Driftoptimering av värme- och kylsystemet på Centralsjukhuset i Karlstad : Driftstrategier för perioden oktober - april

Autor: Harryson, Elise
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: De förhöjda halterna av växthusgaser i luften leder till ett varmare klimat och extremväder blir vanligare,vilket är två viktiga aspekter till att minska klimatavtrycket. Region Värmland skapade 2021 en miljöplan för att minimera klimatavtrycket, använda resurserna på ett klimatsmart sätt samt bidra till en hälsosammare miljö. Studien som genomförts har studerat Centralsjukhuset i Karlstads värme- och kylanläggning som består av fyra bergvärmepumpar, två kylvärmepumpar, tre kylmaskiner, en frikylevärmeväxlare och fjärrvärme. Bergvärmepumparna är kopplade till två geolager med sammanlagt 188 vertikala borrhål. Berget som borrhålen är borrade i förväntas vara antingen granit eller gnejs som båda har en hög kvartshalt. Kvartshalten är en viktig faktor för att bestämma bergets värmeledningsförmåga som i sin tur bestämmer bergets potential att överföra värme och kyla till brinen. Fjärrvärmen som köps in kommer från Heden i Karlstad och elen från en elmix skapad av olika energikällor både förnybara och fossila. Energiföretagen Sverige tillsammans med samarbetspartnersgenomför en miljöutvärdering utav fjärrvärmen årligen och det är fjärrvärmeutsläppen från 2019 som både Region Värmland och studien har använt för att beräkna koldioxidutsläppen fjärrvärmen ger upphov till. För beräkning av elmixens koldioxidutsläpp används Region Värmlands antagna värde som grundas i energimyndighetens siffror. Studien som genomförts undersöker olika driftstrategier från oktober till april. En modell byggdes upp i dataprogrammet Simulink som möjliggör en dynamisk simulering över tid. Syftet med studien är att öka Region Värmlands förståelse över hur effektuttaget från bergvärmepumparna och frikylevärmeväxlaren påverkar berget med målet att ta fram olika driftstrategier för att minska både driftkostnaderna och koldioxidutsläppen för anläggningen. Studien upptäckte att Region Värmland inte kör sitt system optimalt utan borde prioritera kylvärmepumparnas körning följt av bergvärmepumparna och fjärrvärmen. Denna prioriteringsordning skulle minska driftkostnaden från 4,6 miljoner kronor till 4,3 miljoner kronor samtidigt som det minskar koldioxidutsläppen från 218,9 ton till 179,7 ton. Om Carnotverkningsgraden skulle höjas från 0,30 till 0,35 skulle det ändra driftstrategin och det blir i stället gynnsamt att prioritera driften efter bergvärmepumparna, följt av kylvärmepumparna och sedan frikyla och fjärrvärme. Kylvärmepumparna som används på anläggningen är gamla och har därför ett lågt COP, nya kylvärmepumapar med ett COP på 5 skulle kunna minska driftkostnaden till 4,1 miljoner kronor och koldioxidutsläppen till 174,3 ton.Liknande studier som undersöker effektuttag från berg och hur bergets temperatur förändras tyder på att de finns mer att hämta från de etablerade geolagrerna. En installation av nya bergvärmepumpar med en maxeffekt på 4600 kW skulle minska driftkostnaderna till 4 miljoner kronor och koldioxidutsläppen till 162,6 ton. Elpriset varierar årligen och en höjning på endast 0,4 kr/kWh från 1 kr/kWh till 1,4 kr/kWh medför att det blir ekonomiskt mer gynnsamt att täcka hela värmebehovet med fjärrvärme och kylbehovet med frikyla. En ökning på endast 0,4 kr/kWh är ett rimligt antagande då elen för bostäder har höjts 0,73kr/kWh på två år.
The elevated levels of greenhouse gases in the air lead to a warmer climate and extreme weather becomes more common, which are two important aspects in reducing the climate footprint. Region Värmlandcreated an environmental plan in 2021 to minimize the climate footprint, use resources in a climatesmart way and contribute to healthier environment. The study that has been carried out has studied the Central Hospital in Karlstad’s heating and cooling system consists of four geothermal heat pumps, two cooling heat pumps, three cooling machines, a free cooling heat exchanger and district heating. The geothermal heat pumps are connected to two ground sources with a total of 188 vertical boreholes. The rock on which the boreholes are drilled is expected to be either granite or gneiss, both of which have a high quartz content. Quartz content is an important factor in determining the rock’s potential to transfer heat and cold to the brine. The district heating that is purchased comes from Heden in Karlstad and the electricity from an electricity mix created by various energy sources, both renewable and fossil. The energy companies Sverige tillsammans with partners carry out an environmental evaluation of the district heating annually and it is the district heating emissions from 2019 that both Region Värmland and the study used to calculate the carbon dioxide emissions the district heating gives rise to. For the calculation of the electricity mix’s carbon dioxide emissions, is Region Värmland assumed value used, which is based on the energy authority’s figures. The study examines different operating strategies from October to April. A model was built in the computer program Simulink that enables a dynamic simulation over time. The purpose of the study is to increase Region Värmland’s understanding of how the power output from the geothermal heat pumpsand the free cooling heat exchanger affects the rock with the aim of developing different operating strategies to reduce both operating costs and carbon dioxide emissions for the plant. The study discovered that Region Värmland does not run its system optimally but should prioritize the cooling heat pumps followed by the geothermal heat pumps and district heating. This prioritization scheme would reduce operating costs from 4,6 million SEK to 4,3 million SEK while reducing carbon dioxide emissions from 218,9 tons to 179,7 tons. If the Carnot efficiency were to be raised from 0,30 to 0,35, it would change the operating strategy and it would instead be favorable to prioritize the geothermal heat pumps, followed by the cooling heat pumps and then free cooling and district heating. The Cooling heat pumps used at the facility are old and therefore have a low COP, new cooling heat pumps with a COP of 5 could reduce the operating cost to 4,1 million SEK and carbon dioxide emissions to 174,3 tones. Similar studies that examine power extractions from rock and how the rock’s temperature changes indicate that there is more to be gained from the established ground sources. An installation of new geothermal heat pumps with a maximum power of 4600 kW would reduce operation costs to 4 million SEK and carbon dioxide emissions to 162,6 tones. The price of electricity varies annually and an increase of only 0,4 SEK/kWh from 1 SEK/kWh to 1,4 SEK/kWh means that it becomes more economically favorable to cover the heating needed with district heating and the cooling with free cooling. An increase of only 0,4 SEK/kWh is a reasonable assumption as electricity for homes has been increased by 0,73 SEK in two years.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: