Heat and Power Technology

Tekniska möjligheter och potential för högtemperaturvärmepumpar i kommunala och industriella energisystem

Marcus Eriksson Medverkande: Elforsk, York Refrigeration, Götaverken,

Heat and Power Technology

Högtemperaturvärmepumpar

• Definition här: Möjligt att leverera värme vid en temperatur > 80 °C • Frågeställningar: – Vilka olika alternativ finns och vilka är de tekniska begränsningarna för dessa.

– Hur är den ekonomiska möjligheten att använda en högtemperaturvärmepump i ett fjv-system.

Heat and Power Technology

Värmepumpsalternativ i studien

KompressionsVP: • Kolväten • Koldioxid • Ammoniak • HFC-236 fa Andra VP: • AbsorptionsVP • Värmetransformator • Mekanisk ångkompression • Kompressions/ absorptionsVP

Heat and Power Technology

Kolväten

Styrka •COP, Transport,Tryck Svaghet •Säkerheten Status •Relativt utvecklad teknik Behov Harmonisering av direktiv och regler kring säkerheten

Heat and Power Technology

Ammoniak

Styrka •Naturligt medium som inte är lika brännbart som kolväten Svaghet •De höga trycken •Låg molekylvikt (turbo) •Överhettningen •Giftigheten Status •Ej använd i denna temperaturnivå Behov •Komponenter vid höga tryck

Heat and Power Technology

HFC-236 fa

Styrka •Ej brännbar Svaghet •HFC-media med högt GWP •Sämre COP och volymetrisk kapacitet än isobutan Status •Brandbekämpningsmedel •Använd som R114 ersättare Behov •Beroende på framtiden för HFC-medier

Heat and Power Technology

Koldioxid: Transkritisk process

Heat and Power Technology

Koldioxid

Styrka •Ofarlig(men höga tryck) •Överkritisk ger möjlighet möjlighet till optimala tryck med höga uttemperaturer (ensteg) •Små tryckförhållanden •Små volymer Svaghet •De höga trycken •Expander kan bli nödvändig för tillräcklig COP •Kräver möjlighet till att kyla gasen långt Status •Väcker stort intresse men ovanlig i denna tempnivå Behov •Komponenter vid höga tryck

Heat and Power Technology

Mekanisk ångkompression

Styrka •COP •Kan använda processmedium Status •Väl utvecklad och använd i industrin Svaghet •Stora volymsflöden •Låg molekylvikt •Stora tryckförhållanden Behov/möjlighet •Användning i kaskad med annat medium

Heat and Power Technology

Absorptionssystem

(transformator/värmepump) Styrka •Låg elanvändning Svaghet •Temperaturlyft begränsade •Korrosionsrisken ökar vid ökade temperaturer Status •Vanlig i andra tillämpningar, tranformatorn mindre mindre vanlig här, finns i Japan Behov/möjlighet •Andra arbetspar

Heat and Power Technology

Kompression/absorption

Styrka •Komposition ger extra frihetsgrad •Låga tryck Svaghet •Kräver stor gradient på sänkan för att konkurrera Status •Prototypanläggningar r finns byggda Behov •Kompressorer •Design

Heat and Power Technology

Möjligheter i ett Fjv-system

• Grundfråga: Är en högtemperaturvärmepump konkurrenskraftig mot en värmepump med lägre leveranstemperatur kompletterad med spetsvärmning?

Heat and Power Technology

Rörlig kostnad (negativ =besparing) 0.08

Marginell rörlig kostnad i kr/kW h för temperaturhöjningen jmf med biopanna 0.06

0.04

0.02

40 öre/kW h 0 -0.02

-0.04

30 öre/kW h

Elpris COP m

arg

inal



Bränslepri s



t

-0.06

20 öre/kW h • -0.08

0 5 10 15 20 25 30 Spillvärmetemperatur 35 40 45 50 Rörlig kostnad i kr/kWh vid olika elpris (inkl skatter) och olika temperatur på källan, då spetsvärmen är biopanna med bränslepris 12öre/kWh, verkningsgrad 85%, leveranstemperatur 100°C. Isobutan i 2 steg economizer.

Heat and Power Technology

Ekonomisk möjlighet utvärderad med möjligt investeringsutrymme (ett exempel med biopanna som spets) 600 550 500 450 400 1000 timmar 350 300 250 200 150 500 timmar 100 0 5 10 15 20 25 30 Spillvärmetemperatur 35 40 45 50 • Investeringsutrymme i kr/kW ersatt spetsvärme vid olika tider då värmepumpen begränsas av dess leveranstemperatur som funktion av källans temperatur. Biopanna är spetsvärme. Elpris 20 öre/kWh. Leveranstemperatur 100 °C.

Heat and Power Technology

Slutsatser

• Svårt att få konkurrenskraft om spetsvärme finns tillgängligt pga: – Det finns normalt under stor del av året ledig kapacitet i anläggningar som behövs av effektskäl någon gång under året som kan spetsvärma.

– Den tid då värmepumpen behöver ge hög leveranstemperatur är normalt begränsad.

• Möjligt i speciella fall t.ex. lagring (om ledig kapacitet finns), avlägsen källa, lokala förutsättningar gör att spetsvärme inte finns tillgängligt.Varje sådan utvärdering får därför göras under lokala förutsättningar.