Højeffektive - højtemperatur varmepumper til industriel køling
Termografering af en højtemperatur varmepumpe. Foto: Weel og Sandvig.
Projektet "Højtemperatur varmepumper til industri køling" er et projekt bevilget under ELFORSK-puljen, som administreres af Dansk Energi.Rapporten omhandler teoretisk analyse af forskellige former for integration af varmepumper i industrien, såvel som et demonstrationsanlæg, der tjener til projektets praktiske udførsel. Varmepumpeteknologien har været kendt gennem mange år og varmpumper har været tilgængelige i ligeså mange. De har gennem de seneste årtier holdt sit indtog som billigt alternativ til fjernvarme i privat boligbebyggelse samt som favorabel varmekilde i egne uden varmeforsyning så som landejendomme og sommerhuse. Til gengæld har det haltet lidt med udbredelsen på det industrielle marked, hvor antallet af enheder stadig er begrænset sammenlignet med vores nabolande. Dette har grobund i flere forskellige problemstillinger: Elpris, udvalg af produkter med tilstrækkelig høj temperatur, stor andel af fjernvarme, usikkerhed om afgiftsforhold og lignende. Det er projektgruppens opfattelse at afgifterne er med til at afskrække evt. interessenter og derfor falder mulige projekter til jorden allerede inden de ser dagens lys. Holdningen synes at være: ”Det kan ikke lønne sig, når der skal betales afgifter”. Dette er imidlertid ikke hele sandheden og oftest skal en grundig analyse danne grundlag for en endelig vurdering. Det i konkrete tilfælde fra Jensens Køkken viser at en fornuftig rentabilitet opnås, selv med fuld afgiftspåtegning. Endvidere synliggøres det, at den mulige årlige besparelse forhøjes, når man betragter systemet i et ikke afgiftsbelagt perspektiv. Rapporten beskriver systemintegration mellem varmepumper og eksisterende industrielle køleanlæg. Ammoniakanlæg i industrien anslås at have en fordelingsnøgle på 85%, hvorfor kun en analyse af denne type installation som overskudsvarmegiver er inkluderet i denne rapport. Som potentiel varmeoptager undersøges derimod både varmepumper med CO2 og Isobutan som kølemedie, da disse er de interessante kølemidler til frembringelse af højtemperatur varme. Det ses gennem projektet at kombinationen af varmepumpe med eksisterende kølanlæg kan frembringe fordelagtige situationer, hvor virkningsgraden på varmepumpen er særdeles høj samtidig med at el- og vandforbruget til køleanlægget reduceres. Analysen gengiver at CO2 er foretrukket frem for Isobutan i de tilfælde hvor et højt temperaturløft er ønsket, hvorimod fordelen tipper til Isobutans side ved lavere temperaturløft. I demonstrationsprojektet viser rapporten at varmepumpen isoleret set har en COP på 4,1, mens man ved at betragte systemet som helhed, opnår en COP på 5,5. Udover øget virkningsgrad profiterer løsningen ved at have en reduktion i CO2-udledning på 81 ton/år, og en besparelse på 470.000 kr/år.
Rentabiliteten ved udnyttelsen af overskudsvarmen fra et industrikøleanlæg er meget påvirket at afgifterne.
Reglerne kan forekomme forvirrende og uigennemskuelige, og det er derfor nødvendigt at lave en grundig undersøgelse forud for et muligt projekt. Både fordi at afgiften ikke nødvendigvis er en ”show stopper”, men også fordi afgiftssatserne kan variere meget over tid. Afgiftsopgørelsen for dette studie viser at man både skal kigge på elafgifter og overskudsvarmeafgifter og ydermere tage sig i agt, at den samlede afgift er forskellig fra sommer til vinter.
Ved systemintegrationen af en varmepumpe med et eksisterende ammoniak-anlæg ses det, at både CO2 og isobutan har højere COP jo koldere tilgangsvandet er. Ligeledes har afgangsvandets temperatur en stor betydning for COP, og jo koldere afgangsvand, des højere COP kan der opnås. Begge kølemidler viser sig at have et relativt stort indsatsområde, og CO2 er optimalt ved tilgangstemperaturer under 30°C, og kan reelt ikke bruges ved tilgangstemperaturer over 45°C. Isobutan er optimalt ved temperaturer over 30°C, mens COP under 30°C stadig er god, og næsten på niveau med CO2.
Projektets praktiske udførsel er et demonstrationsanlæg ved Jensens Køkken i Struer. Der er her tale om et 200 kW CO2-varmepumpeanlæg integreret med et eksisterende 900 kW ammoniakkøleanlæg.
Erfaringer med dette system viser at en sammenkobling mellem sådanne to anlæg er interessant ud fra flere betragtninger. Selve forbindelsen mellem anlæggene er skabt vha. en vandkreds og dette system har vist sig nyttigt. Vandkredsen er taknemmelig ud fra et reguleringsmæssigt syspunkt og viser sig som en god buffer mellem udsving i hhv. ammoniak- og CO2-anlæg. Desuden er det en sikkerhedsmæssig god ide, idet at en evt. lækage ikke vil resultere i nær de samme problemer som en lækage i en kaskadeveksler, hvor indsivning af kølemiddel mellem de to anlæg kan være fatale.
Driftsresultaterne for varmepumpen viser, at varmepumpen isoleret set opnår en COP på 4,1 ved opvarmning af brugsvand fra 20°C til 70°C. Denne effektfaktor forøges væsentligt (til COP=5,3) når man indregner den varmeveksler der, uden kompressorarbejde, forvarmer rengøringsvandet fra 8°C til 20°C, inden det strømmer ind i varmepumpen. Slutteligt øges systemets COP til 5,5 når man inkluderer den reducerede vandmængde i fordampningskondensatoren samt det reducerede ventilatorelforbrug.
På bundlinen udmønter den høje COP sig i en økonomisk besparelse på tæt ved 500.000 kr. på årlig basis. En besparelse der ville være 20 % større såfremt det varme vand kunne ville kunne omsættes til procesformål. Jensens Køkken opnår en varmeproduktionspris på 215 kr/MWh inkl. alle afgifter.
Oven i den økonomiske besparelse giver anlægskonstellation et reduceret CO2-udslip på ca. 80.000 kg/år.
Mere information
342-078