PCM ska ta tillvara spillvärmen
Svenska industrier och fastigheter eldar fortfarande mycket för kråkorna. Det vill forskare och företag ändra på med hjälp av värmelagring i fasändringsmaterial. I laboratoriet på KTH i Stockholm startar nya experiment i höst.
Solen värmer fortfarande rejält den sensommardag då Energi & Miljö besöker KTH:s institution för energiteknik, avdelningen för kraft och värme. Längs promenaden från tunnelbanan syns klungor av studenter iklädda overaller eller vinröda kepsar. Nollningsaktiviteter pågår och snart börjar kurserna för framtidens ingenjörer.
I laboratoriet jobbar forskarna för fullt med sina experiment, för att hinna klart med så mycket som möjligt innan undervisningen drar igång. En trappa upp i tegelhuset på Brinellvägen 68 arbetar forskaren Justin Chiu med en testrigg för värmelagring i fasändringsmaterial. Målet är att visa hur spillvärme från industrier kan transporteras från en plats till en annan, exempelvis till ett fjärrvärmenät.
– 40 procent av Sveriges producerade energi används för värmning och kylning av byggnader. Samtidigt går nästan hälften av industrins producerade värme till spillo – så vi vill använda mer av den värmen! säger han.
En cirka två meter lång ståltub, försluten med kraftiga bultar i varje ände, står uppställd på en bänk. Snart kommer den att kopplas till en flödespump, mätare, dator och ett avrinningssystem, för att förhoppningsvis lämna de första resultaten om ett par månader.
Inuti värmeväxlartuben, med lagringskapaciteten 7 kWh, finns ett flertal smala tuber av rostfritt stål genom vilka vatten eller olja kan cirkulera. Utrymmet runt tuberna fylls snart med fasändringsmaterial, PCM, med känd smälttemperatur. Till att börja med sockeralkoholen erytritol som smälter vid cirka 120 ºC.
– Men vi kommer att kunna testa många olika material, även salter. Värmen som kommer in i tuben ska ligga runt 140 ºC och det som kommer ut ska hålla samma temperatur som fjärrvärmereturer, alltså 40, 50 eller 60 grader, säger Justin Chiu.
Målet för experimenten är att visa att det går att lagra så mycket värme som teorierna föreslår, och att det fungerar i 100-tals eller kanske till och med 1 000-tals cykler. Det är också viktigt att det går snabbt att lagra och plocka ut värmen.
– Vi kommer att testa energiuttaget per timme, minut eller sekund. Att få ut all energi ur den här lilla testriggen tror vi kommer att ta mellan 20 och 40 minuter, säger Justin Chiu.
En viktig poäng med testriggen är att den också är skalbar, så att det som mätningarna här visar går att räkna upp till större dimensioner och lagringskapacitet.
– I en verklig tillämpning kommer många sådana här tuber att ligga i en stor tank – i en lastbil, ett tåg eller en båt, säger professor Viktoria Martin som ansvarar för projektet ”Heat on Wheels”.
Projektets huvudfokus är en lösning för att flytta industriell spillvärme till fjärrvärmenät. Men de nyvunna kunskaperna kan även komma till användning i andra sammanhang, som i växthus eller fastigheter.
Det finns redan många etablerade PCM-tekniker runt om i världen där lagring sker exempelvis i is, snö eller vatten. Ett exempel är islager för kylning (se Energi & Miljö nr 10/2010). Det finns också projekt där värme lagras i stora vattentankar. Teknikerna fungerar ofta bra, men kräver stort utrymme. Därför är de nya lagringsmaterialen efterfrågade, eftersom de kan halvera storleken på lagret.
I Sverige är företaget Swerod med samarbetspartners det som kommersialiserat flest PCM-anläggningar. Deras senaste teknik handlar i stora drag om plaststavar fyllda med salt som ligger omgivna av vatten i en tank. Test av en fullskalig installation pågår i en träningslokal i Borås (se Energi & Miljö nr 4/2015).
Snart påbörjas ytterligare tre pilotprojekt i Katrineholm. Swerod har även märkt intresse från odlare i Skåne som skulle vilja använda spillvärme från närbelägna industrier till att värma sina växthus året om.
Företaget får också många förfrågningar från utlandet, exempelvis från Holland och Danmark som har dyr el. Nyligen sålde Swerod ett stort PCM-lager med 1 000 plaststavar till ett företag i norra Italien.
– Vi är bara i början av detta. Om man lagrade all spillvärme som skapas i Sverige skulle vi spara in nästan 20 procent av all energianvändning, säger Stig Högnäs, vd för Swerod.
– Solen ger mycket värme, så det här kan bli jättestort. Vi kan jämföra utvecklingen av PCM med värmepumparna som kom på 1980-talet. De hade det svårt i början, men 10 till 15 år senare kunde bra installationer göras. I dag är det självklara produkter. Jag ser samma möjligheter för PCM.
Text Marie Granmar, Energi & Miljö nr 9/2015 sidan 26-31
Detta är en kortad version av reportaget om PCM. Läs texten i sin helhet, och se bilder från KTH:s laboratorium, i den tryckta utgåvan av Energi & Miljö, eller genom att logga in här. (Gäller prenumeranter på Energi & Miljö samt medlemmar i EMTF.)
FAKTA: Svenska PCM-lager
Flera värmelager med fasändringsmaterial har installerats i Sverige sedan 1990-talet. Till de mest kända hör saltlager med aluminiumpåsar i biblioteket i Skövde och i Stockholms stadsmuseum, ett lager med salt i Boda Kvarn i Katrineholm samt ett lager med 1 000 saltfyllda plaststavar i en träningslokal i Borås.
Vissa lagrar enbart spillvärme från lokaler, medan andra kombinerar med värme från solfångare. En viktig drivkraft i utvecklingen av PCM-teknik är att försöka få fram lager som är så kompakta och billiga som möjligt.
FAKTA: Fasändringsmaterial
Forskning och utveckling av fasändringsmaterial runtom i världen sker huvudsakligen kring olika salter, paraffiner, sockeralkoholer, fettsyror i mikrokapslar och metallegeringar.
För lager som ska arbeta nära rumstemperatur fungerar det bra med paraffin. För tillämpningar med högre temperaturer – i industrier eller solvärmeanläggningar – lämpar sig sockeralkoholer och metallegeringar bättre. Salter erbjuder ett relativt brett temperaturspann.
Fasändringsmaterialen kan, förutom i olika sorters tankar, lagras i väggar, tak, under golv och i solskydd.
FAKTA: Nytt EU-projekt
I början av sommaren drog EU-projektet Inpath TES (Thermal Energy Storage) igång med 22 samarbetspartners – både universitet och företag. Under tre år får projektet nästan 41 miljoner kronor för att utöka kunskaperna om värmeenergilagring.
40 procent av Sveriges producerade energi används för värmning och kylning av byggnader. Samtidigt går nästan hälften av industrins producerade värme till spillo – så vi vill använda mer av den värmen!
