Nya supermikroskopet tar vara på värmen
Den planerade forskningsanläggningen ESS utanför Lund ska ta till vara minst 60 procent av spillvärmen från de energikrävande maskinerna. Mycket av värmeväxlingen kommer att ske direkt, utan värmepumpar, vilket minskar elanvändningen.
Den nya 600 meter långa acceleratorn vid European Spallation Source, ESS, utanför Lund ska sätta fart på protoner upp till nära ljusets hastighet. När protonerna krockar med olika material avslöjas strukturer på atomnivå och det går att se partiklar som är 10 000 gånger tunnare än ett hårstrå, som i ett supermikroskop. Det är intressant för forskare som vill utveckla nya material, mediciner och energilösningar till exempel.
En så här avancerad process blir förstås väldigt energikrävande och därför vill de ansvariga göra anläggningen så energieffektiv som möjligt. Bland annat ska minst 60 procent av spillvärmen tas till vara. Det är tänkt att i högsta möjliga grad ske med värmeväxling direkt från de delar av acceleratorn som alstrar värme, utan värmepumpar.
– Vi kommer att ha en vattenbaserad kylloop på 90 grader Celsius, en på 30 till 40 grader och en på fem till 10 grader. Svårast blir att ta vara på värmen vid 30-40 grader, så den ska vi så mycket som möjligt använda för att värma byggnaden, säger Thomas Parker, energichef på ESS.
Vill skapa kyla med värme
En lång rad av så kallade klystroner, i form av cirka två meter höga rör, sitter utplacerade längs hela acceleratorn. De förstärker radiovågor i acceleratorn som ger protonerna skjuts framåt mot målet. Raden av klystroner är den del i anläggningen som avger högst temperatur – runt 90 grader.
– De behöver kylas och vi undersöker möjligheten att skapa kyla med värme. Leverantören säger att klystronerna inte går att kyla direkt från högre temperaturer än 80 grader, men vi har undersökt saken här på Oak Ridge National Laboratory i USA där jag jobbar just nu. Det visade sig att det visst fungerar, så vi har fått råg i ryggen.
De andra mest energislukande delarna av anläggningen blir kryosystemet, där helium ska hållas flytande vid en temperatur på två Kelvin (- 271 grader Celsius), samt kylningen av övriga kringsystem. Kryosystemet behövs till de supraledande elektromagneterna som ska få protonerna att accelerera till nära ljusets hastighet.
Hela ESS-projektet är fortfarande i designfasen. Det mesta kommer att byggas med beprövad teknik, men i ny design. Inriktningen att återvinna så mycket energi som möjligt är världsunik bland forskningsanläggningar av det här slaget.
– När det gäller att återvinna energi i acceleratoranläggningar, så är det nog bara Cern som börjat tänka i de banorna. Det vanligaste är att släppa ut värmen i kyltorn, säger Thomas Parker.
”Ett oändligt projekt”
Nyligen utsågs en byggchef för ESS, som ska se till att acceleratorbyggnaden och alla intilliggande hus får den funktion och det utseende som önskas. Kent Hedin, tidigare chef för processutveckling hos NCC i Malmö, har just börjat sätta sig in i den nya utmaningen.
– Projektet är spännande eftersom så mycket ligger nära vad som är tekniskt möjligt att göra i dag. Det är ett nästan oändligt projekt. Förutom hus för 22 olika instrument ska vi bygga kontor och laboratorier för en lång rad olika forskningsfält, säger Kent Hedin.
Eftersom acceleratorn genererar joniserande strålning blir det viktigt att ventilationen i den byggnaden kan ta hand om radioaktivitet i luften. Beroende på laboratoriernas krav kan det också bli aktuellt med renrum i olika klasser. Partikelmätning av luften kommer troligen att bli inbyggt i systemet. Men hela projektet är fortfarande i ritningsfasen, så inga detaljer är klara.
Värme till 10 000 villor
En viktig del i ESS energibesparing blir avsättningen av så mycket som möjligt av spillvärmen direkt till fjärrvärmenätet, utan värmepumpar. Samtidigt kommer anläggningen förstås att kräva en hel del tillförd energi för sin drift – 250 gigawattimmar årligen enligt de senaste kalkylerna.
ESS, som är planerat att invigas år 2019, har därför inlett ett samarbete med Lunds Energikoncernen och Eon om förprojektering. Lunds Energi skulle kunna värma 10 000 villor med spillvärme från ESS. Eon vill hitta nya användningsområden för fjärrvärme, till exempel för att driva vitvaror.
För att täcka det ökade behovet av el vill ESS bygga en ny vindkraftpark med 40 till 50 verk och en sammanlagd effekt om maximalt 125 megawatt. I kombination med vattenkraft hoppas forskningsanläggningen på så vis kunna täcka sitt elbehov helt och hållet med förnybar el. Det är dock ännu inte klart vem som ska finansiera bygget av vindkraftparken, som beräknas kosta uppemot 1,9 miljarder kronor.
Om allt faller på plats räknar ESS med att spara in 165 000 ton koldioxidutsläpp årligen jämfört med en liknande, traditionell forskningsanläggning.
– Efter de tre första åren i full drift kommer vi faktiskt till och med att bli en koldioxidsänka, eftersom vi återvinner så mycket av värmen som alstras av förnybar el, säger Thomas Parker.
Av Marie Granmar, Energi & Miljö nr 8/2011 sid 22-23
