BALTIC ENERGY Snökyla Hemab Härnösand UPPDRAGSNUMMER 4024020000 EN FÖRSTUDIE ÖSTERSUND REVIDERAD 2012-11-15 SWECO SYSTEMS AB INSTALLATION ÖSTERSUND 1 (13) Sweco Bangårdsgatan 2 Box 553 SE-831 27 Östersund, Sverige Telefon +46 (0)63 141400 Fax +46 (0)63 141414 www.sweco.se Swe c o Sys te ms AB Org.nr 556030-9733 Styrelsens säte: Stockholm L ar s Dahlber g Civiligenjör energiteknik Östersund Telefon direkt +46 (0)63 141403 Mobil +46 (0)70 5981403 lars.dahlberg@sweco.se
INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING 3 2 SNÖHANTERING I HÄRNÖSAND 3 3 SNÖKYLA VID SUNDSVALLS SJUKHUS 6 4 FJÄRRKYLA I HÄRNÖSAND 9 5 SNÖKYLA I HÄRNÖSAND 9 6 MILJÖ 10 7 EKONOMI 11 7.1 Investeringsbehov 11 7.2 Årliga kostnader och intäkter 11 7.3 Ekonomisk kalkyl 13 8 SLUTSATSER 13 2 (13)
1 INLEDNING Härnösand Energi & Miljö, HEMAB, har tidigare låtit utreda förutsättningar för fjärrkyla i Härnösand. I fjärrkyleutredningen har tre alternativ studerats: - Frikyla från havsvatten. - Absorptionskyla med hjälp av värmeenergi från kraftvärmeverket. - Kombination av frikyla och återkylning av fjärrvärmereturen. I föreliggande förstudie skall förutsättningarna för att försörja ett fjärrkylesystem med snökyla studeras. Underlag för förstudien har hämtats dels från ovan nämnd utredning, dels från befintlig snökyleanläggning vid Sundsvalls sjukhus. 2 SNÖHANTERING I HÄRNÖSAND Snö deponeras vintertid på tre huvudtippar och ca tolv närtippar. Huvudtipparna benämns Lövudden, Djuphamnen och Kattastrand. Se figur 2.1. Totalt tippad mängd är normalt ca 150 000 m 3 /år. Normalt tippad mängd och tillåten tippningsmängd på huvudtipparna redovisas i tabell 2.1. På närtipparna tippas normalt ca 50 000 m 3 /år. Nr Benämning Tippad mängd 2010 m 3 /år Tillstånd för tippning m 3 /år 1 Lövudden 25 000 75 000 2 Djuphamnen 32 000 50 000 3 Kattastrand 41 000 60 000 Summa: 98 000 185 000 Tabell 2.1 Huvudtippar för snötippning i Härnösand. Alla tipparna har för- och nackdelar beträffande att där anlägga en snökyleanläggning. Lövudden är belägen så att stora störningar kan uppstå för de närboende. Tippen vid Djuphamnen ligger ovanpå en grafitdeponi som är övertäckt med bentonitlera. Marken där tippen är belägen har stora höjdskillnader. Planer finns för att använda denna mark för andra ändamål. Närheten till kraftvärmeverket kan vara en fördel för en framtida snökyleanläggning. Bild på tippen vid Djuphamnen, se figur 2.2. Bild på tippen vid Kattastrand, se figur 2.3 3 (13)
Fig 2.1 Snötippar i Härnösand
Fig 2.2 Snötippsområde vid Djuphamnen Fig 2.3 Snötippsområde vid Kattastrand 5 (13)
3 SNÖKYLA VID SUNDSVALLS SJUKHUS Snökyleanläggningen vid Sundsvalls sjukhus startades år 2000 och har varit i drift sedan dess. Om- och tillbyggnad utfördes 2005 och 2008. Snökyleanläggningen består i huvudsak av en snötipp, ett pumphus och en kulvert till sjukhuset. Snötippen är belägen relativt nära sjukhuset och utgörs av en 10 000 m 2 bassäng med i huvudsak plan, något sluttande och tät botten. Bottnen är asfalterad. Kanterna är utförda så att snö kan lagras med höjden är 7 m och volymen 70 000 m 3, se fig 3.2. Till- och utfartsvägar är iordningställda för att få en effektiv logistik. Förutom tippad snö kan snö produceras med snökanoner för att få tillräcklig mängd vid snöfattiga vintrar. Inför snösäsongen fylls bassängen med vatten till ca 2 m nivå. Under vintern fylls så på med snö. Efter snösäsongen läggs ett 20 cm tjockt isolerande lager av flis och bark ovanpå snön. Då kyla skall tas ur snölagret pumpas varmt returvatten från sjukhuset till längst bort belägen snö. Det av snön kylda vattnet rinner fram till pumphuset där det renas och pumpas till värmeväxlare i sjukhuset. Systemskiss se figur 3.1. Fig 3.1 Systemskiss Snökyla vid Sundsvalls sjukhus. Förutom snökylan finns vid Sundsvalls sjukhus ett antal kylmaskiner. I det kylsystem som snökylan försörjer finns som reserv en kylmaskin VK1. Snökylan har svarat för ca 94% av totalt årligt kylbehov i detta kylsystem. Kyla utvinns ur snökyleanläggningen under perioden maj-september. Planer finns att förlänga denna driftstid. Detta skulle kunna göras genom viss komplettering av rörsystemet under snölagret. Vatten leds runt under snölagret vintertid och kommer inte i kontakt med uteluften. Risken att vattnet skall frysa minskas därmed. 6 (13)
Maximalt lagrad snömängd har varit 55 000 m 3 /år. Ur denna har ca 1250 MWh/år kyla utvunnits. Enligt brukarens beräkningar skall det vara möjligt att utvinna 2400 MWh/år vid fullt snölager. I snölagret ryms 70 000 m 3. Detta motsvarar 42 000 ton snö som i smält form ger 3 800 MWh. Med verkningsgraden 0,6 fås ca 2 400 MWh. Anläggningen byggdes ursprungligen för ett begränsat kylbehov. Det finns därför begränsningar i ledningsdimensioner, pumpar, anslutna kylsystem inomhus mm. Detta är anledningen till att endast ca 50 % av möjlig kylenergi utnyttjas. Investeringen för anläggningen vid Sundsvalls sjukhus har 1999-2008 totalt varit ca 29 MSEK. Investeringsbidrag, ca 50 %, har medfört att ägarens belopp har reducerats. Investeringsbidraget har huvudsakligen utgjorts av sk klimpbidrag. Den största posten, ca 2/3 av investeringen avser mark- och byggnadsarbeten. Andra större poster är rör-, eloch styrarbeten. Anläggningen har varit en pilotanläggning och med de erfarenheter man skaffat sig har man bedömt att det skulle vara möjligt att idag bygga en lika stor anläggning för halva investeringssumman. Driftskostnaden har under de senaste åren varit ca 1,1 MSEK/år. För anläggningen vid Sundsvalls sjukhus har även inkomster i form av tippavgifter för externa entreprenörer noterats. Inkomsten har varit ca 0,4 MSEK/år. Driftskostnaderna redovisas i tabell 3.1. Kostnad Kkr/år % Snökanoner 115 11 Pistmaskiner, drift 450 41 Flis, inköp och bortforsling 100 9 Täckning med flis 90 8 Städning och borttagning av flis 45 4 Kylsystemet 120 11 Provtagning för miljökontoret 85 8 El 50 4 Vatten 10 1 Övrigt 35 3 Summa 1 100 100 Tabell 3.1 Genomsnittliga driftskostnader 2008-2010 7 (13)
Snökyleanläggningen vid Sundsvalls sjukhus tillförs huvudsakligen snö med lastbilar. Anläggningen är emellertid även försedd med snökanoner. Snökanonerna går igång automatiskt då utetemperaturen understiger -6 o C. I början av säsongen vet man inte hur mycket det kommer att snöa så då körs alla snökanoner så mycket det går. Längre in på säsongen får man avgöra om det går att stänga av någon och till slut alla snökanonerna. Nattetid körs enbart lansarna därför att de största snökanonerna på 70 m 3 /h har så högt ljud att bostäder i närheten blir störda. För snö producerad med snökanoner fås effektförhållandet, COP, ungefär = 10. Dvs med 1 kwh el fås ca 10 kwh kyla. Detta skall jämföras med kylmaskiner med COP = 3. Kyla producerad med snökanoner är alltså ca 3 gånger så effektivt som kyla producerad med kylmaskin. Fig 3.2 Snökyleanläggning vid Sundsvalls sjukhus 8 (13)
4 FJÄRRKYLA I HÄRNÖSAND I tidigare nämnd fjärrkyleutredning har ett fjärrkylenät för de centrala delarna av Härnösand föreslagits. Utredningen anger som rimligt potentiellt kylenergibehov 3 200 MWh/år och potentiell kyleffekt 4 MW. Förslag till fjärrkylenät med snökyleanläggning vid Djuphamnen visas i fig 4.1. Fig 4.1 Förslag till fjärrkylenät med snökyleanläggning vid Djuphamnen. 5 SNÖKYLA I HÄRNÖSAND Enligt föregående avsnitt anges rimligt fjärrkylebehov till 3 200 MWh/år. Huvuddelen av denna, ca 90 %, torde kunna produceras med snökyla och med kyla ur vattnet i snökylebassängen. En snökyleanläggning föreslås därför bli dimensionerad för 2 900 MWh/år. Återstoden måste produceras på annat sätt t ex med en kylmaskin. Denna behövs även för att garantera leveranssäkerheten. En lämplig kyleffekt för reservkylmaskinen skulle kunna vara 20 % av maxefekten, dvs 800 kw. Driftsäkerheten för snökyla i Sundsvall har varit mycket god. Reservkyla i Härnösand bedöms därför främst erfordras på hösten då kylbehovet är lågt och snön tagit slut. 9 (13)
Kylmaskinen beräknas dra 100 MWh/år el för att producera 300 MWh/år kyla. Som komplement till natursnö bör även snökanoner installeras. Med moderna energieffektiva snökanoner kan man vid optimala förhållanden räkna med effektfaktorn 20, dvs med 1 kwh el kan man utvinna 20 kwh kyla. För snökyleanläggningen vid Sundsvalls sjukhus har man beräknat att 2 400 MWh/år kan utvinnas ur 70 000 m 3 /år snö. Med motsvarande verkningsgrad erfordras 84 000 m 3 /år snö i Härnösand. Ingen av de befintliga snötipparna har tillstånd för denna snömängd, varför tillståndet för tilltänkt anläggning måste utökas. En av tipparna Kattastrand eller Djuphamnen väljs och iordningsställs med tät botten och sluttande kanter för att kunna ta emot 84 000 m 3 snö. Djuphamnen är det alternativ som förordas med tanke på närheten till kraftvärmeverket. Ett pumphus med filter och växlare samt reservkylmaskin byggs. Ett kulvertnät byggs i de centrala delarna av staden enligt tidigare utförd utredning. Kulvertnätet ansluts till pumphuset. Den totala schaktlängden är ca 3 500 m för båda snötippsplaceringarna. 6 MILJÖ Fjärrkyla i Härnösand innebär förbättrad miljö genom minskat elbehov och minskade köldmediemängder. Vid anslutning till fjärrkyla med snökyla eller annan frikyla reduceras erforderlig köldmediemängd med ca 1000 kg. Om genomsnittligt läckage antas vara 5 % motsvarar detta ett minskat CO 2 -utsläpp om ca 90 ton/år. Den reducerade elanvändningen som blir fallet beräknas till ca 1 100 MWh/år. Detta motsvarar ett minskat CO 2 -utsläpp om ca 470 ton/år. Totalt beräknas därmed CO 2 - utsläppet minska med 560 ton/år. En miljövinst är även att förorenad gatusnö mottages i anläggningen och smältvattnet renas från oljegrus, betongklumpar mm. Det forslas sedan till deponi i stället för att hamna i naturen. Smältvattnet leds via sedimenteringsbassäng till recipienten. Ett referensvärde från Sundsvalls sjukhus är att efter en säsong uppgick den tömda mängden från oljeavskiljaren till 6,5 m 3. Värdet av reningen och andra miljövinster är svåra att kvantifiera. 10 (13)
7 EKONOMI 7.1 Investeringsbehov Kostnaden för ledningsnätet för fjärrkyla har enligt tidigare utförd utredning beräknats till 12 MSEK. Nätet för fjärrkyla med snökyla blir ca 5% längre och med beaktande av inflationen beräknas ledningsnätet kosta 14 MSEK. Investeringen för snökyleanläggningen i Sundsvall har enligt avsnitt 3 uppgått till 29 MSEK. Med de erfarenheter man vunnit anser man att motsvarande anläggning skulle kunna byggas för halva den summan. Om man beaktar inflationen och den något större anläggningen i Härnösand beräknas snökyleanläggningen här kosta 18 MSEK. En ungefärlig uppdelning av beräknad investering redovisas i tabell 7.1. Totalt investeringsbehov beräknas därmed till 32 MSEK. För närvarande finns inget investeringsbidrag direkt tillgängligt för en investering av detta slag. En kontakt med Energimyndigheten gav emellertid att det alltid finns möjlighet att förhandla om intressanta projekt. Ett fjärrkylesystem för en stad kylt med snökyla är det första i sitt slag i Sverige. Det är därför sannolikt att ett investeringsbidrag kan erhållas. Vid lönsamhetsberäkningen har ett investeringsbidrag på 50 %, 16 MSEK, medräknats. Objekt MSEK % Mark 7,0 39 Rör under platta 1,5 8 Brunnar 0,7 4 Byggnad 2,0 11 Kylmaskin 2,0 11 Pumpar, silar, växlare mm 1,5 8 El 1,0 6 Styr 0,8 4 Pistmaskin 0,7 4 Projektering 0,8 4 Summa 18,0 100 Tabell 7.1 Uppskattad investering för snökyleanläggning 7.2 Årliga kostnader och intäkter Kostnaderna utgörs av: 11 (13)
* Kapitalkostnad för investeringen * Driftskostnader, såsom el till pumpar, drivmedel till pistmaskin, underhåll och personalkostnader. Intäkterna utgörs av: * Anslutningsavgifter * Effektavgifter * Energiavgifter Intäkter från eventuella tippningsavgifter har inte medräknats. Driftskostnaderna för snökyleanläggningen vid Sundsvalls sjukhus har angetts till 1,1 MSEK/år för 2010. Det torde vara möjligt att med bättre samnyttjande av personal kunna reducera driftskostnaden. I kalkylen har antagits att den högre kostnaden för en något större anläggning och för inflationen motsvarar den reducerade personalkostnaden. Driftskostnaden för Härnösandsanläggningen beräknas därmed till 1,1 MSEK/år. En uppdelning av uppskattad driftskostnad redovisas i tabell 7.2 Kostnad Kkr/år % Snökanoner 140 12 Pistmaskin 450 41 Flis inkl hantering 200 18 Kylmaskin 100 9 Provtagning 100 9 El 40 4 Vatten 40 4 Övrigt 30 3 Summa 1 100 100 Tabell 7.2 Uppskattad driftskostnad för snökyleanläggning I fjärrkyleutredningen från 2010 har intäkterna angetts till: Anslutningsavgift Effektavgift Energiavgift 2 000 kr/kw 250 kr/kw, år 250 kr/mwh, år Denna taxa var enligt utredningen jämförbar med andra svenska fjärrkylesystem. Dessa intäkter har i kalkylen räknats upp med 10 % beroende på inflationen. 12 (13)
7.3 Ekonomisk kalkyl Kalkyler har utförts dels för att beräkna lönsamheten, dels för att beräkna årlig kostnad. Kalkylerna är beräknade med 5 % kalkylränta och 20 års livslängd. Kalkylerna är utförda dels utan, dels med ett investeringsbidrag på 50 %. Investering i produktion och distribution antas ske år 1. Kunderna antas ansluta sig under år 2-5 med en fjärdedel varje år. Total kylleverans blir därefter 3 200 MWh/år och maximal kyleffekt 4 MW. Lönsamhetskalkylen är baserad på en nuvärdesberäkning. Med ovanstående förutsättningar blir nuvärdet utan investeringsbidrag -16 MSEK och med investeringsbidrag 0. En snökyleanläggning är således med här angivna förutsättningar lönsam om ett investeringsbidrag på 50 % utgår. Den årliga kostnaden har beräknats med en annuitetsberäkning för investeringen plus de årliga driftskostnaderna. Denna beräkning gav med investeringsbidrag en genomsnittlig kostnad på 74 öre/kwh, och utan investeringsbidrag en genomsnittlig kostnad på 114 öre/kwh. 8 SLUTSATSER Det finns förutsättningar för fjärrkyla kyld med snökyla i Härnösand. Förutsättningen för att anläggningen skall vara ekonomiskt lönsam är ett investeringsbidrag på 50 %. Lönsamheten förbättras om miljövinsterna prissättes och medräknas. Miljömässigt är en sådan anläggning mycket tilltalande. Elanvändning och CO 2 -utsläpp reduceras kraftigt jämfört med konventionella anläggningar. Vidare är reningen av smältvattnet en stor fördel. En stor osäkerhet i ett projekt av detta slag är om kunderna kommer att ansluta sig. Den första åtgärden bör därför vara att inventera intresset och att inleda projektet med minst en stor kund som första belastning från dag ett. 13 (13)