I det nuværende danske energisystem bliver hoveddelen af den benyttede el og varme produceret på et kraftvarmeværk (KVV). Med stadig større produktion af el fra vedvarende energikilder bliver det en stadig større udfordring at tilpasse el og varmeproduktion til behovsprofilet, da produktions kapacitetens tekniske restriktioner begrænser den effektive produktion på KVV. Varmepumper (VP) kan benyttes til at afkoble sådanne begrænsninger, men den nuværende teknologi er ikke konkurrencedygtig. Metoder til at forbedre energi effektiviteten er nødvendige, for at kunne opnå de politisk fremlagte mål for CO2-emmisioner. Det præsenterede studie undersøger den mulige introduktion af VP fra både et termodynamisk- og system/operationsanalyse perspektiv, for at finde optimale integrations løsninger for både nutidige og fremtidige energisystemer. Fem generiske konfigurationer for VP i fjernvarme- (FV) systemer blev identificeret og sammenlignet ud fra en termodynamisk analyse. Den operative præstationsevne af konfigurationerne blev undersøgt både for den enkelte enhed og fra et system perspektiv for forskellige FV temperaturer, forskellige drivmidler og ved systemer med forskellige produktions teknologier i FV netværket. Analysen viste at tre konfigurationer er særligt fordelagtige, hvorimod de to tilbageværende konfigurationer, set fra et system perspektiv, præsterer tilsvarende eller endog dårligere end det der kan forventes af en elektrisk vandvarmer. Den ene af de tre fordelagtige konfigurationer skal lokaliseres hos forbrugeren, hvorimod de to resterende kan placeres på lokaliteter med særligt gunstige temperaturer, hvor FV netværket benyttes til at distribuere varmen. En stor mængde operative og økonomiske restriktioner begrænser anvendelsen af VP som benytter naturlige arbejdsmedier, hvilket kan være de eneste mulige valg for Danske forhold. Begrænsningerne er meget afhængige af integrationen af energistrømmene for varme kilde og dræn. En vurdering af fordelagtige operative anlæg blev udført ud fra restriktioner som tilgængeligt køleteknisk udstyr og behovet for en positiv nutidsværdi for investeringen. Seks kompressions varme pumper (KVP) blev analyseret sideløbende med ammoniak-vand hybrid absorption kompressions varme pumpe (HAKVP), hvilket korresponderer til en øvre begrænsning i dræn temperature op til 150 °C. Den bedste disponible teknologi blev bestemt for hver mulig kombination af kilde og dræn temperaturer. Resultaterne viste at fem forskellige VP systemer fremsætter den bedste tilgængelige teknologi ved forskellige dele af det samlede arbejdsområde. Ammoniak-vand HAKVP og ammoniak KVP systemer med enten lav eller højtrykskomponenter er fordelagtige for en meget stor del af de analyserede dræn temperaturer og temperaturløft. Krav til dræn temperaturer og temperaturløft kan ikke tilfredsstilles for mange FV systemer hvis VP varmer til fremløbstemperaturen, med de benyttede økonomiske begrænsninger inkluderet i analysen. Den specifikke ydeevne for to FV VP konfigurationer blev undersøgt i yderligere detalje, hvortil der benyttes endelige temperatur niveauer som svarer til en række typiske FV netværk. Otte systemer blev analyseret for deres anvendelighed, og systemerne blev optimeret til hvert driftspunkt ved brug af exergoøkonomisk analyse. De enkelte VP blev sammenlignet baseret på prisen af den producerede varme. Resultaterne viser, at de tekniske begrænsninger medfører en betydeligt forøget pris på varme ved høje FV temperaturer, sammenlignet med den mest konkurrencedygtige termodynamiske kredsproces. Ved høje og mellemhøje temperaturløft er det muligt at opnå en kredsproces effektivitet på op til 45-50 % af det teoretisk mulige (i forhold til Lorenz processen), hvorimod så lave virkningsgrader som 36 % må forventes for lave temperaturløft. Tre typisk anvendte operations analyse metoder blev analyseret for deres påvirkning på driftsstyring for energiteknologier. Ved at fokusere på den fysiske repræsentation af KVV, synes det klart at den simple repræsentation tillader ugennemførlig produktion. Når blandet heltals programmering (BHP) og ikke lineær programmering (ILP) benyttes, bliver antallet af driftstimer og produktionen af varme fra VP betydeligt forøget, da VP kan benyttes til at udligne driftsprofilet for KVV i energisystemer med betydelige tekniske begrænsninger. En BHP energi system model blev udviklet, med fokus på detaljeret repræsentation af KVV og VP. To energiscenarier blev benyttet til analysen, et nuværende, som er valideret for året 2011, og et fremtidigt scenarie, som modsvarer det energiplanlæggere foreslår for 2025, hvor reduktioner af CO2-emissioner er en særlig indsats. Den ændrede drift for elektricitets produktions enheder fører til genovervejelse af optimum for FV netværks temperaturer, for at opnå den laveste pris og de laveste CO2-emissioner. Den udviklede energisystem model blev benyttet til at analysere den ændrede produktion. Produktions ændringer fra typiske KVV teknologier blev benyttet til at repræsentere den ændrede produktion af el og varme for ændrede FV temperaturer. Resultaterne viser at forbruget af primær energi og systemets omkostninger kan reduceres med ca. 5-7 % ved FV fremløbstemperaturer på 60 til 70 °C for 2025 scenariet. Yderligere reduktion i FV temperaturer resulterer i modsat rettede tendenser, da varmt brugsvand skal benytte stadig større mængder el for at opnå de nødvendige temperaturer. Resultaterne er netværks specifikke, da de repræsenterer specifikke FV forsyningsværker og netværk restriktioner, men tilsvarende tendenser kan forventes for andre store FV netværker.
展开▼
