absorptionskylmaskin för ökat värmeun- · pdf fileumeå universitet...

UMEÅ UNIVERSITET Institutionen för Tillämpad fysik och elektronik

2006-05-30

Absorptionskylmaskin för ökat värmeun-derlag

Anders Wiberg

Examensarbete C 10p inom högskoleingenjörsprogrammet i energiteknik

Handledare: Fortum värme, Per Persson Umeå universitet, Åke Fransson

Umeå Universitet Examensarbete Institutionen för Tillämpad fysik och elektronik

2

Sammanfattning På uppdrag av Fortum värme i Hudiksvall har jag fått i uppgift att undersöka lönsamheten av en investering i absorptionskylmaskin med fjärrkylanät och övrig kringutrustning. Anledning-en till detta är att få ett ökat värmeunderlag till kraftvärmeverket under den varmare delen av året, sänka produktionskostnaden för fjärrvärmen och producera mer el samt kunna tillgodose kundernas behov av kyla. Kraftvärmeverket kan för tillfället inte användas under perioden juni-augusti pga. att värmeunderlaget är för lågt. Fördelarna med absorptionskyla i kraftvärmesammanhang är att ett överskott av värme kan användas för att producera kyla. Kylmaskinens behov av värme är direkta motsatsen till fjärr-värmenätets. När behovet av fjärrvärme i nätet är som minst är kylmaskinens behov som högst. Dessa två system kompletterar därför varandra bra. För att dimensionera anläggningen bestämdes den maximala kyleffekten. När den var antagen byggdes systemet upp runt detta. Det beräknades sedan om till hur kylbehovet ser ut under året, för att få reda på mängden energi som behövs och kan säljas i olika former. Priserna för utrustning, material och energi införskaffades för att utföra de ekonomiska beräkningarna. Beräkningarna i rapporten visar att det är lönsamt att bygga ett fjärrkylanät med absorptions-kylmaskin i Hudiksvall. Pay off tiden blir ca 2,25 år. Bergmansparken är en bra placering av kylmaskinen. Kylvattnet till kylmaskinen kan tillgodoses med hjälp av en pumpstation place-rad i hamnen och ledas in till centrum via rör lagda i kanalen. Utförliga mätningar och säkrare bestämning av kundunderlag rekommenderas innan eventuell investering sker. Detta för att verkligen dimensionera systemet efter de exakta förhållandena som råder.


3

Absorption chiller for increased heating basis By: Anders Wiberg Abstract Commissioned by Fortum värme in Hudiksvall I have investigated the profitability of invest-ing in an absorption chiller with district cooling distribution net and other excess equipment. The reason for this are to get a increased heating basis for the power plant during the warmer part of the year, reduce district heating production costs, produce more electricity and satisfy the customers cooling needs. The power plant can’t be used during June-august due to inade-quate heating basis. The benefits with absorption cooling and district heating systems is that excess heat can be used to produce chill. The absorption chillers need of heat is the opposite of the district heat-ing distribution net. When the need for district heating is low the absorption chiller needs is high. These two systems are for that reason good complements for each other. The decision was made for maximum cooling effect to dimensioning the construction. The system where then built up around this assumption. The calculation of how cooling needs vary over the year where then decided, to figure out the amount of energy needed and pro-duced in different shapes. Prices for equipment, material and energy where collected to do the economical calculations. The reports calculations shows that its profitable to build a district cooling distribution net with absorption chiller in Hudiksvall. The payoff time is approx. 2,25 years. Bergmansparken is a good placement of the absorption chiller. Cooling water can be distributed with a pump-ing station placed in the harbour to the central Hudiksvall via pipes in the canal. Detailed measurements and better determination of customer basis are recommended before eventual investment take place. This to really dimensioning the system after the precise cir-cumstances.


4

Innehållsförteckning 1 INLEDNING ...................................................................................................................................................... 5

1.1 BAKGRUND .................................................................................................................................................... 5 1.2 SYFTE............................................................................................................................................................. 5 1.3 FÖRUTSÄTTNINGAR........................................................................................................................................ 6 1.4 BERÄKNINGAR ............................................................................................................................................... 6

2 ABSORPTIONSKYLMASKINEN................................................................................................................... 7 2.1 ABSORPTIONSKYLMASKINENS FUNKTION ...................................................................................................... 7 2.2 OLIKA TYPER AV ABSORPTIONSKYLMASKINER .............................................................................................. 8

2.2.1 Vatten-Litiumbromid .............................................................................................................................. 8 2.2.2 Ammoniak-vatten.................................................................................................................................... 8

3 METOD .............................................................................................................................................................. 9 3.1 EFFEKTBEHOV/DIMENSIONERING .................................................................................................................. 9

3.1.1 Kylbehovet i Hudiksvall ......................................................................................................................... 9 3.1.2 Dygnsutjämning ..................................................................................................................................... 9 3.1.3 Ackumulatortank .................................................................................................................................. 10 3.1.4 Extern kylning ...................................................................................................................................... 10

3.2 NORMALÅRSKORRIGERING .......................................................................................................................... 11 3.3 ENERGIPRODUKTION OCH BEHOV................................................................................................................. 11

3.3.1 Kylproduktion....................................................................................................................................... 11 3.3.2 Värmebehov ......................................................................................................................................... 12 3.3.3 Värmeunderlag..................................................................................................................................... 12 3.3.4 Bränslebehov........................................................................................................................................ 12 3.3.5 Elproduktion......................................................................................................................................... 12

4 RESULTAT OCH DISKUSSION................................................................................................................... 13 4.1 KYLEFFEKT .................................................................................................................................................. 13 4.2 VAL AV KYLMASKIN .................................................................................................................................... 13 4.3 DYGNSUTJÄMNING....................................................................................................................................... 14 4.4 ACKUMULATORTANK................................................................................................................................... 15 4.5 SPILLVÄRMEEFFEKT..................................................................................................................................... 16 4.6 KYLKRETSEN ............................................................................................................................................... 16

4.6.1 Pumpen ................................................................................................................................................ 16 4.6.2 Kylvattnets uppvärmning ..................................................................................................................... 18

4.7 NORMALÅRSKORRIGERING .......................................................................................................................... 19 4.8 KYLPRODUKTION ......................................................................................................................................... 20 4.8 VÄRMEBEHOV.............................................................................................................................................. 21 4.9 VÄRMEUNDERLAG ....................................................................................................................................... 23 4.10 BRÄNSLEBEHOV......................................................................................................................................... 24 4.11 ELPRODUKTION.......................................................................................................................................... 26 4.12 FJÄRRKYLANÄTET ..................................................................................................................................... 27 4.13 ANTAGNA OCH ÖVRIGA KOSTNADER .......................................................................................................... 28

5 SLUTSATSER.................................................................................................................................................. 29

6 REFERENSER................................................................................................................................................. 30


5

1 Inledning

1.1 Bakgrund I Hudiksvall byggdes i början på 90-talet ett kraftvärmeverk som var överdimensionerat, detta för att tillgodose det framtida värmebehovet. När kraftvärmeverket byggdes ansågs Hudiks-vall stå inför en kraftig expansion [1]. Så blev dock inte fallet och därför står Fortum värme nu med en överdimensionerad anläggning som under sommarmånaderna har ett för lågt vär-meunderlag för att överhuvudtaget användas. Kraftvärmeverket får i stort sett tas ur produktion under sommarmånaderna juni-augusti. Fjärrvärmen produceras då med tallbecksolja, till en mycket högre kostnad. Priserna på tall-becksoljan har stigit med närmare 30 % till 450 kr/MWh som kan jämföras med flispriset på ca 180 kr/MWh [1], vilket förstärkt viljan att göra något åt problemet. Kraftvärmeverket har en märkeffekt på 50 MW och kan vara i drift ner till ca 10 MW [1]. Värmeunderlaget måste vara ca 8 MW för att anläggningen ska kunna vara i drift. Detta eftersom ca 20 %1 av energin går till elproduktionen. Dagens lägsta värmeunderlag infinner sig på varma sommarnätter och är ca 3,5 MW[1].

1.2 Syfte Detta är ett examensarbete på 10p inom högskoleingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitet. Uppdragsgivare har varit Fortum värme i Hudiksvall. Syftet med arbetet är att undersöka om en fjärrvärmedriven absorptionskylmaskin skulle kunna höja värmeunderla-get tillräckligt mycket för att även använda kraftvärmeverket i Hudiksvall under sommaren. Beräkningar rörande ackumulator, fjärrkylnät, kylkrets samt placering av dessa och absorp-tionskylmaskinen ska utföras inom arbetet. De positiva effekterna av detta skulle kunna bli enligt nedan:

• Fjärrvärmen kan produceras till ett mycket lägre pris per MWh • El kan produceras under sommaren, en dubbel effekt uppnås därmed genom att mind-

re el används samtidigt som förnyelsebar el produceras. Det leder till en bra miljöef-fekt eftersom el producerad på marginalen kvittas bort. Marginalproducerad el kan sä-gas vara producerad med kolkondenskraftverk eftersom vi har en gemensam marknad där de ur miljösynpunkt sämsta kraftverken används som spetsproduktion. Om tillfäl-lig elanvändning kvittas bort vid hög last behövs minde el produceras i kolkondens-kraftverken.

• Fjärrkyla kan erbjudas till kunderna, något som i dagsläget saknas

• Kompressorkylmaskiner i stadsområdet kan ersättas med fjärrkyla vilket minskar an-vändning av köldmedier och el

Detta ska givetvis ske till ett försvarbart pris och pay off bör inte överstiga 10 år.

1 Se sida 27


6

1.3 Förutsättningar För att kunna dimensionera en absorptionskylmaskin med tillhörande kringutrustning som kylkrets och ackumulatortank, behövs följande information.

• Produktspecifikation med teknisk data vid bestämd kyleffekt, framlednings- och kylvat-tentemperaturer

• Data för variationer i kylbehov under ett dygn med topplast men även variationer under

året är önskvärt för ekonomiska beräkningar och driftperiod • Geografiska förutsättningar som placering av utrustning och höjdskillnader

• Fjärrkylanätets dragning och dimensioner

• Priser för allt från el till materiel och installation

En del antaganden får göras under detta arbete pga. okända uppgifter som inte kan bestämmas för tillfället. Beräkningarna sker dock i Excel, vilket innebär att Fortum lätt kan ändra siffror-na. Den installerade kyleffekten har tidigare undersökts i en förstudie [2]. I förstudien inventeras den installerade kyleffekten och kylbehovet i fjärrvärmeområdet. I stadskärnan inklusive sjukhuset är drygt 3 MW kyleffekt installerad. Därtill finns 2 MW installerad kyleffekt i indu-striområdet åt öster, vilket till största del består av Ericsson och Hiab. Av de tänkta fjärrkyla-kunderna har en stor del av dem redan idag kompressordriven komfortkyla. Det finns dock även tänkta kunder som idag inte har komfortkyla. En av de tänkta kunderna är ett nytt bo-stadshus som skall byggas i centrum[1]. Fjärrkylanätet är tänkt att byggas i stadskärnan.

1.4 Beräkningar Samtliga värden har sammanställts och beräknats i Excel, dessa ligger till grund för alla be-räkningar i rapporten. De flesta graferna i arbetet är baserade på Excel beräkningarna, vilka det är framgår i rapporten. Filen är gjord så att olika data ska kunna matas in och räkna ut det nya förhållandet. Detta gjordes för att antagna värden ska kunna ändras efter de fastställts. Beräkningarna är ett bra verktyg för dimensionering samt förändringar i energiproduktion och användning. I bilaga 1 har ”what´s best”, som är ett optimeringsprogram för Excel an-vänts.


7

2 Absorptionskylmaskinen Absorptionskylmaskinen är en rätt okänd typ av kylmaskin i Sverige. Den har dock börjat användas i fjärrkylanät. För närvarande finns absorptionskyla på fem platser i Sverige dessa är Göteborg, Linköping, Västerås, Umeå och Uppsala. Kontakt har tagits med Göteborgs energi, Tekniska verken i Linköping och Umeå energi. Enligt dem är absorptionskylmaskinen drift-säker, inga egentliga klagomål kom fram. I Linköping och Umeå angavs också drivtemperatu-rerna som låg på 88ºC respektive 95ºC under sommaren. Kylproduktionen under året för de två städerna har också erhållits.

2.1 Absorptionskylmaskinens funktion I absorptionskylmaskinen genereras kyla med hjälp av värme. Den har en kondensor och för-ångare men istället för en kompressor, som i en vanlig kylmaskin har absorptionskylmaskinen en absorbator, en cirkulationspump och en generator [3]. Se figur 2.1 nedan. Kylningen av vattnet som används till fjärrkyla sker i förångaren, där kylmediet förångas vid låg temperatur och mycket lågt tryck. Värmeenergin till förångningen tas från fjärrkylareturen, den kyls där-med. Det förångade mediumet går vidare till absorbatorn där det absorberas av ett transport-medium. Absorbatorn kyls externt av en så kallad värmesänka, detta kan t.ex. vara ett kyltorn. Lösningen pumpas sedan till generatorn där drivvärme tillförs från någon extern värmekälla, i det här fallet fjärrvärme. Kylmediet förångas och går vidare till kondensorn, medan den kon-centrerade lösningen (låg kylmediekoncentration) förs tillbaka till absorbatorn. Ofta placeras en värmeväxlare mellan absorbatorn och generatorn för att minska värmeåtgången i genera-torn. Ju högre koncentrationen av transportmediet är i absorbatorn, desto effektivare absorp-tion. Efter kylmediumet kondenserats mot en extern värmesänka fortsätter det till förångaren via en expansionsventil, därmed är kretsen sluten. Traditionella absorptionskylmaskiner behöver drivtemperaturer i generatorn vid mellan 120-80ºC. Maskiner som kan köras med temperaturer ner till 70ºC finns men befinner sig i utveck-lingsstadiet, eller har slutat säljas. De flesta som byggs idag är konstruerade för temperaturer på 120ºC men dessa går att köra vid 80-90 ºC men de får då större dimensioner och kostar därmed mer[4]. Det har däremot visat sig att värmesänkan har stor inverkan på absorptions-maskinens marginalkostnad. Vid 90°C drivtemperatur ökar marginalkostnaden för absorp-tionskylmaskinen med 50 % då designvärdet på kylvattentemperaturen ökar från 21 till 25 °C [4]. Låg kylvattentemperatur är alltså prioriterat för att sänka absorptionskylmaskinens kost-nad.


8

Figur2.1 Principskiss över absorptionsprocessen[5].

2.2 Olika typer av absorptionskylmaskiner Nedan beskrivs två kylmaskiner där uppbyggnaden är som ovan men de skiljer sig åt i medi-ernas uppförande, drifttryck mm.

2.2.1 Vatten-Litiumbromid Vatten-litiumbromid är ett typ av system som finns i absorptionskylmaskiner. Med den ut-formningen är vattnet kylmediet och litiumbromiden är transportmedium. Den här tekniken kan endast användas för applikationer där mintemperaturen är över vattnets fryspunkt som t.ex. luftkonditionering [6].

2.2.2 Ammoniak-vatten Ett annan typ av system är ammoniak-vatten, där är ammoniaken köldmedium och vattnet transportmedium. Kondenseringstemperaturen är ca 35°C och vid förångningstemperaturer mellan -30°C till +10°C är köldfaktorn ca 0,4 respektive 0,7. Värmefaktorn är alltid mindre än 2, oftast 1,4 till 1,7[7]. Den här tekniken kan användas för lägre temperaturer än vad vatten-litium kan åstadkomma som t.ex. för att kyla frysar och kylskåp[6] Ett sådant exempel är Pla-ten-Munters apparat som ofta används i husvagnar, kylskåpet drivs då med gasol. I denna är också cirkulationspumpen ersatt med vätgasatmosfär.


9

3 Metod

3.1 Effektbehov/Dimensionering

3.1.1 Kylbehovet i Hudiksvall Genom diskussion med min handledare [1] kom vi fram till att beräkningarna görs för en märkeffekt på 2,5 MW. För att bestämma effektbehovet under olika delar av det föregående dimensionerade dygnet användes figur 3.1. Där tre okända städers procent av kyllast fast-ställts under ett dygn med märkeffekt. På grund av att städernas procentuella kyllast under dygnet är relativt lika antogs det att även Hudiksvalls kyllast skulle följa samma mönster. Ett ungerfärligt medelvärde per timme av figuren användes för att beräkna kylbehovet under dygnet, där 100 % betyder 2,5 MW i Hudiksvalls fall. Största delen av systemet dimensione-ras sedan efter medeleffekt under detta dygn, undantagen är fjärrkylanätet och ackumulatorn. Dessa dimensioneras för att kunna leverera kyleffekten 2,5 MW i nätet.

Figur 3.1 Kyllastbehovet i tre städer under ett dygn med märkeffekt. Kyllastens relativa stor-lek skiljer sig inte nämnvärt i de olika städerna. [8]

3.1.2 Dygnsutjämning För att en absorptionskylmaskin där märkeffekten är vald till medeleffekten under dygnet ska täcka kylbehovet utan att kyleffekten blir lidande behöver kylenergi lagras. Mängden lagrad energi som behövdes vid olika tidpunkter simulerades med ”what’s best” utifrån kylbehovet under dygnet.


10

3.1.3 Ackumulatortank För att dygnsutjämna fjärrkylaproduktionen behövs en ackumulatortank. Storleken på denna bestäms genom simuleringen av dygnsutjämningen. Den största simulerade mängden lagrad energi under dygnet används till beräkning av ackumulatorns volym. I nätet lagras energi, fjärrkylaframledningen innehåller fjärrkyla. Denna volym ingår också i den lagrade energi-mängden.

3.1.4 Extern kylning För att transportera bort spillvärmen från absorptionskylmaskinen behövs en extern värme-sänka. I Hudiksvall, som är en kuststad finns kylvatten tillgängligt i fjärden. En annan möjlig-het är att använda kyltorn. Dessa är dock dyra investeringar och ska inte användas om vatten finns tillgängligt [4]. I en diskussion med handledaren vid Fortum värme [1] bestämdes tänkt placering av pumpen för kylvattnet och absorptionskylmaskinen. En pump placerad på hamnen suger upp vattnet från botten, filtrerar och pumpar det in till Bergmansparken i stadens centrum via rör lagda i kanalen. Kylkretsens ingående vattentemperatur har antagits till högst 18°C under högsomma-ren. Rörets längd antas efter mindre noggrann mätning vara 650m, varav 500m i vatten. Tem-peraturen i kanalen har också antagits till 25°C. Rören är av typen PHE tryckrör SDR 26, det-ta är en typ av plaströr som tål ett tryck på 6 bar[9]. I Bergmansparken växlas fjärdens vatten med vattnet som kyler absorptionskylmaskinens kondensor och absorbator, vattnet släpps sedan ut i kanalen. Det växlade vattnet ska hålla en temperatur på 20°C in till absorbator och kondensor. Vid lägre temperaturer finns risk för utfällning av saltkristaller i absorbatorn [10]. Om temperaturen är lägre shuntas det med utgående, varmare kylvattnen. Principen för kyl-kretsens koppling visas nedan i figur 3.2. Flödet dimensioneras efter den högsta temperaturen på havsvattnet och spillvärmeeffekten vid kylmaskinens märkeffekt.

Figur 3.2 Principskiss av absorptionskylmaskinens kylvattenkoppling.


11

3.2 Normalårskorrigering Data över värmeproduktion och bränsleanvändning i bilaga 4 är från 2005. Dessa värden be-höver normalårskorrigeras för att kostnadsberäkningarna ska bli så korrekta som möjligt. Kor-rigeringen sker med hjälp av energi-index, där�effekterna av sol, vind och temperatur inklude-rats. Ett antal faktorer som har med en byggnads energitekniska egenskaper samt läge och användningsområde ingår också i indexet [11]. Principbild för detta visas i figur 3.3. Den pro-centuella skillnaden mellan det enhetslösa indexet används för korrigeringen. Normalvärde avser beräknad normal energiförbrukning under en 30-årsperiod. Dessa värden för Energi-index 2005 och normalår visas i figur 3.4.

Figur 3.3 Visar effekterna som ingår i energi-index. [11]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec

En

erg

i-in

dex

Energi-index 05

Energi-index norm

Figur 3.4 Visar energiindex 2005 jämfört med energiindex för normalår.

3.3 Energiproduktion och behov

3.3.1 Kylproduktion Kylproduktionen under året har antagits med hjälp av kylproduktionen i delar av Umeå. Me-deleffekten per månad i Umeås kylproduktion användes för att simulera Hudiksvalls variatio-ner. Medeleffekten av absorptionskylmaskinens märkeffekt under Julimånad antogs. Reste-rande månader beräknades sedan efter Umeås kvot mellan Juli och den månad som skulle


12

beräknas, detta multiplicerades sedan med Hudiksvalls antagna medeleffekt i Juli. Medelef-fekten under månaderna multiplicerades sedan med antalet timar i månaden, därmed löstes den antagna kylproduktionen per månad.

3.3.2 Värmebehov Absorptionskylmaskinens värmebehov är beroende av kylproduktionen och kylmaskinens COP värde. För att beräkna värmebehovet antas COP värdet vara oberoende av kyllasten på kylmaskinen. Värmebehovet beräknas sedan var månad för sig beroende på kylproduktionen.

3.3.3 Värmeunderlag Kraftvärmevekets minsta värmeunderlag för att vara i drift är ca 8 MW. Värmeunderlaget kan som lägst bli ca 3,5 MW under varma sommarnätter. Det absolut lägsta värmeunderlaget som kan bli aktuellt med absorptionskylmaskinen är alltså det lägsta idag tillsammans med kylma-skinens värmeeffektbehov vid märkeffekt. Eftersom användningen av fjärrvärme är som minst under de varmaste dagarna av året då kylmaskinen går med eller nära märkeffekten. För att ta reda på hur värmeunderlaget varierar under året och vad skillnaden blir om absorp-tionskylmaskinen används i nätet, sätts den normalårskorrigerade fjärrvärmeproduktionen i medeleffekt som grund. Absorptionskylmaskinens medelvärmeeffekten för var månad och fjärrvärmeproduktionens normalårskorrigerade medeleffekt summeras. Det nya och det gamla värmeunderlaget per månad är därmed beräknat.

3.3.4 Bränslebehov Den ökade mängden bränsle som förbränns i kraftvärmeverket beräknas för att ta reda på de nya värmeproduktionskostnaderna. Värmeenergin som behöver produceras i kraftvärmeverket är, fjärrvärmen som produceras med tallbecksolja under sommaren, absorptionskylmaskinens värmebehov samt värmen som behövs kylas bort vid värmeunderlag under 8 MW. Från detta dras bränsleenergin för underhållsstoppet som beräknas vara tio dagar[1]. För att beräkna energi i form av fjärrvärme till bränsle, behövs korrigering med verkningsgrader för framled-ningsförluster i nätet, kraftvärmeverkets verkningsgrad för produktion av värme och el. Be-räkningen sker för varje månad med ökat bränslebehov.

3.3.5 Elproduktion Den ökade mängden bränsleenergi som förbränns i kraftvärmeverket leder till att elproduktio-nen ökar. Verkningsgraden för den el som produceras beräknas utifrån 2005 års driftdata. El-verkningsgraden multipliceras sedan med den ökade mängden bränsle som ska förbrännas i kraftvärmeverket.


13

4 Resultat och diskussion

4.1 Kyleffekt För att räkna ut effektbehovet under det dimensionerade dygnet multiplicerades märkeffekten 2,5 MW med kyllastbehovets fördelning varje hel timme, se figur 3.1, vilket ger kyleffektbe-hovet var timme av dygnet. För dessa värden beräknades medeleffekten under dygnet till 1,72 MW. Beräkningen för detta finns i bilaga 1. Medeleffekten blev absorptionskylmaskinens valda märkeffekt eftersom en ackumulator ska jämna ut dygnsvariationerna. Kylmaskinens effekt behöver därför inte överstiga medeleffekten under topplastdygnet. Kylbehovet vid märkeffekt är antaget till 2,5 MW enligt ovan, hela systemet är sedan upp-byggt och dimensionerat efter detta. En stor osäkerhet kan därmed vara hur många kunder som faktiskt kommer vilja ansluta sig till nätet.

4.2 Val av kylmaskin Absorptionskylmaskinen som systemet dimensioneras efter är Carriers 16LJ 52. Den är i sin tur först dimensionerad med en märkeffekt på 1,72 MW efter medeleffekten under det dimen-sionerande dygnet. Kylmaskinen drivs med en fjärrvärmetemperatur på 80°C och returen är 75°C. Fjärrkylans temperatur är antagen till 7°C på framledningen och 14°C i retur efter tem-peraturer nämnda i [2]. Kylvattnet till maskinen är 20°C och det går ut med temperaturen 27°C. Carrier dimensionerade maskinen efter specifikation av den nämnda märkeffekten, lägsta möjliga fjärrvärme temperatur, fjärrkylans temperatur och lägsta möjliga kylvatten temperatur. Kylvattentemperaturen kunde inte vara lägre än 20°C efter som det då finns risk för kristallisation i absorbatorn. Flöden och annan data tog de sedan fram, dessa data redovi-sas i bilaga 8. De antagna fjärrkylatemperaturerna är rimliga, men möjligen kan returtempera-turen vara lite lägre. Det var tänkt att göra en jämförelse med en kylmaskin från York. De hade däremot bristande intresse när de insåg att det var ett examensarbete, så det blev ingen jämförelse. Carriers budgetpris för maskinen blev 1,56 miljoner kr, inklusive igångkörning, hetvattenven-til men exklusive rör, pumpar, värmeväxlare och el-anslutning. För att ha kraftvärmeverket och därmed kylmaskinen igång under sommarhalvåret behövs en extra anställd, kostnaden för detta uppgår till ca 600000 kr/år [1]. Förhållandet mellan drivenergin och den producerade mängden kyla kallas COP-värdet. Det beräknas för den valda absorptionskylmaskinen enligt ekvation 1.

värme

absk

QQ

COP�

�..= (1)

där COP = Förhållandet mellan kylenergi och drivenergi för kylmaskinen. Elenergin till cirkula-tionspumparna har försummats eftersom det är andelen bränsleenergi som är intressant

..abskQ� = Absorptionskylmaskinens kyleffekt (märkeffekt)

värmeQ� = Absorptionskylmaskinens märkvärmeeffektbehov


14

Vid kylmaskinens märkeffekt 1,72 MW och värmeQ� 2,4 MW blir COP = 0,72 vilket beräknats i

bilaga 8 där också värmeQ� finns beräknat från kylmaskinens givna värden.

4.3 Dygnsutjämning Kylmaskinen dimensioneras för att arbeta mot en ackumulatortank för att jämna ut effekttop-par i kylbehovet. Detta har beräknats genom att använda variationen i kylbehov under dygnet och medeleffektbehovet för detta. En ekvation sätts upp för detta enligt ekvation 2.

( )( ) 1...... −+−= hAckhnätkabskhAck EtQQE �� (2) där

hAckE . = Ackumulatorns lagrade energimängd vid en tidpunkt

1. −hAckE = Ackumulatorns lagrade energimängd föregående timme

..abskQ� = Absorptionskylmaskinens kyleffekt (märkeffekt)

hnätkQ ..� = Kylnätets kyleffektbehov vid en tidpunkt

t = tid för effektutaget (= 1 timme) Detta förhållande görs gällande för varje timme under dygnet. Med hjälp av ”what´s best”. sätts hAckE . att få variera men aldrig får bli mindre än 0 eller i det här fallet 0,2 MWh, för att få en viss marginal. Programmet beräknar sedan behovet av lagrad energimängd timvis under dygnet utan att det understiger 0,2 MWh. Mer om detta i bilaga 1. Lagret av kyla är enligt beräkningarna som störst klockan 07:00, den lagrade energimängden uppgår till 6,56 MWh. Hela dygnets variation visas i figur 4.1. Den lagrade mängden kyla och att kylmskinen arbetar med märkeffekt är vad som krävs för att kylbehovet under det dimen-sionerade dygnet tillgodoses.

0

1

2

3

4

5

6

7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Klockslag

Ene

rgi (

MW

h)

AckumulatorKylbehovKylmaskin

Figur 4.1 Mängd lagrad kylenergi i ackumulatorn vid olika tidpunkter för att klara det di-mensionerade dygnets kylbehov. Fjärrkylanätets och kylmaskinens kylenergi- använd-ning/produktion per timme.


15

4.4 Ackumulatortank Den totala volymen för nät och ackumulatortank behöver vara tillräckligt stor för att lagra den högsta simulerade energimängden 6,56 MWh, som beräknades i föregående kapitel. Detta för att klara av att leverera kyla under alla timmar på dygnet när behovet överstiger medelkylef-fekten. Nätets volym beräknas enligt ekvation 3.

lD

V iNät �

�

�

�

��

�

�=

4

2π (3)

där

NätV = Fjärrkylanätets volym (framledning)

iD = Fjärrkylarörets innerdiameter l = Rörets längd (framledning) Volymen i nätets framledning, NätV blir 18,68 m3 när SDR 17 rör används .Detta har beräk-nats i bilaga 9 där data för ytterdiameter, rörets väggtjocklek och längd är redovisade. Ackumulatortankens volym beräknas med ekvation 4.

( )( )( ) Nät

vattenCC

AckAck V

hhE

V −��

�

�

�

−=

°° ρ7@14@

.. (4)

där

.AckV = Ackumulatorns volym

.AckE = Den högsta simulerade/lagrade energimängden

Ch °14@

= Entalpin för fjärrkylaretur, vatten vid 14°C

Ch °7@

= Entalpin för fjärrkylaframledning, vatten vid 7°C

vattenρ = Vattnets densitet Ackumulatorns volym blir 784 m3, inga förluster är då inräknade. Beräkningarna visas i bila-ga 1. Ackumulatorn sänker investerings- och driftkostnaden på absorptionskylmaskinen. Kringut-rustningen kan därigenom dimensioneras för en lägre märkeffekt. En mindre kylmaskin leder till mindre dimension på kylkretsens rör, pumpar och värmeväxlare. Pumpen till fjärrvärme- och fjärrkylanätet blir också mindre, dessutom kommer kylmaskinen att arbeta vid högre last och därmed högre COP-värde. För att säkerställa leveransen av fjärrkyla kompletteras nätet med en kompressordriven kyl-maskin. Den kommer användas under perioden när kraftvärmeverket stoppas för underhåll och vid extrema kyllaster. Kompressorkylmaskinen finns redan i dag, investeringskostnaden för denna består endast av inkoppling på nätet. En uppskattning av priset på en isolerad ackumulator i rostfrittstål med volymen 780-800 m3 bistod DEM-VERK MEK AB med, vilket uppgår till ca 2,5 miljoner kr.


16

Nätets utformning tillsammans med uppfodringshöjden styr ackumulatorns dimensioner. Vid den nu tänkta placeringen i Bergmansparken är uppfodringshöjden till sjukhuset ca 13,5 m [12], vilket är högsta punkten i det nuvarande tänkta fjärrkylanätet. Ackumulatorns dimensio-ner beräknas inte i rapporten eftersom fjärrkylanätets tidigare tänkta dragning inte längre är aktuell, se fjärrkylanät figur 4.8 sida 27.

4.5 Spillvärmeeffekt Absorptionskylmaskinens kondensor och absorbator avger spillvärme SpillQ� som måste kylas

bort. Värmen tillförs processen genom fjärrkylan KylaQ� och fjärrvärmen värmeQ� , i förångaren respektive generatorn. Effekten som tillförs och därmed behöver kylas bort vid märkeffekt beräknas med ekvation 5.

KylavärmeSpill QQQ �� += (5) Spillvärmeeffekten blir enligt detta 4,12 MW, den här effekten dimensioneras sedan kylkret-sen mot. Värmeväxlarna till kylkretsen är gjord i titan för att klara av det korrosiva bräckta vattnet. Den största värmeväxlaren växlar fjärdens vatten med kylmaskinens kylvatten. Den mindre värmeväxlaren är dimensionerad för att klara kyla fjärrkylan 350 kW vid 5°C i fjär-den. Växlarna är från Danfoss och kostnaderna för dessa blev 3,43 Mkr respektive 0,21 Mkr. Kostnaderna för den dyraste kan minska drastiskt om vattentemperaturer under 18°C finns i fjärden. Möjligen kan materialet bytas mot brons eller liknande relativt hållbara material. En större absorptionskylmaskin med lägre kylvattentemp än 20°C kan också vara ett alternativ.

4.6 Kylkretsen Kylkretsens enda uppgift är att transportera spillvärme från absorptionskylmaskinen och på så sätt hålla kylmaskinens kylvattentemperatur vid 20°C. Kylkretsen dimensioneras för en högs-ta temperatur i fjärden på 18°C.

4.6.1 Pumpen

Den elektriska effekten för kylvattenpumpen, pumpW� måste dimensioneras efter flöde, tryckfall och uppfodringshöjden enligt ekvationerna 6-10. [6,7]

pump

pumppump

VPW

η

��

∆= (6)

där

pumpW� = Pumpens behov av eleffekt

pumpη = Pumpens verkningsgrad

12fPump PghP ∆+∆=∆ ρ (7) där


17

PumpP∆ = Pumpens tryckuppsättning

h∆ = Höjdskillnaden till kylmaskinens utlopp

utrustningi

f Pv

Dl

P Σ+��

�

�Σ+��

�

��

�=∆ ρζλ

2

2

12 (8)

där

12fP∆ = De sammanlagda tryckförlusterna

l = Längden på röret ζΣ = Summan av alla engångsmotstånd

utrustningPΣ = Summan av utrustning med givna tryckförluster

( )( )( ) 264,179,0Reln −−=λ (9) där λ = Friktionsfaktorn för turbulent flöde Re=563780

µρvattenivD

=Re (10)

där Re = Reynolds tal v = Vattnets flödeshastighet

iD = Rörets innerdiameter

vattenρ = Vattnets densitet µ = Dynamiska viskositeten För att leverera flödet 553 m3/h [13] genom kylkretsens SDR 26 rör med en ytterdiameter av 355 mm beräknades pumpens effektbehov, pumpW� till 34,35 kW, detta symboliserar märkef-fekten. Fullständig beräkningar för detta och två vekare rördimensioner visas i bilaga 5. Enligt pumptillverkaren[14] behövdes dock en motoreffekt på 45 kW för att tillgodose flödet i kretsen. Pumpen är från Johnson Pump och är tillverkad i brons och kostar ca 130000 kr. Till detta behövs troligen ett filter som kan rena vattnet från fjärden. Priset för ett helautomatiskt filter med rening ner till 100 mikron är ca 300000 kr. Närmare undersökning av det exakta behovet är nödvändigt. Eftersom flödet kommer variera starkt beroende på vattentemperatur, kylbehov och om frikyla används eller inte, bör pumpen varvtalsregleras. Detta för att leverera de olika flödena till relativt hög effektivitet. Vatten-temperaturen i fjärden borde undersökas under högsommaren eftersom denna har en betydan-de roll för dimensioneringen av kylkretsens pump, filter, rör och värmeväxlare. Vattnet kommer att växlas innan det går in i kylmaskinen. Värmeväxlaren används för att fjärdens bräckta vatten inte ska förstöra absorptionskylmaskinen [10]. Vattnet är mycket kor-rosivt och kräver därför speciella material, titanväxlare rekommenderas av tillverkarna[13].


18

Under perioder då det ökade värmeunderlaget inte är fördelaktigt och vattentemperaturen är tillräckligt låg kan vattnet från fjärden direkt användas som frikyla, växlaren till denna krets är tillverkad av samma material. Vattentemperaturen i fjärden har antagits vara högst 18°C vid 6-8 m djup. Temperaturen kan ifrågasättas eftersom inga mätningar gjorts pga. att vattnet nu har en låg temperatur. Djupet utanför hamnen är också okänt.

4.6.2 Kylvattnets uppvärmning Eftersom 500m av kylvattenledningen är tänkt att läggas i kanalen som på sommaren antas vara upp till 25°C så gjordes beräkningar för att se hur mycket vattnet värmdes under sträck-an. Beräkningarna gjordes enligt ekvationerna 11-16. [6]

nNu PrRe023,0 8,0= (11) där Pr = Prantelstal n= 0,4 När vätskan i röret är kallare än vätskan utanför

NuDK

hi

conv =. (12)

där

.convh = konvektionen på rörets innersida vattenK = Termiska konduktiviteten för vatten vid rörets insida

( )kii lDA π= (13)

( )kyy lDA π= (14)

där

yi AA − =Inre och yttre mantelarean

yD = Yttre diametern

kl = Rörets längd i kanalen

.

11

convrör hKd

h+=

Σ

(15)

där

rörK = Termiska konduktiviteten för plaströret d = Plastens rörets väggtjocklek


19

rörKd

= rörh

( ) ��

��

�−−−= Σ

Cpm

AhTTTT y

inyyut�

exp (16)

där

utT = Vattentemperaturen efter transporten genom kanalen m� = Vattnets massflöde i röret

yT = Temperaturen på rörets yta

inT = Vattnets temperatur in i röret Det visade sig att plaströret hade god isoleringsförmåga, temperaturen höjdes från antagna 18-18,19°C. Därav var syftet med beräkningen undersökt. Beräkningen finns i bilaga 5 där indata också redovisas.

4.7 Normalårskorrigering Normalårskorrigeringen beräknar om 2005 års fjärrvärmeproduktion till normalårets. Korri-geringarna har beräknats enligt ekvation 17

��

��

�=

normi

inormX

EE

EE

.

05.

05 (17)

där

normXE = Normalårskorrigerade fjärrvärmeproduktionen för en månad 05

XE05 = Fjärrvärmeproduktionen för en månad 05

05.iE = Energi-index för en månad i Hudiksvall 05

normiE . = Energi-index för en månad i Hudiksvall under normalår Normalårskorrigeringen beräknas för varje månad dessa redovisas i figur 4.2. I julimånad antogs värdet till 3500 MWh eftersom det normalårskorrigerade värdet blev orealistiskt högt. Det beror på att den procentuella skillnaden i energi-index under juli mellan 2005 och nor-malår var stor, se figur 3.4 sida 11. Eftersom energin nästan uteslutande används till varmvat-ten i juli så skiljer sig energianvändningen betydligt mindre än så. Uträkningar för varje må-nad under året finns även i bilaga 2.


20

0

5000

10000

15000

20000

25000


Fjär

rvär

mep

rodu

ktio

n (M

Wh)

Värmeproduktion 2005

Värmeproduktionnormalårskorrigerat

Figur 4.2 Visar värmeproduktionen under 2005 och detta värde normalårskorrigerat.

4.8 Kylproduktion För att beräkna kylproduktionens medeleffekt i Hudiksvall under årets månader användes ekvation 18, där Umeås kylproduktion låg till grund för beräkningen.

mJHKmXUK

mJUKmXHK Q

QQ

Q ....

....

��

��

��

��

�= (18)

där

mXHKQ ..� ; mXUKQ ..

� = Medelkyleffekten för den beräknade månaden i Hudiksvall resp. Umeå

mJUKQ ..� = Medelkyleffekten för Juli i Umeå

mJHKQ ..� = Antagna medelkyleffekten i Hudiksvall, 70 % av märkeffekten i Juli

Data och resultat ges i bilaga 6 och 7 . Antagandet att kylmaskinen arbetar vid 70 % av märk-effekten under Juli kan diskuteras men med ackumulator kan det vara troligt, procentsatsen kan ändras i bilaga 7 och 10 mellan 50-100 % i steg om 5 %. Detta för att se inverkan på re-sultatet. Förändringar är naturligtvis endast möjligt att göra i elektronisk form. För att bestämma kylproduktionen för varje månad XFjärrKE . multipliceras medeleffekten med antalet timmar i månaden. Visualiserat ser Umeås och Hudiksvalls produktion ut enligt figur 4.3. Kylproduktionen under året blir enligt detta 3789 MWh i Hudiksvall.


21

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Jan feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec

En

erg

imän

gd k

yla

(MW

h)

UmeåHudiksvall

Figur 4.3 Visar Umeås kylproduktion och Hudiksvalls antagna kylproduktion efter Umeås årsvariationer. Linköping hade byggt ut och förändrat nätet under året så enbart Umeås kylproduktion fick ligga till grund för Hudiksvalls förväntade produktion. Den årliga skillnaden i kylproduktion kan skilja sig avsevärt beroende på vilka typer av kunder som är anslutna till nätet. Det beror på att kylbehovet under året varierar beroende på om kunden använder fjärrkylan som kom-fortkyla, avfuktning, eller kylning av kondensorer i frys- och kylanläggningar. Det är troligen så att Hudiksvalls fjärrkylnät till största delen kommer att användas till komfortkyla. Det skul-le dock vara fördelaktigt om kunder med användning av kyla större delen av året anslöts sig till nätet. Fjärrkylaproduktionen skulle på så sätt bli jämnare och resultera i att mer billig fri-kyla kan säljas under den kallare delen av året.

4.8 Värmebehov Värmebehovet är baserat efter kylproduktionen. Vid beräkningen av värmebehovet för ab-sorptionskylmaskinen har COP-värdet för topplast använts. Enligt diagrammet, figur 4.4 som Carrier skickade med för ångdrivna maskiner skiljer COP-värdet sig inte nämnvärt under last-skillnader. Men i diagrammet så används kallare kylvattentemperatur vid lägre last vilket hö-jer effektiviteten, diagrammet kan därmed till viss del anses felaktigt. Anledningen till att fi-gurens vattentemperatur ändras med last beror troligen på att kyltorn oftast används i sam-band med absorptionskylmaskiner. Kyltornets vattentemperatur beror på utetemperaturen, när det är varmt ute har absorptionskylmaskinen hög last men vattnet kyls dåligt. Kylningen av kyltornets vatten sker till högre temperatur när det är varmt, värmeeffekten som tillförs är också högre vid hög kyllast. Därmed är också kylvattnets temperatur lägre vid låg last och utetemperatur. I Hudiksvall kommer vatten från fjärden att användas och kylmaskinens kyl-vatten kommer därför alltid hålla 20°C. Övriga faktorer har ingen betydelse eftersom kylkret-sen är dimensionerad för att alltid klara detta. Antagandet kvarstår dock och anses inte ha nå-gon större effekt på lönsamheten eftersom stor mängd överskottsvärme från fjärrvärmereturen


22

kommer att kylas bort under sommaren. Denna används vid sämre COP-värde istället av kyl-maskinen.

Figur 4.4 Förhållandet mellan kyllasten och ångkonsumption för Carriers kylmaskiner. Kyllasten(X-axeln) ökar nästan linjärt med ångkonsumptionen (Y-axeln). Om kurvan i figuren skulle vara helt linjärt vore COP-värdet konstant. Temperaturen på kylvattnet sänks dock vid lägre kyllast vilket innebär att det motverkar ett annars lägre COP-värde. Kylvattnets temperatur har stor inverkan på kylmaskinens prestanda.

Under året antas kylproduktionen i kylmaskinen utnyttjas mellan maj till och med oktober. Från första november till sista april produceras fjärrkylan med frikyla eftersom extravärme-underlag inte är nödvändigt för kraftvärmeverket och vattentemperaturen är tillräckligt låg för att använda som frikyla. Absorptionskylmaskinens fjärrvärmebehov per månad XFjärrVE . baseras på kylproduktionen

per månad XFjärrKE . och beräknas enligt ekvation 19. [10]

COP

EE XFjärrK

XFjärrV.

. = (19)

Det totala värmebehovet för kylmaskinen FjärrVE blir 4338 MWh. Värden för uträkningarna och resultatet varje månad visas i bilaga 7 och figur 4.5.


23

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Maj Jun Jul Aug Sep Okt

Fjär

rvär

meb

ehov

kyl

mas

kin

(MW

h)

Figur 4.5 Ökade fjärrvärmebehovet som absorptionskylmaskinen kräver per månad. Driftstoppet är inte medräknat i siffrorna. Framledningsförluster för fjärrvärmen har inte tagits med i beräkningarna.

4.9 Värmeunderlag Det absolut lägsta värmeeffektunderlaget med absorptionskylmaskinen min.VQ� blir enligt ekva-tion 20.

VärmefjärrvV QQQ �� += min.min. (20) där

min.fjärrvQ� = Lägsta fjärrvärmeeffektunderlaget 3,5 MW [1]

VärmeQ� = Absorptionskylmaskinens värmeeffektunderlag vid märkeffekt Det lägsta värmeeffektunderlaget med kylmaskinen min.VQ� blir 5,9 MW, där VärmeQ� = 2,4 MW. Framledningsförlusterna för fjärrvärmen har försummats i absorptionskylmaskinens värmeeffekt. Detta för att förlustsiffrorna är beräknade på årsbasis och därför borde vara lägre under sommaren när framledningstemperaturen är betydligt lägre. Beräkningen för detta finns i bilaga 2. Detta betyder att kyleffekten som behöver kylas bort från fjärrvärmereturen blir 8 MW - min.VQ� . Fjärrkylareturen behöver därmed kunna kylas med en effekt på ca 2,1 MW, så länge kylmaskinen används. Kraftvärmeverket i Hudiksvall behöver som tidigare nämnts ett värmeunderlag på ca


24

8 MW[1]. Medelvärmeeffektunderlaget under året med absorptionskylmaskinen XfjärrvE . be-räknades för var månad enligt ekvation 21.

normXXabsXfjärrv EEE += .. (21) där

XabsE . = Värmebehovet för absorptionskylmaskinen en viss månad.

normXE = Normalårskorrigerade fjärrvärmeproduktionen en viss månad Dessa värden delas med antalet timmar i månaden, vilket därmed blir medeleffekten per må-nad. Ingående värden och resultatet av detta visas i bilaga 2. Resultatet av värmeunderlaget visas i figur 4.6. För att ha kraftvärmeverket i drift kommer fjärrvärmereturen kylas i fjärden tills ett värmeun-derlag på 8 MW uppnåtts.

0

5

10

15

20

25

30

35


Med

elef

fekt

(MW

)

Minsta värmeunderlagVärmeunderlag kylmaskinNuvarande värmeunderlag

Figur 4.6 Värmeunderlaget för varje månad med och utan absorptionskylmaskin under nor-malår. Andelen värme som behövs kylas bort från fjärrvärmereturen visas som arean minsta värmeunderlag. Minsta värmeunderlag är gällande under hela året. Det nuvarande värmeun-derlaget symboliserar normalårskorrigerade värmeproduktionen.

4.10 Bränslebehov Värmeunderlaget under sommaren kommer att öka som tidigare visats. Den ökningen till-sammans med att värmeproduktionen från Kotorgets fjärrvärmeanläggning flyttas till kraft-värmeverket bidrar till att tallbecksoljan kan bytas ut mot flis. Kraftvärmeverket måste där-emot stoppas för underhåll under sommaren, medeltiden för stoppet beräknas till 10 dagar [1]. Stoppet antas göras i juli månad, bränsleenergin för detta subtraheras från energibehovet för flis. Den del som behövs för detta blir alltså enligt tidigare kostnad för el-pannan och eld-


25

ningsolja 1. De normalårskorrigerade siffrorna för värmeproduktionen under sommarmåna-derna juni-augusti beräknas om till bränsleenergi. Juni-augusti är perioden då värmen i nor-mala fall produceras på Kotorget. Det ökade värmeunderlaget räknas även det om till bränsle-energi och rökgaskondensering antas inte användas under sommarmånaderna eftersom det då finns överskott på värme som ska kylas bort från fjärrvärmereturen. Vilka miljökonsekvenser detta kan få har inte undersökts. Det ökade bränslebehovet blir i alla fall enligt ekvationerna 22-25.

kylRBstoppBvärmeBabsBB EEEEE .,... +−+= (22) där

BE = Totala ökade bränslebehovet för kraftvärmeverket under normalår

..absBE = Absorptionskylmaskinens bränslebehov under året

värmeBE . = Bränslebehovet för att producera fjärrvärmen under juni-augusti

stoppBE , = Bränslebehovet för underhållsstoppet under sommaren antaget till 1500 MWh

kylRBE . = Bränslebehovet till avkylningen av värme i fjärrvärmereturen

( ) KVVVNätKVVEl

absfjärrvabsB

EE

..

.... 1 ηηη ××−

= (23)

där ..absfjärrvE = Fjärrvärmen som behövs för att driva absorpstionskylmaskinen

KVVEl .η = Andelen el som utvinns per enhet bränsle (se kap. 4.11)

Nätη = Förluster i fjärrvärmenätet är 6 % enligt [1].

KVVV .η = Andelen värme som utvinns per enhet bränsle (utan rökgaskondensering)

( ) KVVVNätKVVEl

fjärrvvärmeB

EE

.,

.. 1 ηηη ××−

= (24)

där

.fjärrvE = Normalårskorrigerade fjärrvärmeunderlaget under juni-augusti

KVVvärme

RkondVärmeKVVV B

E

.

.. Σ

Σ=η (25)

där

KVVvärmeB .Σ = Bränsleenergin i kraftvärmeverket som gick till värmeproduktionen 2005

RkondVärmeE .Σ = Summan av den producerade värmeenergin utan rökgaskondensering 2005 Resultatet för BE , ..absBE , värmeBE . , kylRBE . under hela året blir ca 29, 7,3; 19 och 4,1 GWh. Re-

sultatet, beräkningar och ingående värden per månad för BE , värmeBE . , kylRBE . visas i bilaga 2

..absBE siffror finns i bilaga 7. KVVEl .η beräknas under elproduktion men finns också beräknat i


26

bilaga 4 tillsammans med KVVV .η . Det ökade bränslebehovet för kraftvärmeverket, under de månader kylmaskinen används, visas i figur 4.7 nedan.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Maj Jun Jul Aug Sep Okt

Brä

nsle

beho

v ut

an r

ökga

skon

dens

erin

g (M

Wh)

Figur 4.7 Visar det ökade bränslebehovet för kraftvärmeverket när produktionen av fjärrvär-me under sommaren flyttas från Kotorgets anläggning samtidigt som fjärrkylanätet byggs ut och dimensionerad absorptionskylmaskin är i drift. Bränslebehovet för driftstoppet har dra-gits bort från juli månad. Bränslemängden som krävs för att upprätthålla tillräckligt högt värmeunderlag är inräknat.

4.11 Elproduktion Högre last och längre driftperiod medför att kraftvärmeverkets produktionen av el under året blir betydligt högre. För att beräkna hur stor del av bränsleenergin som blir omvandlat till el så användes 2005 års driftdata. Andelen el som produceras beräknas enligt ekvation 26.

( )KVV

KVVvärmeKVVKVVEl B

BBΣ

Σ−Σ= .

,η (26)

där

KVVEl ,η = Elverkningsgraden under året

KVVBΣ = Bränsleenergin som förbränns i kraftvärmeverket

KVVvärmeB .Σ = Bränsleenergin i kraftvärmeverket som gick till värmeproduktion 2005. Elproduktionen är kopplad till den ökade mängden bränsle som förbränns i kraftvärmeverket. Det ökade bränslebehovet för kraftvärmeverket räknades ut på föregående sida. Uträkningen av den ökade mängden el som kommer produceras under ett normalår ELE blir enligt ekvation 27.


27

KVVElBEL EE .η×= (27) där

KVVEl ,η = 22,5 %, KVVBΣ = 155 och KVVvärmeB .Σ = 120 GWh. Beräkningar och värden för detta

under 2005 finns i bilaga 4. ELE blir ca 6,5 GWh detta beräknas i bilaga 10. Framlednings-temperaturen kommer dock att höjas från dagens 75°C till 80°C under sommaren eftersom kylmaskinen behöver drivas med den högre temperaturen. Detta kan märkas i andelen el som utvinns, därav är det lämpligt att även se till så att investeringen betalar sig med en något läg-re andel elproduktion. Enligt [1] så var elproduktionen högre än vad jag kom fram till, därmed kan siffrorna stämma bra överens efter temperaturhöjningen. Det finns möjlighet att ändra elpriset ± 200 kr/MWh för att jämföra skillnader i pay off tid.

4.12 Fjärrkylanätet Fjärrkylanätet står för en stor del av kostnaden när fjärrkyla ska etableras i en stad. Samma rörtyp som används till kylkretsen är tänkt att användas i fjärrkylanätet. Dessa rör är betydligt billigare än stålrör och dessutom är isoleringsförmågan god. Troligen blir det fråga om ett rör som heter ”tryckrör SDR 17”, det är ett rör med grövre godstjocklek. Det tål högre tryck och påfrestningar än det tunnare röret SDR 26. Beräkningar för dimensioner och rörlängder har tidigare gjorts i [2]. Priserna beräknas därför enligt det gamla nätets dimensioner men med den nya typen av rör. Prisuppgifterna fås från KWH-pipe [9]. Det föregående nätets rör, se figur 4.8 har bytts ut mot liknande dimensioner i SDR 17 och priserna för dem. Det framtida utformningen av nätet antas bli till liknade kostnad, men kommer troligen vara billigare efter-som kylmaskinens placering är närmare de större antagna fjärrkylakunderna. Rördragningarna med de grövre rören blir därmed kortare. De tidigare tänkta fjärrkylakunderna visas i figur 4.9.

Figur 4.9 Det antagna fjärrkylanätets dragning och kunder.

Figur 4.8 Kylkretsen och fjärrkylanätets antagna dragning i Hudiksvall, pumpstationens, kylmasinens och kundernas tänkta placering visas också [15]


28

Kostnaderna för fjärrkylakretsens och nätets rör, delar, svetsning och schaktning har beräk-nats. Priserna är från KWH-Pipe och har olika dimensioner i fjärrkylanätet. För fjärrkylanätet blir kostnaden ca 1,58 Mkr med SDR 17 rör. Kylkretsens rör är SDR 26 med en ytterdiameter på 355mm, kostnaden för detta är ca 0,5 Mkr. Beräkningarna för nätens kostnad finns i bilaga 9 och 10.

4.13 Antagna och övriga kostnader De flest större kostnaderna har leverantörer bistått med i denna rapport, en del kostnader är antagna. Förutom kylkretspumpen behövs tre andra pumpar till nätet, dessa är fjärrkylapump, fjärrvärmepump och en pump för det växlade kylvattnet. Dessa visades i figur 3.2 på sida 10. Kostnaden för dessa har antagits till 100000 kr styck. En annan kostnadspost som antagits är övriga kostnader, den är tänkt att täcka kostnader för övrigt materiel och arbete. Kostnaden för detta beräknas till 1,5 Mkr. Den sista antagna kostnaden är underhåll av fjärrkylaanlägg-ningen och nätet detta antas kosta 30000 kr per år. Kostnaderna är med i beräkningarna i bila-ga 10.


29

5 Slutsatser Beräknad pay off tid blir ca 2,25 år med en minskad kostnad/förtjänst per år på ca 5,3 Mkr och investeringskostnad på ca 12 Mkr. Se ekonomisk sammanställning i bilaga 10. Använ-dandet av en absorptionskylmaskin för ökat värmeunderlag och produktion av kyla är en mycket lönsam investering i det här fallet. En noggrannare undersökning av kundunderlaget och kyleffekt, innan utbyggnad av nätet rekommenderas. En mätning av vattentemperaturen i fjärden relativt nära botten med jämna avstånd från hamnen borde utföras under högsomma-ren. Temperaturen har en betydande inverkan på kylkretsens kostnad. Den antagna kylmedel-effekten under juli på 70 % kan vara felaktig, jag tror dock den är relativt nära sanningen pga. att ackumulator används. Dygnsvariationerna i kylbehovet anser jag annars vara tillräckligt trovärdiga ur dimensioneringssyfte. Kundernas typ av kylbehov och perioden för denna kan däremot jämföras noggrannare vid kontakt med dessa. Någon lösning av kylkretspumpens styrning har inte utarbetats men att styra den mot temperaturen in i kylmaskinen vore fördel-aktigt. De största enskilda posterna har förts in i kalkylen resterande mindre utgifter och oför-utsedda utgifter läggs in som en klumpsumma.


30

6 Referenser 1. Per Persson, Fortum Värme, Hudiksvall, 2006 2. Förstudie fjärrkyla i Hudiksvall, Värmekonsult Roland Lundqvist, Hudiksvall, 2001 3. Svensk fjärrvärme AB, stockholm

www.svenskfjarrvarme.se/index.php?use=publisher&id=1228&lang=1 4. Kylprocessers design i fjärrvärmesystem, Svensk fjärrvärme AB, Stockholm, Forsk-

ning och utveckling 2005:128, Viktoria Martin, KTH, Kemiteknik/Energiprocesser, Fredrik Setterwall, Fredrik Setterwall konsult AB, Mikael Andersson, AB Berglunds Rostfria

5. Carrier AB, Göteborg, Produktblad Carrier Sanoy super absorption 16LJ 11-53, 2006 6. Heat Transfer second edition, Yunus A. Cengel, Mc Graw-Hill, New York, 2003 7. Energiteknik, Henrik Alvarez, studentlitteratur, Lund, 2003 8. Kyllager i befintligt kylnät Svensk fjärrvärme AB, stockholm, Forskning och utveck-

ling 2003:102, Fredrik Setterwall, professor (em) Fredrik Setterwall konsult AB, Ben-ny Andersson, Göteborgs energi.

9. KWH Pipe AB, Borås, Lars Berg, 2006 10. Carrier AB, Göteborg, Ib Hagsten, 2006 11. SMHI, Norrköping,

www.smhi.se/foretag/fm/fastighetsstyrning/energiindex/energiindex_merinfo.htm 12. Hudiksvalls kommun, Lantmäteriet, 2006 13. Danfoss district heating AB, Linköping, Per-Anders Swahn, 2006 14. Johnsons Pump AB, Örebro, Henrik Eklund, 2006 15. Hudiksvalls judoklubb, www.hjk.x.se/Karta.htm

absorptionskylmaskin för ökat värmeun- · pdf fileumeå universitet...

Documents