En typisk bedrift i næringsmiddelindustrien har både et kjøle- og varmebehov – og dermed et stort potensial til å redusere energiforbruk og driftskostnader, skriver Carriers prosjektutviklere Silje Marie Smitt og Steffen Holanger.
NTB | Carrier
Slik kan energikostnadene kuttes
FAGARTIKKEL. En fellesnevner for alle industribedrifter i Norge er at de trenger energi i en eller annen form. Dette kan være til transport, lagring eller foredling. Noen bedrifter har et varmeoverskudd og har muligheten til å gjenbruke denne varme andre steder i lokalene sine eller i interne prosesser. Andre bedrifter har varmeoverskudd som kan selges til aktører i nærområdet.
Store gevinster med CO2-anlegg
En typisk bedrift i næringsmiddelindustrien har både et kjøle- og varmebehov – og dermed et stort potensial til å redusere både energiforbruk og driftskostnader. Dette kan gjøres ved å ta i bruk kombinerte CO2-varmepumpe- og kjøleanlegg som kan dekke et temperaturspenn fra -40 °C til + 80 °C. Dermed gjenvinnes varme fra kuldeprosesser og oppgraderes til temperaturer hvor de kan brukes effektivt i industriprosesser. På grunn av sine unike egenskaper er CO2-anlegg spesielt effektive til å varme opp vann ved store temperaturløft. Gevinsten er derfor enda større ved å investere i et CO2-anlegg dersom bedriften har store varmtvannsbehov. Det er også mulig å levere høyere temperaturer enn 80 °C dersom prosessen tilpasses.
Dersom en bedrift kun har behov for varme, er det mulig å utnytte energikilder for å øke effektiviteten på systemet:
FIGUR 1: Kretsløpet for næringskjeden fra jord til munn viser at de fleste prosesser trenger kjøling.
Luft/luft varmepumpe ved a) avkastlufta på ventilasjonsanlegget og b) plassere fordampere ute som henter varme fra luft/omgivelsene.
Vann/vann-varmepumpe (hente varme fra jorda ved hjelp av brønnkollektorer).
FIGUR 2: Viser hvilken temperatur man typisk kan utnytte i anlegg med ulike kuldemedier. 
Sammenligning av kostnader
Dellastegenskapene til CO2-systemer er svært gode ettersom aggregatene som standard blir levert med flere kompressorer. Dermed vil ikke et frafall av en kompressor påvirker effektiviteten i like stor grad som ved bruk av skruekompressorer, som eksempelvis er veldig vanlig i ammoniakk-anlegg. I slike anlegg har dellastdrift en høyere grad av negativ påvirkning på effektivitet grunnet færre og større kompressorer.
CO2-anlegg har derfor svært høy redundans: Om en kompressor skulle være ute av drift er det fortsatt høy kapasitet på anlegget ettersom det er flere kompressorer i systemet.
Det er ingen kuldemedieavgift på CO2 og dermed er kostnaden ved en kuldemedielekkasje veldig lave sammenlignet med andre medier. Dette motsetter seg mange av dagens anlegg hvor freonmedier som R-507, R404A, R134A, fortsatt er i bruk.
CO2-anlegg har lavere drifts- og servicekostnader enn freonanlegg. I tillegg risikerer man ikke fremtidig reguleringer og avgifter fra myndighetene, ettersom CO2 er et naturlig og miljøvennlig medium.
For små og mellomstore anlegg utgjør CO2-anlegg en rimeligere investering enn ammoniakkanlegg.
For større anlegg er CO2 og ammoniakk relativt like i investering, avhengig av utforming og utnyttelse.
Standard komponenter brukes i CO2-anlegg, hvilket gjør komponenter relativt enkelt og rimelig å anskaffe. I tillegg er serviceutgifter i CO2-anlegg lavere sammenlignet med andre kuldemedier, ettersom de fleste teknikker kan arbeide med slike systemer. Eksempelvis er servicearbeid på CO2-annlegg mye billigere enn for eksempel et ammoniakkanlegg grunnet høye sikkerhetskrav.
Kompetanse og holdninger
Det er nødvendig å heve kompetansen hos bedriftseiere og konsulenter rundt applikasjoner og mulighetene med CO2. I tillegg er en holdningsendring nødvendig for å få flere til å investere i mer fremtidsrettet system som utnytter overskuddsenergi på best mulig måte. I dag benytter en stor del av næringsmiddelindustrien freon- og ammoniakkanlegg, hvor varmegjenvinning i liten grad er implementert.
Best mulig utnyttelse
Hvorfor er CO2 varmepumper så effektive i industri- og næringsbygg? Det spesielle med en varmepumpe er at den utnytter energien som finnes gratis i omgivelsene i kombinasjon med litt tilført elektrisitet. Prinsippet bak varmepumpeteknologi er å transportere varme, fra f.eks. luft, sjø eller jord, fra et lavere til et høyere temperaturnivå. Dette blir gjort ved hjelp av et arbeidsmedium i et lukket system. De siste ti årene har det blitt veldig vanlig å bruke naturlige arbeidsmedium i varmepumper som CO2 og propan. Naturlige arbeidsmedier skiller seg ut fra tradisjonelle HFK-gassene, som kan være svært skadelig for miljøet og ozonlaget. Som et eksempel har den mye bruke HFK-gassen R-507A et globalt oppvarmingspotensial (GWP) som er 3 900 ganger større enn ved bruk av ren CO2. Dermed kan en bygning faktisk redusere fotavtrykket ved å velge et varmepumpesystem som bruker miljøvennlige og naturlige arbeidsmedier.
Veldig forenklet er en varmepumpe en maskin som omdanner energi som er rundt oss til varme vi kan bruke. Det geniale er at varmepumpen avgir mer energi til oppvarming eller kjøling enn den selv bruker. En varmepumpe leverer typisk mellom 3 og 5 kWh varmeenergi for hver 1 kWh med tilført energi (elektrisitet). Dermed har slike systemer en effektivitet på mellom 300 % og 500 %, på fagspråket tilsvarende en effektfaktor på 3 til 5.
Så mye kan du spare
Her er et eksempel på innsparingsmulighetene:
I industribedriften Matkameratene AS har de i dag et kjøle- og fryselager (200 kW kuldebehov) som driftes av et freonanlegg uten varmegjenvinning. Bedriften har også store behov for spylevann i renseprosesser. I tillegg har bedriften behov for oppvarming av kontor og lagerlokaler. Matkameratene AS har en driftstid på 16 timer i døgnet. Bedriften bruker 20.000 liter vann i døgnet på 90°C fordelt likt utover driftstiden på 16 timer. Matkameratene AS trenger 50 kW til ventilasjonsoppvarming i snitt under drift halvparten av året.
Matkameratene AS har en nabobedrift, Absolutt Godt AS, som har flyttet inn like ved. Denne bedriften trenger 50 kW-100 kW varme til produksjon og oppvarming av sine lokaler. Matkameratene AS inngår en avtale om å selge sin overskuddsenergi til naboen til en energipris de begge er fornøyde med.
For enkelthets skyld kan man sette opp følgende opplysninger i en illustrasjon basert på opplysningene over:
FIGUR 3: Viser energiflyten i systemet hos Matkameratene AS.
Med en energipris på 0,8 kr/kWh sparer Matkameratene AS i dette eksemplet 700.000 kr/årlig kun for sitt eget energibehov til romoppvarming og forbruksvann. I tillegg tjener de 190.000 kr/årlig for energien de selger til naboen.
Gevinsten fra effektreduksjon er ikke tatt hensyn til i dette eksemplet, men vil utgjøre en god del dersom man skal se på helhetsbildet i et økonomisk driftsperspektiv. Det er heller ikke hensyntatt at CO2-kjøleanlegg har en bedre energieffektivitet enn freon-kjøleanlegg. Dette vil kunne medføre en reduksjon i tilført kompressorenergi på opp mot 20 %.
Til slutt er det nødvendig å vurdere vedlikeholdskostnader. CO2-anlegg har relativt lave driftskostnader sammenlignet med andre industrianlegg, som for eksempel ammoniakkanlegg. Sammenlignet med et freonanlegg er det mulig å spare store kostnader i forbindelse med F-gasskontroll og påfylling ved en eventuell kuldemedielekkasje.
Bedrifter som har store effektforbruk, kan redusere kostandene ytterligere ved å benytte termisk energilagring. Akkumulering av energi i form av varme og kulde kan være aktuelt for å kunne nyttiggjøre seg av gunstige strømpriser i visse tidsrom. Dette vil også kunne redusere størrelsen på kjøleanlegget/varmepumpen, hvilket vil redusere investeringskostnader og øke lønnsomheten til system.
I dette eksemplet ble det gjort en del forenklinger, men det viktige å illustrere potensialet i systemet for den enkelte bedrift.
Carrier er Norges største kuldetekniske foretak og har 110 ansatte fordelt på ni kontorer. Selskapet har levert over tusen CO2-anlegg. Carrier tilhører det amerikanske selskapet Carrier Global AS.