Vurdering av potensialet for varmegjenvinning av lavtemperatur overskuddsvarme

Abstract

I 2050 skal Norge bli et lavutslippssamfunn, og for å nå denne målsetningen ses det blant annet til hvordan økt utnytting av overskuddsvarme bidrar til å redusere fremtidens energibehov. Mengden overskuddsvarme er i dag omfattende, men utnytting av denne ressursen er foreløpig på et begrenset nivå. Årsaken kommer av store investeringskostnader og lang tilbakebetalingstid ved implementering av teknologi, lav effektivitet, samt historisk sett lave energipriser, hvor dette i sum impliserer lav økonomisk innsparing.

Denne oppgaven tar for seg en vurdering av potensialet for varmegjenvinning av lavtemperatur overskuddsvarme i et kommende industrianlegg, herunder avgasser fra loddeovner hos Norbit EMS AS, lokalisert i Selbu. Basert på utførte målinger tas det utgangspunkt i gjennomsnittsverdien for temperatur og luftmengde, hvor det legges til grunn et temperaturnivå på oppunder 40 °C, og en volumstrøm tilsvarende omtrent 1 900 m3/h ved drift.

Sett i lys av prosjektets spesifikasjoner, viser det seg å være et begrenset utvalg av aktuelle bruksområder, herunder varmeoverføring mot tilluften i ventilasjonsanlegget, eller varmeoverføring mot kollektorvæsken før varmepumpa. For førstnevnte alternativ vurderes forvarming og ettervarming med luft-luft batterivarmeveksler, samt kombinert gjenvinning med øvrig avtrekksluft ved bruk av platevarmeveksler. Når det gjelder varmegjenvinning mot kollektorvæsken, baserer vurderingen seg derimot utelukkende på bruk av luft-væske batterivarmeveksler.

For å kartlegge potensialet for innsparing av tilført energi ved de respektive alternativene, er det utført beregninger basert på relevante underlagsdata og selvstendige vurderinger. Med henblikk på resultatene herfra, viser det seg at ettervarming av tilluften i ventilasjonsanlegget, vil ha den største reduksjonen i behovet for tilført energi, hvor dette er 4 470 kWh/år.

Når det gjelder lønnsomheten til de ulike tiltakene, vil imidlertid samtlige alternativer ha negativ nåverdi ved de gitte forutsetningene, hvor dette kommer av den lave innsparingen i energibehovet. For å undersøke hvordan endring av ulike parametere påvirker lønnsomheten, har det blitt utført en følsomhetsanalyse. Resultatet herfra viser at det vil være nivået på kalkulasjonsrenten og investeringskostnaden som vil ha størst innvirkning for nåverdien. Samtlige beregninger fra analysen gir negativ nåverdi, med unntak av tilfellene med økt strømkostnad eller redusert investeringskostnad ved gjenvinning mot varmepumpesystemet. Sett i sammenheng med den forhøyede varmefaktoren som er lagt til grunn, vurderes det allikevel dithen at tiltaket ikke vil være lønnsomt.

I sum viser det seg at investering i teknologi for å gjenvinne overskuddsvarmen vil være fordyrende, da innsparingen i behovet for tilført energi er på et lavt nivå. Følgelig må det ligge en annen motivasjon til grunn enn økonomiske hensikter, herunder eksempelvis bedriftens ønske om en mer miljøvennlig profil utad.

By 2050, Norway is becoming a low-emission society, and to reach this objective it can be seen, among other things, towards how increased utilization of waste heat, contributes to reduce future energy demand. The amount of waste heat is comprehensive; however, utilization is temporarily limited. The reason for this comes from great investment costs and long payback time regarding implementation of technology, low efficiency, as well as low energy prices, where this in total, implies low economic savings.

This task addresses an evaluation of the potential for heat recovery of low-temperature waste heat in an upcoming industrial facility, including exhaust gases from soldering furnaces at Norbit EMS AS, located in Selbu. Based on performed measurements, it is taken point of department in average temperature level and air volume, where it is assumed that the temperature is just below 40 °C, and a volume stream equivalent to approximately 1 900 m3/h during operation.

Considering the project specifications, it shows that the selection of relevant areas of use is limited, including heat transfer to the supply air in the ventilation unit, or heat transfer to the collector liquid before the heat pump. Regarding the former option, pre heating and post heating with air-to-air battery heat exchanger is evaluated, as well as combined recovery with remaining exhaust air using a plate heat exchanger. When it comes to heat recovery to the collector liquid, the evaluation is on the other hand based exclusively on use of air-to-liquid battery heat exchanger.

To identify the potential of energy savings by the respective options, calculations based on relevant background data and independent assessments have been performed. With a view to these results, it appears that post heating of the supply air in the ventilation system has the greatest reduction in the need of added energy, with a total of 4 470 kWh/year.

When it comes to the profitability of the various alternatives, all will have negative present value given the assumptions, where this is a result of the low saving of energy demand. To further invest in how a change of one parameter affects profitability, a sensitivity analysis has been carried out. The results show that the level of discount rent and investment cost have the most significant impact on the present value. All calculations from the analysis results in negative present value, except for cases regarding increased electricity cost or reduced investment cost when waste heat is recovered to the heat pump. In relation to the assumed increased level of annual coefficient of performance, the alternative is however considered unprofitable.

In summary, it turns out that investment in technology to recover the waste heat is adding to the cost, because the savings in the need of added energy are at a low level. Consequently, another motivation than economic intentions must be the basis, among others, for instance the company’s intention of a more environmentally friendly profile.