Isning en meget
anvendt proces.
Princippet med at hente energi ved vands overgang til is, er gennemprøvet på bla. mejerier. www.Yorkkoleteknik.dk (York) har alle data omkring overgange ved forskellige temperaturer på bla. rør ved påfrysning. Lalandia bruger systemet omkring en skøjtebane og de bruger energien fra kompressoren til opvarmning. DTU har lavet forsøg/projekter, hvor isning anvendes til varmeproduktion i et samspil med rumkøling. Men når opstillingerne laves, som et supplement til den bestående varmeforsyning og ikke i stor skala, opnås ikke de fordele som systemet muliggør.
De isbanke som laves på mejerier i dag virker efter dette princip se.
Ammoniak pumpes gennem lange rustfrie stål rør og kogningen sker i væsken. Bobler og væske pumpes nu fremad, og kommer til tank og dampe udskiller sig og søger mod kompressors indsugning. Isen opstår på rør. De første anlæg til mejerier i 50’erne, hvor køleanlæg var bekosteligt, lavede man opstillingen, så netop isen kunne løsnes fra en isningsoverflade eller radiator, ved at opvarme isradiator kortvarigt hvorved isen slipper, og påfrysningen genoptages på ny.
Isradiatorer som disse se.
Kølemiddel koger i radiator. Radiatorer tømmes for kølemiddel og en kortvarig trykforøgelse afsætter energi i radiator, ved at dampe kondenser ved en temperatur over 0 c’, så is frigives. Denne metode anvendes i dag ikke ofte, men enkelte anlæg bruger princippet.
Lav temp. energi fra solfanger for hyppige afisning
For at kunne få mængden af isobutan (fyldning) på det samlede anlæg ned, arbejdes med denne isradiator. En anlæg må kunne indholde 50 kg isobutan/Propan for at kunne godkendes. Opstillingen her se. Fig. skal virke efter samme princip som ovenstående ammoniakopstilling.
Her isradiator ”gennemskåret” se.
Hvor isningen sker via kobberrør hvor isobutanen cirkuleres i og energioptagelsen sker ved at isobutanen koger og der dannes bobler som pumpes fremad. Inde i gitter kan varmt vand cirkuleres så afisningen kan ske.
Her hævert i isningsdam for afis. Gitter indeholder luft når isningen sker, kun når afisning skal ske trækkes vand måske 5 c’ op i gitter og isen frigives. Hævertprincippet samme med pumpen (hvor vandet siver ned gennem pumpehus når denne ikke arbejder) bevirker at vand suges op i isradiator og afisningen sker. Herefter tømmes radiator og isningen genoptages. se.
I en isningsopstilling hvor man kun har motorvarmen fra den motor som forsyner kompressoren til denne afisning, kan dette ikke ske ofte. Hvis energien tages fra varmepumpens afgangsenergi, falder den samlede effektforøgelse fra opstillingen, som ikke er hensigtsmæssigt. Da Marstal netop har en betydelig lav temperatur energikilde i form af dels energi fra solfangeropstilling, men også energien dam, hvor energi kunne tages fra, når temperaturen ikke er tilstrækkelig til byen. Effekten er nu at der kan afises ofte med ”værdiløse” energikilder. Dette har nu den effekt på isradiator, at dennes effekt stiger meget betydeligt.
Isdam for sloshice
Radiatorer kunne stå lodret,så isning sker på begge sider. Da afisningen kan ske ofte, hvorfor isen ikke bliver tyk, hvorfor den vil blive til en form for slosh ice og vil kunne pumpes over store afstande i rørføringer se.
Omfanget af dammen til en kapacitet på feks. 8 Mw må antages til 1000 Kbm forudsat at vand og is udskiftes løbende ved at cirkulere isfrit vand til dammen og udtage slosh Ice fra dammen.
Hvis der i nærheden af varmeværket er en bæk eller andet ferskvand som kan fryses inden dette løber til havet kan op til 30 % fryses og blandingen kan stadig pumpes i rørføring ud i havet. Alternativ er at pumpe havvand op til varmeværket og returnere slosh ice. Se
Varmpumper til
isning.
De optimale varmepumpeopstillinger til isning og trykforøgelse af dampe i varmepumpen vil kræve at producenterne vil udforme deres kompressorer så den optimale maskinopstilling er mulig. En faktor som har stor betydelig for en varmepumpe opstillings effektivitet er det antal trin hvori en opbygning kan øge fjernvarmevandets temperatur, som illustreret ved denne aksiale kompressor (som dog i praksis ikke er mulig pga. ringe virkningsgrad) se.
Her op monteret med varmeveksler se.
Ved at opvarme eller afsætte energi i trin opnås en øget virkningsgrad omkring den samlede opstilling.
Dette vil også være muligt ved turbokompressorer, hvor denne trinvise forøgelse også er mulig, ved mange turbiner til den samlede ”energiopbygning”
Denne Danfoss Turbocor er et eksempel på dette se. dok: Link
Her en opbygning som kunne virke som supplement til den nuværende varmeforsyning i Marstal, og som kan laves omkring standart ”komponenter” se.
Her præstationsdata for Siemens Turbo kompressor
Copeland hermetisk lukket Kompressor
Turbokompressor øger isobutan dampe i tryk og disse kondenser på varmeveksler ved at afgive energi ved at koge r134a som øges i tryk til varmeveksler som øger fjernvarmevand i temp. i trin som vist.
Opstillingen vil yde 1 Mwh fjernvarme. kostpris ved 1500 kr/Mwh el ved følgende temperaturer.
40 c’ varmt vand ved at forbruge: 218 Kwh. Pris: 327 kr/Mwh
45 c’ varmt vand ved at forbruge: 237 Kwh. Pris: 357 kr/Mwh
50 c’ varmt vand ved at forbruge: 258 Kwh. Pris 388 kr/Mwh
55 c’ varmt vand ved at forbruge: 279 Kwh. Pris 420 kr/Mwh.
En gennemsnitspris for 50 % af Marstal fjernvarmeforbrug ved fuld afgiftsbelagt strøm. 372.- kr/Mwh. hvor energi produktionen er ubegrænset når havet kan fryses.
En optimal opstilling: Isobutan ved turbokompressor og Skruekompressor til ammoniak vil kunne producere denne energi til 175 - 225 kr/Mwh. afhængig af størrelse på anlægget. Jo større anlæg jo bedre effektforøgelse.
Hvis enten damlager eller solfanger kan levere energi så isobutanen kan koge ved min. 25 c’ i varmeveksler Kan opstillingen yde 1 Mwh til 247 Kr/Mwh.
Opstllingen kan nu omstilles hvis det kræves en lavere produktionspris ved feks. at øge frekvens til vandpumpe som cirkulere fjernvarmevand gennem varmevekslere og kondenseringstemperaturen falder på den samlede opstilling i R134a og strømforbruget faldet hvilket afgangstemperaturen og gør.
Hvis damlager forlods opvarmes til 55 c’ via normal drift med fuld afgiftsbelagt strøm. Når overskudstrøm fra møllerne er tilgængelig med nedsat afgift, kunne opstillingen omstilles og det 55 c’ varme vand fra damlager kunne nu opvarmes til den temperatur som prisen på strømmen nu tilsiger.
Der vil omkring opstillingen være mange kombinations muligheder, sammen med damlager og de øvrige akkumuleringsmuligheder i Marstal. Feks. kunne en opstilling med flere turbokompressorer først øge damlager i temperatur til feks. 40 c’. Efterfølgende kunne dette vand køles til 35 c’ ved at koge isobutan i en varmeveksler og energi ved op til 65 c’ kan leveres fjernvarmenettet. Med de mange gratis energikilder som forefindes i Marstal og i de tidsrum hvor prisen på el-energien er lave der kan mange koblingsmuligheder omkring kompressorerne være mulige, så en optimal produktionspris frembringes.
Det forhold at en given opstilling kan arbejde mange timer med en ”grundlast” og det forhold at den kan omstilles og udnytte enten ”lavpris” energikilder fra dam eller solfanger og herunder også udnytte den billige strøm, når denne forefindes, gør at anlægget kan arbejde mange timer hvorved opstillingen kan afskrives optimalt.
Se forslag i Randers omkring havnebassin som akkumuleringsbassin og mulighed for energi fra akkumuleringsbassin og samtidig isning af fjord. Se. Link
Energiakkumulering
for el-produktion omkring overskudsstrøm.
Dinorwig syd for London se www.fhc.co.uk/dinorwig.htm effekt op til 1,2 giga watt I 6 timer (33 % af Jyllands effektbehov). Effektivitet 80 %.
I Marstal hvis havvand skal forbruges omkring isning og pumpe og dam under alle omstændigheder skal etableres ved varmeværket vil det være naturligt at lave ”el akkumulering i dam” Se.
Ved en gennemsnits højde forskel på 25 m kan 50.000 kbm vand yde 4 Mwh. Her i Hobro er der betydelig højdeforskelle langs fjord, så teknologien kan anvendes navnlig, når dammen under alle omstændigheder skal etableres. Teknologien vil bevirke at den vindmølle kapacitet, som etableres ved varmeværkerne, at el-akkumulering via dam vil bevirke at en meget betydelig del af byens samlede el-forbrug nu dækkes af vindenergi.
El-bil
El-bil hvor batterikassette kan udskiftes automatisk af el-bilen i feks. carport se.
her er batterikassetten som nu sidder i ladeenhed, et særdeles aktivt instrument til styring af det danske el-net. Statens systemansvarlige www.energinet.dk opkøber årligt automatisk opregulering for mange millioner, til regulering af det danske el-net. Da et el-net til stadighed skal trimmes for at holde den ønskede frekvens på 50 Hz. sker dette via såkaldt balanceregulering. Til opregulering, altså tilførsel af energi til el-nettet sker dette via automatisk opregulering, som er dieselgeneratorer, som inden for 30 sec. kan være opkoblet på nettet, eller manuel opregulering som er kraftværker som er opkoblet inden for 30 min. Værdien af automatisk opregulering er pr. år ca. 800.000.- kr pr. Mw kapacitet. Det er meget få gange om året regulering faktisk sker, altså at en evt. generator faktisk skal opstartes. Nedregulering er udtagelse af energi fra nettet som kan være el-patroner kortvarigt laver feks. Fjernvarme. Men ellers store forbrugere som umiddelbart kan ”afbrænde” el-energi.
Fremadrettet: Hvis de decentral Gasfyrede fjernvarmeværker overgår til isning frigøres gasmotoren, og kan herved overgå til opregulering. Da en gasmotor kræver min. 15 min. til opstart, kan den ikke umiddelbart anvendes til den meget indbringende automatisk opregulering. Her er det litium batteriet i lade station sammen med el-bilen er et særdeles indbringende aktiv. Den ladeenhed som batteriet er opkoblet til i carporten, kan nu virke, som inverter og energi kan nu tilflyde el-nettet med den ønskede frekvens og mængde, ind til gasmotoren er klar ved de respektive fjernvarmeværker.
Solfangeropstilling
for VakummDestillations sammen med
isning.
Denne enhed for drikkevandsfremstilling ved vakuum
destillation i trin fra Alfa laval (Fuld dokumentation se. Link) se.
Saltvand koger
under vakuum ved energi fra kølevand fra skibsmotor. Når kogningen sker i
første trin feks. ved feks. 65 c’. PAmpe fra denne kogning ledes nu til
varmeveksler og kondenseres her ved at drive en kogning af saltvand på modsatte
side af veksler ved et lavere tryk og temperatur feks. 45 c’. Dampe fra denne
kogning ledes nu til en varmeveksler hvor ”koldt” havvand tager denne energi i
dampe fra kogningen og destillat frem kommer.
Solvarme som energikilde til destillation af saltvand til drikkevand.
Jeg samarbejder med en større plastvirksomhed og AUC omkring opbygningen. Jeg forventer inden for 2 mdr at have en afklaring om opstillingen skal produceres og herunder markedsføres. Et mindre anlæg omkring et isningsanlæg i Marstal ville promovere teknologien betydeligt. Her under forligger muligheden for at destillere spildevand, selv om teknologien vil kræve en betydelig udvikling før dette er muligt. Problemet omkring spildevand er at holde veksler arealer rene.
Principopbygning se. fig hvor solfanger omkring en ”vandkreds” leverer den fornødne energi til kogning ved en forholdsvis høj temperatur,½ så destillation i trin er mulig.
Her opstilling som den kunne være i Marstal omkring isningsdam og solfanger opstilling. se.
Opstillingens kapacitet er betinget af det antal trin hvori opstillingen kan arbejde, som igen hænger sammen med den forskelstemperatur, som energiovergangen i mellem de enkelte vekslere beting. Alt tyder på at dette i store anlæg kommer til at lægge mellem 1,5 til 2 c’ Hvilket betyder at der ved kogning af vand ved 72 c’ omkring en solfanger opstilling bevirker destillation i op til 48 trin hvilket ved 1000 w/kwm solfanger, ydes 72 Liter pr time pr kvadrat solfanger. 18.000 Kwm solfanger som i Marstal yder herefter drikkevand: 1.300.000 l/time. Som igen betinger 180 ton is som pr time kan optøs. Alternativ kan energien afsættes i havet hvorved kapaciteten falder afhængig af, ved hvilken temperatur der kan kondenseres ved, i det sidste varmevekslertrin. Når overskudsstrømmmen herefter forekommer omsættes denne i sommer perioden ved at fryse is og afsættes energi til havet med de vedligeholdelsesfri Turbokompressorer, og drikkevand fremstilles ved solfangerne i dagtiden.
Turbokompressorer for destillation ved overskudsstrøm betydelige turbokompressorkapaciter som umiddelbart kan omkobles så energi flyttes omkring destillationskamre. Altså den kondensatenergi som feks. afsættes ved 0 c’ optages i turbokompressorens køleveksler og flyttes til feks. 40 c’ og her koges saltvand i destillationskammer og processen virker herefter, som ved solfanger og isdam. De turbokompressorkapaciteter, som vil være til rådighed ved et isningsanlæg med en kapacitet på 40 Mw, vil være betydelige og vil givet kunne yde 1 - 2.000.000 l Vand pr. time på en destillationsopstilling som passer til en solfanger opstilling som i Marstal (18.000 Kwm). Med andre ord: En meget udtalt positiv opstilling til områder omkring middelhavet, hvor vandmangel i sommer perioden er udtalt.
T
Isningsanlæg for 100
% forsyning af Randers
Gudenåen fryses af varmepumper med en kapacitet på 300 Mw med energi fra vindmøller langs Gudenådalen se.
Energien akkumuleres i damlager i havene bassin.
Netop i Randers er der uden for byen betydelige spildenergi ved en høj temperatur, fra Leca Og Maxit hvor roterovne. Så byens sydlige dele opvarmes af varmepumper som virker med en meget høj virkningsgrad pga. af den høje temperatur fra denne spildenergi. Dette har den betydning at vindmøllekapaciteten omkring byen er minimalt ca. 66 % af kapaciteten ved varmeproduktion ved fuld isning.
Da fremløbstemperaturen til byen nu kun kan nå 70 c’. etableres små decentrale varmepumpeanlæg ved de små oliefyrede backupanlæg. Her opsamles spildevand i mindre damme som herefter fryses. Is doseres herefter løbende ud i det bestående kloaksystem. Isen opsamles nu ved rensningsanlæg ved fjorden i en mindre dam. I det omfang solen kan tø isen foretages der ikke videre. I kolde perioder flyttes energi ved at fryse fjorden og optø spildevand så rensningen i rensningsanlægget kan ske. Dette sker via turbokompressorer som arbejder med en meget stor virkningsgrad pga. den lave forskelstemperatur mellem frysested og opvarmningssted.
Teknologien kan uden problem anvendes til store byer som København og forsyne byen 100 % med energi. Møllekapacitet i Øresund vil hertil minimum andrage 4 Gwatt. Når den nødvendige møllekapacitet er til stede ved byerne og hertil mulighed for at fryse store vandmængder er til stede. Da en gennemsnitsforbruger i feks. Århus forbruger 500 l vand pr. døgn er der under alle omstændigheder den nødvendige energimængde ved at fryse en mindre del af dette spildevand fra husstande og industri, og herefter overfører energien til rensningsanlægget via isen. Da strømforbindelsen til bydelene er ”ledige” til overførsel af varmepumpernes forbrug, da der jo netop ikke er noget forbrug når overskuddstrøm forekommer.
Økonomi.
Teknologien er så udpræget god, at den kan:
· Betale for hele strømproduktionen fra møllerne og betale kostprisen feks. 600.- kr/Mwh (en betydelig pris for vindmøllestrøm fra landbaseret møller) og omsætte halvdelen i varmepumperne og afholde el-afgiften af denne forbrugte strøm, til staten og herefter producere fjernvarme til byen, billigere end produktionsprisen i dag. Hvis gasfyret kraftværk erstattes, kan isningsopstillingen under disse forudsætninger producere energien til det 75 % af den nuværende fjernvarmepris. Herefter står samfundet med den anden halvdel af møllestrømmen, som netop overvejende falder hvor der er et forbrug, som er gratis i forhold til nævnte konditioner. Altså noget anderledes end den nuværende bekostelige el-produktion fra møllerne.
· Etabler isningsopstillingen til det halve af kraftvarmeproduktion ved gas. Kraftvarme produktion ved gas til ca 15 Mill. Kr. pr 1 Mw kapacitet. Et gasfyret 150 Mw kraftværk i Randers koster 2,25 milliard. Kr. Isningsopstillingen kan laves for det halve. Der er i Danmark i dag min. 2,5 gang den kraftværkskapacitet som behovet stiller. Dette skyldes navnlig den betydelige udbygning med decentrale kraftvarme værker som skete under Svend Auken. Disse kan nu med fordel nedlægges og overgå til isning ved energi fra vindmøller som placeres uden for byerne.
· Vedligeholdes langt under hvad alm. Kraftvarmeværkers vedligehold.