Värmepumpar i Fjärrvärmesystem Markus Lindahl, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

VÄRMEPUMPAR I FJÄRRVÄRMESYSTEM Effsys Expand Forskardagar, Tranås maj 2016

Vad ska jag prata om  Allmänt om projektet  Beskrivning av de tre delprojekten  IEA HPT Annex 47 ”Heat Pumps and District Heating and Cooling Systems”

Värmepumpar i Fjärrvärmesystem  Projektet koordineras av SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut  Fem medverkande företag  Budget: ca 2 milj  Start: Okt 2015  Slut: Maj 2018

Bakgrund till projektet  Projektet syftar till att visa på värmepumparnas möjligheter i fjärrvärmesystemet  Idag görs 9% av värmen i det Svenska fjv-nätet av värmepumpar (4 TWh)  Värmepumpar används ofta för att ta tillvara fritt tillgänglig värme eller spillvärme  Traditionellet är det ofta konkurrens mellan värmepumpar och fjärrvärme  Vill visa på andra systemlösningar för att kombinera värmepumpar och fjärrvärme där bägge systemen vinner på samordning  Projektet är uppbyggt kring tre ganska fristående delprojekt

Tre delprojekt  Delprojekt 1: Värmepumpar för ökad effektivitet hos fjärrvärmenät inom tillverkningsindustrin  Delprojekt 2: Optimerad kombinerad drift av värmepumpar och fjärrvärme i lokaler och flerfamiljshus  Delprojekt 3: Värmepumpar som nyttjar fjärrvärmeretur eller lågtempererad fjärrvärme för tappvattenvärmning i lägenheter och småhus  Två avslagna delprojekt  Konsekvenser av F-gasförordningen  Värmepumpslösningar i biogas/fjärrvärmeapplikationer

Deltagande i delprojekten FöretagDelproj 1 Tillverkningsindustrin Delproj 2 Kombinerad drift VP/Fjv Delproj 3 VP för lågtemp tappVV SPXXX VolvoX BoschX DanfossXX NibeX Borås Energi och Miljö X

Syfte och övergripande mål  Syftet är att visa på flera möjligheter med värmepumpar i fjärrvärmenät. I tre delprojekt kommer projektet undersöka olika användningsområden för värmepumpar i fjärrvärmesystem.  Att visa på olika möjligheter med värmepumpar i fjärrvärmenät  Visa möjlig lösningar för ökad energi- och kostnadseffektivitet i Fjv-system  Visa på intressanta lösningar för fastighetsägare

VÄRMEPUMPAR I FJÄRRVÄRMESYSTEM Delprojekt 1: Värmepumpar för ökad effektivitet hos fjärrvärmenät inom tillverkningsindustrin

Bakgrund värmepumparna på Volvo PV  Volvo Cars (Torslanda) använder värmepumpar för återvinna värme från kylvattnet  Processernas kylvatten  Komfortkyla  Två värmepumpar, totalt 5 MW  Använder både värmepumpar och fjärrvärme idag  Ca 50% av energibehovet från vardera  Styr till viss del på el- och fjärrvärmepris  Sommartid enbart fjärrvärme  Det finns mer värme att återvinna än man utnyttjar idag  Överskottsvärme kyls bort i kyltorn

Bakgrund värmesystemet  Komplext system  Värmesystemet täcker behovet i tre huskroppar  Vissa rum behöver höga temperaturer vissa tider, t.ex. lackbox  Viktigt med robust system för processkylan  VP klarar värmebehovet ner till 7-8 grader därefter krävs även fjv  Värmepumparna inkopplade för fjärrvärmen

Genomförande  Kartläggning av:  Värmepumpen och dess drift  Hur värmepumpen påverkar/samarbetar med fjärrvärmesystemet och det sekundära systemet idag  Systemverkningsgrad utreds och ta fram en driftstrategi som tar hänsyn till både ekonomi och på miljö  ”Lessons learned”  Utredning av hur förbättring av systemverkningsgrad kan uppnås  Slutsatserna generaliseras så att det kan användas av fler industrier

VÄRMEPUMPAR I FJÄRRVÄRMESYSTEM Delprojekt 2: Optimerad kombinerad drift av värmepumpar och fjärrvärme i lokaler och flerfamiljshus

Bakgrund  I många lokaler och flerbostadshus med värmepumpar finns anslutning till fjärrvärme  Framförallt frånluft och bergvärme  För fastighetsägare vore det bra att kunna välja det energislag som för stunden ger lägst driftskostnader  Med framtida smarta nät är det en fördel att kunna variera uppvärmningssätt efter tillgång och efterfrågan  Idag finns hybridvärmepumpar på kontinenten med möjlighet att variera mellan värmepump och gaspanna.

Genomförande Två huvudaktiviteter: 1.Ta fram metod för att beräkna när det är bäst med avseende på pris använd värmepump respektive fjärrvärme  Metoden ska ta hänsyn till: Aktuellt pris på el resp. fjärrvärme, aktuella driftsbetingelser etc.  Skulle kunna vara miljö också 2.Beräkna livscykelkostnaderna (LCC) för att använda dubbla system  Kostnad för att ha dubbla system igång mot vinsten att kunna varier uppvärmningssätt

Algoritm  Antag att dubbla system finns installerat  Tillverkning av:  Rumsvärme  Tappvarmvatten  (Tillsatsvärme)

Algoritmen  Algoritmen optimerar i första hand med fokus på lägsta pris för slutkund  Steg 1: Tar enbart hänsyn till den rörliga delen av priset  Steg 2: Tar även hänsyn till den fast delen av priset t.ex. effektbehov  (Steg 3: Optimera när i tiden man ska styra uttag, t.ex genom att ladda bufferttank)

Värme- system FjvVP El El- bolag Fjv- bolag Algoritm som väljer den värmeproduktion med lägst kostnad 1 kWh värme av X °C Mängden el beror av COP COP beror av t.ex.: Utomhustemp Hög/låg temp system Kompressor kapacitet Elpris beror av avtal. Kan bero av t.ex: Årstid Tid på dygnet Spotpris Nord Pool Fjv-pris beror av avtal, Fast och rörlig del Kan bero av t.ex: Årstid Tid på dygnet Produktionsmetod Systemgräns In till byggnaden Elpris Nätavgift

Priser  Elpris  Elpris: Fast, rörligt  Nätavgift: Kan vara uppbygg på olika sätt, ofta kopplad till max effektuttag.  Fjärrvärmepris  Kan vara uppbyggt på olika sätt  Vanligen en fast och en rörlig del  Den fasta delen speglar ofta effektbehovet  Den fast delen utgör ca ⅓-½ totalpriset  Går mer mot att vara baserat på säsong

Scenario  Ett huvudscenario för att analysera hur algoritmen styr  Typexempel på:  Byggnad  Temperaturnivåer för värmesystem och tappvarmvatten  Värmepump och dess COP  Prismodell för el och fjärrvärme  Känslighetsanalys

VÄRMEPUMPAR I FJÄRRVÄRMESYSTEM Delprojekt 3: Värmepumpar som nyttjar fjärrvärmeretur eller lågtempererad fjärrvärme för tappvattenvärmning i lägenheter och småhus

Bakgrund  Låg returtemperatur i fjärrvärmenätet ger högre effektivitet i systemet  Mycket värme i fjv-returen om man hittar lämpliga applikationer  Som kan jobba mot låga temperaturnivåer  Golvvärme eller lågtemperatur radiatorer skulle kunna utnyttja fjv-resturen men då måste man lösa tapp-vattenproduktionen  Projektet undersöker möjligheten att använda en värmepump som utnyttjar fjv-returen för att göra tapp-varmvatten.  Centralt tappvarmvattensystem vs. En liten värmepump per lägenhet

Fördelar med att utnyttja fjv-returen  En sänkt framledningstemp i fjv-nätet ger:  Ökad elproduktion  Lägre värmeförluster i nätet  En sänkt returtemperatur ökar energiuttaget från rökgaskondensering  Högt COP på värmepumpen  En boostervärmepump som hämtar värme från ett 40-gradigt system för att producera 55-gradigt tappvarmvatten skulle kunna ha ett COP på ca 6-8.

Mål 1.Att utreda potentialen för värmepumpar som nyttjar lågtempererad fjärrvärme som värmekälla för tappvarmvattenproduktion 2.Framtagande och utvärdering av prototyper 3.Utredning av under vilka förutsättningar små värmepumpar av denna typ bör användas istället för ett centralt varmvattensystem med VVC.

Värmepumpsprototyp  Idag finns inga passande värmepumpar i tillverkarnas standardsortiment  Som arbetar med hög förångningstemperatur  En prototyp kommer tas fram  Anpassad för svenska förhållanden  Utvärderas genom labbmätningar

IEA HPT Annex 47 ”Heat Pumps and District Heating and Cooling Systems”  IEA HPT har precis startat upp projektet Syfte: Att samla information och idéer för beslutsfattare och planerare av energisystem om möjligheter och hinder för användning av värmepumpar i fjärrvärme- och fjärrkylasystem.  Pågår  Medverkande länder  Danmark  Österrike  Storbritannien  Sverige (Förhoppningsvis)

Arbetspaket i Annex 47 1.Marknad och energibesparingspotential 2.Beskrivning av existerande fjärrvärme- och fjärrkylasystem, demonstrationer och forskningsprojekt med värmepumpar 3.Analys av olika koncept och lösningar 4.Hinder för genomförande och möjliga lösningar för att överkomma dem 5.Resultatspridning

Tack för uppmärksamheten!