Lägesrapport för det svenska deltagandet. i EU-projektet PolySMART. fram till mars 2010

Transkript

1 Lägesrapport för det svenska deltagandet i EU-projektet PolySMART fram till mars 2010 STEM projekt P Chris Bales Magdalena Lundh SERC, Högskolan Dalarna Andrew Martin, Seksan Udomsri Institutionen för Energiteknik, KTH

2 Sammanfattning POLYSMART är ett stort EU projekt med budget på ~19 M och 33 deltagande företag och institut, där man ska utveckla och demonstrera småskalig trigenerering (system som kan producera värme, el och kyla). Energimyndigheten medfinansierar deltagandet av SERC, Högskolan Dalarna och KTH med c:a 11% av deras kostnader. Arbetet har försenats något pga brist på personalresurser och en revidering av planen för simuleringar har också gjorts (se WP5). EU har godkänt (hela) projektets redovisning för första två åren men först 3,5 år efter projektets start. Följande aktiviteter har genomförts av SERC och KTH under de första 45 månaderna av projektet: Deltagande i 9 projektmöten Värd (KTH) för stormöte i juni 2008 i Stockhlom med tillhörande industriworkshop (närmare 50 deltagare). Samling av information för state-of-the-art för WP1. Större delen av arbetet har gjorts i demonstrationsprojekten: o Design, installation och intrimning av demonstrationsanläggning och mätsystem därtill i Stadshuset, Borlänge. Officiel idrifttagning 25 juni o Analys av mätdata och åtgärdsplan för förbättrad styrning och inkoppling. Resultaten visar på icke optimal funktion med låga medel COP värden speciellt för elektrisk COP. Detta beror dels på randvillkoren vid drift samt brister i ClimateWell maskinen en produktion prototyp som var halvkommersiell. o Stöd i design av demonstrationssystem med ClimateWell maskin i Madrid, Spanien som installerades och satts i drift hösten o Analys och förbättringsförslag till demonstrationssystem i Milano, Italien. o Simuleringsmodeller av båda demonstrationssystem. Utveckling och validering av simuleringsmodell för ClimateWell 10 värmedriven kylmaskin för den 4:e och 5.e generationer av teknologin som skiljer sig avsevärt från tidigare modeller. 4:e generation installerades i demonstratonssystem i Sverige medan generation 5 installerades i Spanien. Bidrag till avsnittet om chemical heat pumps och connection to district heat I en av huvudrapporterna: D4.4 lessons learnt and advice for the design of micro trigeneration plants. Bidrag till div. slutrapporter.

3 Introduktion POLYSMART är ett stort EU projekt med budget på ~19 M och 33 deltagande företag och institut, där man ska utveckla och demonstrera småskalig trigenerering (system som kan producera värme, el och kyla). Projektet är uppbyggd i två led: horisontellt där man koordinerar arbetet, simulerar, jämför och informerar (WP1, 2, 4, 5 och 6) ; och vertikalt där man utvecklar och demonstrerar system i 8 lag med var sin teknik (WP3). De olika WP och ledare för dem visas nedan. Det svenska laget bygger på företaget ClimateWells AB småskaliga värmedrivna kylmaskin med integrerad kyllaggring som har en nominell kyleffekt av 10 kwkyla. Den demonstreras dels i fjärrvärmenät dels direkt mot småskalig kraftvärme (i Spanien). STEM medfinansierar SERC och KTH för att täcka skillnaden mellan EUs bidrag till OH-kostnader av 20% och de 35% som forskningsråd ger till högskolor. Målet för projeketet är: to demonstrate the cost-effectiveness and the reliability of small-scale combined heat, cooling and power (CHCP) units for air-conditioning and industrial applications. 1

4 I följande avsnitt beskrivs kortfattat de insatser inom projektet som KTH och SERC har genomfört. Projektet ska producera en mängd rapporter (mest på engelska) som kommer att finnas på projektets hemsida Inte alla kommer dock att vara tillgängliga för allmänheten. Slutrapporten till energimyndigheten kommer att innehålla en lista över dessa rapporter med kort sammanfattning. WP1 - System Classification Inom denna WP har man samlat information om bl a teknik omkring småskalig värmedriven kyla, värmedriven kyla kopplade till fjärrvärme, samt småskalig polygenerering. Arbetet ingår i en större rapport som finns tillgänglig från projektets hemsida. Databaser över artiklar inom ämnet och tillgängliga produkter har skapats. Slutrapporten heter D1-7 technology and literature review (139 sidor) och innehåller en sammanfattning av tillgänglig teknik och litteratur samt en sammanställning av vilka småskaliga kraftvärme tekniker passar ihop med de olika värmedrivna kylteknikerna. WP2 Potentials and Market Klimatdata för Sverige har sammanställas i samband med övriga partners. Som ett sidoprojekt har studenter vid KTH och Tekniska Högskolan i Helsingfors undersökt olika polygenereringscenarier med solid oxide bränsleceller (SOFC); Wärstilä Corp. var uppdragsgivare i detta fall. Varken KTH eller SERC arbetade aktivt i denna WP. Slutrapporten D2-5 The market potential of micro-chcp är en 150 sidig rapport som redovisar läget i de olika länderna som deltar i projektet (inkl. Sverige) i form av klimat, ekonomiska villkor och energisiutationen samt beräknar lönsamhet för trigenerering utifrån ett antal randvillkor. WP3 Demonstration SERC är koordinator för två demonstrationsprojekt: SP1a ett decentraliserat system i Madrid med gasdriven mikro kraftvärme aggregat (Senertec motor) med ClimateWell kylmaskin. Besel AS med kontor i Madrid ansvarar i praktiken för design och datainsamling samt rapportering av resultat. SP1b ett centraliserat kraftvärmesystem med decentraliserad värmedriven kyla i Borlänge. KTH har fungerat som rådgivare för design och analys av båda projekt. SP1a - Madrid I detta delprojekt fungerar SERC som rådgivare och kontrollinstans. Design och genomförande av installation, mätning osv utförs av Besel AS (Spansk konsultföretag) och ClimateWell AB. Den ursprungliga lokaliseringen för systemet, i ett kommunalt bibliotek, kunde inte genomföras pga politisk tröghet och ändring i ledningen vid biblioteket. Istället har man installerat systemet i en sporthall under hösten Systemet togs i drift under våren

5 SP1b - Borlänge I detta delprojekt har SERC ansvar för långtidsmätning och analys av mätdata samt även rådgivning och kontrollinstans. En ClimateWell 10 maskin (CW10) installerades i Stadshuset i Borlänge och fungerar som förkylning för det befintliga kylsystemet som kyler tilluften. CW10 levererar som mest 10 kw medan den befintliga (kompressordriven) kylaren har en kapacitet på 200 kw. Systemet har projekterats av Ångpannaföreningen till ClimateWells specifikationer och ägs av Borlänge energi. Det fanns ett antal fel med installationen som upptäcktes under driften i juli och augusti Det fanns dock tillräckligt mycket data för att analysera funktionen av systemet och därmed kommer fram till en åtgärdsplan för att rätta felen och för att förbättra CW10 s styralgoritm för fjärrvärmedrift. Styralgoritm och de tekniska felen åtgärdades under våren 2008 innan systemet togs i drift inför kylsäsongen Officiell drifttagning var 25 juni Mätningar pågick till slutet av kylsäsongen som var i praktiken 5 september. En analys av mätdata från 2008 resulterade i följande sammanfattning: System fungerar pålitligt men har haft vissa driftstop. Termisk COP för CW10 har varit 0.41 över driftsäsongen och 0.48 under varma perioder. Motsvarande siffror för hela systemet är 0.30 och 0.37, vilket är låga värden. De låga systemvärden beror främst på att det finns värmeväxlare mellan fjärrvärme och CW10 samt mellan lasten och CW10. Detta medför temperaturfall vilket försämrar CW10 prestanda samt leder till ökade värmeförluster. Elektrisk COP för systemet var 1.00 för hela säsongen och 1.41 för varma perioder. Detta är lägre än för en elektrisk kompressordriven kylare och därför ska betraktas som alldeles för låg. Det finns flera orsaker till det låga värdet: o Stillastånds drift av pumpar internt i CW10 tillsammans med de korta driftstiderna. o Flera pumpar i externa kretsar för att transportera värme/kyla till/från maskinen. Även här betyder behovet av värmeväxlare mellan maskinen och fjärrvärme/lasten en försämrad prestanda eftersom flera pumpar behövs. o Fläkten i kylmedelskylaren som behöver mycket energi. Under hösten 2008 bestämde fastighetsägaren att den kompressordrivna kylmaskinen ska bytas ut och CW10 inte ska kopplas in i det nya systemet som även kommer att leverera kyla till ett flertal närliggande byggnader i ett närkyla nätverk. ClimateWell har utvecklat en ny modell av CW10 som har inga interna pumpar och lägre tryckförluster. Att installera en sådan maskin skulle förbättra elektrisk COP avsevärt. Dock finns inte utrymme i budgeten för inköp av en ny maskin. Borlänge Energi diskuterar att flytta maskinen till en anläggning med bättre förutsättningar, framförallt längre driftstider men har inte bestämt sig än. Systemet simuleras nu i WP5 med syfte att minska elanvändning och för att studera vilka randvillkor passar systemet bäst. Simuleringarna ska ge svar på hur mycket bättre prestandan ska vara med den nya maskinen i aktuella demonstrationsplatsen och med andra laster. 3

6 WP4 Technical Assessment and Design Guidelines SERC har bidragit med framtagning av den för projektet gemensamma rutiner för mätning av systemen i projektet. Ett dokument med specifikationer för vilka mätpunkter, typer av givare samt godtagbar osäkerhet har tagits fram och används för alla demonstrationer i projektet (11 stycken). SERC har tagit fram den specifika dokumentationen för mätsystemet av demonstrationssystem inkl. osäkerhetsanalys av uppmätta och beräknade värden. SERC har också deltagit i diskussioner om nyckeltal för system med centraliserad kraftvärme. Rapport D4-1&2 handlar om nyckeltal och mätmetoder. Den innehåller en mycket användbar sammanställning av olika givare och loggrar som har använts av deltagare i olika projekt. Den viktigaste rapporten från WP:n är D4.4 Lessons learned and advice for the design of microtrigeneration plants, vilket är en 55-sidig sammanfattning av erfarenheterna från demonstrationsanläggningar vad gäller inkoppling, styrning och drift. WP5 Engineering Tools SERC har vidareutvecklat en befintlig simuleringsmodell för TRNSYS för att fungera för 4:e generation av ClimateWells värmedriven värmepump (CW10) som såldes under perioden och som installerades i demonstrationsanläggningen i Borlänge. Under tiden har ClimateWell lanserat en ny version (5:e generation) av deras kylmaskin i 2009 och som skiljer sig avsevärt från tidigare versioner. Den installerades installerades i demonstrationsanläggningen i Spanien 2009 (efter att den 4:e generation installerades 2008). SERC har tillsammans med ClimateWell tagit fram och validerat en modell för denna 5:e generations maskin. SERC gjorde större delen av modelleringen medan ClimateWell gjorde mätningar i sitt eget lab med utrustning som kalibrerades av SERC. Modellen används nu för att simulera demonstrationssystemet i Borlänge med syfte att minska elanvändning i systemet och att öka systemprestandan. Systemmodellen kalibrerades först mot mätdata från demonstrationssystemet. Arbetet görs av KTH tillsammans med SERC och en utkast till en tidsskriftsartikel håller på skrivas. Den ska skickas in innan sommaren SERC planerade att göra en liknande simuleringsstudie för den spanska demonstrationssystem och en systemmodell togs fram. Tyvärr kunde den inte slutföras eftersom den person som gjorde studien tog föräldraledighet i februari 2010 och vid den punkten fanns inte personal som kunde göra klart studien innan projektets slut. Mer fokus las istället om studien för det svenska systemet. Simuleringsmodellen har använts av ClimateWell för sin eget design verktyg för planering av system för solvärme och kyla. Detta verktyg används flitigt inom företaget för anläggningar i hela världen. WP6 Training and Dissemination KTH, med hjälp av SERC, organiserade en industriworkshop som hölls i Stockholm, 16:e juni 2008, med närmare 50 deltagare. Fokus för workshopen var centraliserad kraftvärme med distribuerad värmedriven kyla. Flera andra workshopar har också hållits och en sista hålls i maj 2010 i Freiburg i anslutning till sista projektmötet. Andra skrifter håller på tas fram. 4

7 WP7 Coordination SERC och/eller KTH har deltagit i alla de nio möten som hållits för hela. Dessutom har man hållit ett flertal telefonmöten för de svenska deltagare i projektet (ClimateWell, SERC, KTH och FSKAB) där man diskuterat demonstrationsanläggningar och projektet i stort. SERC och ClimateWell har haft många möten under tiden då man arbetat med modellutveckling liksom KTH och SERC nu under tiden att simuleringsstudien pågår. 5