bachelorrapport klar_version - Campus
Kondensat køling og varmegenvinding fra afkastluft ENERGIOPTIMERING Forside figur 1 fabrikken BHJ A/S Hobro (forfatterens eget arkiv) Ahmed Abdi | Aarhus maskinmesterskole | 1. juni 2015 Titelblad Forfatterens navn: Ahmed Abdi Studie nr. A11574 Rapportens titel: Kondensat køling og varmegenvinding fra afkastluft Projekttype: Bachelorprojekt Fagområder: Termiske maskiner Placering i uddannelsesforløb: 9 semester Uddannelsesinstitutions navn: Aarhus maskinmesterskole Vejleder: Flemming Hauge Pedersen Antal normal sider: 32 Dato for aflevering: 01.06.2015 Fortrolighedserklæring Undertegnet_________________________________(Navn) Bachelorprojektrapport_______________________________(Titel) Erklærer at Aarhus maskinmesterskole (sæt kryds) Må gerne offentliggøre rapporten Må ikke offentliggøre rapporten, men må godt bruge den til intern undervisning Må hverken offentliggøres eller bruges til undervisning SIDE 1 Abstract The purpose of this project is to dealing with and solve, a problem in the factory of BHJ’s steam system, where the condense water temperature is too high when it returns to the boiler. BHJ lacks the capacity to cool down its steam condense water, because the waste heat in the condense water exceeds the max amount of the factories heat energy consumption. The high temperature of the steam condense water is making it difficult for the factory to use its boiler systems economizer more efficiently, this, means reduced boiler efficiency. The projects aim is to solve the problem by assessing and analyzing waste energy content in the condenser water and look at the possibility of connecting the factories steam condense system to the city of Hobro’s district heating system. This initiative will result in better cooling opportunity because the district heating company is able to consume all the waste heat energy that needs to be removed from the condense water when cooled in a low temperature which will enable a more efficient steam system. On top looking at a way optimize the steam system, this project will also be assessing and analyzing the waste heat energy in the factories outlet air from the HVAC system. The waste heat in the outlet air, can be recovered by implementing heat pumps but heat pumps although heat pumps are useful in this matter they are also expensive to purchase and can be costly to have running as they consume X amount of energy to produce X amount of energy. With this in mind, the project will analyze the heat pumps investment, payback time. The payback time is, used as an indicator to tell how useful the investment it is for BHJ to invest in heat pumps to recover the factories waste heat in the process outlet air. Forord Denne projekt er blevet til i forbindelse med min praktiktid hos BHJ A/S Hobro. Hvor jeg har været ansat som maskinmesterpraktikant fra 20 januar 2015 til 20 marts 2015. Her har jeg gået og observeret på fabrikkens energispild i afkastluften og funderede over, hvordan varmen kan genvindes. Derudover har jeg haft fornøjelse af, at kigge og optimere på fabrikkens dampsystem. I forbindelse med udarbejdelsen af denne projektrapport har jeg fået hjælp og opbakning af følgende mennesker som jeg ønsker at takke for deres hjælpsomhed og bidrag til mit projekt. Jan Sundstrup Ingeniør og tekniske chef hos BHJ A/S Hobro Jan Tubbert tekniker/håndværker hos BHJ A/S Hobro Jens Peter energirådgiver hos Verdo A/S Randers SIDE 2 Søren Skærbæk Projektleder Hos Skjern papirfabrik Anne Neerup Jensen konsulent/skatterådgiver hos PWC Aarhus Tobias Hedegaard Kristensen maskinmester hos Planenergi 1.1 Formål 1Formålet med denne projekt, er at den studerende skal lære at arbejde udviklingsorienteret og problemløsende med professionen som maskinmester. Praktikken skal føre til udveksling af viden, færdigheder og værdier mellem uddannelse og profession/erhvervsliv samt etablering af netværk. Praktikken indeholder følgende centrale temaer: 1. Projektplanlægning af praktisk arbejde på virksomheder 2. Maskinmesterrelevant arbejde hvor teknik, arbejdsmiljø, ledelse og økonomi kombineres. Målbeskrivelse: I henhold til kvalifikationsramme for livslang læring og skolens vejledning dok. nr. 0402. Efter endt uddannelse skal den studerende kunne: Kompetencer Den studerende skal ved at drage sammenhænge mellem erfaringer og teoretisk viden, kunne identificere og analysere emner, områder og problemstillinger, der er centrale i forhold til professionen som maskinmester. Viden Den studerende skal kunne beskrive og diskutere praktikstedets tekniske og ledelsesmæssige processer. Færdigheder Indgå i ledelses- og samarbejdsmæssige relationer med mennesker med forskellig uddannelsesmæssig- og kulturel baggrund. Varetage det økonomiske, tekniske og sikkerhedsmæssige ansvar og opgaver. Kunne planlægge og være ansvarlig for opgavers udførelse. Tilegne sig og vurdere ny viden. SIDE 3 1 Aarhus maskinmesterskole modul 30-B Bachelorpraktik Indholdsfortegnelse Titelblad .................................................................................................................................................1 Abstract ................................................................................................................................................. 2 Forord ................................................................................................................................................... 2 1.1 Formål ............................................................................................................................................. 3 Nomenklatur ......................................................................................................................................... 6 1.2 Indledning ...................................................................................................................................... 7 1.3 Baggrund ........................................................................................................................................ 7 1.4 Problemstilling ................................................................................................................................ 7 2 Problemformulering .......................................................................................................................... 8 2.1 Hypotese......................................................................................................................................... 9 2.2 Afgrænsning ................................................................................................................................... 9 2.2 Metode ............................................................................................................................................ 9 2.3 Teori ...............................................................................................................................................10 3 fabrikkens Produktionsproces beskrivelse .....................................................................................10 3.1 affedtningsprocessen ................................................................................................................... 11 3.2 tørring og formalingsprocessen ................................................................................................... 11 4 Dampsystemet ................................................................................................................................. 11 4.2 dampsystemets opbygning............................................................................................................ 12 4.3 Beskrivelse af BHJ’s varmtvandssystem ..................................................................................... 13 4.4 Varmevekslere ..............................................................................................................................14 4.5 Varmevekslerens funktion og type..............................................................................................14 4.6 Forslag til ombygning af dampsystemet ....................................................................................16 4.7 Energiberegning og analyse på kondensatets spildenergi ........................................................ 17 4.7.1 afgrænsning ............................................................................................................................... 17 4.7.2 Dampproduktion og fabrikkens driftstid .................................................................................. 17 4.7.3 Grundlag for energiberegningerne ..........................................................................................18 4.7.3 metode kritik ............................................................................................................................. 23 SIDE 4 5 Energiberegning og analyse på afkastluften ................................................................................ 23 5.1 metode.......................................................................................................................................... 24 5.2 afgrænsning ................................................................................................................................. 24 5.3 målinger i kanalerne .................................................................................................................... 25 5.4 måle resultater og energiberegninger ....................................................................................... 28 6 vurdering og valg af fokusområde ................................................................................................ 30 6.1 afgifter .......................................................................................................................................... 30 7 varmegenvinding løsningsforslag i scenarie 1 og 2 ........................................................................ 34 7.1 analyse af BHJ’s energibehov ..................................................................................................... 34 7.2 scenarie 1 ..................................................................................................................................... 35 7.3 scenarie 2 ..................................................................................................................................... 39 8 varmepumpeanlæggets opbygning ............................................................................................... 40 9 tilbudsafhentning på varmepumpeanlægget ............................................................................... 42 10 økonomi ......................................................................................................................................... 43 10.1 Energispareaftalen ..................................................................................................................... 44 10.1 økonomiskberegning for scenarie 1 ......................................................................................... 44 10.2 økonomiskberegninger for scenarie 2 ..................................................................................... 48 10.3 sammenligning af scenarie 1 og 2 ........................................................................................... 49 10.4 Metode kritik .............................................................................................................................. 50 11 konklusion....................................................................................................................................... 51 12 Perspektivering ............................................................................................................................. 52 13 Reference liste og links ................................................................................................................ 53 14 Bilag ............................................................................................................................................... 56 SIDE 5 Nomenklatur Rapportens opbygning Projektrapporten er delte op to dele, hvor projektets første del kun omhandler og fokusere på problemstillingen i dampsystemet. Her er der lavet energiberegninger for at kortlægge spildenergimængden i dampsystemet. Og efterfølgende er der givet ideer til, hvordan kondensatet kan køles ned til et acceptabel niveau, så anlægget kører mere energieffektivt. Projekts anden del omhandler og fokuser på energispildet i afkastluften, hvor massestrømmen/flowet på afkastluften måles, hvor efter energiindholdet i afkastluften beregnes. Derudover opstilles to scenarier i rapporten, der involvere varmepumper som varmegenvindingsmiddel på afkastluften. Og efterfølgende laves der økonomiskberegninger forslagene i scenarierne for at identificere, hvilken løsningsforslag der er den mest lønsom at investere i. Terminologier 1 del M kondensat= en betegnelse for dampsystemets kondensatvand mængde kg/s eller kg/h T mætning= en betegnelse for en temperatur, hvor væske fordamper, når det tilføres mere varme Tryk i rapporten er angivet som eksempelvis 12 bar (a) den lille a i parentes indikere absoluttryk. QFj= en betegnelse for energi som er afsæt til fjernvarmevand QVV= en betegnelse for energiindholdet i varm vand (væskevarmeenergi) Q-gd og M-gd= betegnelse for genfordampnings varmeenergi og genfordampningens masse Terminologier 2 del Nettoprisindeks: Nettoprisindekset belyser forbrugerprisudviklingen friholdt for ændringer i afgifter og tilskud. Nettoprisindekset opgøres på grundlag af de faktiske forbrugerpriser så vidt muligt fratrukket indirekte skatter, dvs. moms og varetilknyttede afgifter, og tillagt tilskud til generel nedsættelse af prisen. Datagrundlaget er det samme som for forbrugerprisindekset og den eneste forskel mellem nettoprisindekset og forbrugerprisindekset er korrektionen for afgifter samt tilskud i priser og vægte i nettoprisindekset. SIDE 6 X= fugtiglufts absolut vandindhold i måleenheden gram-vand/kg tør-luft eller kg-vand/kg tørluft Mv og Ml= vandmængde og tørluft mængde i fugtigluft h= specifik enthalpi for fugtigluft Q0= fordamper ydelse/køleeffekt (varmepumpens koldside) Qc= kondensator ydelse/ varmepumpens varmeside ydelse OV= overskudsvarme 1.2 Indledning Som led i den afsluttende del af maskinmesteruddannelsen har jeg været i praktik hos BHJ A/S i Hobro, hvor jeg har haft min dagliggang i værkstedsdelen af fabrikken. BHJ er en moderne fabrik, der lever af, at producerer funktionelle animalske proteiner til fødevareindustrien, som kan bruges som tilsætning til mange forskellige fødevarer som pølser, bacon og skinke. Fabrikken har eget gaskedelanlæg, som forsyner produktionen med damp. Derudover råder fabrikken over trykluftkompressoranlæg, køleranlæg, centrifuger og mange andre maskiner der er interessant for en maskinmester. Jeg vil bruge min tid hos BHJ på at gennemgår de forskellige anlæg i fabrikken for, at identificere, hvor energi forbruget i fabrikken kan optimeres eller udnyttes bedre i fremtiden. 1.3 Baggrund Under praktikopholdet hos BHJ har jeg observeret at der er en del energispild flere steder i fabrikken. De steder jeg har haft mest fokus på har været på ventilationsanlægget (afkastluften) og dampsystemet (spildenergien i kondensatet). 1.4 Problemstilling Fabrikkens produktion af den funktionelle animalske protein, kræver stor mængder energi i form af el og damp. Dampen produceres i eget nyetableret gaskedelanlæg. På det seneste har der i fabrikken været stor fokus på energioptimering. Og derfor udnyttes energispildet i dampkondensatet i dag bedre end man gjorde tidligere. Dampsystemet er bygget sådan op, så genfordampning af kondensatet ledes igennem en flashveksler, som er opstillet i fabrikkens kælder. Flashveksleren er en af det seneste energibesparende tiltag som er lavet i fabrikken i 2spirax sarco er en leverandør af dampsystemsløsninger 3Verdo er et energi selskab og har et samarbejdsaftale med BHJ SIDE 7 samarbejde 2Spirax sarco og Energirådgiver Jens Peter fra 3Verdo. Flashveksleren er koblet til en lukket varmtvandssystem, som alle fabrikkens forskellige afdelinger (varmeforbrugere) er koblet på. Dette har man gjort for at udnytte spildvarmen i dampsystemet så optimalt som muligt og samtidig for at sænke kondensattemperaturen ned inden det returneres til kedlen. Selvom energien i kondensat udnyttes bedre i dag end i tidligere tider, så er der stadig en del energi tilbage i kondensatet efter flashveksleren, som resultere kedlens economizer ikke kan udnyttes optimal, da kondensatet har en gennemsnits temperatur på omkring 90-100 ◦c efter flashveksleren. Ud over energispildet i fabrikkens dampsystem. Så er der ligeledes en hel del energispild i udsugningsluften fra fabrikkens produktionsproces. Afkastluften som ledes ud til skorstenen fra de forskellige steder i fabrikken er varmt og fuld af energi. Der er i alt tre steder i fabrikken, hvor luften suges fra. Her er luftens temperaturer på omkring 50-60 grader varmt når det ledes ud til skorstenen og smides til omgivelserne. BHJ er blevet kontaktet af Hobro varmeværk som ønsker at købe fabrikkens spildvarme. Hobro varmeværk er fortiden lidt presset, da byens affaldsforbrændingsanlæg lukkes inden længe. Byens politikere har besluttet, at det er mest rentabelt for byen, at køre Hobros affald til Aalborg affaldsforbrændingsværk fremfor at affaldsforbrændingsanlæg. Aalborg affaldsforbrænding ønsker at aftage Hobros affald og brænde det gratis. Derfor har byen besluttet at skrotte sin affaldsforbrændingsanlæg, da denne er alt for dyr i drift. Derfor er Hobro varmeværk nødsaget til at kigge på andre alternativ energikilder som kan erstatte affaldsforbrændingsanlægget. 2 Problemformulering BHJ er en energi tung virksomhed, hvor produktionen kører 24 timer pr døgnet rund. Fabrikken generere derfor en stor mængde energispild, som ikke kan bruges internt, og som man derfor er nødsaget til at kastes ud til omgivelserne. BHJ’s kedelanlæg producere 7 ton damp pr. timen og dermed potentiel 7 tons kondensat pr. timen som indeholder en stor del energi. Derudover viser nogle foreløbig målinger på fabrikkens ventilationsanlæg at der ledes en samlet luftmængde fra fabrikkens proces på ca. 140000 m3/h med en temperatur på omkring, der svinger 40 og 50 grader celsius. Der er observeret at noget af udsugningsluften stammer fra fabrikkens tørringsproces. Hvilket er fugtigt luft og kan derfor potentielt indeholder en stor mængde vanddampe, hvilket gøre, at luften indeholder mere energi end tørluft. For at energispildet i fabrikken udnyttes bedre i fremtid til gavn for byen, fabrikken, og til gavn for miljøet så vil der i denne projekt sættes fokus på følgende spørgsmål herunder i problemformuleringen. Hvordan kan kondensatet køles bedre ned og spildenergien udnyttes samtidig? SIDE 8 Hvordan kan spildenergien, som går tab med fabrikkens afkastluft fra produktionsprocessen genvindes og udnyttes? Kan det betale sig rent økonomisk, at afsætte spildvarmen fra de forskellige områder til fjernvarmenettet? 2.1 Hypotese Det forventes at problemet med den høj dampkondensatvandtemperatur kan løses ved at etablere en væske/væske varmeveksler som kobles på fjernvarmenettet, og som vil sørge for at kondensatvandet køles ned til en acceptabel temperatur inden kondensatvandet returneres tilbage til kedlen. Spildvarmen i afkastluften forventes at kan kunne genvindes med eldrevne varmepumper. 2.2 Afgrænsning For at tilpasse projektet med den tid, som er afsæt til den vil der blive foretaget nogle begrænsninger. Derfor vil dette projekt hovedsagelige sætte fokus kun være på spørgsmålene i problemformuleringen. Projektet er opdelt i to dele, hvor den første del vil fokusere på energien i dampkondensatet her vil fokusset kun være på et afgrænset område af dampsystemet, altså kun dampkondensatsystemet, der vil ikke være særlig meget fokus på eller beregninger på kedlens virkningsgrad hellere ej energiindholdet i røggassen. Der vil hellere ikke blive sat fokus på energiforbruget på dampsystemets afgreninger til de forskellige forbruger i fabrikken. Anden del af projektet vil sætte fokus på afkastluften her vil fokusset kun være på varmegenvinding og energiberegninger på fokus områderne i ventilationsanlægget. Denne projekt vil ikke fokusere så meget på ventilationsanlæggets opbygninger og komponenter, men kun på de eldrevne varmepumper som indgår i løsningsforslagene i projektet. Ud over de allerede nævnte begrænsninger vil der blive løbende begrænset i projektet, hvor det bliver nødvendigt. 2.2 Metode Data indsamling Vil foregår således Kvantitativ data indsamling Kvalitativ data indsamling SIDE 9 Der vil i projektets førstedel blive foretaget beregninger på spildenergien i kondensatet. Det brugte massestrøm på kondensatet i energi beregningerne er baseret på tidligere målinger der er lavet på dampsystemet hos BHJ af virksomheden spirax sarco. Spirax sarco har målt på dampmængden, som sprøjtes på produktet under produktionen. Og dermed kunne man bestemme, hvor meget af dampen, der løb tilbage som kondensat til kedlen ved at trække kedlens dampproduktion pr. time fra dampmængden som sprøjtes på produktet pr. time. Der findes ingen data på skrift over tallet på dampmængden som bruges til produktionen, så tallet på dampmængden som sprøjtes på produktet er baseret på mundlige udsagn fra fabrikkens tekniske chef Jan Sundstrup. 2.3 Teori Teorien som anvendes i opgaven er teoretiske viden jeg har fået igennem min uddannelsesforløb som maskinmesterstuderende på Aarhus maskinmesterskole. Helt specifikt har jeg anvendte teoretiske viden om termiske maskiner samt viden fra erhvervsøkonomi undervisningen. 3 fabrikkens Produktionsproces beskrivelse BHJ’s produktion af proteinpulver starter med at fabrikken modtager restprodukter fra svineslagterier Både fra udlandet og herhjemme. Det modtagne råvarer består primært af sværd som er fra skåret i slagterierne. Hos BHJ forarbejdes produktet igennem flere forskellige processer som skitseret nedenunder. Affedtning Tromler/tørringsproces Møller /formaling Siloer Figur 2. (eget arkiv) Skitsen viser fabrikkens arbejdsproces på en forsimplet måde, men i virkeligheden så gennemgår produktet en avanceret forarbejdning i de forskellige områder som bokserne illustrere. SIDE 10 3.1 affedtningsprocessen Råvarerne transporteres fra råvarer siloen via et transportbånd med en metaldetekter og derefter kommer produktet ind i en hakker. Her hakkes produktet i små firkantet terninger, der så ledes ind i et kogerør hvor produktet koges vha.af damp. Fra kogerøret er der forbindelse til 4 Si centrifuger, hvor det kogt produkt ledes hen til. Si centrifugerne fungere sådan at produktet ledes igennem Si centrifuge 1 hvor produktet affedtes og derefter ledes produktet videre til si centrifuge 2 hvor produktet affedtes endnu engang derfra ledes produktet som stadigindeholder noget til en tank. Tanken er forbundet med 3 pumper der suger ned fra tankens bund og leder produktet igennem 3 kølerflader, hvor produktet køles ned til 10-4 grader celsius. Herefter ledes produktet igennem 2 si centrifuger for at fjerne de sidste restende fedt. De sidste 2 si centrifuger er forbundet med en tank, hvor alt produktet samles og pumpes videre igennem 3 andre centrifuger hvor produktet blandes med vanddamp på 93 grader celsius. Centrifugerne separere det sidste fedt fra produktet. 3.2 tørring og formalingsprocessen Efter affedtningen skydes produktet ud af centrifugerne og samles ned i en skudbeholder. Hvor det så videre pumpes igennem en dekanter maskine. Maskinen adskiller produktet i to dele bundfald og væske/proteinvand. Bundfaldet ledes tilbage til kogerøret og det proteinholdige væske til tromlerne. Her sprøjtes og fordeles proteinvæsken på de varme roterende tromler. Efter proteinet er tørret op og størknet skrabes proteinet af en automatikstyret kniv (kaldet filmbrækkeren) herfra transporteres produktet videre med luft til møllerne som formaler produktet og efterfølgende til lagring i siloerne, hvor produktet kan tappes og pakkes fra i pakkeriet. 4 Dampsystemet BHJ har en forholdsvis ny gaskedelanlæg, som er bygget i 2010. Kedlen har en maks. kapacitet på ca. 16 Bar og kan producere 10 tons damp pr. time ved max last. Kedlen står i et kedelhus som er adskilt fra fabrikkens bygning, hvor der går et damprørledning fra kedelhuset og til fabrikken. Inde i fabrikken går der i alt 7 hoved ledninger til forskellige dampforbruger i fabrikken som er opdelte på følgende forsyningsområder. Forsyningsledning til sterilisering Forsyningsledning til tromle 1 og 2 Forsyningsledning til tromle 3 og 4 SIDE 11 Forsyningsledning til backup dampveksler Affedtning Og to andre diverse forbruger Da der ikke findes en tegning over BHJ’s dampsystem, er der som noget af det første i projektet udarbejde en principskitse over dampsystemets opbygning. Her er dampsystemet vist på en forsimplet måde. Tegningen af blevet til vha. visuel observation/inspektion over dampsystemets rørføringer i fabrikken. 4.2 dampsystemets opbygning Principskitse over systemet Flashveksler Figur 3 viser principskitse over dampsystemets opbygning med energi genvinding (eget arkiv) Som skitsen på figur 3 viser så kører dampledningen fra kedelhuset og deles derefter ud til de forskellige dampforbruger i fabrikken. Efterfølgende køres der en ledning fra forbrugerne og igennem en flashveksler for på den måde at udnytte varmen fra genfordampningen til intern opvarmningsformål. Derefter ledes kondensatet til den trykløse kondensatbeholder, der står i fabrikkens kælder. Beholderen har to pumper der kører skiftevis, hvor kondensatet pumpes videre til en niveaustyret reservoirbeholder, som står ude i kedelhuset, hvor der ca. en gang i timen tilføres spædevand fra en vandbehandlingsanlæg, som når vandstanden i beholderen falder under en vis procent pumper spædevand i beholderen. Når det kolde spædevand og varmt kondensatvand blandes sammen i tanken falder temperaturen i tanken, og når dette sker er der observeret at economiseren kører bedre. Selvom economiseren kører bedre i dette tilfælde så er 4røggassen efter economiseren stadig ca. 93 grader celsius ved observationen. Kedelanlæggets opbygning er illustreret som skitse på nedenstående figur. Som viste på tegningen lederes det opvarmede fødevand efter det er opvarmet i economiseren til ca. 70 Kondensatsystemet Se bilag 1 SIDE 12 grader videre til en aflufter, som fungere som en fødevandsforvarmer, hvor der indsprøjtes damp i tanken, som så blandes med fødevandet. Af luftningen af tanken sker ved at fødevandets temperatur bringes tæt på sin mætningstemperatur ved den temperatur vil noget af fødevandet skifte form fra vand til damp og et trykreguleret afluftningsventil vil åbnes, hvormed tanken vil blive afluftet. Figur 4 (principskitse over kedelanlæg (forfatters eget arkiv) 4.3 Beskrivelse af BHJ’s varmtvandssystem BHJ udnytter i dag kondensatets genfordampningsenergi til opvarmning af fabrikken, værksted kantinen samt administrations bygningen. Varmtvandssystemet er et lukket system, hvor der er koblet mange forskellige varmeflader (luft til væskeveksler) som har til opgave at opvarme indsugningsluften til følgende områder. Indsugningsluften til tromlerummene Kantinen Værksted Administrationen Indsugningsluft til møllerne Indsugningsluft til karvasker rum Indsugningsluft til affedtning Varmvandssystemet varmes op vha. flashveksleren, som er en veksler der er beregnet til at kondensere genfordampnings dampen i kondensatsystemet. Systemet har en pumpe der 4Se bilag 2 Varmtvandssystemet Se bilag 3 SIDE 13 konstant cirkulere ca. 35 m3/h vand igennem flashveksleren. Ud over Flashveksleren så er systemet koblet til en dampveksler der direkte kan forsynes fra dampledningen, denne veksler er tænkte som en back up til flashveksleren ved havari reparation eller andet nødsituation som forårsager et stop af flashveksleren. Lige ledes er der muligheder for at by-passe kondensatet flashveksleren og lede det direkte ned til den trykløsebeholder som er viste på skitsen i figur 3. 4.4 Varmevekslere For at kunne redegøre for og komme med et forslag om, hvilken form for varmeveksler BHJ skal installere til køling af kondensatet vil der i dette afsnit blive beskrevet om varmeveksleren funktion. 4.5 Varmevekslerens funktion og type Figur 5 (forfatterens eget arkiv) Som illustreret på ovenstående principskitse så fungere en varmeveksler ved at den har to indgange. Én Primærside hvor det varmemedie som skal afgive sin varmeenergi kommer ind og den sekundærside, hvor det kolde medie som skal modtage varmen kommer ind. Inde i veksleren er de to medier adskilte af en væg, hvor varmeoverføringen finder sted. Som viste på tegningen, så kommer det varmeste medie ind i veksleren med en høj temperatur og ud med en lavere temperatur, mens det kolde medie kommer ind med en lav temperatur og ud med en høj temperatur. Da de to medier veksler varme og ændrer temperatur så er temperaturdifferensen på de to medier ikke konstant. Temperaturdifferensen på de to medier skal kendes for at kunne vælge den rigtig varmeveksler til sin projektet. Og for at kunne bestemme denne temperaturdifferens så er det vigtigt at kende eller bestemme strømningsprincippet for varmeveksleren. Strømningsprincipperne kan opdeles i følgende principper. SIDE 14 Modstrømsprincip Medstrømprincip Krydsstrømprincip Strømningsprincippet er en særlig vigtig parameter, som man skal være opmærksom på, når der skal vælges en varmeveksler. Ved modstrømsprincippet kan der opnås højere temperatur i udløbstemperatur på det kolde medie/fluid, mens der ved medstrøms princippet sker det, at mediernes udløbstemperatur vil nærmere sig hinandens udløbstemperatur. Temperatur Tv- ind TK-ud ΔT TV- ud Tk- ind Længde [meter] Figur 6 (forfatterens eget arkiv delta T på grafen er viste for at illustrere de to mediers temperaturforskel denne delta temperatur benævnes logaritmiske middeltemperatur og er bestemte af varmevekslerens strømningsprincip) Ovenstående tegning og graf er lavet for at illustrere, hvordan en modstrøms varmeveksler fungere ifølge teorien. Og hvordan temperaturændringen for de to medier forløber i varmeveksleren. Hvis varmeveksleren havde fungeret som en kondensator (som flashveksleren hos BHJ) så vil temperaturen for det primærmedie (dampen) ikke være faldende, men foregår som viste på grafen med den røde pil ved konstant temperatur. Dette skyldes at når dampen afgiver sin fordampningsvarme til det koldere medie (kølevandet) så vil dampen skifte form fra damp til væske ved konstant temperatur og tryk. Hvis massestrømmen af kølevand er meget større end dampens masse flow, vil man kunne opnår underkøling af kondensatet. Underkøling betyder at dampen første afgiver sin fordampningsvarme og derefter vil kondensatets temperatur falde under kondenseringstrykket. Flashveksleren hos BHJ er designet som en kondensator og ifølge fabrikantens design specifikationer på varmeveksleren, har den kapacitet til at underkøle kondensatet ca. 20 grader celsius under kondenseringstrykket. Flashveksleren se bilag 4 SIDE 15 4.6 Forslag til ombygning af dampsystemet BHJ anbefales at ombygge deres kondensatsystem. Ved ombygning skal der indbygges en genfordampningsbeholder i systemet, som forbindes til en lavtryks damp/væske varmeveksler som. Dampveksleren forbindes på sin sekundærside til fjernvarmenettet, når dampen kondensere og afgiver sin fordampningsvarme vil kondensatet sendes videre igennem en væske/væske varmeveksler som også er forbundet til på sin sekundærside til fjernvarmenettet her vil kondensatet afgive yderlige afgive sin energi i form af væskevarme og blive nedkølet til et lavt temperatur på ca. 50 grader inden kondensatet sendes videre til kedlen. Ideen er illustreret i den nedenstående skitse. Figur 7 viser ombygningsforslag til dampsystemet kilde: (eget arkiv) Ifølge Jan Sundstrup5 så er der ikke behov for at installere en genfordampningsbeholder i systemet. BHJ har tidligere haft en genfordampningsbeholder i deres dampsystem, men valgte at afinstallere den efter de købte flashveksleren, som ifølge Spirax Sarco godt kan virke som en erstatning for genfordampningsbeholderen. Det har ikke været muligt at indhente oplysninger på den præcise funktion på flashveksleren, da BHJ ikke havde nogle data eller oplysninger på hvordan flashveksleren helt præcist fungere. Spirax Sarco som leverede veksleren er også blevet kontaktet og har sendt nogle data på flashveksleren, der viser fabrikantens 6design og specifikationer. På baggrund af disse oplysninger, er det forstået som om at flashveksleren fungere som en kondensator og er udformet som plate and shell varmeveksler. Flashveksleren er ifølge producenten lille og kompakt og kræver ikke meget plads. I dette projekt antages det derfor at flashveksleren godt kan fungere som en erstatning for en genfordampningsbeholder, og derfor skal damp/væske veksleren og SIDE 16 genfordampningsbeholderen på tegningen betragtes som en enhed. Så i realiteten behøver BHJ kun at installere en væske/væske varmeveksler efter flashveksleren for at køle kondensatet yderligere ned, da flashveksleren ifølge sine design specifikationerne ikke har kapacitet nok til at underkøle kondensatet til den krævede nedkølingstemperatur på 50 grader celsius. 4.7 Energiberegning og analyse på kondensatets spildenergi I dette afsnit vil, der blive lavet energiberegninger på kondensatsystem både før og efter flashveksleren, for at kortlægge, hvor meget energi, der er til rådighed i dampkondensatet hos BHJ. 4.7.1 afgrænsning De energiberegninger, der vil blive lavet i denne afsnit vil kun være begrænset til kondensatsystemet. Der vil i dette afsnit ikke blive kigget på transmissionsvarmetab i rørledninger ud til fjernvarmenettet, der vil hellere ikke blive foretaget analyse af eller beregninger på økonomi. BHJ’s kedelanlæg tilføres spædevand ca. en gang i timen for, at erstatte dampen som sprøjtes på produktet, der ikke returnere som kondensatvand til kedlen. Dette sørges for af et anlæg kaldet RO-anlægget (vandbehandlingsanlæg), Spædevandet som tilføres til systemet har en lav temperatur (ca. 10 grader celsius) og medvirker til at vandets temperatur i reservoirtanken falder. 4.7.2 Dampproduktion og fabrikkens driftstid BHJ’s produktion af funktionelle animalske protein kører 6 dage og 24 timer pr. døgn. Fabrikkens årlig driftstimer er 48 uger pr. år Gaskedlens dampproduktion ligger ifølge de daglige observationer som er lavet på anlæggets SRO system, som minimum på 6 tons pr time, og 8 tons damp pr. time som maksimum i løbet af et døgn. Den dampproduktions masse flow, som bruges i energiberegningerne på kondensatet er et gennemsnitlige masse flow på 7 tons pr timen. SIDE 17 Tabel 2 (forfatterens eget arkiv) grafen er et udtryk for dampproduktionen i fabrikken over en periode på 7 dage Fabrikkens produktion er stoppet om lørdagen, men genoptages igen om søndagen. Selvom fabrikken ikke producere noget om lørdagen så kører gaskedlen med en meget lav last for at holde fabrikken varmt bl.a. tromlerne for at opstarten af produktionen ikke skal tage alt for langtid, når produktionen genoptages om søndagen. Grafen er bygget sådan op at søndag er referencepunkt og ligger ved 0 i x-aksen og lørdag ligger ved nr. 6 ud af x-aksen. Kedlens dampproduktioner er svingende som viste på grafen og kommer aldrig under 6 tons pr. timen ved under fabrikkens driftstid og ved max last aldrig over 8 tons pr. timen. Disse værdier er nogle værdier, som vurderes rimelige valide, da de stammer fra kedlens overvågningssystem. Den blå lige linje på grafen viser kedlens gennemsnits produktion over en periode på en uge, og viser at kedlen i gennemsnit producere ca. 7 tons damp pr. timen. Denne værdi fratrukket de 1 tons damp pr. timen som sprøjtes på produktet giver 6 tons. Kondensat pr. timen som returneres tilbage til kedlen. 4.7.3 Grundlag for energiberegningerne Efter dampen har været igennem de forskellige forbruger og er kondenseret, indeholder kondensatet stadig en hel masse energi i form af fordampningsvarme og væskevarme. Når en vis nærmere bestemt mængde damp kondensere igennem en varmeflade, så vil det ske som tidligere beskrevet ved et konstanttryk og temperatur. Dette betyder eksempelvis den kondensat som forlader tromlerne, som har et tryk på 14 bar (a) vil have en temperatur på 195 grader. Kondensatet ledes fra tromlerne og ned til en trykløs kondensatbeholder altså en beholder med et tryk der er lige eller tæt på atmosfærisktryk på ca. 1 bar (a). Da vand ikke kan eksistere over 100 grader ved 1 bar (a) så vil noget af kondensatet genfordampe. SIDE 18 Grundlaget for energiberegningerne i projektet er derfor, at kondensatet indeholder to former for energi på følgende form, som kan genvindes og udnyttes intern eller til fjernvarmeformål. Genfordampningsvarme Væskevarme 7 Genfordampning Genfordampningen opstår, når kondensatet ledes fra et højttryk til et lavere tryk. Og hvis denne genfordampning ikke udnyttes/kondenseres, så vil dampen forlade dampsystemet i den nærmeste udluftnings sted med energitab og spædevandstab til følge. I BHJ’s tilfælde vil dette betyde at kondensatet fra tromlerne med en temperatur på 195 grader celsius skal afgive hvad der svarer til 95 grader celsius ved genfordampning. Mængden af genfordampet kondensat kan beregnes ved at betragte systemet på følgende måde som skitseret herunder. Figur 7 (forfatterens eget arkiv) viser kondensatets energiindhold før og efter vandudladeren i tromlerne Energiberegning på kondensat fra tromlerne Tromlerne sender til sammen en kondensatvands mængde svarendende til 4 tons kondensat pr. timen til den trykløs kondensatvandsbeholder i fabrikkens kælder. Her vil en vis procentdel fordampe og kan beregnes således. 7 Se bilag 5 SIDE 19 mkondensattromler 4 ton / h Fordampende væskevarme 829,97 417,5 412, 47 kj / kg mgd procent h fv '' 2 h 100% 412, 47 100% 18,3% 2257, 45 mgd 1 mkondensat 1 mgd procent /100% 4 18,3 3 10 732 kg / h 100 energibidrag Qtromler mgd 1 (h2'' h2' ) 732 (2674,94 417,5) 459 kw 3600 Beregningen viser altså, at en mængde på 732 kg/h vil genfordampe, når der ledes 4000 kg/h kondensat fra tromlerne og til kondensatbeholderen i kælderen hos BHJ. Det skal understreges at genfordampningsdampen er en lige så god damp som alle andre damp med samme temperatur og tryk. Som der er viste på tegningen i figur 3 på 3.3 under beskrivelsen af dampsystemets opbygning hos BHJ. Så er der en del dampforbruger/varmeflader der aftager damp fra hovedledningen. Disse små forbruger aftager tilsammen 3 tons damp pr. time og deres tryk spænder vidt fra 4 bar (a) til omkring 13 bar (a). Ud over disse forbruger/varmeflader er der også monteret en række vandudlader til dræning af dampledningen. Dampledningen skal drænes vha. en vandudlader for hvert 30 meter rør og foran reduktion og reguleringsventiler samt afspærringsventiler. De nævnte forbruger og drænepunkter er i projektet er forenklet som en forbruger og benævnes, som øvrige forbruger som viste på tegningen i figur 5. og deres samlede tryk er sat til 12 bar (a) Figur 8 (forfatterens eget arkiv) viser kondensatets tryk og enthalpi før og efter vandudlader for de øvrige forbruger SIDE 20 Energiberegning på kondensatet fra øvrige forbruger De øvrige forbruger er forenklet og beregnes som en stor forbruger for overskuelighedens skyld, disse forbruger bidrager tilsammen med en kondensatvandmængde på 3 tons pr. timen, som ledes til den trykløsebeholder i kælderen. Denne beholder er tænk som en samlingsbeholder med mulighed for af-luftning før kondensatet pumpes videre til reservoirbeholderen som står i kedelhuset. mkondensat 3000 kg / h fordampende væske 762,5 417,5 345 kj / kg mgd procent h fv h2'' 100% mgd mkondensat øvrige 345 100% 15,3% 2257, 45 mgd procent 100% 3000 15,3% 459 kg / h 100% Energibidrag Qgd 2 mgd 2 (h2'' h2' ) 459 (2674,95 417,5) 287,8 kw 3600 Samlet energibidrag fra genfordampningen Qgd Q1 Q2 459 287,8 737,81kw Væskevarmens energibidrag Væskevarmens energibidrag er et udtryk for kondensatvandets energiindhold efter dampen har kondenseret og afgivet sin fordampningsvarme. BHJ ønsker at udnytte væskevarmeindholdet der er tilbage i kondensatet. Helt specifikt ønskes kondensatet kølet ned til 50 grader. Forudsætningen for de efterfølgende beregninger er derfor at kondensatet har en temperatur på 90-99 grader, da flashveksleren er i stand til at underkøle kondensatet fra ca. 110 grader og ned til 90-99 grader celsius. Kondensatets før og efter flashvekslerens temperatur er baseret på loggede data, som viser at kondensatets før flashveksleren har et gennemsnitstemperatur på 110 grader, hvilket svarer til et tryk i kondensatledningen på ca. 1,3 bar (a). Kondensatvandets gennemsnitstemperatur efter flashveksleren ligger ifølge de loggede data på 98 grader celsius, se på bilag 4. SIDE 21 Energibidrag fra flashvekslerens underkøling Energi som kan hentes, når flashveksleren underkøler kondensatet 20 grader under sin kondenseringstryk fra 110 grader til 90 grader celsius. mkondensat 7000 kg / h Tmætning 110 C Tunderkøling 90 C cv 4,19 kj / kg c Qunderkøling mkondensat cv (tmætning tunderkøling ) 7000 4,19 (110 90) 162,94 kw 3600 Da kondensatet ønskes yderligere afkølet fra det 90 grader celsius og ned til 50 grader celsius. Ved at installere en væske/væske varmeveksler mellem den trykløsebeholder og flashveksleren som viste i figur 7 under kapitel 3.8 beregnes energibidraget fra væske/væske veksleren. Summen af alle energibidragende vil så efterfølgende blive beregnet for at vise hvor meget energi BHJ potentielt er i stand til at afsætte til fjernvarmenettet, når deres eget varmeforbruger dækkes fra en anden kilde end flashveksleren eksempelvis fra en varmepumpe, der kan udnytte spildenergien i afkastluften fra processen. Energibidrag fra væske/væske varmeveksler mkondensat 7000 kg / h T1 90 C T2 50 C Qv / v 7000 4,19 (90 50) 326 kw 3600 Fjernvarmenettet Hobro fjernvarme ønsker at aftage hele BHJ’s overskudsvarme. Og det er aftalt ved møde med driftschef 8Mikkel Grathe, at fjernvarmevandet sendes med en returtemperatur på 40 grader celsius og ønskes sendt tilbage til fjernvarmenettet med en fremløbstemperatur på ca. 80 grader celsius. Disse tal er derfor grundlaget for beregningen af mængden af SIDE 22 fjernvarmevand som BHJ er i stand at cirkulere igennem deres overskudsvarmegenvindingsanlæg. Q fjern var me Qkondensat 737,81 162,94 326 1226, 75 kw T fjern var mevand 1 40C T fjern var mevand 2 80C c 4,19 kj / kg c m fjern var mevand Q fjern var mevand c (t2 t2 ) 1226, 75 3600 103 26,35 tons / h 4,19 (80 40) Ifølge de ovenstående energiberegninger på spildenergien i kondensatet, så har BHJ potentielt 1,22 MW til rådighed, som kan udnyttes til fjernvarmeformål. BHJ har potentielle nok til at blive en stabile leverandører af varmeenergi til fjernvarmenettet pga. fabrikkens stor årlige driftstid. Fabrikken er i drift i 6 dage om ugen og 24 timer på et døgn og 48 uger på et år. BHJ har derfor i stand til, at levere årligt en varmeenergimængde, der svarer til 843,64 MWh årligt til fjernvarmenettet alene fra sin spildenergi i dampkondensatet. 4.7.3 metode kritik På grund af dampsystemets manglende oversigtstegning og størrelse er en række mindre dampforbruger slået sammen som en stor forbruger med et fælles damptryk i projektet. Dette kan resultere i at det energiberegningsresultater, som projektet er kommet frem til kan afvige fra virkeligheden. En anden ting der kan give anledning til usikkerhed i beregningerne er kondensatets masse flow, som antages at ligge på 6 tons Pr. timen. Som en værdi, der er baseret på udsagn fra fabrikkens teknisk chef Jan Sundstrup, men da kilden er fabrikkens tekniske chef vurderes den til at være valid nok. For at vurdere validiteten på det beregnede totalenergi resultat, er flashvekslerens energimåler brugt som en pejlemærke. På flashveksleren er der monteret en energimåler, som i det daglig viser nogenlunde samme resultat, som energiberegningen på dampkondensatet viser. Se bilag 6. 5 Energiberegning og analyse på afkastluften Ud over spildenergien i dampkondensatet, så har BHJ en hel del energispild i afkastluften fra fabrikkens produktionsproces. Under dette afsnit i projektet vil hovedfokusset være på energispildet i afkastluften. De på forhånd identificerede områder i fabrikken, som er vurderet 8 Mikkel Grathe driftschef Hobro fjernvarmeværk SIDE 23 til at være gode steder at installere el-drevene varmepumper og som skal undersøges nærmere i fabrikken ventilationsanlæg er følgende områder. 1. Tromlernes udsugningskanaler 2. Møllernes udsugningskanaler 5.1 metode For at klarlægge, hvor meget spildenergi, fabrikkens afkastluft indeholder vil der i denne del af projektet blive lavet følgende målinger ventilationsanlæggets fokus områder forud for energiberegningerne i afkastluften. Luftens massestrøm Luftens fugtighed (relativ fugtighed) Efter luftmålingerne og energiberegningerne, er der opstillet to scenarier i projektet. Og efterfølgende, er der analyseret økonomien i løsningsforslagene scenarierne. Forud for det økonomiskberegninger og analyser i løsningsforslagene, er der blevet analyseret og redegjort for varmepumpens energiafgifter i projektet. Under analysen af varmepumpernes energiafgifter, er der blevet indhentet oplysninger fra skats internethjemside om energiafgifterne. For at udelukke misforståelse og forstår energiafgifterne korrekt, da der er tale om en meget juridiske system, er der telefoniske og via e-mail blevet kontaktet nogle relevante folk, som har forstand på varmepumpernes afgifter. Bl.a. Anne Neerup Jensen, som er en konsulent og en del af energiafgiftsgruppen hos rådgivnings og revisions virksomheden PWC A/S. Derudover har der også været kontakt med projektleder og maskinmester Søren Skærbæk som arbejder hos Skjern papir fabrik. Skjern papir fabrik har Danmarks største eldreven varmepumpeanlæg. Uderover det nævnte vil der blive redegjort for metode og usikkerhed, når luftens massestrøm og fugtighed måles. Energien i afkastluften er beregnet vha. programmet cool. 5.2 afgrænsning Ved projektets økonomiskberegninger vil, der ikke blive taget højde for afgifternes ændringer i fremtiden og el prisernes ændringer. Da elprisen og pso afgiften kan falde og stige hele tiden vil det være uoverskueligt at regne sig frem til et valid resultat hvis man skulle forholde sig til elprisens svingninger. Det samme gælder elafgiften som ændres hvert år afhængigt af alt efter om 9nettoprisindekset stiger eller falder. Projektets økonomiskberegninger er baseret på energiafgiftssatserne, som de ser ud i 2015. Og elpriserne inklusiv pso-afgiften er beregnet ud SIDE 24 fra en stationær tilstand. Varmepumpernes cop faktor ligger også fast, og er en stationærværdi selvom varmepumpernes cop faktor kan ændre sig ved forskellige belastningsområder. 5.3 målinger i kanalerne For at kunne analysere afkastluftens spildenergiindhold, er der i projektet blevet lavet følgende målinger, hvor der måles på trykket og temperaturen i ventilationsanlæggets fokus områder. Når energien i afkastluften beregnes er det vigtigt at kende afkastluftens volumen flow, temperatur og relativfugtighed. For at finde luftens volumen flow i ventilationskanalen, bruges der en metode der kaldes traversmåling. Målingerne foretages efter Danvak’s rekommanderet måleplan for cirkulær ventilationskanaler se bilag 8. ifølge Danvak skal, der måles på to på hinanden stående diametre i kanalen. Efter dette er gjort, kan luftens massestrøm i kanalen beregnes efter følgende formel. qv Vm A K Hvor Vm : er summen af luftens middelhastighed i kanalen qv : er luftens massestrøm A : er kanalens tværsnitsareal K : er en korrektionsfaktor på 0,98 for kanaldiameter 1200 mm Til måling af luftens middelhastighed har man flere muligheder man kan benytte sig af. Luftens middelhastighed, som kan måles ved at bruge pitotrør eller varmetrådsanemometer. Pitotrøret har en måleusikkerhed på 1-5% og kan måle lufthastigheder fra 2 til 50 m/s. Varmetrådsanemometret har et måleusikkerhed på 1-20% og kan måle lufthastigheder i områderne fra 0,05 til 10 m/s. I denne projekt, er der brugt et pitotrør, da måleusikkerhedsintervallet er lille ved luftmåling med pitotrør, og lufthastigheds område som kan måles er stor i forhold til varmetrådsanamometeret. Pitotrøret er udformet som en vinkelbukket dobbeltrør med to huller, der måler henholdsvis den totale tryk og den statiske tryk i anlægget. Pitotrørets udformning er vist på figur 8. Hvor P2 repræsentere den totale tryk Luftmålingsmetode iog udstyr seog bilag kanalen P17-12 repræsentere den statiske tryk i kanalen. Differensen mellem den totale tryk og den statiske tryk giver den dynamisktryk i kanalen. 9Nettoprisindeks Se bilag 13 SIDE 25 Figur 8 viser, hvordan et pitotrør fungere i praksis. Kilde: (http://www.engineeringtoolbox.com/pitot-tubesd_612.html) Måleapparatet kan selv lave beregningerne og finde luftens volumen flow. I apparatet er der mulighed for, at programmere nogle værdier ind, som kanalens diameter, temperatur og antal målepunkter man ønsker at lave i kanalen. Derefter beregner maskinen den dynamiske middeltryk i kanalen og på den baggrund beregner den, så luftens middelhastigheden. Når dette er gjort vil maskinen finde luftens volumen flow efter den viste formel, hvor luftens middelhastighed ganges med kanalens tværsnitsareal og en korrektionsfaktor. Metoden medfører ifølge Danvak’s bog om måleteori en usikkerhed på 4- 5% fejl. Luftens relativfugtighed Til måling af luftens relativfugtighed er der anvendt en vaisala måleapparat, som kan måle luftens relativfugtighed. Målingerne er lavet ved at programmere maskinen til at logge over en tidsperiode på 1 minut, hvor apparatet laver 4 målinger med et interval på 15 sekunder. Apparatet har en måleusikkerhed på plus minus 1,7%. Figur 9 viser måleapparat. Kilde: vaisala: (http://vaisala.com/en/products/humidity/Pages/HM70.aspx#prettyPhoto) Ifølge termodynamic bogen, i afsnittet om dampmættet/fugtigluft så kan luftens totale tryk opdeles i to dele. Som benævnes partialtrykket, der ifølge daltons lov om idealgasser tilsammen udgøre gassen samlede tryk. Luftens totaltryk består altså af luftenspartialtryk (Pl) og dampens partialtryk (Pd). partialtrykket er et tryk som kan defineres, som trykket hver del SIDE 26 element alene vil udøve på en beholders væg, hvor en bestemt mængde af gasblandingen var indespærret i . Dampens partialtryk kan variere og enten ligge over eller under vandampens mætningstryk. Udover partialtrykkene er det relevant at kigge på den fugtiglufts absolutvandindhold som benævnes X, når den fugtiglufts entalpi ønskes bestemt. Luftens absolutfugtighed, er et tal der viser luftens vandindhold og angives typiske i Kgvand/kg-tørluft og kan beregnes efter følgende formel. x mv kg / kg tørluft ml Luftens fugtighed kan også angives som en relativ størrelse og kaldes, da luftens relativfugtighed. Luftens relativfugtighed er defineret som pd pdm Hvor tallet, φ går fra nul til en, alt efter, hvor mættet luften er med vanddamp. Luftens relativfugtigheds procent er afhængig af tryk størrelserne Pd og Pdm, som er et udtryk for vanddampens aktuelt partialtryk og vanddampens mætningstryk. Når dampens aktuelt partialtryk og mætningstryk er lige stor kaldes luften for 100 procent mættet, men hvis dampens partialtryk er større end vanddampens mætningstryk, så kaldes luften overmættet og vil således indeholder damp og kondenseret vand i form af tåge, regn eller rim. Fugtiglufts entalpi Fugtiglufts entalpi består af summen af tør lufts entalpi og vanddamps entalpi og kan beregnes på følgende måde. h c pl t x ( c pd t r0 ) 1, 01 t x (1,86 t 2501) I formlen står Cpl og Cpd for tørluft og vandamps specifikvarmekapaciteter, og er afhængige af luftens temperatur. R0 er vanddampens fordampningsvarme og lille t er luftens temperatur. I temperatur intervallet fra 0 til 30 grader celsius ligger Cpl på 1,01 og Cpd på 1,86. Energiindhold i afkastluften Efter når luftens specifik entalpi er bestemt kan energien som afgives af luften ved køling eller tilføres til luften ved opvarmning beregnes efter følgende energiligning Q=M*(h1-h2). Hvor m SIDE 27 er tør luftmassestrømmen i kg/s og de to entalpier h1 og h2 før og efter entalpier, som er afhængige temperatur og luftens absolut vandindhold x og kan beregnes, når temperaturen før og efter en køleflade er kendt. I projektet udføres energiberegningerne på den på fugtige luft vha. programmet coolpack som tidligere nævnt. Der er også mulighed for at benytte en IX mollier diagram, når den fugtiglufts energi ønskes beregnet. Se beregnings eksempel med IX diagram på bilag 6. 5.4 måle resultater og energiberegninger Måle-sted Møller Tromler Flow Temperatur Hastighed Relativfugtighed M3/h Gradercelsius 60 50 m/s % Kanaldiameter Mm 11 14,4 11 100 Ø1000 Ø1250 30500 62500 Tabel 2 viser måleresultaterne over ventilationskanalerne I denne afsnit vil, der på baggrund af luftmåleresultaterne blive lavet energiberegninger første og efterfølgende vurderes, der hvor det er bedste at installere el drevne varmepumper som energigenvindingsmiddel. Energiberegninger På afkastluft fra møllerne I energiberegningerne betragtes møllernes afkastluft som tør atmosfæriske luft pga. den meget lav luftfugtighed. Beregningerne er lavet i excel efter følgende formel Q=volumen*rho*(t1-t2). Hvor t1 og t2 er henholdsvis temperaturen, før og efter varmegenvindingsfladen. Luftens densitet rho er afhængige af temperatur og er et 11tabel opslag. Tabel 3 viser energiindholdet i møllernes afkastluft, når luften køles ned til 30 grader celsius. Som den ovenstående energiberegning på excel viser, så kan der hentes 267,9 kWh fra møllernes afkastluft på den kolde side, hvis etableres en el dreven varmepumpe i område. Hvis SIDE 28 varmepumpens cop faktor er på 4,33, så kan kompressorens arbejdet beregnes på følgende måde. Cop faktor Qo Wi Kompressorens udført arbejde isoleres i formlen hvorefter varmepumpens energiforbrug beregnes. Wi Q0 / cop faktor 267,92 / 4,33 61,875 kWh Energien på kondensatorens varmeside/kondensatoren kan beregnes efter følgende formel. Qc Q0 Wi 267,92 61,875 329, 79 kWh Energiberegning på afkastluft fra tromlerne Energiindholdet i tromlernes afkastluft beregnes vha. coolpack Beregningerne er baseret på at tromlernes afkastluft har en volumen flow på 62500 m3 pr. time og en relativluftfugtighed på 100%. Og temperaturen før kølefladen er 50 grader celsius efter kølefladen sænkes temperaturen til 30 grader celsius. Kølefladens overflade temperatur sænkes så den er mindre end den kølede lufts dugpunktstemperatur, da luftens dugpunktstemperatur ligger på 30 grader celsius efter afkølingen, er kølefladens temperatur sat til 20 grader celsius. Dette er gjort for at sikre at dampen i afkastluften kondensere ved berøring med den kolde køleflade og på den måde afgive sin energiindhold i form af fordampningsvarme til kølefladens kølervæske. Energiberegning med coolpack SIDE 29 Figur 10 viser energiberegning som er lavet på den dampmættet afkastluft fra tromlerne. Som vist på figur 10, så har BHJ mulighed for at potentielt, at genvinde 2904kwh fra tromlernes afkastluft, når afkastluften køles ned til 30 grader celsius. Hvis der installereres eldrevne varmepumper, så kan BHJ dække hele Hobros varmeforbrug i sommerperioden, som ifølge 10Mikkel Grathe ligger på omkring 3 MWh kontinuerligt henover sommerperioden. 6 vurdering og valg af fokusområde På baggrund af de udførte målinger over afkastluftens volumen flow, temperatur og relativluftfugtighed i ventilationsanlæggets fokus områder, er det vurderet i dette projekt, at det vil være bedst, at installere eldrevne varmepumper i ventilationskanalen, som transportere afkastluften fra tromlerne. Til sammenligning med afkastluften fra møllerne, så er afkastluften fra tromlerne volumenen flowmæssigt større her. Derudover er afkastluften 100 procent mættet med vanddamp, og indeholder derfor større spildenergi end den relativ tørre afkastluft fra møllerne. 6.1 afgifter Før BHJ kan investere i et varmepumpeanlæg og afsætte det genvundne energi til fjernvarmeformål eller til intern procesopvarmning, er der nogle ting man skal være opmærksom på. Da varmepumper bruger el som drivmiddel, er der nogle energiafgifter som SIDE 30 BHJ skal betale til staten. Ud over elafgifter, så skal der også betales varmeoverskudsafgift til staten. Varmepumpens afgifter kan derfor opdeles i følgende to energiafgiftstyper Varmeoverskudsafgift Elafgift Ifølge 11PWC’s afgiftsvejledning for virksomheder fra 2015 er der afgifter på en lang række produkter og varer, så som elektricitet, kul, gas og olieprodukter. Mest relevant for denne projekt er afgifterne på naturgas og elektricitet. Som skal kigges lidt nærmere på, da BHJ benytter naturgas til dampproduktionen, som bruges til tørringsprocessen på produktet, hvor varmeoverskud i tromlernes afkastluft stammer fra. Og da de eldrevne varmpumper bruger el. Ifølge Pwc’s afgiftsvejledning kan momsregistrerede virksomheder som BHJ får godtgjort en stor andel af energiafgifterne forudsat, at 4 følgende betingelser er opfyldt hos virksomheden. 1) Energien skal være forbrugt af virksomheden. 2) Momsen skal være fradragsberettiget. 3) Energien må ikke være anvendt til motorbrændstof. 4) Energien må som hovedregel ikke være anvendt til rumvarme, opvarmning af vand eller komfortkøling. Ifølge vejledningen skal punkterne forstås som følgende Ad 1) energien skal være forbrugt af virksomheden Det er en betingelse for at få godtgjort energiafgifter, at virksomheden er den reelle forbruger af energien. Energi, som ikke kan anses for at være forbrugt af virksomheden, er fx: Energi indkøbt med henblik på videresalg. Energi, der anvendes af lejere i forbindelse med udlejning af fast ejendom – dette gælder uanset, hvem der betaler for energien. Energi, der anvendes til fremstilling af varme eller kulde, som efterfølgende afsættes. Ad 2) momsen skal være fradragsberettiget Det er en betingelse for at få godtgjort energiafgifter, at virksomheden har fradrag for moms. Dette skyldes, at virksomheder kan få godtgjort energiafgifter i samme omfang, som den enkelte Hobro virksomhed har fradrag 10Mikkel Grathe driftschef fjernvarmeværk for moms. Det vil sige, at en virksomhed med delvis fradrag for moms kan få godtgjort energiafgifter delvist. 11http://www.pwc.dk/da/afgifter/afgiftsvejledningen.jhtml Ad 3) Energien må ikke være anvendt til motorbrændstof SIDE 31 Det er en betingelse for at få godtgjort energiafgifter, at virksomheden ikke har anvendt energien til motorbrændstof. Dette gælder alle former for motorbrændstof – også motorbrændstof, der anvendes i stationære motorer. Virksomheder kan dog få godtgjort afgift af elektricitet, der anvendes i eldrevne motorer. Ad 4) Energien må som hovedregel ikke være anvendt til rumvarme, opvarmning af vand eller komfortkøling Virksomheder kan som hovedregel ikke få godtgjort energiafgift af brændsler, der anvendes til rumvarme, opvarmning af vand eller komfortkøling. Dette gælder, uanset om energiforbruget er baseret på olie, gas eller kul. Virksomheder, der anvender elektricitet til rumvarme, opvarmning af vand eller til komfortkøling, kan dog få godtgjort en andel af elafgiften, se bilag 7. Der er således forskel på, om en virksomhed anvender brændsler eller elektricitet til rumvarme, opvarmning af vand eller komfortkøling. 12Elafgifts satser og godtgørelser Elafgiften har indtil sin ændring i januar 2014 ifølge skat bestået af en række afgifter som benævntes, energieffektiviseringsbidrag, el distributionsbidrag, tillægsafgift og energispareafgift efter CO2-afgiftsloven. Efter vedtagelsen af lov bekendtgørelse 903 af juni 2013 blev energispareafgiften efter CO2-afgiftsloven for elektricitet afskaffet, og afgiften på elektricitet efter elafgiftsloven er hævet tilsvarende. Afgiften på elektricitet er samlet i én afgiftssats efter elafgiftsloven. Afgiften på elektricitet består i 2015 af en afgift som kaldes energiafgift. Elafgiftssatsen udgøre i dag 87,8 øre/kWh. 13Godtgørelse af elafgiften Momsregistrerede virksomheder kan få godgjort hele elafgiften minus 0,4 øre/kwh i 2015 så længe energien er gået til procesformål. For at der er tale om procesformål skal energien går til følgende Drift af maskiner, værktøj og produktionsanlæg. Belysning og edb-udstyr. Pumper og motorer. Ventilation i virksomhedernes lokaler (dog ikke komfortkøling). Elektricitet anvendt til pumper og ventilatorer i forbindelse med levering af varme og kulde. Hvis energien bruges til rumvarmeformål kan virksomhederne få delvisgodtgjort elafgiften med et beløb på 49,8 øre/kwh i 2015. Elektriske energi, der går til varmepumper regnes som energi til rumvarmeformål. SIDE 32 14Afgifter på naturgas Når virksomhederne bruger naturgas, vil der skulle betales afgifter af naturgassen i form af, co2 afgift og metan-afgift. Størstedelen af disse afgifter (ca. 93%) kan virksomhederne få godtgjort, når energien er anvendt til procesformål. Som kan defineres på følgende måde. Produktion og forarbejdning af varer. Opvarmning af særlige rum eller særlige procesanlæg. Nedkøling af serverrum og andre lokaler, hvor medarbejderne ikke har en fast arbejdsplads. 15 Overskudsvarmeafgift Ifølge Viegand Maagøe’s rapport om overskudsvarme i industrien. Så pålægges overskudsvarmeafgift en varmemængde, der genbruges til rumvarme eller fjernvarme efter første at have været brugt i en proces. Overskudsvarmeafgiften er tænkt at modsvare den manglende afgift, som ellers skulle være betalt for rumvarmen. Overskudsvarmeafgiften er illustreret På figur 11. Figur 11 illustrere overskudsvarmeafgiften (kilde: Viegand maagøe) Man kan sige overskudsvarmeafgift er et beløb som skal modsvare rumvarmeafgiften. Da som tidligere beskrevet virksomhederne kan få godgjort størstedelen af brændselsafgiften, når brændslet anvendes til procesformål. Eksempelvis hvis rumvarmeafgiften er på 70 øre/kWh, mens brændselsafgiften er på 20 øre/kWh efter afgiftsgodtgørelsen og en virksomhed ønsker at genvinde sin spildvarme og anvende det til rumvarme eksempelvis deres kontor eller kantine så kan overskudsvarmeafgiften på den genvundet energi som tilgår rumvarme 12-14 Se bilag 14 beregnes således. Overskudsvarmeafgiften= 70-20= 50 øre/kWh. Hvis overskudsvarmen afsættes til fjernvarmeformål, skal der betales 33% af vederlaget til overskudsvarmeafgift i 2015. Og hvis overskudsvarmen afsættes til rumvarmeformål intern i virksomheden så skal der betales overskudsvarmeafgift svarende til 50 kr./GJ nyttiggjort varme eller det der svarer til 18 øre/kWh. Når en virksomhed benytter eldrevne varmepumper SIDE 33 som varmegenvindingsmiddel skal der betales overskudsvarmeafgift af varmepumpens varmeproduktion, der overstiger 3 gange elforbruget. Eksempelvis, hvis en eldreven varmepumpe har en produktion på 5 MWh og en cop faktor på 4,3 vil dette betyde, at varmepumpens elforbrug vil svare til ca. 1,16 MWh. Den del af energien som er overskudsvarmeafgift belastet for varmepumpen kan beregnes således. Afgift belagtenergi= 5-3*1,16= 1,52 Mw. Hvis varmen afsættes til fjernvarme så vil det betyde at indtjeningen på en energi mængde svarende til 1,52*0,33 vil går til betaling af overskudsvarmeafgift. 7 varmegenvinding løsningsforslag i scenarie 1 og 2 Grundet den relativ lav temperatur på afkastluften er BHJ nødsaget til at skulle benytte varmepumper, som kan booste spildvarmen op til et nyttigt niveau, som kan bruges til opvarmning af fjernvarmevand eller til intern opvarmning af BHJ’s eget varmtvandssystem, hvor der begge tilfælde kræves en høj temperatur på 70-80 grader celsius. Derfor vil der i projektet blive kigget på 2 forskellige scenarier som begge involver varmepumpeanlæg i løsningsforslaget. I scenarie 1 vil der indgår to separate varmepumper i løsningen, hvor den ene afsætter sin varmeenergi produktion intern og den anden vil afsætter sin varmeenergiproduktion ekstern til fjernvarmenettet. I scenarie 2 indgår, der kun et varmepumpeanlæg i løsningsforslaget, som afsætter sin varmeenergiproduktion intern til BHJ’s varmvandssystem 7.1 analyse af BHJ’s energibehov BHJ’s energibehov er vurderet til max at ligge på ca. 800-1000 kwh på en normal arbejdsdøgn, hvor hele fabrikkens produktion kører optimal. BHJ’s energibehov er baseret på analysen af en logget trendkurver som vist på figur 13 herunder fra BHJ’s SRO-anlæg over flashveksleren energiproduktion over en periode på 24 timer. Trendkurven er viste på figur 10, hvor den røde kurver repræsentere flashvekslerens energi produktion på et normal døgn, hvor hele fabrikken kører optimal. Ifølge trendkurven har flashveksleren i gennemsnit produceret 898 kwh, som er 15 http://www.kebmin.dk/sites/kebmin.dk/files/nyheder-presse/overskudsvarme_- _sammenfattende_rapport_august_2013_final.pdf 15 overskudsvarmeafgift se bilag 15 SIDE 34 afsæt til BHJ’s varmvandsbeholder. Hvor vandet i det lukkede varmtvandssystemet opvarmes kontinuerligt fra ca. 50 grader til 77 grader celsius Figur 12 viser BHJ’s varmeenergibehov (kilde: BHJ’s SRO system) 7.2 scenarie 1 Scenarie 1 er opstillet således, at BHJ installere to parallel varmepumper på henholdsvis 1,5 MW og 1 MW. Her tænkes, at varmepumpe på 1 MW afsætter sin energi til BHJ’s egen akkumuleringstank/varmvandsbeholder, mens den anden varmepumpe på 1,5 MW afsætter sin energi til fjervarmenettet sammen med dampkondensatets varmeenergi fra flashveksleren og væske/væske veksleren. Ideen er illustreret på figur 11, hvor en eventuel væske/væske veksler til at køle kondensatet er undlad på skitsen, men energien der genvindes med en eventuel væske/væske veksleren er viste på skitsen. SIDE 35 Figur 13 illustration på scenarie 1 (forfatterens eget arkiv) Varmepumpe 2, som forsyner fjernvarmenettet modtager kold returvand på 35-40 grader fra fjernvarmenettet, og levere 70 grader varmt fremløbsvand til fjernvarmenettet. Fjernvarmevands fremløbstemperatur er sat til 70 grader celsius for at opnå en acceptabel cop faktor på varmepumpen. Da højere temperatur på fjervarmevandets temperatur vil resultere i en væsentlige forringelse af varmepumpens cop faktor. Den stiplede lille boks på tegningen viser et afgrænset område, hvor energibalance opstilles og fjernvarmevandets blandede fremløbstemperatur beregnes, når de to grene fra varmepumpens fremløb og flashvekslerens fremløb mødes og fjernvarmevandet får en blandingstemperatur. Varmepumpe nr 1, som forsyner BHJ’s egen varmevandbeholder med varmeenergi har en returtemperatur på 50 grader og en fremløbstemperatur på 77 grader celsius. Qvp1 Q fjern var me m fv cv (70 40) 1500 kw m fv1 Q fv cv (70 40) 1500 11, 93 kg / s 4,19 (70 40) Q flashveksler Q fv 1248 kw m fv 2 7, 44 kg / s SIDE 36 Vandblandingstemperaturen kan nu beregnes på følgende måde. Qvp mvp cv Tvp Q flashveksler m flashveksler cv T flashveksler Qblanding (mvp m flashveksler ) cv Tblanding eller Qblanding Qvp Q flashveksler ( mvp m flashveksler ) cv Tblanding mvp cv Tvp m flashveksler cv T flashveksler Hvor mvp 11,93 kg / s m flashveksler 7, 44 kg / s Tvp 70 C Tveksler 80 C cv 4,19 kj / kg C Tblanding mvp cv Tvp m flashveksler cv T flashveksler mvp cv m flashveksler cv 11,93 4,19 70 7, 44 4,19 80 73,8 C 11,93 4,19 7, 44 4,19 Som beregnet efter ovenstående energibalance ligning, så fås der en fremløbstemperatur tæt på 74 grader celsius på vandet, som leveres til fjernvarmenettet fra BHJ. SIDE 37 Varmepumpernes specifikationer Varmepumperne er opdelt i en kold og varm side. Varmepumpernes kolde side er forbundet med afkastluften, hvor energien genvindes. Og deres varme sider er forbundet med henholdsvis BHJ’s varmvandsystem og fjernvarmenettet, hvor varmepumperne levere det optagne energi fra afkastluften plus kompressorens optagne elektriskenergi opvarmer vand, mens kølemidlet afkøles og kondensere i takt med det afgiver sin energi til fjernvarmevandet. Energiberegning kold side varmepumpe 1 og 2 i scenarie 1 Specifikationer for varmepumpe 1 Kold-side T køleflade= 30 grader celsius (luft til væske veksler) T0= 23 grader celsius Temperaturdifferens= 7 grader celsius Q0= 770 KWh Cop faktor= 4,33 SIDE 38 Kompressorens elforbrug= 231 KWh Varme side Q C= 1000 KWh T C= 77 grader celsius Specifikationer for Varmepumpe 2 Kold side T køleflade= 30 grader celsius T0= 23 grader celsius Temperaturdifferens= 7 grader celsius Q0= 1153,58 KWh Cop faktor= 4,33 Elforbrug= 346,42 KWh Varm side QC= 1500 KWh TC= 70 grader celsius. 7.3 scenarie 2 Ved scenarie 2 tænkes at BHJ installere en eldreven varmepumpe, der yder 1 MW som dækker BHJ’s eget varmebehov. Og energien i kondensatet tænkes at blive afsæt til fjernvarmenettet. Ideen er viste som skitse på figur 12. SIDE 39 Figur 14 skitse over scenarie 2 (forfatterens eget arkiv) BHJ’s varmebehov dækkes af varmepumpen som kan yde ca. 1000 kWh. Ved denne scenarie skal BHJ ikke betale elafgift for at bruge varmepumpen, da varmen som produceres i dette tilfælde går til fabrikkens proces. Dog skal BHJ betale den el som varmepumpen bruger. Derudover skal BHJ betale overskudsvarmeafgift af den varmemængde som fra flashveksleren afsættes til fjernvarmenettet. I 2015 skal der betales en overskudsvarmeafgift på 33% af vederlaget. 8 varmepumpeanlæggets opbygning Varmepumpeanlægget er opbygget som et kaskadeanlæg, hvor man har to separate kølersystemer med hver sin kompressor, fordamper og kondensator. Anlæggets opbygning er skitseret på figur 13. SIDE 40 Figur 15 principskitse over varmepumpeanlæg (forfatterens eget arkiv) Varmepumpeanlægget består af en luft til væske varmeveksler (kølefladen), som har til opgave at optage varmeenergien fra afkastluften i ventilationskanalen. Som tidligere nævnt har denne varmeveksler en overflade temperatur, som er lavere end luftens dugpunktstemperatur. Den kolde overfladetemperatur tænkes at ligge på ca.20 grader celsius eksempelvis. På væskesiden er varmeveksleren koblet til varmepumpens fordamper, hvor varmevekslerens kølevæske køles ned kontinuerligt af varmepumpens fordamper. Varmepumpens køler effekt (Q-o) er lig med kølefladens varmeeffekt og kan bestemmes alt efter, hvor meget energi man ønsker at genvinde fra afkastluften. Dog max omkring 2904, når afkastluften køles ned fra 50 til grader 30 som tidligere vist med energiberegningen i coolpack på varmepumpens koldflade. Kaskadeanlæggets opbygning Når der generelt er tale om et kaskadeanlæg, så er anlægget opbygget som to separate anlæg. Hvor der cirkulere to forskellige separate kølemidler, som ikke har kontakt med hinanden. Anlægget to delanlæg benævnes, som primær og sekundær anlæg. Den primær anlægs kondensator er forbundet med den sekundær anlægs fordamper. Her fordamper den sekundær anlægs kølemiddel, mens den primær anlægs kølemiddel kondenseres og overfører sin varmeenergi til den sekundær anlægs kølemiddel. Kondensatoren på den sekundæranlæg er anlæggets varmeflade, hvor alt energien afleveres til opgivelserne eller i dette tilfælde udnyttes til opvarmning af fjernvarmevand. Anlæggets opbygning er illustreret på figur 14. SIDE 41 Figur 16 illustration på et kaskadeanlæg (kilde: Søren Gundtoft og Aage B. Lauritzen køleteknik bogen 2.udgave) Ud fra de få informationer, der er givet af Karsten Pedersen fra Cronborg som bygger varmepumperanlægget, og er en af de virksomheder, som der er blevet kontaktet og afhentet et tilbud på anlægget fra. Så er anlæggets kompressor sermihermetiske stempel kompressor. Dvs. delvis lukket og uden pakdåser, som er en stor fordel, da dette minimere vedligeholdelses behovet på anlægget dermed udgiften til vedligeholdelse og service. Som primær kølemiddel anvender anlægget propan, og som sekundær kølemiddel anvendes, der syntetiske kølemiddel. Ifølge Karsten Pedersen fra Cronborg kan anlægget leveres i en støjfri isoleret kabinet, som kan opstilles inten udendørs eller indendørs alt efter virksomhedens behov. 9 tilbudsafhentning på varmepumpeanlægget For at kunne beregne tilbagebetalingstiden for projektets investeringslønsomhed i løsningsforslagene i scenarie 1 og 2, er der i projektet blevet kontaktet 2 virksomheder for at indhente tilbud på varmepumpeanlægget. De virksomheder som blev kontaktet er Johnson Controls og Cronborg. Ved et møde hos BHJ med 16Lars Østergaard fra Johnson Controls kom det frem, at Johnson Controls ikke er de stærkeste på varmepumpe markedet og har derfor et tæt samarbejde med firmaet Aktiv energi anlæg. Som ifølge Lars Østergaard er specialister i at bygge varmepumpeanlæg hos kunderne og tilpasse anlægget efter virksomhedernes/kundernes behov og situation. BHJ skulle derfor etablere kontakt med AEA for et mere uddybende samarbejde. Efterfølgende blev AEA kontaktet og givet alle relevante oplysninger, men de vendte aldrig tilbage med et tilbud på projektet. Cronborg blev ligeledes kontaktet, hvor der blev afholdt et møde med 17 Karsten Pedersen og 18Hanne Kronborg for at høre om deres bud på et varmepumpeanlæg som kunne bruges til at genvindevarmen fra afkastluften hos BHJ. Cronborg er også specialister inden for varmepumpeanlægs markedet og 16 Lars Østergaard sales engineer Johnson Controls 17 Karsten Pedersen og 18Hanne Kronborg teknisk chef og direktør Cronborg SIDE 42 har et varmepumpeanlæg, som er klar og færdigbygget. Deres anlæg fungere på samme måde som den beskrevne anlæg i afsnit 8 under anlæggets opbygning. Cronborg har givet BHJ en ca. investerings pris for de forskellige varmepumpeanlæg som indgår i projektets opstillede scenarier. Disse priser vil være grundlaget for de økonomiskberegninger på projektets tilbagebetalingstid. 10 økonomi Som tidligere forklaret så er det ikke sikkert, at det kan betale sig for BHJ at genvinde varmen fra afkastluften med eldrevne varmepumper, og afsætte varmen til fjernvarmenettet. På grund af varmepumpernes elforbrug og afgifter er det derfor formålstjenligt, at lave en økonomiskberegninger og kigge nærmere på investeringens tilbagebetalingstid og derefter vurdere lønsomheden ved investering i løsningsforslagene i scenarie 1 og 2. BHJ anser ikke en investering som lønsomt, hvis investeringens tilbagebetalingstid overstiger en periode på 3 år. Tilbagebetalingstiden Da investeringsperiodens tilbagebetalingstid kendes på forhånd hos BHJ, så vil der i projektet blive brugt payback metoden, hvor investeringens likviditetsforløb vil blive brugt som et redskab til at vurdere, de to scenariers rentabilitet/lønsomhed. Payback metoden kan benyttes, så man tager hensyn til kalkulationsrenten, hvis eksempelvis virksomheden skal låne pengene til investeringen fra banken. Payback metoden kan også benyttes uden hensyntagen til kalkulationsrenten. I dette projekt anvendes payback metoden uden hensyntagen til kalkulationsrenten, da BHJ ikke skal låne pengene til investeringen. Grundlaget for de økonomiskberegninger De økonomiskberegninger i projektet er baseret på, at fabrikken er i fuld drift 24 timer og i 6 dage om ugen og produktionen kører 48 uger pr. år. Disse værdier bruges til beregning af de årlige driftstimer på fabrikken. Ud over disse værdier regnes der med en spildvarmen afsæt til fjernvarmenettet på 0,27 kr/KWh. 20Enhedsprisen 19enhedspris for på elektriciteten som varmepumpen bruger er sat til 0,65 kr./kWh som er en pris der er afhentet hos energiselskabet Verdo A/S i Randers. Elafgiften på beregningerne uden godtgørelse ligger på 0,878 kr./kWh, men da energien som varmepumpen producere betragtes som elektrisk energi, der er anvendt til rumvarme. Så opnås der en delvisgodtgørelse i 2015 på elafgiften på 0,498 kr./KWh og derfor betales, der reelt er en elafgift svarende kun til ca. 0,38 kr./KWh efter godtgørelsen på elafgiften. Varmoverskudsafgiften ligger på 33% af vederlaget, når varmen afsættes til fjernvarmenettet. For varmeafsæt til internformål betales der kun overskudsvarmeafgift af den del af varmen som er gået til rumopvarmning. For varmepumper SIDE 43 19-20 Se bilag 16-17 skal der kun betales varmeoverskudsafgift af den del af varmepumpens energiproduktion der overstiger 3*elforbruget. 10.1 Energispareaftalen Når en virksomheds udnyttelse af sin overskudsvarme medfører en reduktion af virksomhedens nettoenergiforbrug, som kan defineres som forskellen mellem virksomhedens samlede tilført energi og leverede energi i form af overskudsvarme. Så kan udnyttelsen af overskudsvarmen regnes som en energibesparelse. Derfor kan en virksomhed som investere i en energibesparende tiltag, få tilskuds til sit projektet. At virksomhederne kan få tilskud til energibesvarende tiltag skyldes, at energinet DK underskrev den 13 november i 2012 en aftale kaldet energispareaftalen, hvor repræsentanter fra fjernvarmeselskaberne, naturgasselskaberne og olieselskaberne forpligter sig til at levere energibesparelser i Danmark på 10,7 PJ pr. år i perioden 2013-2014. Og yderligere 12,2 PJ pr. år i perioden 2015-2020. Energibesparelserne opnås ved at energiselskaberne støtter og rådgiver virksomhederne med at optimere på alle de steder, hvor der kan forbedres eller spares energi her i landet, både hos private og ude i industrien. BHJ har et samarbejdsaftale med energiselskabet Verdo i Randers, hvor de har tilknyttet en fast energirådgiver som hjælper BHJ og komme med energibesparende forslag og ideer til fabrikken. BHJ og Verdo har indgået en fast tilskudsordning. Verdo giver BHJ tilskud, når BHJ investere i en energibesparende tiltag på fabrikken. Tilskuds som Verdo giver for at støtte BHJ’s energibesparelser udgøre i 2015 ca. 0,35 kr./KWh dette er et engangsbeløb og betales forud for investeringen i den energibesparende forslag. Verdo rapportere efterfølgende energibesparelsen til energistyrelsen. 10.1 økonomiskberegning for scenarie 1 For scenarie 1 gælder, at energien fra flashveksleren sammen med energien fra varmepumpe 2 afsættes til fjernvarmenettet, som beskrevet tidligere i afsnit 7.2 og illustreret på figur 11. de økonomiskberegninger er lavet på Excel som vist på bilag 10 Energispareaftalen se bilag 19 SIDE 44 Grundlag for beregninger scenarie 1 Data for varmepumpe 1 Varmeproduktion: 1500 kWh Cop faktor: 4,33 Elforbrug: 346,42 kWh Overskudsvarmeafgift belagt energi andel for varmepumpen beregnes herunder som OV-afgift= 1500 3 346, 42 460, 74 Der skal altså betales overskudsvarmeafgift af den beregnede energi andel som overstiger 3*elforbruget på 460,74 KWh. Overskudsvarmeafgiften udgøre 33% af vederlaget, hvilket i energi svarer til en energimængde på 460,74*0,33=152,04 KWh. Det 152,04 tages dette med i Excel beregningerne, hvor det vil blive ganget med fjernvarmens enhedspris på 270 kr./MWh samt fabrikkens årlige driftstimer på 24*6*48=6912 timer pr. år, og derefter trækkes belæbet fra BHJ’s totale bruttoindtjening på den afsæt energi til fjernvarmenettet. Ligeledes vil alle udgifter til elektricitet inklusiv elafgifter blive trukket fra den totale bruttoindtjening på varmepumpens energiproduktion. Der udover vil der i beregningerne blive trukket et beløb på 12000 kr./år fra bruttoindtjeningen. De 12000 kr. er et beløb som svare til varmepumpens service og vedligeholdelsesudgift. Data over flashveksler Flashvekslerens varmeproduktion udgøre som beregnet i afsnit 4.7.3 ca. 1227 KWh, og da flashvekslerens varmeproduktion ikke kræver el drevne varmepumpe til at hæve temperaturen til fjernvarmenyttigt niveau, så skal der kun betales overskudsvarmeafgift af den energimængde som afsættes til fjernvarmenettet svarende til 33% af bruttoindtjeningen på flashvekslerens energiproduktion. Derfor beregnes denne energimængde af flashvekslerens produktion som går til overskudsvarmeafgift på følgende måde 1227*0,33=404,91KWh. Denne energimængde ganges med prisen på fjernvarmen og fabrikkens driftstid og fratrækkes BHJ’s totale bruttoindtjening på energien fra dampkondensatet, som årligt afsættes til fjernvarmenettet via flashveksleren og væske/væske veksler. SIDE 45 Investeringens tilbagebetalingstid Baggrunden for investeringsbeløbet som er brugt ved beregningen af tilbagebetalingstiden på scenarie 1 er vist på Excel arken på bilag 10. tilskud der gives som støtte for energibesparelsen ved at genvinde varmeenergien dels fra dampkondensatet med varmeveksler, og dels fra afkastluften med varmepumpen er beregnet således. Tilskud til varmepumpe 2 1500 Tilskud (1500 2,5) 0,35 6912 1,533 mio kr 4,33 1500 KWh repræsentere den samlede opnået energibesparelse med varmepumpen. Den samlede energi produktion divideret med cop faktoren på 4,33 og ganget med en faktor 2,5 trækkes fra varmepumpens samlede energiproduktion. Der ganges en faktor 2,5 på varmepumpens elforbrug for at reducere tilskud til projektet fordi varmepumpen bruger elektriskenergi for energi for at kunne booste energien i afkastluften op til fjernvarmenyttigt niveau. Tilskud for energibesparelsen opnået ved dampsystemet For energibesperalsen opnået på optimeringen af dampsystemet regnes, da med i projektet at man vil kunne opnår fuld tilskud uden reduceringsfaktor, da kondensatets varmeenergi er så varm at den kan genvindes med varmeveksler uden behov for elektriske energi tilførsel. Tilskud 1227 0,35 6912 2,968 mill kr 21 Den samlede anlægsinvestering før tilskud Varmepumpe 2 kostpris= 2.000.000 kr. Installationsomkostninger VP2= 150.00 kr. Varmepumpe 1 kostpris= 3.000.000 kr. Installationsomkostninger VP1 = 185.000 kr. Samlede totale investeringsbeløb før tilskud= 5.335.000 kr. Anlægget har en levetid på 20 år, hvorefter den skrottes uden scrapværdi Kompressoren har en levetid på ca. 14 år SIDE 46 Alle disse tal er indhentet hos Cronborg. 22 Samlede investeringsbeløb efter tilskud Investeringsbeløb efter tilskud= samlede investeringsbeløb før tilskud- samlet tilskudsbeløbet= 832.992 kr. som viste på tabel 4 er tilbagebetalingstiden beregnet til at være kun 2 år, hvilken kan siges, at ligge inden for den acceptabel tilbagebetalingstidsperiode, som BHJ arbejder efter. Det vurderes derfor i denne projekt, at ideen i scenarie 1 godt kan betale sig at være investere i for BHJ, forudsat at alle de parameter som indgår i beregningerne ikke ændrer sig drastisk. Nettobetalingsstrøm Denne beløb er indtjeningen på salget af den samlede spildvarme, som er afsættes til Hobro fjernvarmenet fratrukket alle udgifter til varmepumperne samt energiafgifterne til staten. Se bilag 10. Tabel 4 viser tilbagebetalingstiden på ideen i scenarie 1 (forfatterens eget arkiv) Økonomiskberegninger for scenarie 1 og 2 se bilag 20 SIDE 47 10.2 økonomiskberegninger for scenarie 2 Som tidligere nævnt, så tænkes, der at BHJ afsætter energien som genvindes fra kondensatet til fjernvarmenettet. Og BHJ’s eget varmebehov dækkes af en varmepumpe, som monteres på ventilationskanalen, som går fra tromlerne for at genvinde varmen fra afkastluften. Ved de økonomiskberegninger for scenarie 1 betragtes varmen som afsættes fra varmepumpen til BHJ som varme der er brugt til procesopvarmning. Dette betyder, at der ikke regnes med at BHJ er forpligtet til at elafgift eller overskudsvarmeafgift af varmen som varmepumpen afsætter intern til fabrikken. BHJ skal dog stadig betale for varmepumpens elforbrug som uden elafgift ligger på 0,65 kr/KWh samt årlige vedligehold og service omkostninger på varmepumpen. Alle disse udgifter på varmepumpen fratrækkes den totale bruttoindtægt som allerede er fratrukket overskudsvarmeafgiften. BHJ’s nettobetalingsrømme ved beregningen af tilbagebetalingstiden er beregnet således. Nettobetalingstrømmen Bruttoindtægt udgifter Varmepumpens samlede totale investeringsbeløb som oplyste af Karsten Pedersen fra Cronborg ligger på 2150000 kr. denne beløb fratrukket tilskud til projektet bruges ved beregningen af tilbagebetalingstiden. Ved beregningen af tilskud som BHJ opnå regnes genvundet energi fra dampkondensatets ikke med, da tilskud som BHJ ellers langt vil overstige investeringsbeløbet i varmepumpeanlægget. Ifølge reglerne i energispareaftalen, så kan der ikke gives tilskud til et projekt, hvis tilskud resultere i at projektets tilbagebetalingstid havner under 1 år. Energiselskabet vil derfor give et reduceret tilskud til projektet. Tilskud som BHJ opnå med forslaget i scenarie 2 er derfor beregnet således. Tilskud (1000 (1000 / 4,33))*0,35*6912 1, 01269 106 kr Tilbagebetalingstiden Tilbagebetalingstiden for scenarie 2 ligger ifølge beregningerne på 2,5 år. Hvilket må siges er en periode som ligger inden for grænsen for BHJ’s tilbagebetalingstidskrav. SIDE 48 10.3 sammenligning af scenarie 1 og 2 For at kunne komme med et forslag om, hvilken scenarie der er den meste lønsomt, at investere i for vil de to forslag blive holdt op imod hinanden og sammenlignet i denne afsnit. Energi-genvundet Scenarie 1 Scenarie 2 Forskel Kondensat dampsystemet (potentiale) Varmeveksler (genvundet) 1227 KWh 1227 KWh Ingen 1227 KWh 1227 KWh Ingen Afkastluft genvundet energi (potentiale) VP1+VP2 1922,58 KWh VP 1 769 KWh 1153,58 KWh Varmepumper energiproduktion 2500 KWh 1000 KWh 1500 KWh afsættes til fjernvarme Investering før tilskud 5.335.000 kr. 2.150.000 Kr. 3.185.000 kr. Tilskud 4.502.008 kr. 1.012.688,4 Kr. 3.489.319,6 kr. Investering efter tilskud 832.992 kr. 1.137.312 Kr. 304320 kr. Indtægt fra energisalg 521.739,3 kr. 484.380,4 kr. 37358,9 kr. Payback tiden 1,6 år 2,4 år 0,8 år Tabel 5 sammenligning på scenarie 1 og 2 (eget arkiv) Som sammenligningen på de to forslag viser i tabel 5, så er det dyrere for BHJ, at investere i løsningsforslaget i scenarie 1, men da BHJ har mulighed for, at få tilskud til sin investering, som tidligere beskrevet så er forslaget i scenarie 1 billigere, at investere i for BHJ. Ydermere kan BHJ tjene mere på energisalget i forslaget i scenarie 1 end forslaget i scenarie 2, da man i scenarie 1 har mulighed for at afsætte mere energi til fjernvarmenettet, da noget af energien, som genvindes fra afkastluften sammen med energien som genvindes fra dampkondensatet afsættes til fjernvarmenettet. Hvis man også sammenligner tilbagebetalingstiden for de to scenarier, så viser det sig også, at forslag 1 er en bedre investering for BHJ. Da tilbagebetalingstiden for forslaget i scenarie 1 ligger på 1,6 år altså hele 0,8 år mindre end forslaget i scenarie 2. På denne bagrund anbefales det derfor i denne rapport, at BHJ investere i løsningforslaget som illustreret i scenarie 1. SIDE 49 10.4 Metode kritik Selvom de økonomiskberegninger i projektet viser, at investeringen i begge løsningsforslagene i scenarierne er lønsomme og opfylder BHJ’s tilbagebetalingstids krav. Så er der en række ting, der er simplificeret beregningerne, og regnet som stationære værdier. Som elprisen og satserne på energiafgifterne. Investeringens lønsomhed i forslagene kan derfor godt afvige i virkeligheden fra de tilbagebetalingstider, som beregningerne viser i rapporten. Da beregningerne er baseret på stationære tilstande. Elpriserne er generelt ikke stationær og svinger meget som aktiemarkedet, dog har mange energitunge virksomheder som BHJ mulighed for, at aftale en fast årlig elpris med forsyningsselskaberne, og da er det kun PSO afgiftsdelen i elprisen som kan ændre sig/variere pr. Kvartal. I projektet er der ligeledes hellere ikke taget hensyn til energiafgifterne som også kan ændre sig fra år til år alt efter om nettoprisindekset stiger eller falder. En anden ting man skal være opmærksom på er de investeringsbeløb for varmepumpeanlæggene, der regnes med i projektet er nogle ca. værdier og kan sagtens vise sig, at blive højere end de værdier der regnes med i rapporten. Tilskud som gives til projektet i virkeligheden kan også godt afvige fra de beløbe som der regnes med i projektet. Men dog anses dette som en lille chance, da de 0,35 kr./KWh, som der regnes med i rapporten er et fastlagt aftalt beløb mellem BHJ A/S og energiselskabet Verdo A/S. En eventuelt afvigelse mellem den beregnede tilskuds værdi i rapporten og den tilskud som BHJ vil kunne opnå virkeligheden vil kunne skyldes, at fabrikkens driftstid ikke helt stemmer overens med den årlig driftstid, der regnes med i projektet. Når BHJ’s eget varmebehov dækkes af en varmepumpe, er der hellere ikke ved de økonomiskberegninger taget hensyn til beskatningen af varmen, som afsættes til intern rumopvarmning hos BHJ’s kontor, kantine, pakkeri, og værksted. Varmen som afsættes til disse områder er afgiftsbelagt. Men dog kun i vinterperioden. Ud over det nævnte kritik punkter i projektrapportens økonomiskberegninger, så er der i beregningerne brugte en fast Cop faktor for varmepumperne på 4,33 denne værdi er en skønnet værdi, som meget vel kan ændre sig på godt og ondt for investeringens tilbagebetalingstid afhængigt af temperaturen på fjernvarmevandets fremløb. Jo højere temperaturen er på fjernvarmevandets fremløb jo ringere vil Cop faktoren på varmepumpen blive. En lavere Cop faktor vil resultere i en højere elforbrug på varmepumpen. Men ifølge Karsten Pedersen fra Cronborg som levere varmepumpen så er det ikke helt urealistisk, at Cop faktoren på varmepumpen vil ligge lidt over 4, når kondenseringstemperaturen ligger i områderne 70-77 grader celsius. I beregningerne, er der hellere ikke taget hensyn til strømforbruget i ventilationsanlæggets luftblæser og en eventuel cirkulationspumpe i varmepumpeanlægget samt styringsenheder. Før investeringen i projektets løsningsforslag anbefales BHJ til at undersøge og klarlægge de nævnte usikkerheders betydning for projektets tilbagebetalingstid nærmere. SIDE 50 11 konklusion Herunder opstilles spørgsmålene i problemformuleringen som rapporten ønsker at besvare. Hvordan kan kondensatet køles bedre ned og energien i kondensatet udnyttes? Konklusionen er, at fabrikkens dampkondensat indeholder en stor mængde energi, som overstiger fabrikkens eget energibehov, der er derfor behov for at finde en anden alternativ end fabrikkens varmtvandssystem. Som vil gøre det muligt eller være med til, at køle kondensatet ned til et acceptabel niveau. Analysen af problemstillingen i projektet har vist, at problemet med den alt for høj kondensattemperatur kan med fordel udbedres ved at koble fabrikkens kondensatsystem til fjernvarmenettet i Hobro. Ved at gøre dette kan kondensatet køles ned til en ønskelige lavtemperatur. Og spildenergien med fordel udnyttes til gavn for byens borgere og samtidig genere en ekstra årlig indkomst for BHJ. Hvordan kan energien, som går tab med fabrikkens afkastluften fra produktionsprocessen genvindes og udnyttes? Kan det betale sig rent økonomisk at afsætte BHJ’s spildvarme fra de forskellige områder til fjernvarmenettet? Energien som går tabt, med BHJ afkastluft kan genvindes ved, at etablere eldrevne varmepumper. Der er behov for at etablere eldrevne varmepumper som varmegenvindingsmiddel, fordi afkastluftens temperatur er ret lav altså under 100 grader. Derfor er det ikke muligt at genvinde varmen med varmevekslere. BHJ har ikke mulighed for at kunne bruge alt energien som potentielt kan genvindes fra afkastluften, når luften køles ned fra 50 til 30 grader celsius. Da den genvundne energi langt overstiger deres eget varmebehov på 1000 kWh. Den genvundne overskudsvarme, der overstiger fabrikkens eget energibehov skal derfor afsættes (ekstern) til fjernvarmenettet. I projektets økonomiskberegninger har det viste sig, at varmepumper som varmegenvindingsmiddel kan være en dyr og urentabelløsning, specielt hvis varmen afsættes til fjernvarmenettet. Begge løsningsforslag i scenarie 1 og 2 har forholdsvis en acceptabel tilbagebetalingstid takket være spildenergien i kondensatet, som kan genvindes med varmeveksler og afsættes til fjernvarmen, hvor der kun betales 33% af vederlaget i energiafgift. Energiafgifts satsen her er billigt set i forhold til varmepumpernes mange udgifter i både elforbrug og energiafgifter. De økonomiskberegninger for løsningsforslaget i scenarie 1 har vist, at varmepumpe 2 som afsætter sin energi til fjernvarmenettet har en bruttoindtjening på 2,79 Mio kr. pr. år, men når alle varmepumpens udgifterne er betalt er nettoindtjeningen på kun 37358 kr. pr. år. Til sammenligning er bruttoindtjeningen på salget af spildvarmen i dampkondensatet, som via varmevekslere afsættes til fjernvarmenettet på 2,28 Mio kr. pr år, og efter når alle udgifter er betalt i form af SIDE 51 overskudsvarmeafgift på 33% vederlaget ligger nettoindtjeningen på 1,53 Mio kr. pr. år. På baggrund af disse beregninger kan det derfor konkluderes, at projektets løsningsforslag i scenarie 1 ikke ville være særlig rentabel at investere i, hvis varmepumpen skulle alene afsætte til fjernvarmenettet uden supplement med spildenergien fra dampkondensatet. 12 Perspektivering Under udarbejdelsen af denne projekt, er jeg blevet meget klogere på baggrunden for virksomhedernes stor modvilje imod, at investere i varmepumper som varmegenvindingsmiddel. Selvom den dansk stat har lavet nogle lempelser, som skulle gøre virksomhedernes investeringer i varmepumper som primær varmegenvindingsmiddel attraktive. Så må man erkende at det stadig ikke kan betale sig at investere i varmepumper for virksomheder, som er i samme situation som BHJ. For at gøre energibesparende tiltage, der involvere varmepumper mere attraktive og investeringerne lønsom i fremtiden for virksomhederne. Og bedre udnytte den grønne elektriskenergi, som vores vindmøller herhjemme producere. Så er der en række ting man skal have kigget med henblik på ændringer og forbedringer. Disse ændringer og forbedringer kan være med til at reducere varmepumpernes tilbagebetalingstid. Projektet har viste, at følgende punkter herunder har en stor betydning for varmepumpernes investeringstilbagebetalingstid, og skal kigges nøje igennem med henblik på forbedringer eller reducering. Energiafgifter Varmepumpens Cop faktor (elforbruget) Ved at lempe energiafgifterne væsentlige, eller helt eller delvis afskaffe dem på varmepumperne, Så vil man kunne opnår en lavere tilbagebetalingstid på projektinvesteringer, der som i BHJ tilfælde kræver varmepumpeanlæg, for at kunne genvinde spildenergien i afkastluften. En anden forbedrende faktor kunne også være at udvikle varmepumper med bedre cop faktor. Da cop faktoren på de nuværende varmepumper er alt for dårlig i høj temperatur niveauer, Som kræves af fjernvarmeværkerne. Projektet viser jo også, at enhedsprisen på varmen, som afsættes til fjernvarmenettet er lidt for lav. Set i forhold til varmepumpens samlede udgifter. Det vil være en væsentlig forbedring og minimere tilbagebetalingstid, hvis enhedsprisen på varmeenergien som afsættes til fjernvarmenettet blev sat op til et niveau, der matcher udgifterne på varmepumpen. Man har også den mulighed, at virksomhederne kunne lade varmeværket investere i varmepumpeanlægget og acceptere en mindre enhedspris på sin spildenergi. SIDE 52 13 Reference liste og links Interview/møde Angående afsætning af spildvarme Mikkel Grathe, driftschef Hobro varmeværk Interview/møde Angående implementering og pris på varmepumpeanlæg Lars Østergaard, sales engineer Johnson Control A/S Interview/møde Angående implementering og pris på varmepumpeanlæg Karsten Pedersen teknisk chef Cronborg Hanne Kronborg Direktør Cronborg Interview Angående tilskud og afgifter Søren Skærbæk, projektleder, Skjern papir fabrik Interview Angående afgifter på varmepumpeanlæg Ivan Ibsen konsulent/skatterådgiver, PWC Revision. Skat. Rådgivning Anne Neerup Jensen konsulent/skatterådgiver, PWC Revision. Skat. Rådgivning Litteratur Eriksen, A.B. Gundtoft, S, og Lauritzen, A.B. 2007. Termodynamik. 2. udgave. København. Nyt teknisk forlag SIDE 53 Bang, K.E. Sørensen, J.F. og Waarst J. 2013. Erhvervsøkonomi. 4. udgave. Aarhus. Hans Reitzel forlag Gundtoft S. Og Lauritzen, A.B. 2003. Køleteknik. 2. udgave. København. Nyt teknisk forlag Larsen K.F. 2001. Dampkedler. Jerslev. K.F bogteknik ApS Kerstens, H. og Andreasen, S.S. 2012. Rapportskrivning. 5.udgave. Aarhus maskinmesterskole Larsen, J. 1999. Bogen om damp. 1 udgave. Links http://www.hobrovarme.dk/kontakt/medarbejdere sidste besøgt 28.05.2015 http://www.bhj.com/ sidste besøgt 28.05.2015 http://www2.spiraxsarco.com/es/downloads/news/vahterus.jpg sidste besøgt 28.05.2015 http://www.dst.dk/da/Statistik/emner/forbrugerpriser/nettoprisindeks.aspx sidste besøgt 28.05.2015 http://www.engineeringtoolbox.com/pitot-tubes-d_612.html sidste besøgt 28.05.2015 http://vaisala.com/en/products/humidity/Pages/HM70.aspx#prettyPhoto sidste besøgt 28.05.2015 http://www.pwc.dk/da/afgifter/afgiftsvejledningen.jhtml sidste besøgt 28.05.2015 http://www.kebmin.dk/sites/kebmin.dk/files/nyheder-presse/overskudsvarme__sammenfattende_rapport_august_2013_final.pdf sidste besøgt 28.05.2015 http://www.danskenergi.dk/Holdning/Energieffektivitet/Aftale.aspx sidste besøgt 28.05.2015 http://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CEEQFjAB&url=htt p%3A%2F%2Fwww.teknologisk.dk%2F_root%2Fmedia%2F50954_41%2520Energioptimering%25 20af%2520dampsystemer%25201.pdf&ei=Nc1eVbXmNYb_Ut_rgaAM&usg=AFQjCNF5hgWltqJhss _1QZ6CTKgqCFiqNQ&sig2=SNFf209u_AV3UTC5BFadcQ&bvm=bv.93990622,d.d24 sidste besøgt 28.05.2015 http://www.dst.dk/da/Statistik/emner/forbrugerpriser/nettoprisindeks.aspx sidste besøgt 28.05.2015 http://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2061620 sidste besøgt 28.05.2015 SIDE 54 http://skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062223&lang=AR sidste besøgt 28.05.2015 http://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2061637 sidste besøgt 28.05.2015 SIDE 55 14 Bilag Bilag 1 Figur viser fabrikkens kondensatsystem kilde: (SRO anlæg BHJ) SIDE 56 Bilag 2 Figur 2 viser kedelanlæggets røggassystem og fødevandssystem. Kilde: (Eget arkiv) SIDE 57 Bilag 3 Figur 3 viser BHJ’s varmtvandssystem. Kilde: (SRO anlæg BHJ) SIDE 58 Bilag 4 Figur 4 viser design specifikationer på flashveksleren. Kilde: (BHJ A/S Hobro) Figur 5 viser flashvekslerens opbygning SIDE 59 Kilde: (http://www2.spiraxsarco.com/es/about/news-article.asp?news_id=15) (sidste besøgt 11.05.2015) Bilag 5 Figur 6 kilde: (http://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CEEQFjAB&url=http%3A %2F%2Fwww.teknologisk.dk%2F_root%2Fmedia%2F50954_41%2520Energioptimering%2520af%2520 dampsystemer%25201.pdf&ei=Nc1eVbXmNYb_Ut_rgaAM&usg=AFQjCNF5hgWltqJhss_1QZ6CTKgqCFiqN Q&sig2=SNFf209u_AV3UTC5BFadcQ&bvm=bv.93990622,d.d24 ) SIDE 60 Figur 7 Kilde: (http://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CDwQFjAB&url =http%3A%2F%2Fwww.teknologisk.dk%2F_root%2Fmedia%2F50954_41%2520Energioptim ering%2520af%2520dampsystemer%25201.pdf&ei=DwtTVbClCsm0UZqigMAP&usg=AFQjCNF 5hgWltqJhss_1QZ6CTKgqCFiqNQ&sig2=HvCCYw3iKuYk3RqICzbr7A&bvm=bv.93112503,d.d24) sidste besøgt 13.05.2015 SIDE 61 Bilag 6 Figur 8 viser, energi som er genvundet fra dampkondensatet via flashveksleren (rød graf) samt temp. Før flashveksleren (grøn graf) og temp. Efter flashveksler (sort graf) under grafen kan, der ses loggede gennemsnitsværdier for temperatur og energi i en periode på et døgn (24 timer), hvor fabrikken kører optimal. SIDE 62 Bilag 7 Luftmålingsmetode og teori Figur 8 viser traversering målemetode kilde: (ventilationsanlæg måleteori og indregulering undervisningsmateriale Aarhus maskinmesterskole) SIDE 63 Bilag 8 luftmålingsudstyr Figur 9 viser pitotrør monteret på måleapparat kilde: (eget arkiv) Figur 10 måleapparat kilde: (eget arkiv) SIDE 64 Bilag 9 ventilationsanlægget Figur 11 viser ventilationskanalen fra tromlerne kilde: (eget arkiv) Figur 12 viser udsugningsventilationskanalen fra møllerne SIDE 65 Figur 13 viser et eksempel på ventilationskanalens målepunkter kilde (eget arkiv) Figur 14 viser udsugningskanalen fra tromlerne, hvor luftens relativfugthed blev målt kilde: (eget arkiv) SIDE 66 Bilag 10 BHJ’s varmeenergiforbrug pr. døgn Figur 15 viser, BHJ’s varmeenergiforbrug på et normalt døgn. Kilde: (BHJ SRO anlæg) Bilag 11 nettoprisindekset ’’ Nettoprisindekset belyser forbrugerprisudviklingen friholdt for ændringer i afgifter og tilskud. Nettoprisindekset opgøres på grundlag af de faktiske forbrugerpriser så vidt muligt fratrukket indirekte skatter, dvs. moms og varetilknyttede afgifter, og tillagt tilskud til generel nedsættelse af prisen. Datagrundlaget er det samme som for forbrugerprisindekset og den eneste forskel mellem nettoprisindekset og forbrugerprisindekset er korrektionen for afgifter samt tilskud i priser og vægte i nettoprisindekset. ’’ Kilde: (http://www.dst.dk/da/Statistik/emner/forbrugerpriser/nettoprisindeks.aspx) sidste besøgt 26.05.2015 SIDE 67 Bilag 12 energiberegning vha. IX mollier diagram IX-diagram. Kilde: (eget arkiv: Udviklet til projektet vha. programmet cooplpack) På diagrammet illustreres X1 ved den grå stiplede linje, som luftens vandindhold i (kgvand/kgluft) før luften afkøles fra 50 grader celsius og ned til 30 grader celsius. Ved den skråt stående sort stiplede linje på grafen, er der illustreret luftens specifik entalpi før afkølingen i (kJ/kg). Den blå linje er tegnet ved at lave et punkt. Lige der, hvor den isoterm kurver som er repræsenteret med de røde lige linjer skærer mætningskurven for relativ luftfugtighed. Luftens relativ fugtighed, er repræsenteret med de buede sorte kurver. Efterfølgende laves samme punkt ved 30 grader celsius, som er den temperatur luften ønskes at blive kølet ned til, hvor man kan se, at der ligeledes er tegnet X2 og h2 som igen er luftens vandindhold og specifik entalpi ved 30 grader celsius. Den sorte punkt, hvor der står Tkf under, viser kølefladens overflade temperatur. Her er det meget vigtigt at kølefladens overfladetemperatur er mindre end eller lige med luftens dugpunkts temperatur, for at det er muligt at kondensere noget af luftens dampindhold. Luftens dugpunktstemperatur er defineret som den temperatur, hvor luftens dampindhold begynder at kondensere. Når folk i hverdagen referer til luftens temperatur som eksempelvis 20 grader så er der tale om den temperatur luften har, når den måles med en tør termometer. Men imidlertid så vil man kunne måle to forskellige temperatur på luften, hvis man to termometre en tør termometer og en, våd termometer, som var viklet ind i et stykke vådt stof. Den tør termometer vil altid måle en temperatur, der er højere end den våde termometer. De to termometers temperatur forskelle SIDE 68 indikere, hvor mættet luften er. Man deler to termometers temperatur som tør temperatur og vådt temperatur. Luftens våd temperatur er defineret som luftens dugpunktstemperatur. Når tør og våd termometre temperaturerne er kendte kan luftens relativ fugtighed bestemmes vha. IX mollier diagram, som den ovenstående diagram. Her kan man også finde luftens absolutte vandindhold X (kg/kg) og luftens specifik entalpi. Når man kender luftens massestrøm i kg/s så aflæses entalpien på IX-diagrammet for før og efter temperaturene for luften som illustreret på ovenstående IX-diagram og dermed er det muligt at bestemme kølefladens ydelse efter følgende formel. Q mluft (h1 h2 ) Data Pbarometer= 1,0133 bar Pmætning= 0,1234 bar Φ= 100% Ri=287 J/kg*kelvin Volumen flow= 62500 m3/h T1= 50 grader celsius T2= 30 grader Celsius Tkf= 20 grader Celsius X1= 0,088 kg/kg tør-luft X2= 0,026 kg/kg-tør-luft h1= 273 KJ/kg h2= 100 KJ/kg SIDE 69 Afkastluftens afgiven energi Massestrømmen af tørluft som strømmer igennem kølefladen beregnes. ( ptotal Pm ) V 105 (1, 0133 1 0,1234) 62500 105 ml Ri T 287 (50 273) 59998 kg / h 16, 667 kg / s Kølefladens ydelse beregnes. QKF 16, 667 (273 100) 2883, 4 KW Den udskilte vandstrøm fra kølefladen beregnes således. mvand mluft ( x1 x2 ) 16, 667 (0, 088 0, 026) 1, 033 kg / s 3720, 07 kg / h Massestrømmen af fugtigluft beregnes. m f ml md ml (1 x1 ) 16, 667 (1 0, 088) 18,1337 kg / s Massestrømmen af vanddamp i luften beregnes. md m f ml 18,1337 16,667 1, 467 kg / s 5280,12 kg / h Bilag 13 Nettoprisindeks ’’ Nettoprisindekset belyser forbrugerprisudviklingen friholdt for ændringer i afgifter og tilskud. Nettoprisindekset opgøres på grundlag af de faktiske forbrugerpriser så vidt muligt fratrukket indirekte skatter, dvs. moms og varetilknyttede afgifter, og tillagt tilskud til generel nedsættelse af prisen. Datagrundlaget er det samme som for forbrugerprisindekset og den eneste forskel mellem nettoprisindekset og forbrugerprisindekset er korrektionen for afgifter samt tilskud i priser og vægte i nettoprisindekset. ’’ Kilde: (http://www.dst.dk/da/Statistik/emner/forbrugerpriser/nettoprisindeks.aspx) SIDE 70 Bilag 14 afgifter satser og godtgørelser Afgiftssats for andet forbrug af elektricitet I perioden 2015- 2019 gælder nedenstående satser for andet forbrug af elektricitet end forbrug til opvarmning af helårsboliger. Det vil sige, at der skal betales afgift efter nedenstående satser af forbrug af elektricitet i fx virksomheder og af alt privat forbrug i boliger, der ikke er elopvarmede. Se ELAL § 6, stk. 1, som er indsat ved lov nr. 1174 af 5. november 2014 og sat i kraft ved bekendtgørelse nr. 1292 af 12. december 2014. *Satserne er baseret på 2015-niveau og reguleres årligt efter udviklingen i nettoprisindsekset, jf. § 32 a i MINRAL. Godtgørelser Regel og lovgrundlag Momsregistrerede virksomheder har adgang til hel eller delvis godtgørelse af afgift af elektricitet, der er anvendt til procesformål i virksomheden. Der kan også ydes en mindre godtgørelse for afgift af elektricitet, der er anvendt til rumvarme, varmt brugsvand og komfortkøling - se nedenfor i afsnittet "Godtgørelse af elafgift mv. ved rumvarme, varmt brugsvand og komfortkøling". Godtgørelse af elafgift mv. ved rumvarme, varmt brugsvand og komfortkøling Fra den 1. januar 2012 har det været muligt for momsregistrerede virksomheder at få delvis godtgørelse af elafgiften for forbrug af elektricitet anvendt til rumvarme, varmt brugsvand og komfortkøling. Adgangen gælder også for virksomheder, der er omfattet af bilag 1 til elafgiftsloven (eksempelvis advokater, revisorer, virksomheder med forlystelser mv.). Ved leverancer af varme og kulde er det dog producenten heraf og ikke modtageren, som er berettiget til tilbagebetalingen. ’’ Din virksomhed kan få godtgjort en andel af elafgiften af den elektricitet, der er anvendt til rumvarme, opvarmning af vand og komfortkøling. Forbrug af elektricitet til rumvarme er f.eks. SIDE 71 forbrug i varmepumper, el-radiatorer, varmeblæsere og lignende anlæg, der er beregnet til rumopvarmning. Ved forbrug af elektricitet til komfortkøling forstås køling af lokaler, hvor køling sker af hensyn til medarbejdere eller kunder, f.eks. aircondition. ’’ Kilde: 1 (http://skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062223&lang=AR) sidste besøgt 22.05.2015 Kilde: 2 (http://www.pwc.dk/da/afgifter/elafgifter.jhtml) sidste besøgt 22.05.2015 E-mail fra PWC konsulent om afgifter ’’ Hej Ahmed Som lovet har jeg nedenfor kort beskrevet reglerne omkring overskudsvarme ved brug af varmepumper. Som jeg forstår det, anvendes varmepumpen til at køle varm procesluft. Dvs. den elektricitet, som bruges i varmepumpen, bruges derfor til procesformål. Heraf kan man som du selv var inde på - få godtgjort 87,4 øre/kWh (hele elafgiften minus 0,4 øre/kWh) (2015-satser). "Varmesiden" af varmepumpen - altså overskudsvarmen - bruges herefter til opvarmning af vand, der dels bruges i centrifuger, og dels anvendes til opvarmning af lokaler. Her skal der ske en vurdering af, om overskudsvarmen anvendes til proces. Se evt. her i SKATs Den juridiske vejledning. Den varme, der bruges til rumopvarmning er ikke procesforbrug, og der skal derfor betales overskudsvarmeafgift af denne del. Hvis du kommer frem til, at varmeforbruget til opvarmning af vand til centrifuger, er proces - skal der eventuelt ske fordeling, så der ikke skal betales overskudsvarmeafgift af den del. Overskudsvarmeafgiften er 50,00 kr./GJ nyttiggjort varme (2015-sats). Når overskudsvarmen som i dette tilfælde udnyttes vha. en varmepumpe, skal der kun betales overskudsvarmeafgift af den mængde varme, der overstiger 3 x elforbruget i varmepumpen (dvs. hvor varmepumpen har en COP-værdi på over 3). Varmen sælges ikke som fjernvarme til forsyningsnettet, så overskudsvarmeafgiften på op til "33 % af vederlaget" er ikke relevant i denne sammenhæng (da der jo ikke betales noget vederlag for varmen). Ha' en fortsat god dag. Med venlig hilsen / Best regards Anne Neerup Jensen SIDE 72 PwC | Consultant Excise duties D: +45 8932 0006 | M: +45 5151 0183 Email: aps@pwc.dk | www.pwc.dk Nobelparken, Jens Chr. Skous Vej 1, DK-8000 Aarhus C PwC - Revision. Skat. Rådgivning. Kilde: 3 (telefon interview med Ivan Ibsen og Anne Neerup Jensen og efterfølgende e-mail korrespondance) dato: 8-10 marts 2015 Afgiftssats for naturgas og bygas I perioden 1. januar 2015 til og med 31. december 2015 gælder følgende afgiftssatser: Efter 2015 reguleres afgiftssatserne årligt efter udviklingen i nettoprisindekset, som bliver offentliggjort af Danmarks Statistik. Reguleringen sker første gang for kalenderåret 2016. ’’ Når du bruger olie, flaskegas, naturgas, bygas eller kul i din momsregistrerede virksomhed, kan du som hovedregel ikke trække energiafgiften fra, hvis du bruger produkterne til: Rumopvarmning, varmt vand eller komfortkøling Motordrift Landbrug, gartneri, fiskeri og lignende kan dog godt få fradrag for en del af energiafgiften for motordrift. Det kan fx være diesel til traktorer eller mejetærskere. Hvis du bruger produkterne til andre formål i din momsregistrerede virksomhed, for eksempel gas til madlavning i din restaurant, kan du som hovedregel trække en del af energiafgiften fra. Du skal selv beregne beløbet ud fra energiafgiften på fakturaen: Landbrug, gartneri m.v.: Disse brancher kan i 2014 trække 98,2 procent af energiafgiften vedrørende fradragsberettigede formål fra. Øvrige brancher: Øvrige brancher skal som hovedregel beregne fradraget ud fra energiindholdet i brændslet. Dette kan dog ofte være svært at opgøre. Fradraget kan i 2014 derfor i stedet opgøres ved at SIDE 73 reducere afgiften på fakturaen med 6,27 procent. Det betyder, at øvrige brancher i 2014 vil kunne trække 93,73 procent af energiafgiften vedrørende fradragsberettigede formål fra. ’’ Kilde: (http://www.skat.dk/skat.aspx?oId=2153716&vId=0) sidste besøgt 22.05.2015 Bilag 15 overskudsvarmeafgift Overskudsvarme til rumvarme og varmt brugsvand Virksomheden skal beregne den nedsatte godtgørelse. Beløbet skal modregnes i den afgift, som virksomheden ellers kan få godtgjort til procesformål i den samme periode. Der skal beregnes og betales afgift af overskudsvarme, der anvendes i virksomheden som rumvarme eller til varmt brugsvand. Der skal ikke betales afgift af overskudsvarme, hvis overskudsvarmen anvendes til procesformål, som der ydes godtgørelse af energiafgiften for. Virksomheden skal ikke betale afgift af nyttiggjort overskudsvarme til eget forbrug af rumvarme i virksomheden i perioden 1. april - 30. september. Det samme gælder for internt forbrug af varmt brugsvand, der er fremstillet af overskudsvarme. For varme, der afsættes, skal der betales afgift af overskudsvarmen hele året. Satsen for nedsættelse af godtgørelsen for varme, der afsættes, udgør 50,0 kr./GJ (2015-niveau). Nedsættelsen kan dog højst udgøre 33,0 pct. af det samlede vederlag for varmeleverancen. Eldrevne varmepumper Hvis nyttiggørelsen sker ved eldrevne varmepumper, der er omfattet af ELAL § 11, stk. 3, 7. pkt., nedsættes godtgørelsen kun for den del af den nyttiggjorte varme, der overstiger 3 gange elforbruget i varmepumpen. Se ELAL § 11, stk. 9, GASAL § 10, stk. 9, KULAL § 8, stk. 8 og MINAL § 11, stk. 9. Dette kan illustreres ved følgende eksempel: Elforbrug i varmepumpe 1.000 kWh 3 * 1.000 kWh = 3.000 kWh Omregnet til energiindhold (1 MWh = 3,6 GJ): SIDE 74 3.000 kWh: 1.000 = 3 MWh * 3,6 GJ = 10,8 GJ Nyttiggjort varme målt ved udgang fra varmepumpe 15,0 GJ - Elforbrug * 3 = 10,8 GJ Reduktion i godtgørelsen for: 4,2 GJ Kilde: (http://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062257) sidste besøgt 22.05.2015 SIDE 75 Bilag 16 Figur 9 Enhedsprisen på elektricitet kilde: (pris indhentet fra energiselskabet Verdo i Randers) SIDE 76 Figur 10 viser summen af den samlede enhedspris på Elektricitet kilde: (Energiselskabet Verdo i Randers) Bilag 17 Enhedsprisen på varme, som leveres til fjernvarmenettet Hej Ahmed Til info Mvh Jan From: Mikkel Grathe - Hobro Varmeværk [mailto:mg@hobrovarme.dk] Sent: Thursday, February 12, 2015 9:29 AM To: Jan Sundstrup; Martin Engberg Christiansen Subject: Afregningspriser for affaldsvarme. Hej Jan og Martin. Tak for et godt møde i tirsdags, jeg har fundet vores afregningspriser og de hænger sammen på den måde at vi køber varmen af forbrændingen, efter at energiafgiften er betalt. Priserne er ex moms. Hvis Varmeprognosen fra jer holder nogenlunde, vil jeg gætte på at i vil kunne sælge varme til os for omkring 3,5 til 4 millioner kr. Om året. Hermed de afregningspriser vi har betalt for affaldsvarmen i 2014. SIDE 77 1 kvartal 267,86 kr/MWh 2 kvartal 268,74 kr/MWh 3Kvartal 268,43 kr/MWh 4 kvartal 269,66 kr/MWh Prisen for første kvartal 2015 forventes at ligge på ca. 270 kr /MWh. Med venlig hilsen Mikkel Grathe Driftschef Hobro Varmeværk a.m.b.a Lupinvej 21 9500 Hobro Tlf. 98521825 mg@hobrovarme.dk www.hobrovarme.dk Kilde: Email bekræftelse på aftale efter møde med Mikkel Grathe hos Hobro fjernvarmeværk. SIDE 78 Bilag 18 Tilbud på varmepumpeanlæg Kontakt blev etableret via telefon opkald efterfølgende e-mail korrespondance med cronborg SIDE 79 SIDE 80 Beregnings eksempel på tilskud. SIDE 81 Bilag 19 ’’ Energiselskabet har forpligtet sig til at levere et historisk højt antal energibesparelser nemlig 10,7 PJ per år i perioden 2013-2014 og 12,2 PJ årligt i perioden 2015-2020. Det er en fordobling i forhold til tidligere. Aftalen betyder, at energiselskaberne hvert år i aftalens løbetid skal skære toppen af det danske energiforbrug svarende til 140.000 husstandes samlede energiforbrug og vil det skabe en værdi for kunderne på 9-18 milliarder kroner. Desuden vil det åbne for investeringer i nye clean tech-produkter på 5-10 milliarder kroner alene i 2013. Samme grundlæggende principper Aftalen bygger på de samme grundlæggende principper som hidtil. Indsatsen skal være omkostningseffektiv, og netselskaberne har frihed til selv at vælge, hvilke kunder de vil satse på, hvor de vil placere deres aktiviteter, og om de vil arbejde inden for flere energiarter. Et elselskab kan således godt realisere energibesparelser på bygningers varmeforbrug. I lighed med tidligere skal besparelserne opgøres og dokumenteres. Netselskaberne kan udelukkende indberette besparelser, der kommer som følge af deres indsats. Af samme årsag skal der forud for realiseringen af en energibesparelse være en aftale mellem netselskab og slutbrugerne eventuelt gennem flere led. Gode muligheder for samarbejde Elselskaberne har aftaler med mere end 1.200 aktører i energisparemarkedet, som rådgivere, håndværkere mfl. Hvis du repræsenterer en virksomhed eller er boligejer og gerne vil lave energibesparelser, kan du kontakte et elselskab for en orientering om, hvilke muligheder der er for dig. ’’ Kilde: (http://www.danskenergi.dk/Holdning/Energieffektivitet/Aftale.aspx) SIDE 82 E-mail korrespondance med maskinmester og projektleder hos Skjern papirfabrik Søren Skærbæk omkring tilskud til deres varmepumpeanlæg SIDE 83 Bilag 20 økonomiskberegninger Forslaget i scenarie 1 SIDE 84 Se også kopi af beregningerne i medfølgende usb stik. Scenarie 2 SIDE 85 SIDE 86
© Copyright 2024