Utnyttelse av kondensatvarme fra røykgass i fjernvarmesentral ved hjelp av varmepumpeteknologi

Abstract

På Heimdal Varmesentral er det i dag store energimengder med lavtemperatur kondensatvarme fra røykgassen som ikke anvendes og slippes ut i omgivelsene. Denne masteroppgaven har til hensikt å beskrive ulik varmepumpeteknologi og analysere hvilken som egner seg best til å overføre kondensatvarmen til fjernvarmenettet. For å sette denne varmepumpende prosessen i en sammenheng, presenteres deler av fjernvarmenettet i Trondheim.For å finne den best egnede varmepumpen er det essensielt å kartlegge hvilke driftsforhold varmepumpene skal operere under. Mengden tilgjengelig kondensatvarme beregnes og temperaturnivåene varmepumpene må operere mellom kartlegges. Datainnsamling fra fjernvarmereturen viser at det er svingninger i denne temperaturen og dermed at driftsforholdene er skiftende.Det er to varmepumpeteknologier som analyseres. Den ene er en konvensjonell kompressor varmepumpe med et nytt kuldemedium, HFO-1234(ze). Den andre er en kompresjons/absorbsjons varmepumpe med ammoniakk og vann som arbeidsmedium. Begge arbeidsmedier er miljøvennlige, men har store forskjeller når det kommer til termodynamiske egenskaper. Det gis en innføring i disse forskjellene og hvordan de to anleggene er utformet.Med utgangspunkt i det som er kartlagt og beskrevet ble det utviklet beregningsmodeller for stasjonær tilstand, for å vurdere varmepumpenes ytelser ved forskjellige driftsforhold. Resultatene fra disse modellene er grafisk fremstilt og blir diskutert. Viktige parametere som virkningsgrad og levert varmemengde til fjernvarmenettet er helt forskjellige for de to varmepumpene. Ved varmekildetemperatur på 56 °C inn og 33 °C ut av fordamper og desorber og temperaturer på fjernvarmereturen varierende fra 70 °C til 85 °C har hybridvarmepumpen synkende COP fra 4,2 til 3,8. Kompresjonsvarmepumpen har stabil COP på over 5 for temperaturer opp til 78 °C, over denne temperaturen reduseres kompresjonsvarmepumpen ytelser betraktelig. Det konkluderes med, ut ifra et termodynamisk perspektiv og driftsbetingelsene ved Heimdal Varmesentral, at hybridvarmepumpen er et langt bedre alternativ enn kompresjonsvarmepumpen. Denne varmepumpen er vel og merke mye mer komplisert utformet, både prosessen og selve anlegget. Dette er med på å gjøre varmepumpen fleksibel i forhold til regulering av varmekapasiteter og temperaturnivåer, men også mer utfordrende i forhold til den daglige driften.Som forslag til videre arbeid foreslåes det å gjøre en bedre analyse av varmepumpens innvirkning på economiser og ristkjøler ved Heimdal Varmesentral, samt å gjøre en analyse av eventuelle økonomiske gevinster ved integrasjonen av varmepumpen i fjernvarmeanlegget.