Academic literature on the topic 'Fjärrvärmecentral'

Försmutsning av plattvärmeväxlare i fjärrvärmecentraler minskar avkylningen av det cirkulerande vattnet i fjärrvärmenätet. Detta ökar behovet av värmeproduktion i fjärrvärmeverket vilket medför ökade utsläpp av växthusgaser. Mängden försmutsning beror på vattnets kvalitet och material i systemet. I denna studie undersöks prestandaförändring av värmeväxlare i fjärrvärmecentraler för småhus före och efter rengöring samt för en ny värmeväxlare. Prestandan mäts i laboratorium genom att mäta temperaturer på in- och utlopp på värmeväxlaren vid bestämda flöden. Utvärderingen inkluderar prestandaförändring för UA-värdet, Temperaturverkningsgrad, Effektivitet NTU och möjlig påverkan på växthusgasutsläpp från Borlänge Energis fjärrvärmesystem. En osäkerhetsanalys genomfördes för att bestämma de teoretiska osäkerheterna.Resultaten från studien visar att rengöring av småhusvärmeväxlare med CIP-metoden har en viss effekt på både tappvattenvärmeväxlaren och värmeväxlaren. För värmeväxlaren är förändringen liten där ökningen på UA-värdet ligger mellan 10–202 W/˚C jämfört med tappvattenvärmeväxlaren där det ligger mellan 205–870 W/˚C. Störst effekt har rengöringen på tappvattenvärmeväxlaren vid högre flöde. Värmeöverföringen är likvärdig för en ny värmeväxlare och den rengjorda.En sänkt returtemperatur från fjärrvärmecentraler leder till en förbättrad verkningsgrad på fjärrvärmeverket som bidrar till en minskning av mängden växthusgasutsläpp. Enligt de resultat och beräkningar utförda i studien kan genom rengöring returtemperaturen minskas med 2,3 ˚C ±0,4 % från fjärrvärmecentralerna i småhus till Borlänge Energis fjärrvärmenät.Rengöring av tappvattenvärmeväxlare kan vara ett alternativ till att byta ut mot en ny för småhusägaren, med förutsättning att priset för rengöring är lägre än att köpa en ny och att fjärrvärmesystemet har flödesavgift. Detta gäller dock inte värmeväxlaren för värme där skillnaden i värmeöverföring mellan en smutsig och ny eller rengjord är marginell.<br>Fouling of plate heat exchangers in district heating substations reduces the cooling of circulating water in the district heating network. This increases energy production at the district heating plant, which results in increased greenhouse gas emissions. The amount of fouling depends on the quality of the water and material in the system. This study evaluates the performance change of heat exchangers in district heating substations for residential housing before and after cleaning, and new heat exchangers. Performance is measured in the laboratory by measuring temperatures before and after cleaning at specified flows. The evaluation includes performance change of UA-value, Temperature efficiency, Effectiveness NTU and possible impact on greenhouse gas emissions from Borlänge Energi's district heating system.The results of the study show that cleaning of residential heat exchangers with the CIP method has a certain effect on both the tap water heat exchanger and the heat exchanger. For the heat exchanger, the improvement in performance is small where the UA-value increases between 10-202 W/˚C compared to the tap water heat exchanger where it is between 205-870 W/˚C. The highest effect is the cleaning on the tap water heat exchanger at higher flow. The heat transfer is equivalent for a new heat exchanger and the cleaned one.Reduced return temperature from the district heating network leads to an improved efficiency at the district heating plant, which contributes to a reduction in the amount of greenhouse gas emissions. According to the results and calculations performed in the study, by cleaning the return temperature can be reduced by 2,3 ˚C ± 0.4% from the district heating substations in residential houses to Borlänge Energy's district heating network.Cleaning of tap water heat exchangers can be an alternative to switching to a new one for the homeowner, provided that the price for cleaning is lower than buying a new one and that the district heating system has flow rate tariff. However, this does not apply to the heat exchanger where the difference in heat transfer between one with fouling and a new or cleaned is marginal.

This report is made as a literature review, focusing on the work done to increase understanding of efficiency in the categories of substations and secondary heating systems, with respect to the deviation from the theoretically possible cooling off in the distribution network as well as the economic benefit that appear. The main purpose of a considerable part of the literature used in this report addresses the issue of identifying individual causes of reduced cooling in district heating systems. These literature resources have been compiled and summarized as part of the report. The technology of district heating is associated with benefits such as better use of the energy in a fuel. This is the case of cogeneration plants where serial generation of electricity and thermal energy increases efficiency compared with the parallel generation where heat is generated locally and electricity is generated centrally. Serial generation thus allows for lower primary energy demand. Another benefit from combustion in units with higher capacity installed is that a higher control of emission with environmental impact is permitted. Additionally local environment change drastically when a few large supply units replace a large number of local supply units. It has also been shown that district heating can reduce greenhouse gas emissions in a cost efficient way. Thus being a part of the energy system to achieve the EU climate goals In Sweden, district heating is developed to a high degree. In connection with decreasing focus on expansion, the focus on maintenance and optimization and how district heating should look like in the future increases. In conjunction with lower heat demand from new and renovated buildings distribution cost will increase. For district heating to maintain competitiveness a development in distribution technology that move toward the next generation of distribution technology is necessary. Average temperatures today in Swedish district heating systems are for supply water 86 ° C and for return water 47 ° C. In the future temperature levels could decrease to current with temperatures down against 55 ° C supply temperature and 25-20 ° C return temperature. The latter system temperature levels moves towards the ideal possible. It is possible to distinguish four generations of district heating distribution technology. The differences between generations are essentially depending on temperature levels but also depend on state of matter. The first generation district heating used high-temperature steam for heat transfer and then the newer distribution technologies resulted in lower temperatures and change of phase, from gas to liquid. The third generation of district heating distribution technology meant lower temperature than the second generation, and likewise the fourth generation will have a lower temperature level than the third-generation distribution technology for district heating. The development is driven by the benefits of lower temperature levels. One of the more appealing benefits of lower supply temperature is the possibility to use low exergy heat, resulting in reduced need of primary energy. The potential heat sources where increased heat supply with lower system temperatures becomes available can be seen in the four next bullets. Waste heat Geothermal heat Solar heat Heat pump Other advantages obtained with lower temperature levels in heat distribution are. Lower distribution losses Higher electrical power efficiency in CHP Increased efficiency in flue gas condensation Increased capacity in the distribution network Reduced need for pump power in the distribution network Lower risk of serious scalding Increased capacity in heat storage Ability to use other materials for distribution at lower cost There seem to be a consensus in the literature that lower temperature levels in district heating systems are a desirable change. The reason for this is likely that there are mostly advantages of lower temperature levels. The drawbacks of lower temperature levels are negligible which make the risk of investment low.

Sveriges regering har antagit tydliga mål för minskad energianvändning i bostadssektorn. En energikartläggning av bostadsområdet kvarteret Körsbäret i Växjö utförts. Området är byggt år 1962, hus från en tid som idag har stor potential för energieffektivisering. I nuvarande värmesystem är en fjärrvärmecentral placerad i ett av husen och betjänar även via markkulvertledningar de tre övriga huskropparna med värme och tappvarmvatten. En simulering om det skulle bli energi- och kostnadseffektivt att byta ut kulvertledningarna mot nya alternativt att förlägga en fjärrvärmecentral i varje huskropp har utförts. Energikartläggningen visade på stor variation av den specifika energianvändningen för området och att inget av husen uppfyllde dagens krav för nybyggnation i BBR på 80 kWh/m2Atemp och år. Dock låg energianvändningen klart under genomsnittet för flerbostadshus byggda under 1960-talet. Simuleringen visade att ett byte av kulvertledningar skulle medföra stora energibesparingar, vilket också resulterade i att detta alternativ hade den lägsta livscykelkostnaden.

A problem in the field of district heating is the oil burners needed to provide power when a peak load occurs. One possible way of reducing the needed amount of oil is to reduce the power demand for space heating in the district-heating substations when the need for district heating water exceeds a certain limit. This can be done by use of a locally working controller function. In this Thesis the options concerning load priority are evaluated. To evaluate the potential for using controller functions concerning peak load priority an experiment was brought out in a chosen district-heating substation. The impact on the indoor thermal comfort during a heat reduction was also taken into account. With simulations and mathematical models the building and the indoor air cool down was evaluated. Also a survey was given to the residents to validate how the indoor thermal climate was affected during the experiment. Possible savings by using these kinds of functions were also accounted for. The result demonstrates that a simple controller function provides a possible way of reducing the power demand, but is not sufficiently reliable. This is mainly due to the used regulating parameter. With modifications or by adding additional regulating parameters such as water flow into the controller, the functionality can be improved. The result from the survey shows that during the experimental period the residents experienced a minor impact on the thermal comfort. Parameters, such as ventilation and heat losses also have a major impact on the building´s thermal inertia, especially at the lowest occurring outdoor temperatures. The simulations confirm the theory regarding the building heat capacity to prevent a negative impact on indoor thermal comfort. In addition, the indoor air temperature can initially decrease faster than the building framework, especially under the influence of ventilation. This must be taken into account when applying functions for load priority. Calculations indicate that the economical benefits by adapting functions for load priority are primarily for the heat-producer, due to reduced oil dependence and also other system aspects. The current ownership structure in Uppsala provides for a possible obstacle when it comes to expanded use of load priority functions. More incentives for the consumer are needed to provide for an increased usage of load priority functions in their district-heating substations.

Fjärrvärmen anses idag vara ett viktigt inslag för att öka samhällets energieffektivitet och minska vår miljöbelastning med sänkta CO2-emissioner. I Sverige är i dag omkring hälften av alla bostäder och lokaler anslutna till fjärrvärme och anslutningsgraden ökar samtidigt som antalet kraftvärmeanläggningar också ökar. Med kraftvärme, avses en anläggning som producerar både fjärrvärme och el. För elproduktion i en kraftvärmeanläggning fungerar det fjärrvärmeanslutna bostadsbeståndet som en kylanläggning och en god avkylning är att föredra både för el- och värmeproduktionens effektivitet. Många genomförda studier under 1990-talet har visat på onödigt höga returtemperaturer i svenska fjärrvärmenät och vikten av en sänkt returtemperatur har betonats och värderats men det praktiska arbetet med att öka avkylningen har hittills gått trögt.  Med detta som utgångspunkt har fokus i detta arbete lagts på möjligheten att sänka returtemperaturen och då mer specifikt på fjärrvärmecentralens funktion och utformning i de fall där fjärrvärme används för ventilationssystemet. Simuleringar och beräkningar har gjorts för att jämföra olika kopplingsprinciper, den klassiska parallellkopplingen jämfört med en delvis seriell koppling som medför en lägre destruktion av exergi.  Resultatet visar att principen för koppling av fjärrvärmecentralen och utformningen av värmesystemet kan påverka returtemperaturkurvans karakteristik vilket ger en sänkt returtemperatur vid fallande utetemperatur i stället för en höjd returtemperatur som i normalfallet.  Simuleringsresultatet visade, med en fullständigt parallell koppling som referens, att kopplingen ”Ventilation med återvinning” gav en flödesviktad medelreturtemperatur som var 5,1ºC lägre. Samma koppling men med primära tappvarmvattenreturen som första spetsflöde gav 11,6ºC lägre returtemperatur än referenskopplingen.  Vid anpassning av ett större bestånd bör möjligheten att få motsvarande effekt på systemnivå finnas. I och med det så finns en möjlighet till bättre driftsekonomi i ett kraftvärmesystem och ett behov av systemutveckling för att nå lägre returtemperaturen. Här kan också ses ett behov av programvara för att kunna dimensionera fjärrvärmecentralen optimalt i syfte att minimera destruktionen av exergi.<br>District heating is today considered, one of the most important ways to increase our energy efficiency and reduce environmental damages with less emission from carbon dioxide. In Sweden around half of the homes and premises are connected to district heating and the numbers are increasing.  A lot of investigations during the 1990s have shown that return temperatures in the circulating system generally are too high. Along with this knowledge the importance and economical benefits has been spoken out but so far the overall work of cooling has gone slowly.  This being the point of view, focus is on reduced temperature of water in the primary circuit. Function and design of the district heating substations are investigated as one of the keys. Simulations and calculations have been made to compare an entirely parallel connection with a partially serial connection with focus on better exergy qualities of the substation.  The results show that the principle for how a substation is connected and the design of internal heat distribution can have an effect on the characteristics of the return temperature. It is possible to get a decrease in return temperature as outdoor temperature is falling instead of having an increased temperature, being the norm today.  The complete parallel connection figures as reference. Simulations show that the compared connection “Ventilation med återvinning” gives a flow rate weighted difference in return temperature of 5,1ºC. For the same connection but with the possibility of input mass flow from the return of the hot water before primary water the difference was 11,6ºC.  It is realistic to believe that this would have a corresponding effect on the system in larger scale. If so there is a possibility of better economy in the production of combined power and heat and also a need of system development to reach lower return temperatures. Dimensioning software for district heating substations to minimize destruction of exergy will also be needed.

Europeiska kommissionen pekar ut fjärrvärme som ett viktigt verktyg för att möjliggöra användandet av bränslen och värme som annars skulle gått till spillo. Primärenergianvändningen kan därigenom minskas vilket leder till minskade koldioxidutsläpp och ett mer uthålligt energisystem. För att kunna konkurrera i pris med värmepumpar och privata värmepannor behöver dock energiförlusterna i fjärrvärmesystemen hållas nere och ett ständigt energieffektiviseringsarbete behöver därför bedrivas. Förhöjda returtemperaturer från fjärrvärmesystemets kundcentraler är ett vanligt problem som indikerar onödigt höga hetvattenflöden och leder till ökade värme- och pumpförluster. I detta arbete har en beräkningsmodell konstruerats för att uppskatta hur mycket energi som sparas om satsningar görs för att sänka returtemperaturen ifrån felande kundcentraler. Modellen applicerades på Visbys fjärrvärmesystem och visade att systemets värmeförluster kunde sänkas med 10 procent och dess pumpförluster halveras om 62 procent av kundcentralerna åtgärdades. Detta resulterar i en årlig besparing på över 1 000 000 SEK för fjärrvärmebolaget vilket, tillsammans med den initiala kostanden för åtgärderna och fjärrvärmebolagets investeringskalkylsränta, ger att satsningen genererar en vinst på 4 300 000 SEK sett över tio år. Dessa kundcentralsåtgärder kommer också leda till förbättrad värmeleveransförmåga till Visbys innerstad då flödesminskningen är omfattande i den delen av nätet.<br>The European Commission view district heating as an important technology for facilitating the use of fuels and heat that would have otherwise gone to waste. In this way the primary energy usage can be reduced which leads to reduced carbon dioxide emissions and a more resilient energy system. To be cost competitive compared to private heat pumps and boilers the energy losses in the district heating network needs to be constantly reduced. Elevated return temperatures from district heating substations is a common problem that indicates unnecessarily high flow of water through the heat exchangers, which leads to increased heat- and pressure losses in the network. In this study a framework of calculations has been constructed to estimate how much energy can be saved if measures are taken to reduce the return temperatures of underperforming district heating substations. The calculations are applied on the district heating network of the historical Swedish city of Visby on the island of Gotland. It is shown that the distribution heat losses could be reduced by 10 percent and the pumping power could be halved if 62 percent of all substations were to be fixed. This will result in annual savings of over 1 000 000 SEK for the district heating company which, together with the initial investment in substation maintenance and the company’s discount rate for investments, results in a total profit of 4 300 000 SEK over a ten-year period. Improved heat delivery capability to the medieval city center is also expected as the mass-flow reductions in that area are considerable.