Expressorvarmepumpe til varmeproduktion i decentrale kraftvarmeanlæg

De seneste års fokusering på de decentrale kraftvarmeværker og deres økonomiske vanskeligheder samt problemer vedrørende bl.a. eloverløb, har afstedkommet en række aktiviteter og forskellige tiltag, som skulle kunne bidrage til løsning af disse problemer. Et af de tiltag, der synes mest åbenbare er anvendelsen af varmepumper i kraftvarmesystemer, og denne mulighed vurderes nu endnu mere relevant end tidligere. Dette skyldes, at der indenfor kølebranchen er påbegyndt et arbejde med udvikling af transkritiske CO_2-systemer, som specielt ved høje temperaturer er væsentligt mere effektive end tilsvarende systemer med traditionelle kølemidler. CO_2-teknologien er tidligere vist i varmepumpesammenhæng i mindre systemer, og netop i varmesystemer med krav til relativt høje fremløbstemperaturer (>55 grader C) er transkritisk CO_2 væsentligt mere effektiv end andre kølemidler. Ved brug af en såkaldt expressor, bestående en integreret kompressor og en vådekspander, er det herudover muligt med fordel at udnytte ekspansionsarbejdet til produktion af mekanisk energi som igen kan udnyttes i kompressoren (expressor). Herved er det muligt at gøre varmepumpesystemet endnu mere effektivt. Indledende beregninger viser at det ideelt set er muligt at hæve effektiviteten til ca. 5,8 ved at anvende expressor-løsningen, i praksis forventes afhængig af driftsbetingelserne og det valgte expander design en effektivitet i størrelsesordenen minimum 4 til 5. I 80'erne blev der gennemført en række projekter omkring anvendelse af store varmepumper i fjernvarmesystemer (bl.a. under Energiministeriets Varmepumpeforskningsprogram), men teknologien har aldrig vundet stort inpas i energisektoren. Det er projektets overordnede mål at få udarbejdet en design for CO_2-varmepumper, der i fremtiden vil kunne implementeres i hovedparten af de ca. 550 KV-anlæg, der i forvejen er installeret rundt i DK, samt naturligvis indgå som en naturlig del af de anlæg, der i fremtiden opstilles. I projektet skal flere forhold undersøges, bl.a. vil der blive gennemført en analyse af gevinsten ved udnyttelse af varmen fra røggasen som varmeoptager til varmepumpen (højere effektivitet og renere røggas), samt hvorvidt det er muligt at drive kompressoren direkte fra gasmotoren (uden først at producere el). Sidstnævnte løsning kunne eksempelvis opnås via et hydraulisk system, således at problematikken omkring egnede koblinger mellem motor og kompressor undgås. Eller alternativt ved at lade gasmotoren drive kompressoren direkte, hvilket dog normalt kan være problematisk. Men frihedsgraderne omkring dette punkt er relativt store, da kompressoren er en åben kompressor, hvilket betyder at kompressor og motor er adskilt. Projektet deles i to hovedfaser, hvoraf første fase vil omhandle udredningsarbejde omkring teknologien indeholdende tre underfaser. Anden hovedfase vil indeholde design, opbygning og test af prototype samt hele projektets videnformidlingsdel. Samlet består projektet af følgende hoved- og underfaser: Fase 1.1: Analyse af eksisterende kraftvarmesystemer. Fase 1.2: Opstilling af modeller for CO2 varmepumpe. Fase 1.3: Systemberegninger - nyt KV-system. Fase 2.1: Design af prototype varmepumpe med expressor. Fase 2.2: Opbygning af prototype varmepumpe. Fase 2.3: Installation af prototype varmepumpe. Fase 2.4: Test af prototype. Fase 2.5: Analyse af resultater. Fase 2.6: Projektledelse og videnformidling