Strøm fra små kraftvarmeværker

   

Grundprincippet i næsten alle el-kraftanlæg er en generator, der bliver trukket af en kraftmaskine, der igen henter energi til sit arbejde fra atombrændsel, vand, vind, olie, gas, kul eller lignende.

Princip for elproduktion på kraftværk

I Danmark bruges i disse år mest kul, der opheder vand, hvis damp trækker en dampturbine.

Imidlertid er der de sidste år dukket mange decentrale kraftvarmeværker op. De fleste bruger som kraftmaskine en stor motor, der kører på naturgas.

På et kraftvarmeværk laver man strøm og bruger spildvarmen som fjernvarme til omkringliggende huse.

Ramsing - Lem - Lihme Kraftvarmeværk A.m.b.A

Vi har besøgt Ramsing - Lem - Lihme Kraftvarmeværk A.m.b.A. (andelsselskab med begrænset ansvar), der startede elproduktionen i februar 1994.

Værket dækker de tre landsbyer Ramsing, Lem og Lihme i Salling med fjernvarme. 95% af alle huse er tilsluttet fjernvarmenettet (ca. 556 tilslutninger), og værket dækker 98-99% af områdets varmeforsyning og leverer samtidig strøm svarende til 3300 husstandes forbrug.

Ramsing - Lem - Lihme kraftvarmeværk

Værket er et lille lokalt andelsselskab, som mejerier, brugsforeninger og slagterier var for hundrede år siden. De fleste gamle andelsselskaber har vokset sig så store, at de ikke siger medlemmerne meget i dag.

Det lille andelsselskab er medlemmerne interesserede og engagerede i, for det ligger lige om hjørnet og folkene i bestyrelsen træffer man dagligt, så man spørger: "Hvordan går det med vores værk?"

Kraftvarmeværket led for led

1. Gasmotor
2. Generator
3. Udstødsveksler (højtemperatur)
4. Udstødsveksler (lavtemperatur)
5. Skorsten
6. Akkumuleringstank
7. Gaskedel

Generatoren

Den strøm, der kommer direkte fra generatoren, er på 10.000V og kan gå lige ud i nettet uden transformer. En computer sørger for, at motorens omdrejningstal er nøjagtig så stort, at vekselstrømmens frekvens er 50Hz, og at den svinger i takt med netfrekvensen. Ellers ville det skabe "klumper i strømmen" og dermed forstyrrelser i et stort område omkring værket.

Motoren

Motoren, der trækker generatoren, er en stor 16 cyl., 2,7 MW (3672 hk) gasmotor fra Norge. Som alle motorer skal den køles. Og det er motorens varme kølevand, der sendes ud til fjernvarmeforbrugerne. Udstødningsgassen fra motoren køles ligeledes, for det er med at udnytte mest mulig overskydende varmeenergi fra den arbejdende motor.

Kølevandet bliver omkring 92° varmt.

Lagertanken

Lagertanken kan lagre varme i ét døgn eller mere. Den tages i brug, når husstandene ikke kan nå at bruge al den varme, motoren afgiver i spids- og højlastperioder. I disse perioder kører motoren næsten altid på fuld kraft, fordi værket da får den højeste betaling pr. kWh strøm, det sender ud på nettet. Det er især på varme sommerdage, der er problemer, her bruger folk ingen varme, kun varmt vand.

I lagertanken udnytter man det, at varmt vand er lettere end koldt vand. Det varme kølevand, der skal lagres "lægges ud" i tanken i den højde (det "lag"), hvor temperaturen netop passer med kølevandets. Tanken er delt op i 12 lag, hvor det øverste lag typisk er 92° varmt og det nederste 45° .

Varme til forbrugerne

Hvordan kommer nu varmen ud til huse i området?

Ved hjælp af store vandpumper pumpes 85° varmt vand ud til alle kunder. Én pumpe til hver landsby.

Da vandet skal rundt i jernrør, er det vigtigt, at der ikke er syre i. Derfor går vandet gennem to beholdere på sin vej til forbrugerne. I den ene er der kalk (CaCO3) og i den anden salt (NaCl, i denne sammenhæng kaldt stensalt). Det vand, der sendes af sted, har pH-værdi 9,2. Det er altså basisk, og der bliver ingen tæring.

Når vandet kommer retur fra fjernvarmebrugerne er det 45° varmt.

Gaskedlen

(nød- eller reserve varmeforsyning)

Da ca. 550 husstande er afhængige af varme fra værket, er det nødvendigt for at sikre en stabil varmeforsyning at have en stor gaskedel (5 MW) til at varme vand med, hvis motoren svigter, fx på grund af reparation. Systemet svarer helt til et kæmpemæssigt olie- eller gasfyringsanlæg fra et privat hus.

Værkets normale fyr (gasfyr)

Styring af anlægget.

Hele kraftvarmeanlægget styres af computere, et såkaldt SRO-anlæg (S = styring, R = regulering, O = overvågning), og også administrationen er næsten fuldautomatisk:

En stor styrecomputer i driftshallen. På den overvåges alle mulige funktioner på motor, generator, pumper, kedler, lagertank osv.

En "slave-computer" på kontoret - via modem koblet til Naturgas Midt-Nord, som står for den overordnede overvågning. Resultater fra styrecomputeren kan aflæses her, og et program giver mulighed for at foretage beregninger og udskrive diagrammer. Man kan også styre anlægget herfra.

Når systemet ellers er kørt ind, dvs., det har kørt et stykke tid og motor, generator og computere er justeret, så kræver det hele ikke meget tilsyn af mennesker.

Computerstyrede målere i husene hos aftagerne. Varmeforbruget bliver målt elektronisk og alle data gemt i en lille indbygget "computer".

En computer til måleraflæsning. Målerens data kan en mand hente fra samtlige husstande på få dage, fordi der udvendigt på husene sidder et lille stik forbundet til målerens computer. Med en lille "håndcomputer" henter han målerdata over heri, og når han kommer tilbage til computeren, kobles håndcomputeren blot til administrationscomputerens printerport, og alle data flyttes herover.

En administrationscomputer på kontoret. Et program heri bearbejder måleraflæserens data og laver automatisk opgørelser til forbrugerne. Betalingen foregår ligeledes automatisk over bankens PBS-ordning.

En administrationscomputer hjemme hos den administrative medarbejder. Det er tit praktisk at kunne klare noget af det administrative arbejde hjemme, så Ole, der står for den side af sagen, har en computer hjemme, hvor han via modem til kontorets administrationscomputer selv kan bestemme, om han vil arbejde hjemme eller på værkets kontor.

Miljøforhold

Et kulfyret kraftværk udnytter ca. 40% af kullets energiindhold til elproduktion. Varmen bliver ofte smidt væk.

Det gasfyrede kraftvarmeværk udnytter af gassens energiindhold ca. 40% til elektricitet og ca. 52% til varmeproduktion, i alt altså ca. 92%, før det varme vand forlader værket.

Der er imidlertid en ulempe ved et fjernvarmeværk: Der er varmetab i rørledningerne, i dette tilfælde ca. 30% i forhold til, hvis gassen blev brændt i gasfyr i de enkelte huse.

Vi siger, at det traditionelle kraftværk har en virkningsgrad på 40% og kraftvarmeværket på 92% (ca. 76% ude hos varmeforbrugerne).

Der er til gengæld en fordel ved at producere el-energi ude i lokalsamfundet: Der bliver mindre energitab i ledningsnettet (mindre varme til gråspurvene), fordi strømmen ikke skal ud i lange ledninger og kabler. På tegningen herunder er det lille kraftvarmeværk placeret i systemet. De store afstande (og det store energitab) er fra det store kraftværk og ud til 10kV ledningerne.

Kul afgiver mange affaldsstoffer, når det brænder.
For at lave 1 kWh strøm afgives disse mængder af affald fra kulfyret kraftværk:

2,9g svovldioxid
2,6g kvælstofilter
0,1g støv
55g slagger/flyveaske
850g kuldioxid

Fra gasforbrænding kommer næsten kun kuldioxid og vanddamp. Ingen af disse stoffer er giftige. Altså ikke meget svineri med gasenergi.

Den ideelle naturgasforbrænding:

CH4 + 2O2 ® CO2 + 2H2O

Hvis forbrændingen ikke er helt i orden, kommer der desuden CO (kulmonoxid eller kulilte), der er meget giftigt. Ligeledes vil nitrogen (N2 , kvælstof) fra den atmosfæriske luft indgå i forbrændingen og være årsag til en lille udvikling af nitrogenoxider (NOx eller kvælstofilter), der også er giftige for mennesker og natur.

Begge dele er på et minimum (under miljøgodkendelsens minimumsværdier), fordi maskinerne overvåges og holdes i topform.

Kuldioxiden udgør dog en risiko for forøget drivhuseffekt, fordi gassen (ligesom naturligvis også kullet) er lagerenergi, dannet gennem årmillioner, og som vi bruger på få år.

Kun ved at bruge vedvarende energi (sol, vind, vand, træ) kan CO2-problemet undgås.

Den store gasmotor, der trækker generatoren, støjer uhyggeligt (120 dB - så der må høreværn til, hvis man skal ind i motorrummet). Væggene i rummet, den står i, er derfor dækket med to lag af tykke gipsplader. Gipsplader er meget effektive til at dæmpe lyden, så uden for huset og i værkets kontorlokale hører man kun svagt motorstøjen.

Motoren ryster lidt, når den kører, og fordi den er så stor, kunne det få bygningerne til at revne, hvis ikke motoren og dens fundament hvilede på store gummiklodser.

Med et stort (energi-)forbrug følger altid forureningsproblemer og andre miljøgener, så vil vi helt undgå forurening i den forbindelse, må vi bruge langt mindre af alting. Det skal imidlertid ikke forhindre os i at vælge produktionsformer, der belaster miljøet mindst muligt, og som sparer på naturens ressourcer.

Økonomi

Strømmen sælges til det regionale elværk, SFGHH. De betaler mest for strømmen i den tid, hvor der bruges mest strøm, dvs. i arbejdstiden. De inddeler afregningspriser i tre kategorier:

bulletspidslast, arbejdsdagen, kraftvarmeværket får 64,43 øre pr kWh (ca. 5 timer pr. døgn)
bullethøjlast, når normal arbejdstid er forbi, afregnes med ca. 45,9 øre pr kWh (ca. 9 timer pr. døgn)
bulletlavlast, når folk sover og kun få virksomheder kører, ca. 26,02 øre pr kWh (ca. 9 timer pr. døgn)

Den gas, kraftvarmeværket køber fra Naturgas Midt Nord, koster heller ikke det samme, hvis den skal bruges til el-produktion, som den gør til ren varmeproduktion (i kedlen). Derfor deles gassen i to rør, når den kommer ind i bygningen - én til motoren og én til reservekedlen.

Gas til elproduktion koster ca. 1,10 kr. pr. m3 og til kedlen 2,65 kr. pr. m3. Disse gaspriser bliver fastsat på baggrund af sindrige beregninger.

Det betyder, at den varme, man producerer med fyret i kedlen, er langt dyrere end spildvarmen fra motoren.

Priser på solgt elektricitet og købt gas er afgørende for værkets økonomi. Så driftslederens opgaver er at sørge for, at motoren/generatoren kører mest muligt og altid i spidslast-tiden og helst også i højlast-tiden.

Om sommeren kan forbrugerne ikke aftage al varmen, så der holder motoren pause om natten.

Ideer til videre undersøgelser og projekter

Beregn, hvor meget affald, der kommer fra et kulkraftværk, når det producerer 10.660 MWh el om året (som kraftvarmeværket).

Find ud af, hvad naturgas indeholder af stoffer ud over metan. Kan det forurene? Sammenlign forureningen med den fra kul.

Kunne man bruge biogas til kraftvarmeværket i stedet for naturgas?

Undersøg ligheder/forskelle mellem naturgas, sumpgas, gas fra lossepladser (fx Viborg losseplads) og biogas med hensyn til

bullethvordan den dannes
bulletkemisk sammensætning
bulleter det vedvarende energi?
bullethvor rent er det?
bulletkan det komprimeres (presses sammen til væske, så det fylder mindre)?
bulletopbevaring
bulletøkonomi

Kunne man tænke sig, at de fire slags gas kunne sendes rundt i de samme rørledninger?

Fordele og ulemper ved brug til elproduktion.

Projektér et kraftvarmeværk til et almindeligt parcelhus eller til skolen. Find priser på motor, generator, afregningspriser til elværker og gas/olieleverandør.

Hvor stor lagertank vil I lave?

Hvordan med økonomi og produktion i spids-, høj- og lavlastperioder?

Undersøg, hvor der er kraftvarmeværker i nærheden af jer og besøg et af dem. Det kan være på skoler, virksomheder eller lignende. Lav teknisk, produktionsmæssig og økonomisk rapport om værket.

Lav eksperimenter med at lagre vand i lag.

Lav en isoleret lagertank og mål energitabet til omgivelserne pr. time.

Lav pumpeeksperimenter med centrifugalpumpe til boremaskine. Hvor højt kan vand pumpes op i en slange med pumpen ved forskellige hastigheder? Overvej sammenhænge mellem tryk og vandhøjde.

Sæt cykeldynamo på cykelbaghjul, træd til og mål, hvor stor effekt I kan få den til at levere.

Hvor lang tid skal I træde for at producere 1 kWh ved højeste effekt?