Et biprodukt fra alle industriprosesser, fra aluminiumsproduksjon til kjøling av datasentre, er termisk energi – altså overskuddsvarme. Dette er energi som sjeldent utnyttes. Samtidig vet vi at omtrent halvparten av verdens energibehov er i form av termisk energi. Det er med andre ord et enormt potensial i å fange og bruke overskuddsvarmen i industrien.
I SINTEF har vi ledende forskningsmiljø og laboratorier som hjelper kunder over hele verden med å finne og utvikle innovative løsninger på utnyttelse av overskuddsvarme, eller spillvarme som noen også kaller det. Utfordringen til kundene våre er ofte å få på plass teknologier og løsninger som fungerer tilstrekkelig til formålet og som samtidig er kostnadseffektive nok til at det lønner seg å fange og bruke overskuddsvarmen. Et viktig premiss for å øke effektiviteten er at varmen kan utnyttes på så høyt temperaturnivå som mulig.
I SINTEF har vi bred eksperimentell og numerisk ekspertise på alle de viktige områdene innenfor utvikling av teknologi for utnyttelse og oppgradering av overskuddsvarme. Fra teknologiutvikling og modellering av komponenter og prosesser, til eksperimentell aktivitet og industriell implementering.
Teknologier for innfanging av varme
Om man først klarer å fange overskuddsvarme er det mye som kan gjøres med den. For eksempel kan den sendes rett tilbake i industriprosessen eller brukes til oppvarming av bygningen. I SINTEF forsker vi på hvordan næringsparker eller andre steder der kraftkrevende industri ligger tett kan dele overskuddsvarme slik at de som trenger termisk energi kan kjøpe den av de som har et overskudd. Et tredje alternativ er å bruke varmen til oppvarming av nærliggende boliger, på samme måte som vi alt gjør med fjernvarme fra søppelforbrenning.
Mange prosesser trenger varme på spesifikke temperaturer, slik at den innfangede overskuddsvarmen ikke nødvendigvis kan gjenbrukes direkte. Da kan overskuddsvarmen for eksempel sendes via en varmepumpe og oppgraderes til prosessvarme. Dette reduserer energibehovet som trengs for å lage prosessvarmen betraktelig.
Vi forsker også på hvordan bruk av CO2 kan bidra til å senke klimagassutslippene fra disse varmepumpene. Ja, du leste riktig. Faktisk kan CO2 som såkalt kjølemedium bidra til å begrense 0,5 grader global oppvarming. Finn ut mer om hvordan dette fungerer i denne videoen.
Termisk lagring
Noen ganger har man behov for å lagre varmen i stedet for å bruke den med en gang den fanges. Dette kalles termisk lagring. I SINTEF jobber vi med lagring av termisk energi fra lave temperaturer med for eksempel faseendringsmaterialer, til mellomtemperaturer med akkumulatortanker og energibrønner, til høye temperaturer lagret i vanndamp.
Et eksempel på hvordan termisk lagring kan brukes er hos Nidar-fabrikken på Leangen i Tromdheim. Fabrikken har et dampbehov på drøye 3 MW som i dag produseres med en propankjele. Orkla/Nidar ønsker å gjøre denne produksjonen fossilfri gjennom å bytte til en elkjel, men dette er ikke gjennomførbart grunnet begrenset kapasitet i strømnettet i området og inn til fabrikken, noe som vil ta flere år å utvide. Vi skal nå gjøre en utredning om kombinasjonen med termisk lagring i form av en dampakkumulator kan bidra til å jevne ut lastene i strømnettet og kutte effekttoppene, og dermed tillate fossilfri dampproduksjon i anlegget.
Konvertering av overskuddsvarme til elektrisk energi
Naturlovene dikterer at gjenbruk av varme har høyere virkningsgrad (mindre tap) enn konvertering av varme til elektrisk kraft. Det er ikke dermed sagt at konvertering til elektrisk energi ikke kan lønne seg. Elektrisk energi har den betydelige fordelen av fleksibel distribusjon og universell etterspørsel. Kraftkrevende industri er i Norge ofte lokalisert langt fra hverandre, så det er vanskelig å transportere varmen effektivt imellom aktørene. Da kan vi få mer igjen for å konvertere varmeenergien til elektrisk kraft enn å ikke bruke energien i det hele tatt.
Typiske oppdrag for oss er:
- Utvikle nye konsepter for å løse konkrete problemer i industrien
- Utforme og optimalisere energieffektive systemløsninger
- Analysere, evaluere og sammenlikne alternative teknologier og konsepter
- Optimalisere og forbedre eksisterende prosesser
Metodene vi bruker:
Vi utvikler kunnskap og ny teknologi gjennom en god balanse av teoretisk forståelse, numeriske modeller og eksperimentelle undersøkelser. Vi har avanserte egenutviklede modeller for blant annet:
- Ikke-stasjonære prosesser og dynamisk systemsimulering
- Optimalisering eller analyse av driftsparametere og dellast-egenskaper
- Optimalisering av komplekse systemløsninger
- Detaljerte komponentmodeller, med særlig fokus på varmevekslerdesign
Hvem gjør vi dette for?
- Material- og metallindustri og kjemisk industri
- Olje- og gassindustri
- Skipsfart og marinteknologi
- Teknologileverandører
Relevante prosjekt:
Relevante laboratorier:
