Snøkjøling - Funksjonsanalyse samt vurdering av energi- og effektpotensial

Abstract

Stadig strengere krav til isolasjon av nye bygg, befolkningsvekst og økte komfortkrav med hensyn på innetemperaturer har ført til et økende kjølebehov i samfunnet. Konvensjonelle kjølemaskiner drives normalt av elektrisitet som øker behovet for energi. En mindre energikrevende kjølemetode er frikjøling, som blant annet kan benyttes ved å lagre snø og is fra vinteren og bruke denne til kjøling på sommeren ved å utnytte smeltevannet. Denne teknikken har potensiale til å brukes i de fleste tempererte klimasonene i verden. Denne masteroppgaven har sett nærmere på det nyetablerte snøkjøleanlegget i forbindelse med utvidelsen av Oslo lufthavn. Det finnes kun to tilsvarende anlegg i verden på henholdsvis Sundsvall sykehus og Sapporo flyplass. Studien tar utgangspunkt i første års testdrift sommeren 2016 og skal kunne bidra til å dekke spisslastbehovet for kjøling til den utvidede terminalen fra sommeren 2017. Beregningene utført i forbindelse med denne analysen er hentet fra loggedataene fra måleinstrumentene som det var antatt hadde størst potensiale til å evaluere første års drift av anlegget. Det ble anslått at det etter tildekkingsfasen var rundt 30000m3 snø i bassenget som tilsvarer 2000 MWh med lagret kjøleenergi i snødeponiet. Resultatene fra kjøleleveransen ved første års drift var et sted mellom 427 og 809 MWh avhengig av om man leste av energimåleren eller beregnet dette ved hjelp av den innsamlede datamengden. Dette gav en totalvirkningsgrad på enten 7,3 eller 13,9 avhengig av hvilken energimengde som ble brukt og et systemtap på henholdsvis 79% eller 60%. Det enkleste tiltaket for å redusere tapet i systemet vil være å tappe overskuddsvann i anlegget fra returvannet fremfor å tappe kaldt smeltevann rett fra bassenget slik det ble gjort sommeren 2016. Dette kan redusere energitapet med nesten 200 MWh i året. Det store avviket mellom avlest og beregnet verdi bør undersøkes nærmere, spesielt fordi anlegget styres etter verdiene fra loggedataene. Det kan vurderes å bytte ut temperaturfølerne før og etter veksleren med noen som har høyere nøyaktighet enn de som er installert i dag. Det kan kanskje føre til bedre regulering av systemet. LCOE for anlegget ble beregnet til å være 2,79 kr/kWh som må ansees å være høyt. Dette kan hovedsakelig tilskrives høye investeringskostnader som hovedsakelig ble drevet opp av merkostnadene forbundet med anleggsarbeid på en operativ flyplass og en lang overføringsledning mellom snølager og fjernkjølenettet som skal betjenes. Anlegget vil i løpet av levetiden produsere nesten 17 GWh mer fornybar kjøling enn hva konvensjonelle kjølemaskiner ville kunne gjort og vil med det bidra til å redusere CO2 avtrykket til OSL. De tilegnede erfaringene som følge av opprettelsen av en snøkjøleanlegg på OSL kan bidra til å realisere tilsvarende anlegge andre steder. Noen mulige lokasjoner som kan ha potensiale for å utnytte denne teknologien er flyplasser, industriområder, sykehus, datasentraler eller andre anlegg med snødeponier i nærheten av områder med store kjølebehov.

Increasingly stringent requirements for isolation of new buildings, population growth and increased comfort requirements for indoor temperatures have led to increasing cooling needs in society. Conventional refrigerators are normally powered by electricity that increases the need for energy. An alternative technique that uses significantly less energy is to store snow and ice during the winter and use this for cooling in the summer. This technique has the potential to be used in most temperate climate zones in the world. This master thesis has looked into the newly created snow storage plant, which has been built in connection with the expansion of Oslo Airport. There are only two similar in the world, at Sundsvall Hospital and Sapporo Airport respectively. The study is based on the first year of testing that took place in the summer of 2016 and will be able to help meet the peak demand for cooling at the newly opened terminal from the summer of 2017. The calculations carried out in connection with this analysis are derived from the logging data from the measuring instruments which were assumed to have the greatest potential to evaluate the first year's operation of the plant. It was estimated that after the cover phase there were about 30000m3 of snow in the pool which corresponds to about 2000 MWh of stored cooling energy in the snow storage. The results of cooling delivery at the first year of operation were somewhere between 427 and 809 MWh, depending on whether the energy meter was read or calculated using the collected data. This gave a total efficiency of either 7.3 or 13.9 depending on the amount of energy used and a system loss of 79% or 60% respectively. The easiest measure to reduce the loss in the system will be to drain excess water in the plant from the return water rather than drain cold melt water straight from the pool which was done during the summer of 2016. This can reduce the energy loss by nearly 200 MWh a year. The major discrepancy between reading and calculated value should be explored further, especially because the plant is controlled according to the values from the logging data. It may be considered to replace the temperature sensors before and after the exchanger with sensors that has higher accuracy than those installed today. This may lead to better system control. The LCOE for the plant was estimated to be 2.79 NOK/kWh which must be considered to be high. This is mainly attributable to high investment costs, mainly driven by additional costs associated with construction work at an operating airport. During the lifetime of the plant it will produce almost 17 GWh more renewable cooling than conventional cooling application could do and will help reduce the CO2 emissions footprint of OSL. The acquired experience as a result of the creation of a snow cooling plant on OSL can help to realize similar systems to be established elsewhere. Some potential locations that could exploit this technology are airports, industrial areas, hospitals, data centers or at snow landfills near areas with high cooling needs.