Varmebaserte løsninger til snøsmelting på flyplass

Abstract

Snøfjerning på flyplasser i dag foregår med en kombinasjon av mekanisk snøfjerning og kjemisk nedsmelting. Denne oppgaven undersøker noen alternativer for snøsmelting på en rullebane ved å tilføre varme til rullebanen gjennom vannrør. Alternativene benytter ulike kombinasjoner av teknologier for energiproduksjon og lagring for å kunne gjennomføre oppgaven. Alternativ 1 benytter solceller og varmepumpe for å tilføre energi til et borehullslager. Dette alternativet ble tidlig kuttet fra videre utregninger, grunnet et temperaturløft som vil være vanskelig eller umulig å gjennomføre for en varmepumpe uten store ytelsestap. Alternativ 2 benytter et solcelleanlegg direkte til å tilføre energi til et borehullslager. For å kunne levere tilstrekkelig energi ble det regnet ut at lageret må fylles med 34 GW h, som tilsvarer 6,8 ∗ 106 [m3 ] ved en temperaturdifferanse på 10 [K]. Da vil lageret med formen som ble valgt ha en gjenvinningsgrad på 0,50. Lageret vil i dette tilfellet kreve en temperatur på over 100 [°C] når det tilføres energi. Ved å øke lagerets volum og redusere den indre temperaturdifferansen kan dette motvirkes slik at lageret kan operere under vannets kokepunkt. Alternativet vil kreve et solcelleareal på enten 2,0 ∗ 105 eller 2,3 ∗ 105 [m2 ], avhengig av om det kompenserer for solcellenes effektivitetsreduksjon. Alternativ 3 benytter et vannfylt tønnelager som får tilført energi fra et solcelleanlegg. Det ble regnet ut en nødvendig lagerstørrelse på 7,1∗105 [m3 ]. Ved å fylle dette lageret med 25 [GW h] og tillate 33 % tap, vil det kreve en isolasjonstykkelse på 3,5 [m] rundt tønnene. Alternativet vil kreve et solcelleareal på enten 1,5 ∗ 105 [m2 ] eller 1,6 ∗ 105 [m2 ], avhengig av om det kompenserer for solcellenes effektivitetsreduksjon. Alternativ 4 benytter et vannfylt tønnelager som får tilført energi fra en turbin som forbrenner oljer og gasser fra en mikrobølgeassistert pyrolysør (MAP). Bruken av MAP og turbin gjør at den nødvendige lagerstørrelsen reduseres i forhold til alternativ 3. Ved bruk av 5 MAPer som til sammen leverer 7,2 [MW] effekt, vil den nødvendige lagerstørrelsen bli 1.6 ∗ 105 [m3 ]. Ved å fylle lageret med 25 [GW h] og tillate 33 % tap, blir den nødvendige isolasjonstykkelsen rundt tønnene 0,3 [m]. Alternativet vil kreve 10300 [tonn] råstoff hvert år, ved bruk av biomasse. MAPprosessen vil også produsere 2000 [tonn] fast karbon som biprodukt hvert år. For alle alternativene som ble undersøkt i oppgaven er det problemer knyttet til temperaturen som kreves i vannet som føres til rullebanen. Dette begrenser teknologiene til å operere i temperaturområdet 70 − 100 °C. Dette fører til lite spillerom for den indre temperaturdifferansen i lagrene, som må kompenseres med økt volum for å øke lagerkapasiteten. I tillegg fører det til generelt høye tap ut av lagrene. For at disse løsningene skal være gode løsninger for snøsmelting på en flyplass, bør det først finnes ut hvor nær overflaten i rullebanen det er forsvarlig å legge vannførende rør. Dersom et rullebanedekke kan utvikles som både har lav avstand til rørene og en høyere varmeledningsevne enn vanlig asfalt, vil disse løsningene kunne bli drastisk forbedret.