Analyse av varmepumpesystem tilknyttet termisk energilager i fjell

Abstract

Energisentralen med tilhørende energilager i Nydalen ble bygget i 2003 for å forsyne B.I, boligblokker, butikker og et hotell med termisk energi. Den var den største av sitt slag i Europa da den ble bygget og leverer rundt 12 GWh varme og 4,6 GWh kjøling hvert år. Energilageret består av 90 seriekoblete kollektorbrønner 2 og 2 i serie, og 66 parallellkoblete kollektorbrønner. De seriekoblete brønnene har en dybde på 200m, mens de parallellkoblete brønnene har en dybde på mellom 240 m og 280 m. Dette gir en total lengde med brønnrør på 36000 m. Energisentralen består av tre sleideregulerte skruekompressorggregater med en kjøleeffekt på 2300-2450 kW. Disse ble installert i 2003 da sentralen ble bygget og er ment som grunnlasten til energisentralen. Som topplast er det installert 2 el-kjeler på 1500 kW, en oljekjel på 3200 kW og en oljekjel på 6000 kW. Effektsvingninger og temperatursvingninger sammen med den noe ugunstige løsningen med sleideregulering gjorde at varmepumpene leverte langt lavere effekt og effektfaktor enn prosjektert. Det ble derfor installert et mindre frekvensregulert skruekompressoraggregat på 900kW i 2006, for å bedre dellastvirkningsgraden til de tre varmepumpene som allerede var installert. Det ble i tillegg installert et høytemperatur varmepumpeaggregat for å senke bruken av olje- og el-kjelene som topplast. Under analysen av energilageret og energisentralen har det blitt avdekket en rekke problemer som gjør effektiviteten av anlegget dårligere enn det den er prosjektert til og hva den teoretisk er i stand til å yte. Det første problemet var imidlertid et problem som viste seg begrensende for min oppgave da en temperaturmåler i energilageret viste seg å være defekt, slik at en dypere analyse av lageret ble umuliggjort. Det er i første omgang valget av ett-trinns sleideregulerte skruekompressoraggregater som grunnlast som gjør driften av anlegget vanskelig. De opererer dårlig med høye effektsvingninger grunnet dårlige dellastegenskaper, og i tillegg kommuniserer ikke den interne automatikken med datasystemet i sentralen. Dette gjør at den frekvensregulerte varmepumpen ikke får regulert grunnlastaggregatene slik den er ment å gjøre. Støyproblemer i sentralen som forplanter seg opp i bygget sentralen står i har også vist seg å være et tidkrevende og kostbart problem. Da de tre store skruekompressoraggregatene måtte få etterinstallert støydemping. Dette sørget for driftstans i lengre perioder og tapt energi ettersom energilageret ikke ble oppvarmet og energien ble levert av olje og el. Det er også problemer med for lav temperatur på kondensatorsiden av varmepumpene, slik at de i de kaldeste månedene ikke greier å levere den effekten de er ment for. Løsningene med sleideregulerte skruekompressorer istedenfor frekvensregulerte ble gjort på bakgrunn av pris. Det samme var valget av ett-trinns varmepumpeaggregater fremfor to-trinns aggregater. Her er det blitt satt for stor fokus på investeringskostnad framfor fremtidige driftskostnader, som har resultert i mindre gode løsninger i sentralen. Prosjekteringen kan heller ikke sies å være tilfredsstillende god da problemer som rensing av elvevannsveksler er et problem. Noe også rensing av fjernvarmevann har vært. Det har også vært lekkasje i samlekummer fordi disse lå lavere enn dreneringen.