Håndbok: «CCS for avfallsforbrenning»

Kapittel 3

Andre tiltak for bruk av spillvarme

Varmen fra KAN Referansa er på ca. 55 °C, det er i utgangspunktet vanskelig å benytte dette til andre formål enn oppvarming. For avfallsforbrenningsanlegg tilknyttet et FV-nett er det rimelig å anta at de fleste industrier/forbrukere av varme i umiddelbar nærhet vil være tilknyttet det samme FV-nettet. Det er med andre ord svært utfordrende å få brukt spillvarmen fra fangstanlegget utover FV-nettet. 

Spillvarme på 80°C og høyere kan brukes i en Organic Rankine Cycle (ORC) turbin til kraftproduksjon, ettersom spillvarmen fra KAN Referansa er tiltenkt å være på 55 °C er ikke dette verdt å undersøke i utgangspunktet. Dersom en fangstleverandør leverer spillvarme på ca. 80 °C, burde det undersøkes om dette kan nyttiggjøres i en ORC turbin.

9.1 Akkumulator for kortsiktige FV-variasjoner

I sommersesongen er varmebehovet i fjernvarmenettet lavt og det vil i de fleste tilfeller være tilstrekkelig varme tilgjengelig fra forbrenningsanlegget til å dekke både fangstanlegget og FV-nettets varmebehov. Om sommeren er det derfor ikke nødvendig å gjenvinne spillvarmen fra fangstanlegget med varmepumper til fjernvarmesystemet. Når utetemperaturen begynner å synke,  vil fjernvamrenettverkets varmebehov begynne å øke. Det vil da oppstå korte og etter hvert lengre perioder der varmebehovet er større enn kapasiteten på energigjenvinningsanlegget, som vist i Figur 7 og Figur 8.

For å jevne ut de kortsiktige variasjonene, kan man akkumulere varme i perioder med overskudd for bruk i perioder hvor behovet er større enn anleggskapasiteten. Dette kan oppnås på flere måter:

  • Akkumulering i fjernvarme tur-system. Dette gjøres med å øke temperaturen på fjernvarme ut av energisentralen fram til fjernvarmekundene opp mot maks designtemperatur på fjernvarmenettet. Den økte temperaturen representerer en lagret energimengde som kan utnyttes til å jevne ut effekttopper.
  • Akkumulering i både tur- og retursystem. Som akkumulering i tur, men en større energimengde kan lagres ved å tillate økt temperatur i retursystemet. En uleme med dette tiltaket er at økt returtemperatur vil negativt påvirke muligheten til direkteveksling mot et karbonfangstanlegg. 
  • Akkumulatortank. Installasjon av en akkumulasjonstank vil kunne erstatte eller komplementere akkumulering i fjernvarmenettet, og vil i større grad gi kapasitet til å jevne ut de daglige variasjonene. En slik akkumulatortank vil eksempelvis kunne bidra til å redusere dellastdrift på eventuelle varmegjenvinnende varmepumper og sikre færre start/stopp og bedre systemytelse.  Statkraft i Trondheim har installert en slik tank som vist i Figur 66.

Dersom man vurderer smarte integrasjoner med bruk av varmepumpe for å hente spillvarme fra karbonfangstanlegget til fjernvarmesystemet bør en vurdering av mulighet for akkumulering være sentralt. Ansvarlig for selve fjernvarmesystemet bør være involvert i slike vurderinger.

Figur 66 Eksempel på akkumuleringstank ved Statkraft Varme sitt avfallsforbrenningsanlegg i Trondheim. Tanken er 34 meter høy og 15 meter i diameter.

9.1.1 Andre tiltak for kortsiktige FV-variasjoner

For å ta hand om de kortsiktige døgnvariasjonene i FV-nettet vist i Figur 7 og Figur 8, kan man også sette varmepumpen som en grunnlast i systemet og heller variere varmen fra turbindampen til bruk i FV-nettet. Turbindampen kan da kjøles i eksisterende tørrkjølere på tak, noe som kan reguleres raskt. Dette er et alternativ dersom man ikke har muligheten for kortsiktig akkumulering som nevnt ovenfor. 

Fra et energi-økonomisk synspunkt er dette mindre lønnsomt da varmepumpene har et strømforbruk, ved å lagge VP-er som grunnlast får man da et kontinuerlig strømforbruk. Det sikrer at varmepumpene driftes jevnere ved at de ikke må startes og stoppes for ofte. Frekvente oppstarter av varmepumper senker den tekniske levetiden på varmepumper, da spesielt på kompressorene. Varmepumpene trenger kun periodevis å være grunnlast. Dette kan gjøres basert på fremtidige værmeldinger og prediktive analyser av FV-behovet.

Dette vil være en kost-nytte analyse for innvesteringskostnadene for skkumuleringskapasitet og økte driftskostander ved å legge VP-er som grunnlast. En slik analyse må gjøres individuelt for hvert anlegg.

9.2 Geotermisk sesonglager

Deler av spillvarmen fra et karbonfangstanlegg kan være en god varmekilde for et storskala geo-termisk sesonglager. Etablering av en slik termos/brønnpark kan da potensielt benyttes til å kjøle deler av eller hele fangstanlegget. Videre kan varmepumper bruke brønnparken som varmekilde til drift av varmesystemet.

Dette utredes/bygges tilknyttet avfallsforbrenningsanleggene i Oslo og Tromsø. Dette er mest relevant der man forventer at FV-behovet vil øke fremover. Dette må vurderes opp mot den økte FV-leveransen i delkapittel 7.7.3, og behovet for eventuelt å øke den ytterligere.

9.3 Ny ekstern varmekilde

Et alternativ til de overstående foreslåtte smarte integrasjonene kan være å akseptere redusert effektleveranse til fjernvarme fra avfallsforbrenningsanlegget og erstatte tapte varmeleveranser fra en annen energikilde et annet sted i fjernvarmesystemet. Dette kan f.eks. være:

– Allerede installert effekt i andre mellomlast og spisslastsentraler

  • Elkjeler
  • Bioenergi/returflis, etc.

Spesielt avfallsforbrenningsanlegg med lav energiutnyttelse og derfor få GWh «tapt energi» til fjernvarme ved installasjon av et karbonfangstanlegg bør vurdere kost/nytte ved å bruke annen ekstern varmekilde enn relativt kostbare varmepumper og integrasjoner mellom karbonfangstanlegget og fjernvarmesystemet.

Det er også verdt å undersøke for FV-nett som er tilknyttet større industrielle aktører om noen av de kan øke sin FV-leveranse for å kompensere for FV-leveransen mistet.

9.4 Potensielle forbrukere av spillvarme utenfor KAN Referansa

Det er verdt å undersøke omkringliggende prosesser og bedrifter og deres eventuelle behov for spillvarme ved lavere temperatur. Det er mange prosesser som har behov for varme ved lavere temperaturer, et knippe av dem, med deres omtrentlige temperaturnivåer er vist i Tabell 4. Varmen fra KAN Referansa vil være tilgjengelig på ca. 55 °C.

Det vil kunne være nyttig å orientere seg om omkringliggende industrier, listen i Tabell 4 er på ingen måtte dekkende for alle industrier med behov for varme ved lavere temperaturer. Det kan også være lurt å orientere seg om fremtidige planer for bedrifter og eventuelle næringsparker under utvikling og ferdig utviklet i området.

9.5 Lagring av solvent

SINTEF har utført en studie for å se på potensialet ved å lagre amin-solventen mettet med CO2 i tider hvor FV-nettet har høyt behov og heller regenerere solventen tider hvor FV-behovet er lavt, og det er mer varme tilgjengelig fra turbinkondensator. Studiet undersøkte mulighetene for solventlagring over et døgn. Dette reduserte spillvarmemengden som må kjøles vekk til atmosfæren over et år med 21,5 % (hovedsakelig på vinterstid når det kunne samkjøres med FV-behov). Dette gjøres med to tanker, en med mettet amin-solvent og en med umettet aminsolvent. Denne tankparken kan stå på en annen lokasjon eventuelt, men aminsolventen må da pumpes til tankparken. ‘Energy Utilization Factor’, definert som raten mellom total energi ut fra WtE-anlegget (både termisk og elektrisk) over total termisk input til fangstanlegget, øker med 1%.

Sintef planlegger å utvide dette studiet til en sesongbasert studie. Denne muligheten er ikke noe som fangstleverandører har standardisert inne, men heller noe som må avtales og utvikles i samråd med fangstleverandører dersom det er aktuelt.