Termisk energidistribusjon - lavenergi krever nye løsninger siv. ing. Vidar Havellen
Status i dag Dagens fjernvarmetariffer - stive regler, lite fleksible Fjernvarmeselskapene vil ha strømlinjeformet kundemasse, lite interessert i å tilpasse avtaler og løsninger til kundene Ofte høytempererte fjernvarmeanlegg +100 til 120 C turtemperatur Ikke orientert mot energieffektiv bygg, forventer kunder med høy brukstid (energi pr år/maks effekt) - passivhus og lavenergihus har brukstider mindre enn 12-1300 timer mot 18-2200 timer på tradisjonelle bygg. Moderne lavenergi og passiv hus, oppvarmingsbehov først under +5 C ved normal bruk? Få fjernvarmeselskap leverer kjøling Mye "krangler", står på konsesjonskrav og tilknytningsplikt Lite villig til å levere spisslast (forståelig)
Status i dag Energimerkeordningen diskriminerer fjernvarme, og gjør dette enda mindre interessant for kunder som ønsker gode energimerker. Fjernkjøling diskrimineres ikke like mye da man får benytte samme systemvirkningsgrad som om det var en lokal isvannsmaskin. Fjernvarmeselskapene vegrer seg for å ta i mot varme til sitt nett (forståelig da dette ødelegger for deres egen mulighet til energioptimal og miljøvennlig energiproduksjon) I et hvert fjernvarmenett er det viktigst at grunnlasten er billig i drift og miljøvennlig (bl.a. krav til maksimalt 50% ikke fornybar energiproduksjon for å få lav sats på forbruksavgiften)
Grunnlast i fjernvarmesystemer
Forslag til nye fjernvarmeprodukter Backup For kunder som har lokal varmepumpe/energibrønnanlegg for termisk energilagring kan backup som produkt være interessant. Kan selges til en fast årsavgift pr kw (f.eks. 100-200 kr/kw) samt en høy energipris (> 1 kr/kwh). Backupbehovet samlet for en by vil være lavt da det er lite sannsynlig at mange har driftsutfall av egne anlegg samtidig. Vil belaste nettet lite av samme årsak, og fordi det er lite trolig at mange har utfall på den kaldeste dagen
Forslag til nye fjernvarmeprodukter Varmelevering fra returnett Moderne bygg har lavere varmebehov (W/m²). Radiatornettet kan bygges mindre, eller man kan bygge det for lavere distribusjonstemperaturer. Påstand: TEK10-bygg varmeanlegg koster som 60/40-anlegg ikke mer enn 80/60-anlegg etter gamle byggeregler. Nye bygg med høy miljøprofil kan uten problemer bygges som utekompensert 55/40-anlegg (tappevann må løses separat med egen tappevannsveksler eller ettervarmebereder) I sentral nettområder kan varmen leveres fra returnettet, evt. med spissemuligheter fra turnettet ved behov. De fleste fjernvarmeanlegg har returtemperaturer over 60 C på det kaldeste om vinteren. Denne løsningen gir store fordeler for fjernvarmeselskapet, ingen økt pumpearbeid og økt kapasitetsutnyttelse på fjernvarmerørene. Øker muligheten for fjernvarmeselskapet til å utnytte egne varmepumper og andre lavtemperatur energikilder med høyere effektfaktor Krever noe økt varmevekslerflate lokalt og lokal returvannspumpe.
Systemløsninger for termisk energidistribusjon Fjernvarme/fjernkjølenett (Sandvika/Lysaker/Fornebu) Velprøvd system over 25 år Sentral varmepumpe med kloakk eller sjøvann som energikilde Gjenvinner kjøleenergi Lavtemperaturanlegg varme, max 90 C(?) Ønsker høye returtemperaturer på kjøling Kjøledistribusjon krever stor rørdimensjoner Mellomtemperaturdistribusjon (Universitetet i Bergen) Lokalt nett med lokale varmepumper henter varme fra mellomtemperaturnettet. Sentral varmepumpe henter varme fra sjøen. Kondensatorvarme fra kjølemaskiner kan dumpes i det samme nettet. Ulempen er et temperaturmessig systemtap pga mellomtemperaturen.
Systemløsninger for termisk energidistribusjon Lavtemperaturnett med lokale varmepumper (Eid) Kun distribusjon av lavtemperaturvann for utnyttelse i lokal varmepumper Dumping av kondensatorvarme i samme nett Lokale nærvarmenett med kobling mot fjernvarmen (Marienlyst, Drammen og Vulkan, Oslo) Lokale varmepumper som lager grunnlast Fjernvarme spisser og backup
Norconsult AS
Løsningen for Strømsø Lokalt nærvarmenett - dimensjonert for 60/43 C på de kaldeste dagene. Bygninger dimensjoneres for 55/40 C. Tappevann forvarmes fra nærvarmenettet, solenergi om sommeren for spissing. Overskuddssolvarme (nødkjøling dumpes til nærvarmenettet). Elektrisk elkolbe for vinterspissing av tappevann (kun en liten andel av total varmeproduksjon til tappevann - mindre enn 25% av totalen) Nærvarmenettet utekompenseres, flow opprettholdes, 25-30 C turtemperatur om sommeren All overskuddsvarme fra lokale kjølemaskiner kan dumpes i dette nettet (overskuddsvarme fra datakjøling utnyttes alltid lokalt i vinterhalvåret) - høy COP på lokale maskiner, dimensjoneres med maks 38-40 C utgående temperatur fra kondensator
Løsningen for Strømsø Sentralt i nettet er energilageret - på Strømsø kan dette være sjø/elv men andre steder kan dette være termisk energilager i grunnen Fjernvarmenettet er kun backup, sentrale varmepumper skal dekke 100% av normalbehovet Dette krever et stor akkumuleringsvolum Kun ett distribusjonsnett! Lavere kostnader. Ikke behov for brenselfyrte backup/spisslast Ikke behov for tørrkjølere Ideelt sett skulle vi hatt energibrønner for sesonglagring av energi, men vi må sannsynligvis bruke sjøen
Fordeler med lavtemperatur nærvarme Redusert varmetap i rørnett: Dim T/R C Midl T/R C Varmetap Serie 1 kw/km grøft Varmetap Serie 2 kw/km grøft 60/43 50/35 18,8 15,9 100/70 80/55 32,1 27 120/70 90/60 34,5 25,6 Gjelder DN100-rør (DN80 for 120/70) Mindre pumpearbeid - lavere sentral løftehøyde pr kw forbrukerbehov (magefølelse) Økt effektfaktor på sentral varmepumpe: Effektfaktor To-trinn 0/62 NH 3 4,0 To-trinn 0/90 NH 3 3,0
Prinsippskisse med lokal kjøling Elektrisk ettervarme av varmtvann Lokal varmegjenvinning av evt. datakjøling 60/43 C 55/40 C Fjernvarme - backup Vinterhalvåret Sentral VP 100% Varme fra sjø
Prinsippskisse med lokal kjøling Tappevann: Solvarme+ evt. elektrisk ettervarme av varmtvann Lokal varmegjenvinning av evt. datakjøling 25/35 C 38/30 C Lokale kjølemaskiner VVX Varme til sjø Sommerhalvåret