Utfasing av oljefyring er mulig med dynamisk termisk lagring

Transkript

1 Utfasing av oljefyring er mulig med dynamisk termisk lagring Dr.ing. Energieffektive systemer. Medoppfinner av dynamisk termisk energilager Ing. Pådriver for varmepumpebaserte grunnvarmesystemer i mer enn 20 år H.Skarphagen og K. Gether 23. september

2 Problembeskrivelse Skisse til løsning basert på dynamisk termisk energilagring Invitasjon til forskningssamarbeid for å løse ut NFR-midler til demoanlegg H.Skarphagen og K. Gether 23. september

3 Dagens fjernvarme er ikke klimanøytral 25% av Hafslunds fjernvarme er fossilbasert 50 % fossil varme på de kaldeste dagene Hafslund har planer om å erstatte den fossile varmen med mer biomasse og biofyringsolje. Hvor realistisk er dette?

4 Fjernvarme leverer ikke kjøling Fjernvarme innebærer innlåsing i et monopol Biomasse til drivstoff vil få bedre betalingsevne, enn brukt som varme Varmepumper hos sluttbrukere minst like effektivt som i fjernvarmeanlegg Observer at varmepumper fremheves som grønn energi av Hafslund: Søppeleksport truer fjernvarme Norske forbrenningsanlegg sliter med å få tak i nok avfall. Avfallet sendes til Sverige. Hafslund lover grønnere fjernvarme Olje og gass som spisslast i fjernvarmeanlegg er på vei ut. Vi har investert 780 millioner kroner og er avhengig av deler av dette avfallet. Per dato ser det mørkt ut. Det er ekstremt lave priser i Sverige. Vi må ha kroner per tonn avfall for å få det til å gå rundt. Svenskene slår oss med kanskje kroner.

5 Helsemessige betenkligheter med biobasert oppvarming Mange norske byer er i daler. Termisk inversjon på stille kalde dager er et stort problem Vedfyring kan øke kreftfaren Å fyre med ved inne kan føre til at stuen din blir like forurenset som en tungt trafikkert storbygate, viser svensk forskning. Doktorgradsavhandling fra Sahlgrenska Universitetssjukehuset

6 Enorme NOx-utslipp fra biobrensel Bioenergi kan gi opptil fire ganger så høye utslipp av NOx som naturgass. Norge er i Gøteborgprotokollen forpliktet til å redusere de årlige NOx-utslippene til maksimalt tonn innen I 2005 var de norske utslippene av NOx nesten tonn, Regjeringens Biostrategirapport utarbeidet av Eli Arnstad er ufullstendig. Hvem må bære kostnadene for å rydde opp? Dioksinfilter? Askedeponering på Langøya? NO x katalysator? Aske fra tre - gjødsel eller spesialavfall? Aske fra trevirke kan inneholde overraskende høye, naturlige konsentrasjoner av tungmetaller. For kadmium og sink var praktisk talt alle prøvene fra bjørk og gran over maksimumsgrensen for det tillatte i kloakkslam. For bly var 75 prosent av asken fra bjørk og 25 prosent av asken fra gran, over grenseverdiene.

7 EFFem Kalkyl Betingelser : Vannkraftdrevet varmepumpe. Gjennomsnittsverdier for svenske fjernvarmeanlegg.

8 En brønnborer som produserer energibrønner borer anslagsvis 100 m om dagen i gjennomsnitt. Med 200 årlige arbeidsdager utgjør årsproduksjonen boremeter. 1 m borehull som kan levere både varme og kjøleenergi yter anslagsvis 35 W/boret meter. Et riktig dimensjonert varmepumpeanlegg som leverer både varme og kjøling har anslagsvis 3500 driftstimer årlig. Oljefatet representerer 1 oljeekvivalent = MWh m/år x 35 W/m x 3500 h = kwh årlig leverer et brønnborerårsverk. Denne årsproduksjonen erstatter kwh el eller fyringsolje årlig. Med 1 kr/kwh utgjør dette 2,45 millioner kr årlig. Det forutsettes at et årsverk som høster biobrensel produserer en tilsvarende energimengde fordelt på skogplanting, rydding, skogsmaskinfører, tømmertransport, flishugging, tørking, lagring og utkjøring til kunden. En omsetning på 2,45 millioner kr per årsverk i biobransjen virker realistisk.

9 Hvis biobrensel-høsteren og brønnboreren produserer like mange oljeekvivalenter hver seg første året, har brønnboreren det 10 året levert 4,5 ganger så mye energi. 10 år start år Klimaarbeide som utføres en gang er langt mer verdifullt enn årvisse leveranser. Andre eksempler: etterisolering innsetting isolerglass varmegjenvinnere i ventilasjonen vann og vindkraftubygging Det krever omtrent samme arbeidsinnsats for å installere en biokjel som en varmepumpe. Ikke glem arbeide, investeringer og areal til pipe og flislager.

10 Det er 22 år til 2030, Det er ikke likegyldig om man satser på riktig teknologi eller ei. Vi må prioritere riktig bruk av arbeidskraften. 231 oljeekvivalenter energi levert i klimaets tjeneste 22 år oljeekvivalenter energi borehullsbasert varmepumpe innhøsting av bioenergi Det oppnås 10 ganger så mye klimagevinst per årsverk med brønnboreralternativet! Brønnborerens arbeide kan forventes å levere fornybar energi like lenge som bygget består Biosankeren må starte på nytt hvert år. Ved årets slutt er det bare aske tilbake start år 2008

11 Flere kabler til utlandet (krav om CO2 reduksjoner vil medføre mindre kullkraft), utfasing av oljefyring og introduksjon av elektriske biler vil på noe sikt presse opp prisen på vannkraft Ved å investere i borehull og energilagre blir nedbetalingstiden noe lengre, Tradisjonelle økonomiske analyser synliggjør ikke den dramatiske lønnsomheten som inntrer når anlegget er nedbetalt. Der andre årvisst må kjøpe brensel leverer varmepumpe-anlegg 70 % av energien gratis.

12 Dynamisk termisk energilagring medfører: Teknologien leverer både oppvarming og kjøling med samme investering Kjølingen blir levert som frikjøling med minimalt energiforbruk Tilnærmet klimanøytral Nær 100% fornybar energi Spisslastbehovet blir i praksis fjernet Frigjort arbeidskraft, ingen biosanking og minimalt vedlikehold (husk eldrebølgen) Minimal miljøbelastning Ikke låst til et monopol som fjernvarme Meget bra lønnsomhet for langsiktige investorer Forsikring mot galopperende fremtidige energipriser

13 Kald tilluft Moderat vintervær, dagdrift Ventilasjonskrets Avkastluft Roterende varmeveksler, 80 % virkningsgrad C tilluft 45 C 40 C -2 C 1 C Varmepumpe Radiatorkrets Selv i moderne kontorbygg med roterende varmegjenvinner går 30 til 50 % av årlig varmebehov til ettervarming av ventilasjonsluft. Varmepumper dimensjoneres vanligvis for å dekke 40 til 70 % av netto dimensjonerende varmeeffektbehov på årets kaldeste dag (DUT). Resterende andel dekkes med spisslast fra olje-, gass- eller elektrokjeler. Borehull +3 C

14 Typisk profil for ventilasjonsbehov for noen bygninger. Det er nå vanlig å styre ventilasjonen basert på inneluftens innhold av CO 2 I disse timene har varmepumpen vanligvis ledig kapasitet på grunn av redusert ventilasjon og eventuell nattsenking av temperaturen. Denne overskuddsvarmen kan lagres! Tid på døgnet Skolebygg Kontorbygg Sykehjem

15 Kald tilluft Kald vinterdag Ventilasjonskrets Avkastluft Varmeveksler C tilluft 55 C 50 C Varmepumpe Radiatorkrets -4 C -1 C 25 til 40 C 23 C Korttids, termisk energilager Borehull På kalde dager kan varmebehovet dekkes ved å separere kretsene. Varmepumpen leverer varme kun til radiatorkretsen, mens varmebehovet til ettervarming av ventilasjonsluft dekkes av det termiske energilageret. +1 C

16 Varm tilluft Kjølemodus Ventilasjonskrets Avkastluft C tilluft +12 C +17 C +9 C x +7 C Korttids, termisk energilager +10 C Borehull +10 C Om sommeren benyttes det termiske energilageret til å levere kjøling. Lageret fylles om natten og på kjølige dager. Når borehullene ikke greier å dekke kjølebehovet med frikjøling, supplerer korttidslageret. Hele kjølebehovet kan dermed dekkes med frikjøling. Energilagrene utnyttes hele året og får følgelig relativt kort avskrivningstid.

17 Tørrkjøler reduserer antall nødvendige boremeter. Viktig knep ved lite areal. Ventilasjonskrets C tilluft 3 til 30 C uteluft avlaster/lader borehullene 0 C 3 C 25 C 22 C X Varmepumpe Radiatorkrets Tørrkjøler Når uteluften er varmere enn borehullet benyttes en tørrkjøler til å avlaste borehullene og samtidig heve temperaturen på frostvæsken inn på varmepumpens fordamper. Tørrkjølere fryser imidlertid igjen når lufttemperaturen nærmer seg 0 C. Avansert styring nødvendig når borehullene også skal levere kjøling. Borehull +3 C

18 Simuleringsverktøyet TRNSYS Eksempel på ferdig system: Anlegg som prosesserer og lagrer kaldt kjølevann når det er gunstig

19 Simulering: Få ut data om ønskede parametere Eksempel på lønnsomhet ved å produsere kjøling om natten. Sammenligning av effektforbruk i forhold til strømpris kw NOK/kWh Klokkeslett DTES-anlegg Standard AC-anlegg Elspot 0.00

20 NIVA og forskningsbedriften Gether as har unik tilgang til teknologien med Dynamic Thermal Energy Storage, DTES Optimert dynamisk styring utvikles i samarbeid med Institutt for Teknsisk Kybernetikk, NTNU. Vi har simuleringsverktøyet TRNSYS som gjør det mulig å dimensjonere de ulike komponentene i forhold til hverandre med relativt stor treffsikkerhet.

21 Konseptet er utarbeidet av: Asplan Viak, Gether as og NIVA i samarbeid som vant førstepremie i Undervisningsbyggs konkurranse for å fase ut olje- og elektrokjelene i Osloskolene H.Skarphagen og K. Gether 23. september

22 Vi ønsker å finne partnere med eiendommer som kan være egnet for å lage ulike demonstrasjonsanlegg. Forskningsstiftelsen NIVA sammen med eiendomsbransjen vil lettere kunne løse ut midler fra Forskningsrådet. Med forskningsmidler i ryggen er risikoen for budsjettoverskridelser for utbygger sterkt redusert. H.Skarphagen og K. Gether 23. september