Optimal drift

1. Optimal drift av fjernvarmesystemOptimal utnyttelse av rimeligste energikilde. Kjelvelgersystemer og samkjøring av flere varmesentralerAnders MeegNorsk Energi

2. Optimal drift • I størst mulig grad benytte ønsket energikilde, normalt den rimeligste. • Lite behov for manuelle inngrep fra personell og utrykninger fra hjemmevakt • Gode driftsforhold for kjeler og annet utstyr, god virkningsgrad og stabil drift. • Minimalisere slitasje på utstyr • Minimalisere tap. Samtidig sørge for at samtlige kunder har tilstrekkelig differansetrykk og temperatur.

3. Effektvariasjoner i nettet • Effektbehovet i fjernvarmenettet varierer over døgnet. Typisk over 50% høyere behov om morgenen og på dagtid, enn om natten. Eksempel 2 dager Drammen:

4. Resultat av effektvariasjoner • Ledig kapasitet på grunnlastkilder (om natten) blir ikke utnyttet. Typisk spillvarme, avfallsenergi, varmepumper, deponigass….etc. • Må drifte dyrere spisslastkilder om dagen for å dekke behov (el, olje) • Spisslaskilder blir ofte startet kvelden før for å slippe å måtte rykke ut om morgenen • Bio-kjeler klarer ikke regulere raskt nok eller har ikke tilstrekkelig reguleringområde. • Effekt fra grunnlastkilder reduseres for å «gi plass for» reguleringskjeler • Effektvariasjonene er for store til å dekkes av én kjel alene • Svingninger gir dårligere virkningsgrad og uheldige driftsforhold for kjelene (typisk bio) • Kan gi korte driftstider og stor slitasje på utstyr, mye start/stopp

5. Bruk av fjernvarmenettet som akkumulator Ved å benytte fjernvarmenettet som «akkumulator» kan man: • Lagre rimelig energi å benytte denne i perioder med høyere behov • Dempe effekt svingningene slik at det blir lettere å håndtere disse med trege biokjeler • Utsette behov for manuell start av spisslastkjeler til etter arbeidstidens start

6. Bruk av fjernvarmenettet som akkumulator Eksempler på vannvolum i fjernvarmenett: • Agder Energi Varme, Arendal, Ca. 100 m3. 10 °C temperaturøkning = 1 MWh lagret • Drammen Fjernvarme, Drammen, Ca. 2000 m3. 10 °C temperaturøkning = 21 MWhlagret • BKK, Bergen, Ca. 5000 m3. 10 °C temperaturøkning = 53 MWh lagret • Haslund Varme, Oslo, Ca. 35000 m3. 10 °C temperaturøkning = 373 MWh lagret

7. Akkumulering i retur Akkumulering i tur og retur

8. Akkumulering i returledning (shuntventil) + Som regel mulig med større temperaturøkning enn i turledning + Enkelt å regulere (åpning på shuntventil) + Påvirker ikke kunder • Økt varmetap i nett (ikke relevant om alternativet er å dumpe energien). • Ikke akkumulering i grenrør • Noe økt pumpeeffekt under akkumulering • Økt returtemperatur kan gi redusert virkningsgrad på varmepumper • Kan gi problemer for kondensasjonsturbiner

9. Akkumulering i turledning + Akkumulerer også i grenrør (20-40% av volum) +Full temperaturøkning i hele rørstrekket +Redusert pumpeeffekt (etter en stund) +Vil samtidig gi økt lagringskapasitet i retur (dobbel effekt) • Økt varmetap i nett. (ikke relevant om alternativet er å dumpe energien). • Påvirker kunder (redusert ventilåpning, men også litt + pga. noe kaldere retur) • Ikke alltid at grunnlastkilde kan øke turtemperatur • Høyere turtemperatur gir dårligere COP i varmepumper

10. Kostnadsbesparelse eksempel • «Lite» fjernvarmenett 10 GWh, 8% varmetap • 250 m3nett, 10/20 °C akkumulering i tur/retur, 1 lading pr. døgn.gir ca. akkumuleringsevne = 4MWh • Energikostnad spisslastlast=50 øre pr kWh, grunnlast=20 øre pr kWh. Gir besparelse kr. 1200 pr. døgn i energikostnad • Varmetap ca. 90kW uten akkumulering øker til ca. 110kW når fullt akkumulert. Økt kostnad varmetap ca. kr 24,- pr. døgn (12 timer, 10kW i snitt, 20 øre/kWh ) • Pumpeeffekt: Akkumulering 500 kW, ca.15 m3/h økning i flow og 2 bar differansetrykk girca. 1 kW økt pumpeeffekt under akkumulering. Økt kostnad pumpeeffekt ca. kr 4,- pr. døgn (8 timer ladetid, 1kW i snitt, 50 øre/kWh)

11. Hva med rørnettet? • Temperaturvariasjoner under 50 °C er normalt uproblematisk • Temperaturøkning gir trykkspenninger som normalt ikke medfører risiko for sprekkdannelser. (Krympspenninger som gir sprekkdannelse kommer etter 1000vis av store og raske temperaturfall) • 1-2 min gangtid på shuntventil vil gi glidende temperaturforandringer i rørnettet. Konklusjon: Energilagring er ikke skadelig for rørnettet

12. Hvordan regulere lagringen • Må tilpasses hvert enkelt anlegg avhengig av behov. • Ofte vil optimal reguleringsstrategi avhenge av levert effekt og tilgjengelige kilder. • Effekt, temperatur, flow, damptrykk, gasstrykk, kapasitet, reguleringsevne og status på kjeler/energikilder….

13. Eksempel Drammen Energilagring benyttes for å øke COP og redusere driftstid om sommeren: • Gul = turtemp. • Rød = returtemperatur. • Lys blå = posisjon shuntventil • Blå = flow i sentral.

14. Eksempel Bergen Energilagring benyttes for optimal utnyttelse av damp fra avfallsvarme: • Gul = returtemp i FVS. • Grønn = energi levert fra FVS. • Blå = flow gjennom akkumuleringsventilen. (0-100m3) • Rød = akkumuleringseffekt.

15. Samkjøring av kjeler Kjelvelgersystemer • Skal sørge for å starte/stopp kjeler automatisk avhengig av effektbehov • Skal minimalisere driftstid og energiproduksjon med de dyrere energikildene. • Må være fleksibelt for å kunne tilpasses: - varierende energipriser, - varierende årstider og effektbehov- fremtidige utbygginger av nett og sentraler

16. Kjelvelgersystemer • Et godt system skal være fleksibelt og:- kunne kombinere både grunnlast og regulering i samme sentral.- kunne regulere med flere sentraler, og/eller flere kjeler samtidig (raskere regulering, større reguleringsområde)-sørge for automatisk start/stopp av kjeler og sentraler avhengig av effektbehov -må kunne kombineres med energilagring i nett • I store anlegg må en tenke regulerings-energikilde, ikke reguleringssentral, reguleringskjel eller reguleringspumper.

17. Tradisjonell løsning Seriekobling av kjeler og temperaturstyring:

18. Kjeler i serie + Start av kjel medfører ikke flowforstyrrelser+ Automatisk innkobling kan ivaretas av kjelens styresystem - Stort trykkfall ved mange kjeler i serie. Ofte mer enn to spisslastkjeler i en sentral. Kjeler må dimensjoneres for stor flow/lav dT.- turtemperatur faller ved økt effekt- Møter ofte begrensninger ved senere utbygninger- Vanskelig om det er store forskjeller i kjelstørrelse

19. Kjeler i parallell

20. Kjeler i parallell Kjeler kobles inn/ut avhengig av differansetrykk. Kan være separate regulatorer for hver kjel eller én felles «kjelvelger-regulator» + Kan enkelt tilpasses forskjellige trykkfall i hver kjel + Flere kjeler kan regulere samtidig+ Kjeler i andre sentraler i nettet kan enkelt implementeres i løsningen (disse er jo uansett i parallell) • Lavtemperatur-kilder kan fortsatt ligge i serie (på retur)

21. Samkjøring og regulering, større nett

22. Oppsummering • Energilagring i nett har både driftsmessige og økonomiske fordeler og bør vurderes i de fleste fjernvarmenett, uavhengig av størrelse. • Et godt kjelvelgersystem som er automatisk og fleksibelt vil gi både bedre driftsøkonomi og bedre hverdag for driftspersonell.