Spesielt næringsmiddelindustri, prosessindustri og kjemisk industri bruker mye prosessvarme, og energiforbruket er høyt i mange industrigrener. Og termisk energi må leveres varmt.
Så varmt at varmepumper ikke har vært benyttet. De leverer i dag 60 til 70°C, kanskje opp mot 80 grader, med noen få unntak. Industrien trenger godt over 100 grader. Oppvarmingen skjer gjerne med gassfyrte kjeler, eller elkjeler i Norge som har billig strøm.
Sintef Energi har nå to nye konsepter klare. Den første produserer varmtvann på 115°C fra overskuddsvarme, typisk på 30°. Den andre produserer prosessdamp, 6 bar og 160°C.
Det kan bety et regimeskifte for termisk energiforsyning, som i dag i høy grad er basert på fossile brensler.
Den dampproduserende pumpen er bestilt til et av sjokoladeprodusenten Mars' produksjonsanlegg i Tyskland. Mens Tine på Tunga i Trondheim vurderer å installere den første av pumpene. En intensjonsavtale er signert og søknad om midler er sendt Norges forskningsråd.
Bilindustrien leverer
Prosjektlederen hos Sintef Energi, seniorforsker Michael Bantle, sier at ved siden av bedre materialer og generelt høyere kvalitet på pakninger og lagre kan han takke bilindustrien for at de nå har lyktes med å lage høytemperatur varmepumper.
– Det er jo ikke noe rakettvitenskap dette. Vi har byttet ut skruekompressoren med en turbo laget av danske Rotrex A/S. De leverer tuningutstyr blant annet til Ferrari og BMW, men også til vanlige biler. Så benytter vi en likestrømsmotor fra Bosch som er utviklet blant annet for elbiler.
Ifølge Bantle er det, i tillegg til bedre materialer og produkter, forventede ulemper ved å bruke fossile brensler som gjør at industrien i økende grad vil vurdere varmepumper. Og pris: I Tyskland koster gass ned mot en fjerdedel av hva elektrisitet koster. Kommende CO2-avgifter og et stadig sterkere ønske om å ikke fremstå som miljøversting vil endre dette i varmepumpens favør.
– I Norge er det installert 34 varmepumper per 1000 husstand, i Tyskland er det kun 2,3 per 1000 husstand. Årsaken er at olje og gass er så mye billigere enn strøm, sier Bantle.
Brukes til kjøling: Het sommer satte fart på salget av varmepumper (TU Ekstra)
To prototyper
Av de to prototypene er den minste bygget av Trondheimsbedriften Skala Fabrikk, etter spesifikasjoner fra Sintef Energi.
– Vi forbedret smøringen ved å skifte til en høykvalitets olje som tåler høyere temperaturer. Så reduserte vi behovet for kjøling ved å bruke en større el-motor. I tillegg skiftet vi noen komponenter. Jeg er overrasket over at det viste seg å være så enkelt, sier Bantle i dag.
Den første enheten tok vannet opp til 115 grader ved bruk av spillvarme på rundt 30 grader. Deretter forsøkte forskerne seg med samtidig produksjon av isvann som holdt 0 – 4 grader og prosessvarme opp til 115 grader.
– Det ga en dårlig COP (coefficient of performance), men hvis vi bruker det kalde vannet til kjøling får vi en kombinert COP på 2,5.
- Reduserer energibehovet: Vil fange CO2 med varmepumper
Venter besparelser
Den første pumpen har en kompressor fra italienske Dorin. De var i utgangspunktet skeptiske til ideen.
– Vi måtte overtale dem til å bli med.
Men for Tine var ikke behovet for overtalelse like stort.
– Denne pumpen vil redusere energibehovet vårt ganske kraftig, så vi er villige til å gå videre med dette prosjektet, sier fabrikksjef Øyvind Hatletveit ved Tines fabrikk på Tonga.
Han forteller at de har mye overskuddsenergi fra kjøleanlegg og at de samtidig har store kostnader til fjernvarme og elkjel idag. Bekymringen til Tine er driftssikkerhet og oppetid.
– Ja, dette er jo upløyd mark. Vi vil se om det er mulig, for det må fungere 100 prosent. Om det funker vil besparelsene bli store, sier Hatletveit.
For produsenten Skala Fabrikk blir dette et nytt produkt. I dag bruker de hovedsakelig CO2 som medium. For å nå så høye temperaturer som det er snakk om her, må det brukes propan eller butan.
– Det er ikke mulig å løfte temperaturen til 115 grader med CO2. Men her ligger det et marked. Det er mye industri som bruker så varmt vann, og denne utviklingen vil vi være med på, sier Atle Monsås, fabrikksjef hos Skala.
For Tine er det snakk om en prototyp på 300 kW. Monsås sier at om dette lykkes venter han at flere Tine-anlegg vil melde sin interesse.
- Sintef har vurdert ulike oppvarmingsteknologier: – Generelt er varmepumper veldig effektive
Ferrari-turbo
Neste pumpe er tatt flere steg videre. Den er to-trinns, med spesiallagde turboer fra leverandøren til Ferrari. Uten danskene hadde Bantle og hans folk måttet benytte seks tradisjonelle hurtiggående vifter for å oppnå samme effekt. Nå har de i stedet en turbo som drives av en likestrømsmotor på 60 kW, en for hvert trinn. I den første prototypen veier el-motor, turbo og gir til sammen 40 kg, og måler 50x40x35 cm. Turtallet kommer opp i 90.000 omdreininger per minutt. Neste generasjon turbo vil bringe vannet fra 105 til 250 grader og 3 bar i første trinn. Deretter kjøles det ned til 140 grader før det går inn i trinn 2, der det bringes opp til 6 bars trykk og 160 grader.
Protoypen som nå står i Trondheim er laget av Epcon Evaporation Technology AS. Selv om Bantle gjentatte ganger understreker at varmepumper er basert på gamle og godt kjente prosesser ligger det likevel noen hemmeligheter bak de industrielle varmepumpene.
– «Alle» kan kjøpe delene vi har brukt, og skru sammen noe slikt. Men i girkassen mellom elmotoren og turboen ligger det noen løsninger som vi holder tett om.
Om alt går etter planen skal Mars få sin varmepumpe i juni neste år. Den skal benyttes i en tørkeprosess i produksjonen. Da vil prisen ligge mellom 100 og 150 euro per installert kW. Et ordinært system ville ligget mellom 1000 og 1200, tror Bantle. Han har laget en oversikt som viser at om det var brukt skruekompressorer ville nedbetalingstiden vært 23 år, med dampvifte drøyt 13 år og med turbokompressor kun ett år.
- Sintef-forskere: WHO tar feil om helseplager og flystøy
Mer kompleks
Turbopumpen er rimelig blant annet fordi det ikke er behov for dyre kjølemidler. Her brukes kun vann. Så surrer og går alt uten smøring. Det reduserer prisen, og er mulig fordi dagens materialer, lagre og tetninger er bedre enn for bare få år siden.
Enkelte ulemper er det. Mens en kjel enkelt kan skrus av og på, krever en varmepumpe enten tilgang til overskuddsvarme, eller har behov for kjølevann. Varmepumpen må forvarmes. Sintef har utviklet et eget system, men det ønsker Bantle foreløpig å holde tett om. Den prosessen tar 45 minutter. Det er lengre tid enn det tar å starte en kjel, men samtidig tar det også en time å forvarme tørkeren, så det hele skal tidsmessig komme ut omtrent likt.
– For produksjonsansvarlig vil en varmepumpe være noe mer kompleks å integrere i produksjonen. Man bør nok ha en vill vilje til å tenke grønt. Også for Mars er dette del av et utviklingsprosjekt, sier Bantle.
- Sintef-forskere forbedret metoden: Nå blir det lettere å fange CO2 fra sementindustrien
