Hvad har vi lært?
del 2:
17.12.2015
Specialkonsulent Bjarke Lava Paaske Rejseholdet for store varmepumper Center for forsyning
blp@ens.dk 2572 8295
Tekniske forhold og erfaringer
• Varmepumper i forhold til biomasse
• Fleksibelt elforbrug
• Kombinationer med solfangere
• Køling af returvand
• Fjernvarmetemperaturenes betydning
Varmepumpe eller biomasse?
Konkurrenceforhold med biomasse
0 100 200 300 400 500 600
Omkostninger, kr./MWh
Varmeproduktionsomkostninger
Totalomkostninger Simpel afskrivning D&V
Andre afgifter Energi- og CO2- afgift
PSO 6000 fuldlasttimer, 3 pct.
Lille værk – 7.000 MWh/år
•
1 MW fliskedel (6.268 MWh/år)
•
Gaskedel til spidslast (732 MWh/år)
Gas fortrænges 430 kr./MWh
Flis fortrænges
240 kr./MWh
Mellemstort værk – 20.000 MWh/år
•
1 MW fliskedel (8.000 MWh/år)
•
Gaskedel/motor (12.000 MWh/år)
Gas fortrænges 430 kr./MWh
Flis fortrænges
240 kr./MWh
•
1 MW fliskedel (8.000 MWh/år)
•
1,5 MW varmepumpe (8.300 MWh/år) – 5.530 fuldlasttimer/år
•
Gaskedel/motor (3.700 MWh/år)
Mellemstort værk – 20.000 MWh/år
Gas
Varmepumpe
Flis
Samproduktion øger rentabiliteten
•
Kedeldrift reducerer behovet for fremløbstemperatur – Øger COP
Hvornår er der god økonomi
• Direkte opgjort imod biomasse – begrænset potentiale
• Kombination af varmepumpe og biomasse er fordelagtig
•
Samdrift reducerer kravet til fremløbstemperatur
•
Høj COP = billig varmeproduktion (på niveau med biomasse)
•
1 MW biomasse + 2 MW varmepumpe = 3 MW billig varme
• Kræver ”plads” i varmegrundlaget (fortrængning af dyr varme)
Kombination af absorption og el
Fjernvarme 70 °C 1,7 MW
Sø 20 °C 700 kW Elektricitet
70 kW
Sø 5 °C 630 kW
Kedel 150 °C
1,0 MW
Indpasning i elsystemet
Jürgen Guerito | www.flickr.com/photos/79432516@N00/11052691 Creative Commons
24-08-2015 | 10
• ”Varmepumper kan balancere elsystemet”
• ”Bruger strøm om natten og står stille om dagen”
• ”Udnytter den billige strøm som ellers eksporteres”
8.381 timer 19 timer 2015
2015 gns.
173 kr./MWh
Indpasning i elsystemet
Besparelse 190 kr./MWh
Økonomiske forhold
Enhed Årlig omkostn.investering Årlige
driftstimer Gns. besparelse Ændring i prod.pris Varmepumpe
COP 4 440.000 kr.
8.740 190 kr./MWh
6 %
4.370 201 kr./MWhVarmepumpe
COP 6 440.000 kr.
8.759 270 kr./MWh 4.380 275 kr./MWh
2 %
Varmepumper ift. fleksibilitet
•
Investering i varmepumpe ca. 6,5 mio. kr./MW
2.113 timer Gennemsnit 70 kr./MWh
2015
Elprisen betyder mere for Elkedler
Økonomiske forhold
Enhed Investerings-omk. pr. år Årlige
driftstimer Gns. besparelse Ændring i prod.pris Varmepumpe
COP 4 440.000 kr.
8.740 190 kr./MWh
6 %
4.370 201 kr./MWhVarmepumpe
COP 6 440.000 kr.
8.759 270 kr./MWh 4.380 275 kr./MWh
2 %
Elkedel 54.000 kr.
2.113 43 kr./MWh
51 %
1.057 65 kr./MWhVarmepumper ift. elkedler
•
Varmepumper er energieffektive – udsving har lille betydning
•
Stor investering – dyr at have stående som standby-enhed
•
Varmepumper er ikke egnede til elbalancering – elkedler er
Solfangere og varmepumper?
Varmepumper og solfangere
Udetemp.(Ta) = 0° C
FV = 35–69° C → Tm ~ 52° C Tm-Ta = 52 K → η = 60 %
FV = 15–69° C → Tm ~ 42° C Tm-Ta = 42 K → η = 66 %
Gevinst = 10 %
Varmepumper og solfangere
t
retur= 35 °C 𝑽𝒂𝒓𝒎𝒆
𝒔𝒐𝒍= 𝟔. 𝟐𝟒𝟒 𝐌𝐖𝐡
𝟐. 𝟔𝟔𝟑 𝐌𝐖𝐡 @ 𝟏𝟓 − 𝟑𝟓 °𝐂
t
frem= 69 °C
t t
retur frem= 69 °C = 15 °C 𝑽𝒂𝒓𝒎𝒆
𝒔𝒐𝒍= 𝟕. 𝟏𝟗𝟎 𝐌𝐖𝐡 Beregning på givet solfangerareal
𝟒. 𝟓𝟐𝟕 𝐌𝐖𝐡 @ 𝟑𝟓 − 𝟔𝟗 °C
•
Direkte varmeproduktion reduceres
Varmepumper og solfangere
Økonomi ved afkøling af retur til solfangere
Opvarmning af vandet er dyrt – ødelægger økonomien
Reference – 7.950 MWh
Afkøling af retur – 7.950 MWh
Køling på returvand
•
Varmepumpe afkøler returvand i delstreng Koldere retur
30 °C i stedet for 40
Køling på returvand - eksempel
•
Naturgasbaseret varmeværk
•
20.000 MWh/år
•
30 % varmetab
•
80 °C fremløb og 40 °C retur
Varmetab = 𝟔. 𝟎𝟎𝟎 𝐌𝐖𝐡
t
jord= 10 °C
t
fremløb= 80 °C t
retur= 40 °C
𝚽
𝐟𝐫𝐞𝐦= 𝟒. 𝟐𝟎𝟎 𝐌𝐖𝐡 𝚽
𝐫𝐞𝐭𝐮𝐫= 𝟏. 𝟖𝟎𝟎 𝐌𝐖𝐡 𝚽
𝐫𝐞𝐭𝐮𝐫= 𝟏. 𝟐𝟎𝟎 𝐌𝐖𝐡
t
retur= 30 °C
Køling af returvand – Gaskedel
Nuværende pris
Gas: 210 kr./MWh Afgifter: 210 kr./MWh D&V: 10 kr./MWh Samlet: 430 kr./MWh
ηkedel: 103 % → 106 %
Ny pris
Gas: 204 kr./MWh Afgifter: 210 kr./MWh D&V: 10 kr./MWh Samlet: 424 kr./MWh
Retur = 40 °C Retur = 30 °C
Resultater
•
20.000 MWh/år
•
30 % varmetab
•
80 °C fremløb og 40 °C retur
•
19.400 MWh/år
•
28 % varmetab
•
80 °C fremløb og 30 °C retur
Afkøling af returvand
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning
Gaskedel 19.400 MWh 424 kr./MWh 8.225.600 kr.
Reference
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning
Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./MWh 8.600.000 kr.
MEN: Afkøling af returvand koster energi!
Afkøling af returvand
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 18.624 MWh 424 kr./MWh 7.897.000 kr.
Varmepumpe 776 MWh 1.050 kr./MWh 814.800 kr.
Samlet omkostning 8.711.800 kr.
Omkostning til afkøling
•
19.400 MWh/år
•
28 % varmetab
•
80 °C fremløb og 30 °C retur
Reference
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning
Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./MWh 8.600.000 kr.
334.000 m
3afkøles 10 K:
- Energi som fjernes = 3.880 MWh
- Elforbrug varmepumpe = 776 MWh (COP 6)
Aktiv afkøling har for store omkostninger
Kold fjernvarme- individuelle VP’er
•
Fremløb 20 °C - Retur 10 °C
•
Individuelle varmepumper løfter temperaturen i boliger
t
jord= 10 °C
Δt
fremløb= 10 K Δt
retur= 0 K
𝚽
𝐟𝐫𝐞𝐦= 𝟔𝟎𝟎 𝐌𝐖𝐡
𝚽
𝐫𝐞𝐭𝐮𝐫= 𝟎 𝐌𝐖𝐡
Kold fjernvarme
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 11.800 MWh 420 kr./MWh 4.956.000 kr.
Varmepumper 2.800 MWh 1.050 kr./MWh 2.940.000 kr.
Samlet omkostning 7.896.000 kr.
Resultater
•
Naturgasbaseret varmeværk
•
14.600 MWh/år
•
4 % varmetab
•
20 °C fremløb og 10 °C retur
Reference
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./MWh 8.600.000 kr.
14.000 MWh opvarmes til behovstemp.:
- Individuelle varmepumper – COP = 5 - Elforbrug varmepumper = 2.800 MWh
MEN: Kræver meget større investering
Kold fjernvarme
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 11.800 MWh 420 kr./MWh 4.956.000 kr.
Varmepumper 2.800 MWh (el) 1.050 kr./MWh 2.940.000 kr.
Samlet omkostning 7.896.000 kr.
Individuelle varmepumper
•
Individuelle luft/vand eller jordvarmeanlæg
•
14.000 MWh/år
•
Varmetab = 0 %
•
COP 3,5 – Elforbrug = 4.000 MWh
Individuelle varmepumper
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Varmepumper 14.000 MWh 300 kr./MWh 4.200.000 kr.
Langt mindre energiforbrug med individuelle løsninger
Lavtemperaturfjernvarme
•
Mindre varmetab
•
Højere effektivitet på produktionsenheder
• Solvarme
• Røggaskondensering (retur)
• Varmepumper
Ford el e Ul emp er
•
Lavere delta-T
• Kræver større pumpeeffekt
• Begrænsninger i rør
•
Brugerinstallationer
• Kræver velfungerende brugsvandsenheder
• Store radiatorarealer
Primært kedeldrift
Potentiale - mindre varmeværk
•
Naturgasbaseret varmeværk
•
20.000 MWh/år
•
30 % varmetab
•
80 °C fremløb og 40 °C retur
Overvejer solvarme
Overvejer varmepumpe
Reference
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./MWh 8.600.000 kr.
Samlet omkostning 8.600.000 kr.
Med sol og varmepumpe
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning
Gaskedel 3.200 MWh 430 kr./MWh 1.376.000 kr.
Solvarme 2.600 MWh 300 kr./MWh 780.000 kr.
Varmepumpe 14.200 MWh 400 kr./MWh 5.680.000 kr.
Samlet omkostning 7.836.000 kr.
Med varmepumpe og solfangere
Besparelse 764.000 kr. = 9 %
Lavere temperature - Varmetab
•
Naturgasbaseret varmeværk
•
20.000 MWh/år
•
30 % varmetab
•
80 °C fremløb og 40 °C retur
t
fremløb= 80 °C t
retur= 40 °C t
fremløb= 60 °C t
retur= 30 °C
Årlig besparelse 1.800 MWh
Varmetab = 𝟔. 𝟎𝟎𝟎 𝐌𝐖𝐡
Varmetab = 𝟒. 𝟐𝟎𝟎 𝐌𝐖𝐡
Resultat – nuværende system
Reducerede temperature alene
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning
Gaskedel 20.000 MWh 430 kr./MWh 8.600.000 kr.
Gaskedel 18.200 MWh 424 kr./MWh 7.716.800 kr.
Direkte besparelse 883.200 kr. = 10 %
•
Naturgasbaseret varmeværk
•
18.200 MWh/år
•
23 % varmetab
•
60 °C fremløb og 30 °C retur
Ny pris
Afskriv.: 255 kr./MWh D&V: 9 kr./MWh Samlet: 264 kr./MWh
Lavere temperature - Solfangere
Gevinst = 12 %
Nuværende prisAfskriv.: 290 kr./MWh D&V: 10 kr./MWh Samlet: 300 kr./MWh
Lavere temperature - Varmepumpe
Reference pris
El: 345 kr./MWh Afskriv.: 45 kr./MWh D&V: 10 kr./MWh Samlet: 400 kr./MWh
Ny pris
El: 265 kr./MWh Afskriv.: 45 kr./MWh D&V: 10 kr./MWh Samlet: 320 kr./MWh
COP
reference= 3,0
COP
lav temp.= 4,0
Med sol og varmepumpe - 60/30 °C
Enhed Varmeproduktion Varmeproduktionspris Omkostning
Gaskedel 2.250 MWh 424 kr./MWh 954.000 kr.
Solvarme 2.950 MWh 264 kr./MWh 780.000 kr.
Varmepumpe 13.000 MWh 320 kr./MWh 4.160.000 kr.
Samlet 18.200 MWh 324 kr./MWh 5.894.000 kr.
Lavere temperature – Sol og VP
Direkte besparelse 2.706.000 kr. = 31 %
•
Gas, Varmepumpe og Solvarme
•
18.200 MWh/år
•
23 % varmetab
•
60 °C fremløb og 30 °C retur
Scenarie Varmemængde Omkostning Besparelse Red.
Reference
(80/40) 20.000 MWh 8.600.000 kr. -
Reference
(60/30) 18.200 MWh 7.716.800 kr. 883.200 kr. 10 % Sol+VP
(80/40) 20.000 MWh 7.836.000 kr. 764.000 kr. 9 % Sol+VP
(60/30) 18.200 MWh 5.894.000 kr. 2.706.000 kr. 31 %
Samlede resultater
1 + 1 = 3
•
Temperature er meget vigtige ifm. Sol og Varmepumper
•