Varme effektivisering Høytemperatur varmepumpeteknologi 23 september 2010 Bjarne Horntvedt
Bakgrunn Industriell energieffektivisering ved Institutt for energiteknikk (ca (20 år) Bransjenettverket for energibruk i norsk energi starten på industrinettverket hos Enova Avdekket behov i industrien og utviklet deretter en høytemperatur varmepumpe med arbeidsmediet vann/ammoniakk (HybridVP) Hybrid Energy AS siden 2004 bygger industrielle varmegjenvinningsystemer med høytemperatur varmepumper.
Hvorfor pumpe varme med en varmepumpe? Dersom man har spillvarme med en lavere temperatur enn det man trenger for å kunne varme en prosess eller bygninger. Oppgradere spillvarme eller hente varme fra omgivelser)
Egenskaper for varmepumper Prosessen drives (ofte) med elektrisitet (eksergi) Lavt temperaturløft gir best virkningsgrad (COP) Varmepumpeprosesser som fordamper/kondenserer gir ofte høy virkningsgrad og kompakte varmevekslere Enkelte arbeidsmedier og prosesser gir fordeler ved spesielle temperaturforhold Et høytempartur arbeidsmedium har høy koketemperatur ved forholdsvis lavt trykk (under 25 bar) Koketemperaturen øker med økende systemtrykk, derfor må enkelte høytemperatur varmepumper ha høyt systemtrykk. Enkelte kuldemedieblandinger gir temperaturglidning (kokepunktsendring) ved kondensering/fordamping
Grov inndeling av arbeidsmedietyper Syntetiske arbeidsmedier ( vanlige varmepumper ) Eksempler: R410, R407, R134a Naturlige arbeidsmedier i varmepumper: Eksempler: Ammoniakk ( Industrielle varmepumper NI ) CO2 ( høytrykksvarmepumper ) Vann/ammoniakk ( hybridvarmepumper - glidning )
Energibehov i industribedrifter høy-høy temperatur HTdamp Elektrisitet - direkte Dampkjel ca 180ºC (Bio, gass, olje, el) LT-damp(kondensat) Fjernvarme hettvann-115ºc Varmtvann varmefordeling bereder ca 80-90ºC Lavtemperatur fordelingskrets ca 35-60 ºC Spillvarme (lite nyttig)??? ºC omgivelser?
Kjøle/fryse behov i industribedrifter Kjøletårn kondensatorer frikjøling 0-35ºC Isvann direkte kjøling kjølemaskiner 2-7ºC Glycol CO2 fra fryseanlegg -5 til -8ºC Ammoniakk HT eller alternativ -10ºC Frysemaskin Ammoniakk LT -40ºC Cryogene temp eks flytende Nitrogen
Varmegjenvinningsanalyser Temperatur 130 ( C) 120 110 Intern varmeveksling 100 90 80 70 60 Hybrid varmepumpe Bedriftens varmebehov 40 30 20 Bedriftens kjølebehov 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Effekt (kw)
Hjelpesystemer Eksempel meieri Varmt tappevann Pasteur Vaskestasjon Råmelk Koking Kjølelager Pasteur Kjøling av utstyr Isvann ~ 0-5 C Klimakjøling Rom oppvarming Inndamper Damp 100-180 C Urent vann Rent vann Nettvann 8-15 C Direkte kjøling 10-20 C Kondensatorvarme Varmtvannsbereder (el) 80-95 C Spillvarme Økende Temperatur
Gjenvinning med varmepumpe (eksempel) Råmelk Pasteur Kjølelager Kjøling av utstyr Klimakjøling Varmt tappevann Rom oppvarming UHT-behandling Vaskestasjon Pasteur Sparevann Damp Isvann ~ 0-5 C 10 C Nettvann 8-15 C Direkte kjøling 10-20 C Spillvarme Sparevann Varmtvannsbereder (el) 80-95 C 100-180 C Hybrid VP Økende Temperatur
Alternativer for å utnytte spillvarme Forvarming med VV + Olje, Gass, Bio, elektrokjel Forvarming med LTVP + Olje, Gass, Bio, elektrokjel Forvarming + HTVP Elproduksjon med spillvarme Naboen
Hva er viktigst i din bedrift? Lav investering og kortest mulig payback Redusert miljøbelastning (Miljøprofil) Lavt energiforbruk og lave energikostnader (produksjon) Minst mulig arbeid (og kunnskap) Lavest mulig risiko ved investeringer
Absorber Kompressor Løsningsvarmeveksler Ekspansjonsventil Løsningspumpe Desorber
40-65 C HYBRID VARMEPUMPE (Absorpsjon/Kompresjon) Absorber 70-130 C Varmt vann Strupeventil Kompressor Løsnings pumpe 20-40 C Desorber 40-60 C Kjøltvann Spillvarme
HP receiver Absorber Desuperheater Solution heat exchanger Cooling Compressor Expansion valve Desorber Solution Pump Liquid/ vapour separator
Eksempel: Nortura, avd. Rudshøgda Ett-trinns anlegg Leverer til prosessvann på 83 grader til 200 m3 tank Henter varme fra varmepumpe / akkumuleringstank 650 kw COP i snitt for 13000 timer - ca. 4,5 Sparer over 3 Gwh (10% red i spesifikt forbruk) Tilbakebetalingstid på ca. 2 år
Hybrid Varmepumpe og tanksystem Reduserer utslipp med ca 850 tonn CO2 i året Reduserer oljeforbruket med ca 350.000 liter i året Kostet 3,5 mill kroner Sparer over 3 GWh i energi årlig Gir bedre vaskekapasitet og fleksibilitet i systemet Utviklet i Norge, eneste leverandør i verden, patentert Bruker spillvarme + el til å gi varmt vann av 70-130 C Kan erstatte oljekjel i samme hettvannskrets
Prioritert marked for Hybrid Energy AS Spillvarmegjenvinning til nyttig varme i området 50-130 C Næringsmiddelind. Spillvarme, Kjøleanlegg + varmvannsbehov Prosessindustri med passende temperaturer (eks fødevann) Røykgasskondensering i varmesystemer Biogassproduksjon Spillvarmegjenvinning til fjernvarmesystemer
Eksempel: Nortura, avd. Egersund to-trinns anlegg (Ren ammoniakk + ammoniakk/vann) Leverer til prosessvann på 83 grader til 100 m3 tank Henter varme fra kjøle/fryseanlegg 500 kw LT-VP + 275 kw Hybrid VP Sparer ca 2,5 Gwh Tilbakebetalingstid på ca. 2-3 år
Passer i næringsmiddelindustrien Gir balanse mellom spillvarme og behov i produksjonen også om sommeren. Passer til oppvarming av forbruksvann (temp.glidning) Sparer olje/gass i praksis, ved å produsere hettvann (80-95 C) Bedriftene har kompetent personell til drift og vedlikehold Ønsker industrikvalitet og kjente komponenter Akkumulering på høy temperatur gir fleksibilitet Akkumulering øker sparing fra eksisterende gjenvinning Redusert energibruk sparer hele veien til kilden (Enova)
Bekkelaget Renseanlegg, Biogass prosessvarme + romoppvarming Henter varme fra utløps-strøm fra råtnetank Leverer varme til oppvarming av råtnetank + lokaler Største anlegg av hybrid VP (1100 kw) Ett trinns anlegg Sparer 5-6 GWh i året Øker biogassproduksjon 60 busser kan drives istedenfor 40 busser Satt i drift mars 2010
Bekkelaget renseanlegg (1100 kw)
Besparelse med varmepumper (Regneeksempel) A. Vanlig varmepumpe + ettervarming damp (50-90 C) VP varmer fra 50-70 C (500kW og COP=3,0) Damp varmer fra 70-90 C (500kW og COP=1,0) Total COP=2,0- ved 6000t => 2 GWh spart (333kW) B. Hybrid varmepumpe (50-90 C) VP varmer fra 50-90 C (1000kW og COP=3,0) Total COP=3,0- ved 6000t => 4 GWh spart (666kW) NB: Etter lik payback, sparer Hybrid VP dobbelt så mye.
KONVENSJONELL VARMEPUMPE T Kondenserende Arbeidsmedie Vann som varmes Vann som kjøles Temperaturløft Varmepumpe HFK eller NH3 Fordampende Arbeidsmedie Distanse
HYBRID VARMEPUMPE T Kondenserende + absorberende Arbeidsmedie Vann som varmes Vann som kjøles Temperaturløft Varmepumpe Vann/ammoniakk Fordampende + desorberende Arbeidsmedie Distanse
Hybrid Energy AS Stiftet 2004 omsetning i 2009 var ca 7 mill kr Arbeidsområde: Prosjektering og salg av energigjenvinningssystemer og hybride varmepumper innen industri og større energianlegg + Energianalyser når nødvendig. Norskutviklet teknologi patentert VV løsning 6 personer i ressursgruppen 3 fast ansatt Bakgrunn fra IFE og industriell energieffektivisering ( Bransjenettverket ) 6 industrielle anlegg installert (TINE, Nortura, IFE, biogass) Hjemmeside: (www.hybridenergy.no)