbeh. Geir Andersen Jour.nr 18/4092 Fagavd. Drammen Eiendom KF Mappe Avgj. av Styret Møtedato

Transkript

1 DRAMMEN KOMMUNE Saknr. 23/18 Saksbeh. Geir Andersen Jour.nr 18/4092 Fagavd. Drammen Eiendom KF Mappe Avgj. av Styret Møtedato SAK 23/18: Sesonglagring av solenergi Innstilling til: Styret i Drammen Eiendom KF Forslag til vedtak: 1. Styret gir sin tilslutning til etablering av termisk energilager for sesonglagring av solenergi for byggene i Prosjekt 2020 under forutsetning av tilskudd fra Enova Gjermund Riise Brekke Daglig leder Geir Andersen Teknisk leder Vedlegg: 1. Sesonglagring av solenergi. Drammen Eiendom KF Ilebergveien 21, 3011 Drammen Pb 450 Brakerøya, 3002 Drammen Tlf Fax drammen.eiendom.kf@drmk.no Org. nr

2 FJELL 2020 Solenergi som lagres i fjell i prosjektet Fjell 2020 Produksjon med ny-fornybar energi og GeoTermos som lager. Bakgrunn, erfaring og plan Med fokus på gode og framtidsrettede energi- og miljøløsninger i eiendomsmassen bidrar Drammen Eiendom KF til at Drammen kan framstå som en grønn forgangskommune. Gjennom en målrettet strategi, som blant annet har gitt oss Nordisk energipris for smart energiutveksling på Marienlystområdet og årets varmepumpe-pris i 2013, samt Marienlyst skole som Norges første passivhus-skole og Frydenhaug skole som Norges første nesten null-energibygg, ønsker vi å bygge videre på våre erfaringer. Som en del av det grønne skiftet har vi i prosjektet Fjell 2020 planer om å lage en total energi- og effektløsning som både nasjonalt og internasjonalt er relativt unik. For selv om det for tiden er flere liknende løsninger under planlegging, og et anlegg i drift i Canada, samt et testanlegg på NMBU (Universitet i ÅS), som alle har store likhetstrekk med våre planer, er vårt mål å gjøre dette både teknisk og økonomisk mer optimalt.

3 Hva vi ønsker å oppnå med prosjektet Målet er at bygningenes totale varmebehov skal dekkes av solenergi i kombinasjon med optimal varmepumpedrift. Ny-fornybar varmeenergi skal lagres i fjellgrunnen i sommerhalvåret og benyttes i vinterhalvåret. Dette skal sørge for lave energikostnader og begrense dagens- og fremtidens forventede økte effektkostnader. Samspill med Enova og forskning Allerede i 2016 begynte vi å vurdere innovative spennende løsninger på Fjell 2020, og sent i 2016 søkte vi Enova-støtte for konseptutredning for miljøløsninger i bygg. Søknaden ble antatt, og vi fikk støtte på kr ,-. På bakgrunn av dette har vi nå søkt på et nytt program som heter «Introduksjon av Teknologi for Bygg og Områder» med et søknadsbeløp kr ,-. Søknaden er utarbeidet av Asplan Viak AS hvor Randi Kalskin Ramstad har vært vesentlig bidragsyter. Hun arbeider også som førsteamanuensis med doktorgrad i termisk energi på NTNU og er regnet som en av de fremste på dette området. En annen sentral bidragsyter i vår prosjektet er Gjermund Vittersø i Thermoconsult AS som er en av landets fremste eksperter på varmepumper, og da spesielt på CO2- varmepumper, som vi ønsker benytte her. I regi av Christian Michelsen Resarch og NTNU er det igangsatt et forskningsprosjekt med navn RockStore som vi deltar i. Prosjektet omhandler energilagring i fjellgrunnen, og viktige samfunnsaktører i dette prosjektet er Enova og NVE, samt tunge forskningsmiljøer som Sintef, IRIS, NMBU og KTH-Stockholm. Ved at Randi Kalskin Ramstad representerer NTNU i RockStore-prosjektet er det lagt til rette for at «GeoTermos Fjell 2020» inngår som et godt fokusert forskningsobjekt frem til GeoTermos Dette er vår betegnelse på oppmagasinering av solenergi i fjellgrunnen til senere bruk. GeoTermos skal fylles med høytemperert varme fra solen i sommerhalvåret, både direkte fra solfangere, og via varmepumpe, -drevet av solstrøm, for så å leveres direkte til bygningene i form av lavtemperert vannbåren varme i vinterhalvåret. GeoTermos skal også brukes til å minimalisere el-nettes varige effekttopper, samtidig som en akkumuleringstank skal hindre de daglige kortvarige effekttoppene, samt utjevne temperaturen mellom varmepumpedrift og GeoTermos. Konstruksjon av GeoTermos For å minimalisere varmetapet mot fjellgrunnen rundt, og på toppen av GeoTermos, må den konstrueres som en sylinderformet termos slik at varmelageret får en optimal formfaktor med minst mulig ytterareal. Det blir boret 100 hull i en dybde på 50 meter innenfor en ring med diameter på 40 meter. Hullene blir satt som fire «løkringer» utenpå hverandre, og hver ring kan lagres hver for seg i forhold til ønsket temperaturnivå, der den varmeste temperaturen normalt sendes til kjernen i sylinderen. For å begrense uønsket avkjøling fra fjellgrunnen utenfor vil det i tillegg bores en femte såkalt blokkeringsring hvor lavtemperert varmeenergi fra sommerluften, samt returtemperaturen fra varmeanlegget magasineres for å redusere varmetap. Siden GeoTermos isoleres mot frost og kulde kan det benyttes rent vann som kollektorvæske. Noe som både gir bedre varmeopptaksfaktor og ivaretar miljøaspektet. GeoTermos sitt generelle varmetap er relativt ukjent. Men dette skal det forskes bla i det nevnte RockStore prosjektet og det finnes beregnings- og måltall som viser et tap på mellom 30 og 50 %. I våre beregninger har vi derfor anslått tapet til å ligge på ca. 40 %.

4 Kostnader GeoTermos I forhold til den planlagte løsningen med tradisjonell energibrønner vil man med GeoTermos redusere antall løpemeter borehull med ca 2000 meter. Samtidig vil det bli en ekstra kostnad på ca. kr. 2,3 mill. fordi man må ha flere rørkoblinger, mer styringsutstyr, isolering, en driftsmessig robust kulvertløsning og ekstra koblinger i teknisk rom. I konseptet ligger det også en akkumuleringstank på ca. 20 m 3 for å sikre jevnere drift, samt redusere kortvarige effekttopper. Geotermos må lades opp før bruk (tilføres en førstegangs effekt), og det er også beregnet kostnader til prosjektering og oppfølging. Merkostnad for selve lagringsløsning (GeoTermos ) i forhold til opprinnelig løsning (anbud til Fjell 2020). Elementer i lagringsløsning. Mill. kr. Eks. mva. GeoTermos andel akkumulator 1,5 Tilpassinger i tekn rom 0,3 Lading ( tilførsel av energi for oppstart ) 0,3 Prosjektering / oppfølging 0,2 Sum totalt 2,3 Energiproduksjon og kostnader I prosjektet skal det benyttes solceller til strømproduksjon, solfanger som forsyner varmeanlegget og GeoTermos, samt uteluft til varmepumpedrift og lavtemperert energi til den ytterste ringen i GeoTermos. Varmepumpen blir en kombinert væske/luft CO2 maskin som kan hente energi ved lave temperaturer og levere ved høye temperaturer, -helt opp mot 70 grader C. CO2-varmepumpe velges også ut i fra et miljøhensyn da CO2 er et naturlig medium, med en GWP ** faktor (global warming potensial. GWP-verdi (Global Warming Potential) er et mål på de ulike drivhusgassenes effekt når det gjelder global oppvarming. GWP-verdien for en gass defineres som den akkumulerte påvirkninga på drivhuseffekten fra ett tonn utslipp av gassen, sammenlignet med ett tonn utslipp av CO 2 over et spesifisert tidsrom) på 1. Solcellene skal blant annet levere strøm til varmepumpedriften. For å få en optimal drift med CO2-varmepumpe og solfangere er det helt avgjørende med god styring og kontroll, ikke minst i forhold til vekslingen mellom varmeproduksjonen til byggenes varmesystemer og GeoTermos sitt lagringsbehov. I kalde vintre kan det være risiko for at varmepumpen må benyttes mer enn ønskelig på slutten av fyringssesongen fordi temperaturen i GeoTermos da kan være for lav til direkte bruk. Men uansett vil varmepumpen da jobbe med høytemperatur kollektorvæske fra GeoTermos, og dermed få en meget god COP. I tillegg til varmeanleggets løsninger etableres det en mindre en CO2 tappevanns-varmepumpe til produksjon av varmt forbruksvann i flerbrukshallen. Det er beregnet 1000 m 2 solfangere på vegg og tak med anslått produksjon på kwh strøm, samt 150 m 2 med solfangere som skal produsere kwh varme til varmeanlegget. ** GWP: global warming potensial. GWP-verdi (Global Warming Potential) er et mål på de ulike drivhusgassenes effekt når det gjelder global oppvarming. GWP-verdien for en gass defineres som den akkumulerte påvirkninga på drivhuseffekten fra ett tonn utslipp av gassen, sammenlignet med ett tonn utslipp av CO2 over et spesifisert tidsrom

5 Merkostnad energiproduksjon i forhold til opprinnelig løsning (anbud til Fjell 2020) Elementer i energiproduksjon. Mill. kr. eks. mva. Solceller (strøm ) 1000 m2 3,0 Solpaneler 150 m2 0,7 CO2 Varmepumpe 250 kw kombinert luft/vann 3,4 CO 2 Tappevanns Varmepumper 20 kw 0,4 Andel akkumulatortank, 0,4 Prosjektering / oppfølging 0,2 Utgår: 2 stk CO2 varmepumpe væske / væske 200 kw -4,8 Sum totalt 3,3 Energiproduksjon og besparelse Prosjektet har som mål å levere varme både til tappevann, romvarme og ventilasjonsvarme basert på egenprodusert energi. For tappevann hvor det største forbruket vil være på flerbrukshall vil dette produseres med en CO2 tappevannspumpe som hvor energien vil være strøm fra solceller samt direkte fra solpaneler. For skolen som har lite forbruk (Flerbrukshall er gymsal) vil energien hentes fra GeoTermos etter lagring i spesielt juli. Varmenergien til rom varme og ventilasjon hentes fra GeoTermos etter den er fylt opp i sommerhalvåret. Energiproduksjon og levert energi for tappevann Energiproduksjon Totalt kwh CO 2 Tappevanns Varmepumper 20 kw -flerbrukshall Solpaneler 150 m2 (mai, juni, sept ) skole Sum egenprodusert energi for tappevann Energiproduksjon og levert energi for varme og ventilasjon Energiproduksjon Totalt kwh Solpaneler 150 m2 (Andel til lager juli/august ) CO2 Varmepumpe 250 kw kombinert luft/vann Fra varmepumpens fordamper Kun vifte/ pumpedrift ) Ta varme ut fra byggene (gratis kjøling, pumpedrift) Sum total tilførsel til GeoTermos Anslag system tap Energileveranse egenprodusert varmeenergi til bygget

6 Med varmepumpens effektfaktor(cop *) på 3,7 betyr det at solcellestrømmen gires tilsvarende opp og med kwh solenergi gir det en gratis energileveranse på kwh samt en nyttiggjort energi fra solpaneler på kwh. Men det må også beregnes noe energibruk på fordampervifte og brønnsirkulasjon på kwh. Totalt anslår vi forventet produksjon av ny-fornybar energi (gratis ) på kwh *COP beskriver en varmepumpes effekfaktor og den forteller hvor mye energi varmepumpen levere i fohold til energi til varmepumpen. Ved 1 kwh til varmepumpe vil den selv hente ut 2,7 kwh fra omgivelser og får dermed COP på 3,7 Styringssystem Hele energiløsningen krever et avansert styringssystem, -styrt, regulert og overvåket fra sentral driftskontroll. Energiforsyningen automatiseres slik at prosessene i teknisk rom skal kunne kjøres optimalt mellom de forskjell i byggene. Når byggene har kjølebehov skal overskuddsvarmen tas ut og leveres i GeoTermos sin blokkeringsring. Ekstra frikjøling kan også hentes, -enten fra GeoTermos, eller fra de ordinære dype energibrønnene. Gode målesystemer vil være styrende for optimale valg av hvilke- og når energiringene og blokkeringsringen i GeoTermos forsynes og tappes for varmeenergi. Avansert programmering for både effekt og energistyring, og dertil nødvendig teknisk utrustning har en merkostnad anslått til ca. kr. 0,6 mill. Kostnader totalt ( Merkostnad i forhold til opprinnelig løsning ) Kostnadsberegninger er i stor grad basert på enhetspriser og opsjonspriser i tilbudet fra Hent entreprenør AS Det er også innhentet noen priser, men det er også elementer hvor det er anslått noen kostnader basert på erfaring samt lagt inn en uforutsett på 1 mill. Total merkostnader energiløsning med GeoTermos og energiproduksjon inkl uforutsett og mva. Tiltak Mill. kr. Energiproduksjon 3,3 Geotermos 2,3 Styringssystem 0,6 Uforutsett 1,0 Mva 1,8 Sum totalt 9,0 Finansiering Midler fra Mill. kr. Bevillget solenergiprosjekt bystyre 4,0 *Støtte Enova 3,8 Prosjekt Fjell ,2 *Søkt med 7 uker behandlingstid.

7 Energibesparelse Det er beregnet en total energiproduksjon på kwh, men ved en tradisjonell varmeproduksjon med ordinær varmepumpe ville det vært spart kwh. Dette gir en besparelse på kwh på denne løsningen. Det er beregnet energibesparelse på ca kwh ved bruk av solceller, lading i GeoTermos og CO2-varmepumpe med bedre COP for varme. Andel bruttoproduksjon av solvarme for tappevann skole med fradrag av tap, blir ca kwh. For varmt tappevann flerbrukshall, med bruk av en mindre CO2 tappevanns-varmepumpe, vil netto energibesparelse bli ca kwh når den forsynes med solcellestrøm. Sum total energibesparelse blir da ca kwh, -i tillegg til det vi ville fått med en ordinær varmepumpe med strøm fra nettet. Effekt Ved å begrense effektuttaket i landets strømforsyningsnett sparer samfunnet store investeringskostnader. Dette er også grunnen til at myndighetene gjennom ENOVA har vist stor interesse for vårt prosjekt. NVE og ENOVA er, som tidligere nevnt, viktige aktører i forskningsprosjektet Rock Store der vår GeoTermos skal brukes som et viktig forskningsobjekt. Besparelse i energi og effekt Gjennom kalde vintre kan det bli behov for at varmepumpen må benyttes mer enn ønskelig i slutten av fyringssesongen fordi temperaturen i GeoTermos da kan være for lav til direkte bruk. Men uansett vil varmepumpen da kunne jobbe med høytemperert kollektorvæske fra GeoTermos og dermed få en meget god COP. Dette gjør at det ikke vil bli nødvendig å benytte el-kjelen til spisslast på kalde vinterdager. Med dagens effekttariff anslås en forsiktig effektbesparelse på ca. kr ,-. Effekttariffene vil forøvrig på sikt endres, og sannsynligvis øke radikalt. En energibesparelse på kwh á kr 1,-, samt en effektbesparelse på kr ,-, gir oss en total besparelse på kr ,-. Inklusiv støtte fra Enova gir dette en nedbetalingstid på 15 år (eks. finans og avskrivinger) Risiko for at prosjektet ikke fungerer tilfredstillende Den energitekniske risikoen ligger i at tapet i GeoTermos er større enn forventet, og at det derfor må brukes mer energi til GeoTermos enn beregnet. Det reduserer lønnsomhet. Uansett vil varmepumpens effektfaktor bli bedre og besparelser vil bli oppnådd. Energi fra solproduksjon vil uansett kunne benyttes. Risiko for at den innoative løsningen ikke funger slik at byggene får problemer. Dersom det tas ut for mye varme en vinter vil GeoTermos kunne gå kald. Men siden anlegget er utstyrt med varmepumpe som også har luftfordamper kan dette kompenseres med luftbasert varmepumpedrift. Anlegget er også utstyrt med en ordinær brønnpark med 10 brønner som også skal benyttes til varmepumpedriften. Ved utilsiktet driftsstans har anlegget en el-kjel som dekker varmebehovet hundre prosent. Løsningen er således så robust at det ikke skal oppstå tekniske problemer som får følger for skoledriften eller annen aktivitet som foregår i bygningene. Vår evne til å drifte Det meste av det som er skissert i dette prosjektet har vi gjort tidligere. Hovedforskjellen er hvordan energibrønnene er plassert, og hvordan de brukes i kombinasjon med sol og luft. En annen forskjell er at vi denne gangen vil benytte CO2-varmepumper, både i varmeanlegget og til tappevannet, og at disse må driftes noe annerledes enn våre tradisjonelle varmepumper. Solfangere har vi i dag både på

8 Skoger- og Frydenhaug skole, og optimalisert energiflyt har vi god erfaring med fra Marienlystområdets nærvarmenett. Utstyrsmessig er det kun solceller som er det «nye» produktet, uten at det vil gi oss noen uoverkommelige utfordringer. Konklusjon Dette er et innoativt forskningsprosjekt hvor Drammen Eiendom KF får videreutviklet sin kompetanse i samarbeid med dyktige fagmiljøer og viktige forskningsmiljøer. Dette stimulerer til videre utvikling, og prosjektet som er et viktig miljøprosjekt må også sees i sammenheng med det grønne skifte Geir Andersen