EFFEKTBESPARING VID FJÄRRVÄRMELEVERANS. - möjligheter för både kund och leverantör. Författare: Gunnar Nilsson November, 2007

Transkript

1 1 EFFEKTBESPARING VID FJÄRRVÄRMELEVERANS - möjligheter för både kund och leverantör Författare: Gunnar Nilsson November, Inledning Om fjärrvärmebranschen ska kunna stärka sin marknadsposition måste alla möjligheter i de befintliga fjärrvärmeleveranserna kunna tillvaratas för att få ökad lönsamhet. Effektbesparing är en sådan möjlighet. Effektbesparing kan genomföras på en mängd olika sätt. Resultatet är alltid ett minskat kapacitetsbehov som kan vara fast eller varierande efter olika parametrar. Orsaken att göra det kan också variera. Historiskt har det främst varit i kundens intresse att minska effekten i avsikt att minska det effektberoende fasta priset. Varmvattenackumulering var det traditionella sättet att genomföra effektminskningen på. Den svenska branschens starka önskan om att minimera antalet installationer med varmvattenackumulering på grund av hygieniska skäl har dock medfört att detta sätt att spara effekt numera är mindre vanlig. Man bör dock ha i minnet att varmvattenackumulering är mycket vanligt på kontinenten. I t ex Danmark ökar antalet fjärrvärmecentraler med ackumulering. Idag har fjärrvärmebranschen minst lika stor anledning att sänka effektbehov som vad kunden kan ha. De möjligheter som existerar och kan vara intressanta för framtiden är följande: - Fördelning av förbrukning över tiden och nattsänkningsproblemet. - Små och rätt anpassade dimensioner på ventiler och ledningar på primärsidan. - Injustering och borttagande av kortslutningar på sekundärsidan - Rundstyrningsmöjligheter - Prioritering av varmvatten 1. Fördelning av förbrukning över tiden och nattsänkningsproblemet Att flytta värmebehov så att man minskar det momentana effektbehovet över dygnet är en av möjligheterna till effektbegränsning. För el- sidan är det inte så svårt att få ihop konkreta effektbehov som kan flyttas. Man behöver bara tänka på vitvaror såsom disk, tvätt och torkmaskiner.

2 2 För fjärrvärme är situationen en annan. Effekttoppar utgörs idag till stor del av varmvattenförbrukning på morgon och sen eftermiddag samt start av värme- och ventilationssystem orsakade av nattsänkning. En annan klart bidragande orsak till topparnas höjd är överdimensionerade ventiler. Den för fjärrvärmeföretagen mest besvärliga och framförallt kostsamma effekttoppen är den i dagligt tal nämnda morgontoppen. Att få folk i allmänhet att ändra sina duschvanor är ingen framkomlig väg. Däremot är nattsänkningsproblemet självklart en möjlighet som borde ses över. Det är då viktigt att konstatera att nattsänkningens problem orsakas av begränsningar i både värme och ventilationskretsar. Framsteg skulle kunna åstadkommas genom information och eventuella överenskommelser med bostadsbolag, kontorsföretag samt skolor och liknande verksamheter. Ett genomförande är önskvärt även av miljöskäl men konkreta resultat annat än i mindre omfattning kan nog inte förväntas därför att det inte lär gå snabbt att få bort de djupa avtryck som de stora reglerföretagens reklamkampanjer satt ända sedan 70-talets energikriser. Vad reglerföretagen inte talade om när de saluförde nattsänkningsfunktionen var att för de flesta fastigheter åstadkommes ingen eller endast marginell besparing. Däremot får man i många fall en komfortsänkning som senare måste motverkas med anvärmning. Det är ju visat att för hus som har tunna eller medeltjocka väggar kommer besparingen att nästan helt ätas upp av den erforderliga anvämningen på morgonen. Reglerföretagens budskap om nattsänkningens stora energibesparingar har verkligen gått hem. För att kunna slå hål på övertron på nattsänkning krävs massiv information från branschens sida. Kombineras detta sedan med införande av olika effekt eller energiberoende prisnivåer över dygnet respektive helger borde genomslag kunna fås. Kunden får ett verkligt incitament till en lägre fjärrvärmekostnad och leverantören kan utnyttja ledningskapacitet bättre eller slippa starta dyrare produktion. Rätt utfört är detta ett vinna-vinna koncept. Man måste dock ha i minnet att det krävs både relativt stora prisskillnader över tiden och stora informationsinsatser för att genomslag ska uppnås. För att få en mindre men hanterlig insats med bra resultat kan följande rekommendation ges: Fjärrvärmeföretag borde dels inrikta sig på att få till ett informationsutbyte med kommunens skolorganisation och dels på de enskilda verksamheter som har särskilt stora morgontoppar. Då fås en begränsad insats med rejält bra men med en bit ifrån maximalt resultat. 2. Små och rätt anpassade dimensioner på ventiler. En grundläggande förutsättning för att rationellt kunna påverka effektuttaget för en fastighet är att fjärrvärmecentralen har rätt storlek på ventiler. Generellt gäller att om fjärrvärmecentralen är installerad efter år 2001 och om man har följt Svensk Fjärrvärmes Tekniska bestämmelser med riktlinjer för dimensionering så har man en optimerad installation. I en sådan fjärrvärmecentral är möjligt att använda en eller flera effektbesparande åtgärder. Äldre fjärrvärmecentraler är i många fall klart överdimensionerade och bör åtgärdas innan konkreta effektbesparande åtgärder sätts in.

3 3 Alltför stora ventiler på värme och varmvatten ger upphov till reglersvårigheter och förhöjda flöden i både fjärrvärmecentraler och distributionsnät. Överdimensionerade ventiler kräver onödigt höga momentana effekter. En rätt dimensionerad reglerventil ger en rätt avpassad effektnivå för en fastighets behov. Det är till exempel verifierat sedan fem år tillbaka att morgontoppar kan dämpas kraftigt med mindre ventilstorlekar. Drift av produktionsanläggningar och nät är i hög grad beroende av ventildimensioneringen. Är ventilerna för stora blir det oundvikligt så att vid driftstörningar, kraftiga väderomslag och vid morgontoppar kommer onödigt stora flödesbehov som särskilt på vintern innebär att dyrare produktion får sättas in. Små och rätt avpassade ventiler för värme har stor betydelse för nätets avkylning sommartid. Reglerventilerna har ett relativt litet genomsläppsflöde. Ofta medför dock slitage och ibland låg kvalitet att ett trots allt märkbart genomsläpp sker. Med rätt dimensionerade ventiler blir genomläckaget av dåligt avkylt vatten väsentligt mindre. SFAB på Södertörn har genomfört en konsekvent minimering av reglerventilernas storlekar i ett nät på ca 300 MW. Ett samlat Kvs värde har reducerats från till och man har därmed frilagt ca 20 MW. Ett remarkabelt resultat! På forskningssidan visade man år 2002 att det är teoretiskt möjligt att i svenska fjärrvärmenät minska reglerventiler för tappvarmvatten till 33 % av installerat Kvs värde och reglerventiler för rad/ vent till 66 % av installerat värde. En lång rad fördelar i fjärrvärmenätet blir resultatet av minskade dimensioner: - Ett mer följsamt ( stumt ) nät. - Lägre morgontoppar - Mindre pendlingar på varmvatten - Bättre mätnogrannhet för värmemängdsmätarna - Bättre prognosmöjligheter kring framtida effektbehov - Mindre pumpkostnader - Bättre avkylning främst sommartid - Skapar mer effektutrymme i nätet - Bättre igångkörningsmöjligheter efter ett driftavbrott Slutsatsen blir att samtliga fjärrvärmeföretag och dess kunder bör prioritera insättning av rätt avpassade ventiler. En basal åtgärd men nog så viktig för fjärrvärmens framtid.

4 4 3. Injustering och borttagande av kortslutningar på sekundärsidan Man kan utan vidare konstatera att en effektiv drift av fjärrvärmesystemet ej uppnås om inte både fjärrvärmesystem och sekundärsystem är optimerade. På bägge sidor är kravet att flödena dimensioneras och injusteras så att kundens behov i varje tillfälle tillgodoses men utan stora marginaler som drar ned effektiviteten. Val av temperaturprogram och flöde i radiatorsystemet påverkar direkt den primära returtemperaturen. Ofta mycket mer än vad som är känt i branschen. Traditionellt har man arbetat med konstanta höga eller låga flöden.. Injustering av radiatorsystemet är lika avgörande för fjärrvärmesystemet som rätt dimensionerade ventiler på primärsidan. Det är väl känt att det viktigaste är att radiatorsystemet injusteras. Val av injusteringsmetod varierar men idag har flera studier pekat på lågflödesmetodik som den mest effektiva. Nyligen har dock forskning i Lund visat att varierande radiatorflöde sänker returen ytterliggare. Mycket stora vinster för både fastighetsägare och fjärrvärmeföretag finns också att hämta i kortslutningar i sekundära system. Vinsterna av att ta bort dessa kortslutningar är självklart mest av energikaraktär men totalt sett påverkas givetvis effektbehovet av dåligt fungerande radiatorsystem. Vad varmvattenkretsen beträffar finns ju en del VVC-problem med handdukstorkar och liknande som också påverkar systemet på ett negativt sätt. VVC kretsen bör alltid ligga separerat i en egen krets. 4. Rundstyrning Rundstyrning innebär att man centralt från fjärrvärmeleverantören områdesvis och tidsmässigt begränsar möjligheten att ta ut full effekt för husen. Fjärrvärmeleverantören kan på så sätt minska nätets totala effektbehov vid mycket kall väderlek eller om nätet är högt belastat av andra skäl. Rundstyrning är en möjlighet som främst fjärrvärmeleverantören har intresse av. Den kan användas i fall där nätkapaciteten är utnyttjad fullt ut. Den kan naturligtvis också användas i en avbrottssituation. En förutsättning för rundstyrning är att kommunikation finns i fjärrvärmecentralerna. Fjärrvärmeföretaget måste ha en upprättad kommunikation med varje FC. Detta kan ske på flera olika sätt men det lämpligaste är en DUC. Förutom DUC behövs ingen extra utrustning. Mätaren bör utnyttjas för att få väl definierade gränser. Att bara begränsa ventilens läge är ej lämpligt på grund av svårigheter att då fastställa begränsningens storlek. Att begränsa effekten på detta sätt avser i första hand värmekretsen. Varmvattenbegränsning är mindre lämpligt vad avser hälsoaspekter med legionella och andra bakterier. Dessutom skulle kundernas komfort drastiskt kunna påverkas. FV-företaget bör i de flesta fall ha en dialog med kundsidan om en rundstyrning. Ska den kunna innefatta så lång tid och så stor begränsning att kundens värmenivå märkbart minskar bör naturligtvis formella avtal med kunderna upprättas.

5 5 I fjärrvärmenätet på Södermalm i Stockholm har en möjlighet till rundstyrning en gång funnits. Det kallades FAKS-systemet. Kommunikation skedde via elnätet. En reläfunktion fanns installerad som arbetade i 2 steg. Det var inte meningen att kunderna skulle märka någon nedgång i temperatur. Tidsbegränsningen var därför kort och förbestämd till 2 timmar. Systemet är numera avvecklat. Det är dock intressant att konstatera att Fortum i sina installationsanvisningar förbehåller sig rätten att laststyra i händelse av bristsituation. 5. Effektbegränsning och prioritering av tappvarmvatten Det finns goda möjligheter att minska den totala värmelasten för ett bostadshus genom att utnyttja byggnadens värmetröghet och kortvarigt låna från radiatorsystemet den effekt som behövs för uppvärmning av tappvarmvatten. Det enklaste sättet att i en befintlig FC genomföra en varmvattenprioritering är att installera en DUC. Rent praktiskt innebär det att man byter ut den gamla reglerutrustningen mot en friprogrammerbar DUC med lämpligt vald mjukvara. De stora reglerfabrikaten har den typen av funktioner i sina DUCar. En bostadsfastighets effektbehov kan sänkas väsentligt genom varmvattenprioritering. Energin som levereras via fjärrvärmen till bostäder består av ca % varmvatten och % värme. Det momentana effektuttaget av varmvatten uppgår dock till storleksordningen % för många större hus.. Det är sålunda uppenbart att varmvattenprioritering är ett kraftfullt sätt att skapa utrymme för ny effekt i ett existerande nät. Hur man sedan utnyttjar det effektutrymmet är en annan fråga. Två potentiella möjligheter finns. Antingen får man möjlighet att nyansluta fastigheter i ett område eller så använder man utrymmet för en transitering av effekt genom området. En annan möjlighet föreligger då man installerar nya fjärrvärmecentraler. Genom att bypassa värmesystemet då tappning sker kan tappvarmvattenprioritering genomföras med konventionella reglercentraler. Detta har genomförts i verkligheten för ett grupphusområde i Kungsbacka. Samtliga tester och även senare drift har visat att detta fungerar väl i praktiken för mindre fastigheter och småhus där sammanlagringen är liten. Prioritering av varmvatten fungerar väl även i lite större fastigheter visades i ett FoU projekt ( nr 141 ) år 2005.Det är dock uppenbart att vi idag inte vet hur stora begränsningar i värmen som kan göras utan komfortsänkning och inte heller hur mycket effektbehovet kan minskas med varmvattenprioritering i stor skala. Det ska betonas att det finns flera sätt att lösa varmvattenprioritering. Den mjukvara som ska styra prioriteringen kan se ut på flera olika sätt och det finns idag inga färdiga lösningar på detta. Det finns svårigheter med att lägga begränsningen på ett praktiskt bra sätt. Hur man väljer att lösa fall då värmelasten ökar kraftigt på grund av kraftig utetemperatursänkning. Det är i princip en reglerstrategi som måste tas fram och kan variera allt efter det gemensamma behovet från leverantör och kund.

6 6 I början av 90-talet genomförde Borås Energi ett storskaligt projekt med flödesbegränsning. Motiven till flödesbegränsningen var flera. Förutom effektbestämningens svårigheter och avkylning så var det kundernas önskan att själva få bestämma sin effekt och därmed sin totala kostnad för fjärrvärmeleveransen. Man installerade en helt elektronisk enhet av märket O`Nil som anslöts till befintlig reglerutrustning och mätare. Flödesbegränsningen hade ett inställt maxvärde som utgjordes av den avtalade flödeskapaciteten. Genom att endast radiatorsidan begränsades så skedde i praktiken en varmvattenprioritering. Göteborg Energi genomförde ett försök med effektbegränsning för ca 15 år sedan. Fem stycken hus i Vasastan utrustades med Geamatic`s Trend-duc. Orsaken till försöket var krav från kunderna att bara betala för den effekt de beställt och inte efter förbrukning. Försöket fungerade. Så småningom såldes dock fastigheterna så abonnemangen debiteras nu efter den ordinarie taxan men DUC:arna finns kvar. En av de mindre tillverkarna av fjärrvärmecentraler är NordIQ. De har lanserat en FC som arbetar med effektstyrning som grund. Funktionen begränsar uttagen effekt till en dynamiskt uträknad effektgräns vilken tillåter överlast (över angivet effekttak) under en kortare tid Prioriteringen görs i normalfallet så att varmvattenproduktion får begärd effekt medan radiatoreffekten dras ner. I det fallet inomhustemperaturen fallit under en undre gräns vänds prioriteten så att radiatorsystemet tilldelas begärd effekt medan varmvatteneffekten dras ner (ger tillfälligt kallare vatten). Fjärrvärme Fyn i Odense har sedan länge en effektbegränsningsmöjlighet för sina verksamhetskunder. Hela deras prissättning är utformad så att kunden ska få ett lägre pris för effektbegränsande åtgärder. Deras koncept bygger på ett samarbete med värmemätartillverkaren Kamstrup. En ställbar begränsningsfunktion finns inlagd av Kamstrup. Effektbegränsning med agenter Företaget NodaIS har installerat en extra programvara i alla FC i ett avgränsat bostadsområde i Karlshamn för drygt ett år sedan. Agenterna kan påverka styrventilerna och (på sikt) cirkulationspumpens varvtal och, i första hand, öka/sänka radiatorlasten. De håller reda på utetemperaturen och husdynamiken och bestämmer själva vilken/vilka byggnader som är lämpligast att låna värme ifrån vid behov. Man kan då sätta en begränsning på hur mycket flöde får området förbruka under en tidsperiod och så sköter mjukvaruagenterna resten, inklusive återhämtning. Ett ganska enkelt exempel på nyttan med agenter är om tappningen i en FC är så stor att primärflödesbehovet är större än besparingen som en fullständig stängning av FC:ns radiatorventil kan ge. Ett agentbaserat system kan då stänga till styrventiler i ett antal närliggande FC så att den sammanlagda flödesförbrukningen hålls konstant. Sedan är det agenternas sak att "återbetala lånet". På samma sätt behöver inte ett hus med onormalt stor tappvarmvattenförbrukning kylas ner utan man kan fördela energilånet mellan ett antal hus som har lägre tappvarmvattenförbrukning.

7 7 6. Slutsatser Det står klart att om man har injusterat radiatorsystemen, har rätt dimensionerade reglerventiler för radiator- och tappvarmvattensystemen i fjärrvärmecentralen och inte har kortslutningar i primär och sekundärsystem så är dessa faktorer den bästa förutsättningen för att driva fjärrvärme med långsiktig lönsamhet för alla parter. Det finns stora möjligheter att om man har rätt dimensionering av fjärrvärmecentralerna i botten och sedan tillämpar effektbegränsande åtgärder så har man en rationell och effektiv metod för att skapa stora effekutrymmen utan investering i vare sig ny produktion eller nytt nät. Går det att skapa effektutrymme billigare på något annat sätt?