2 Generel BAT-tilgang for industrielle kølesystemer

I adskillige industrielle processer skal overskudsvarme, også kaldet spildvarme, fjernes ved hjælp af køling. Driften af disse kølesystemer har visse miljøkonsekvenser. Niveau og karakter af miljøpåvirkningerne varierer afhængigt af køleprincippet og måden disse systemer drives på. For at minimere denne påvirkning kan anvendes tiltag, som har til formål at forebygge miljøpåvirkning ved en systematisk stillingtagen til de forskellige krav til kølesystemet.

Ved vurdering af BAT bør der tages hensyn til køling som en integreret del af den overordnede energiledelse af en industriel proces. Intentionen bør være at genbruge overskudsvarme fra én proces i andre dele af den samme proces eller i forskellige processer på stedet for at minimere behovet for udledning af spildvarme til miljøet. Dette vil påvirke den overordnede energieffektivitet af en proces og reducere krav til køling, for systemet kræver kapacitet til dets operationelle behov. Optimering af energieffektivitet er imidlertid en kompleks opgave og anses som meget processpecifik og som sådan uden for rammerne af denne orientering. Selvom der ikke er mulighed for genbrug på stedet, behøver dette ikke automatisk at medføre udledning af varme til miljøet. I stedet kan muligheder for genbrug til industriel eller civil anvendelse uden for virksomheden overvejes. I sidste ende, hvis mulighederne for genbrug af varme ikke kan udnyttes yderligere, skal udledning af overskudsvarme til miljøet overvejes.

Så snart det er vurderet, hvor meget varme der skal fjernes, kan man foretage en første udvælgelse af et passende kølesystem. Mange miljøpåvirkninger fra kølesystemets drift kan påvirkes af korrekt design og valget af de rigtige materialer, under hensyntagen til proceskrav og lokale aspekter. Det antages, at 80% af kølesystemets ydeevne allerede er bestemt på tegnebordet og 20% ved den måde kølesystemet drives på (den såkaldte 80/20 regel). Mange forskellige faktorer skal afvejes i vurderingen af, hvad der er BAT (Best Available Techniques) for at reducere miljøpåvirkningen fra køling. Det er vigtigt at erkende, at et kølesystem er hjælpeudstyr, men at det samtidig er en væsentlig og integreret del af en industriel proces, og at hver ændring i køleprocessen eventuelt kan påvirke udførelsen af den industrielle proces eller fremstillingsproces, som skal nedkøles.

Vurderingen af forbrug og udledning fra kølesystemer, sammenholdt med beslutningen om hvilken køleteknik der skal anvendes, skal derfor ske i lyset af anlæggets totale miljøpræstation og de krav, der stilles til processen, der skal nedkøles, og i sidste instans afvejet mod omkostningerne. Niveauet af den krævede køling er processpecifik. Hvor nogle processer kan tolerere en bestemt midlertidig stigning i procestemperatur, kan andre mere temperaturfølsomme processer ikke, da dette vil medføre en stor negativ påvirkning af miljøpræstationen for hele produktionen.

I IPPC-direktivet, der er implementeret i de danske regler om kap. 5 godkendelse af liste-virksomheder, fastsættes, at virksomhedernes miljøpræstation skal forbedres ved anvendelsen af BAT. Spørgsmålet er, om og hvordan BAT for kølesystemer kan bestemmes generelt, når den endelige afgørelse af, hvad der er bedst, unægteligt er et lokalt spørgsmål, hvor de specifikke krav fra proces, miljø og økonomi skal afvejes. For at strukturere og til en vis grad forenkle den komplicerede proces det er at bestemme BAT, følger denne orientering den fremgangsmåde, der er beskrevet ovenfor og præsenteret i Figur 2.1. Anvendelsen af denne fremgangsmåde vil føre frem til en afvejet beslutning om anvendelsen af et kølesystem samt optimering af dets drift baseret på BAT og være gældende for både nye og eksisterende anlæg.

BAT-tilgangen består af følgende trin, som sigter mod at reducere emissioner og minimere miljøpåvirkning:

• Reduktion af endeligt niveau af produceret spildvarme, inklusive overvejelser om mulighed for genbrug

• Definition af proceskrav

• Betragtninger vedrørende generelle stedforhold

• Vurdering af miljøkrav

- mulighed for minimering af ressourceforbrug

- mulighed for reduktion af emissioner

• Udvikling af systemdrift (vedligeholdelse, overvågning og risikoforebyggelse)

• Økonomiske krav

I Figur 2.1. er BAT-tilgangen vist skematisk, og figuren viser de mest relevante faktorer, der indgår i bestemmelsen af BAT til industrielle kølesystemer. Af hensyn til overskueligheden er ikke alle forbindelser mellem forskellige køleaspekter medtaget i skemaet. For eksempel er der en forbindelse mellem støjdæmpningstiltag og reduktion af specifikt, direkte energiforbrug; og den opnåelige minimum sluttemperatur af et kølesystem er begrænset af lokale klimaforhold.

I det følgende vil BAT-tilgangen blive diskuteret yderligere i lyset af generelle principper for drift af industrielle kølesystemer. I sagens natur kan denne optimering ikke være en præcis matematisk sammenligning af forskellige løsninger. Optimeringsprocessen indebærer en lignende udfordring for alle miljøbalancer, da den kræver en sammenligning af forskellige miljøpåvirkninger og en beslutning om, hvilken der er den mindst alvorlige eller den mest acceptable. Alligevel sigter den foreslåede BAT-tilgang imod at skaffe væsentlig information om betydningen af forskellige løsninger for miljøet, om omkostninger og risiko samt om de faktorer, der har indflydelse på disse. Baseret på denne information kan en beslutning træffes, som meget bedre kan retfærdiggøres, end hvis man kun fokuserer på at optimere en enkelt faktor (f.eks. vandindtag, energiforbrug, dampfane eller støj, osv.). Der vil blive givet indikative eksempler på, i hvilken retning ændringerne går i stedet for specificering af bestemte emissioner og reduktioner. Hvor det er nødvendigt, er der angivet data eller henvist til BREF-dokumentet, men for de fleste involverede faktorer er data for ressourceforbrug og emissioner fra kølesystemet enten begrænsede eller for specifikke til at være generelt anvendelige. Sammenfattende bygger vurderingen af et kølesystem med afvejning af de forskellige faktorer på følgende punkter:

• proceskrav fra den proces, der skal nedkøles, har forrang over tiltag for reduktion af miljøpåvirkning fra kølesystemet,

• anvendelse af BAT-tilgangen sigter ikke mod en diskvalifikation af nogen af de konfigurationer, der er beskrevet i kapitel 2,

• BAT-tilgangen giver større frihed til optimering og forebyggelse af emissioner i designfasen af nye installationer, men for eksisterende installationer bør designændringer også overvejes.

• derfor forventes det for eksisterende anlæg, at BAT-tilgangen vil starte senere i figurens vurderingstrin,

• en yderligere skelnen kan foretages mellem de store specialfremstillede kølesystemer og de mindre systemer (seriefremstillede) med hensyn til grad af miljøpåvirkning,

• optimering bør ses som udnyttelse af designmuligheder, anvendelse af reduktionsteknikker og god driftspraksis,

• reduktionen i emissioner efter indførelse af BAT-tilgangen er ikke forudsigelig, men afhænger af de krav, man stiller til kølesystemet,

• BAT-tilgangen sigter imod drift af kølesystemet ved en afvejning af proceskrav og lokale miljømål,

Figur 2.1 Analysestruktur som viser de faktorer, der indgår i bestemmelsen af BAT til udledning af spildvarme med henvisning til relevante kapitler og afsnit i nærværende orientering.

2.1 Kilder til varme, varmeniveauer og anvendelsesområder

Alle industrielle processer, som bruger energi, omdanner forskellige former for energi (mekanisk, kemisk, elektrisk osv.) til varme og støj. Afhængigt af processen kan denne varme ikke altid genvindes og/eller genbruges, men skal fjernes fra processen ved køling. Mængden af ikke-genanvendelig varme kan kaldes for spildvarme, og den skal overføres til omgivelserne. Nedenfor er nævnt et antal processer med en specifik høj produktion af spildvarme og et stort behov for køling. I mange processer findes forskellige kilder til spildvarme og på forskellige niveauer: høj (over 60⁰C), medium (25 - 60⁰C), og lav (10 - 25⁰C). Forskellige processer med specifikke krav kan findes inden for det samme produktionssted. Store kølesystemer bruges ved store forbrændingsanlæg (kraftværker), i den kemiske industri, raffinaderier, jern og stålindustrien, fødevareindustrien, papirvareindustrien, forbrændingsanlæg og i glasindustrien.

Inden for den samme proces anvendes køling til forskellige formål såsom køling af processtoffer i en varmeveksler, af pumper og kompressorer, af vakuumsystemer og af dampeturbinekondensatorer. Der kan skelnes mellem følgende hovedkilder til spildvarme med tilhørende spildvarmeniveauer:

• Friktion - er defineret som transformation af mekanisk energi til varme. Kølesystemer til disse processer plejer at være indirekte systemer med olie som primært kølemiddel. Da olie er brugt som kølemiddel, er kølesystemet følsomt overfor høje temperaturer. Spildvarmens gennemsnitlige temperatur er derfor på medium niveau.

• Forbrænding - transformation af kemisk energi ved oxidering til varme. Spildvarmeniveauet ved forbrændingsprocesser er variabelt.

• Eksoterme processer (kemisk) - mange kemiske processer er eksoterme: Kemisk energi er transformeret til varme uden nogen form for forbrænding. Eksoterme processer er ofte meget følsomme overfor virkningsgraden af varmefjernelse. Temperaturniveauet af spildvarme er medium til højt, afhængigt af processen.

• Kompression - kompression af gas medfører generering af varme. Denne varme skal typisk fjernes som spildvarme på et medium til højt temperaturniveau.

• Kondensering - (termodynamiske cykler) - mange processer er baseret på termodynamiske cyklus principper. En væske fordamper, optager energi og bliver efterfølgende kondenseret under omdannelse af overskudsenergi til varme. Termodynamiske systemer er meget temperaturfølsomme, og temperaturniveauet er medium til lavt.

Spildvarmeniveauet er en vigtig faktor, som skal tages i betragtning, når man vælger et industrielt kølesystem. Tabel 2.1 viser temperaturintervallet af det medie, der skal nedkøles, og de bedst egnede kølesystemer. Jo lavere spildvarmeniveau, jo sværere er det at køle med tørluft-systemer. I praksis anvendes luftkøling i Danmark til procestemperaturer over 30 - 45⁰C. Varmeniveauer over 100 ⁰C bliver generelt for-kølet med tør luft, hvis der ikke er tilgængelige muligheder for genvinding og genanvendelse. Fordampningskøling bliver ofte brugt til at nedkøle processtrømme med medium og lave temperaturer. Ved lave temperaturer bruges også systemer med ét gennemløb, især hvor der kræves stor kølekapacitet.

Intervallerne bør ikke betragtes som faste, når man skal vælge kølesystem. Temperaturerne er f.eks. i høj grad afhængige af de lokale forhold (klima og kølemiddeltemperatur), og den eventuelle anvendelse af systemet vil variere herefter. Derfor bruges systemer med ét gennemløb også ved højere temperaturniveauer under forudsætning af, at tilladte udledningstemperaturer til recipienten ikke bliver overskredet. For de processer, der skal være i drift året rundt under skiftende klimaforhold, kan det også være nødvendigt at bruge en kombination af forskellige kølesystemer.

2.2 Køleniveau og indflydelse på proceseffektivitet

2.2.1 Temperaturfølsomme anvendelser

Mange kemiske og industrielle processer er temperaturkritiske. Processens virkningsgrad er følsom overfor temperatur og/eller tryk og er derfor forbundet med virkningsgraden af at fjerne spildvarmen. Eksempler på temperaturkritiske anvendelser er:

Integreret forebyggelse af forurening betyder, at ved udvælgelsen af bedste tilgængelige køleteknik og anvendelse af teknikker, behandlinger eller måder at fungere på bør der ikke kun tages hensyn til de direkte miljøpåvirkninger af de forskellige kølesystemer, men også de indirekte miljøpåvirkninger på grund af varierende virkningsgrad af de forskellige processer. Det skal besluttes på lokalt niveau, om dette skal forfølges ved at fokusere på kølesystemet i stedet for produktionsprocessen. En stigning af de indirekte påvirkninger kan være væsentligt højere end et fald i de direkte påvirkninger fra det udvalgte kølesystem.

Hvordan udvælgelsen af et kølesystem kan påvirke præstationen (ydelse, virkningsgrad, miljøpåvirkning etc.) er godt illustreret i BREF-dokumentet (afsnit 1.2).

2.2.2 Ikke følsomme processer

Andre processer er mindre temperaturfølsomme. Virkningsgraden af disse processer er mindre afhængige af temperatur eller tryk. For disse processer skal der fokuseres på det mest økonomiske og miljørigtige kølesystem til afledning af den resterende spildvarme, efter at alle potentielle muligheder for genanvendelse er blevet udnyttet.

2.3 Optimering af primærprocessen og genbrug af varme

Optimering af den overordnede energivirkningsgrad af primærprocessen vil ikke blive behandlet i dybden i dette dokument. Jævnfør den forebyggende BAT-tilgang bør denne optimering imidlertid ske, før det overvejes at bortskaffe spildvarmen. Dvs. behovet for varmeudledning skal minimeres, hvilket samtidigt vil påvirke konfigurationen og størrelsen af det krævede kølesystem. Kølesystemet medfører ikke nødvendigvis udledning til miljøet, da denne energi også kan genvindes.

2.3.1 Optimering af primærprocessen

Optimering af primærprocessen kan reducere de overordnede miljøpåvirkninger markant. Energiproduktion er kilde til meget af den ikke-genanvendelige varme, som skal fjernes ved hjælp af kølesystemer. Afhængigt af virkningsgraden overføres op til 60% af brændselsenergien til spildvarme. Hvis virkningsgraden af den energiproducerende proces stiger, kan miljøpåvirkningerne reduceres, og kølesystemet spiller her en afgørende rolle. Dette princip kan også anvendes i andre industrielle sektorer og samtidig reducere energiomkostninger, udledning af spildvarme til miljøet samt emissioner til luft (CO₂). Generelt, jo højere varmeniveau, des nemmere genanvendelse.

I stedet for kun at bruge kølevand eller luft er det almindeligt på raffinaderier at forvarme brændsel ved at bruge en kold, indgående kulbrintestrøm til at nedkøle en varm raffineret strøm, der forlader enheden. Som følge heraf er der et reduceret behov for at forvarme det (kolde) uforarbejdede brændsel og et lavere krav til kølevand. Afhængigt af processen kan antallet af kolde strømme begrænses, og et vist behov for kølevand eller luft vil være tilbage.

Co-produktion eller kombineret kraftvarmeproduktion anvendes i stort omfang i den danske energiproduktion og også i andre dele af industrien (f.eks. papirindustri og (petro-)kemisk industri). Hvor der er behov for begge former for energi, kan deres generering kombineres. Dette sparer energi, reducerer CO₂og SO₂ emissioner og kræver næsten ikke nogen køling, hvorved behovet for (store) kølesystemer undgås.

2.3.2 Brug af spildvarme uden for virksomheden

Hvis optimeringen af den spildvarmeproducerende proces ikke medfører en yderligere reduktion i spildvarme, skal BAT-tilgangen bruges til at vurdere, om der kan findes en mulighed for genvinding af spildvarmen. Dette spørgsmål er uden for rammerne af IPPC, da det relaterer sig til god miljø/energiledelse. Dette kan gøres på en nuværende lokalitet eller eventuelt som integreret del af en lokalitetsudvælgelse (se næste kapitel). At finde passende forbrugere er imidlertid ikke nogen nem opgave. Ofte er forbrugeres krav ikke forenelige med kølekravene. I nogle tilfælde kræver varmeforbrugeren et højere temperaturniveau end planlagt. Hvis det er teknisk muligt at drive primærprocessen på et højere temperaturniveau, skal den overordnede energibalance moniteres omhyggeligt. Tabet i energivirkningsgrad i primærprocessen vejer ofte tungere end de besparelser, der opnås ved forbrug af "spildenergi". Man skal passe på ikke at skabe en situation, hvor der opstår afhængighed af den tilgængelige spildvarme.

Der findes en række eksempler på ekstern anvendelse af spildvarme fra kraftværker til opvarmning i huse og kontorer eller i sjældne tilfælde til køling via absorbtionskøleanlæg. Denne anvendelse kan være med til at hæve brændslets udnyttelsesgrad fra ca. 40% til over 85% og derved nedsætte kølebehovet fra installationen. Der er ligeledes eksempler på, at et hybrid køletårn med varierende blæserhastighed er anvendt til at kunne tilpasses til det varierende behov for fjernvarme. I et andet tilfælde skulle tårnet kun drives i tør tilstand ved ca. 10% af max. kapacitet, så snart udendørstemperaturen var faldet til 5°C, simpelthen fordi det maksimale eksterne varmeforbrug var opnået ved dette punkt. Dette rejser spørgsmålet, i hvilket omfang potentielle muligheder for genbrug kan påvirke valget af kølesystem, hvor driftsfleksibilitet er påkrævet.

2.4 Valg af kølesystem ud fra proceskrav og lokale forhold

2.4.1 Proceskrav

Så snart varmeniveauet (høj, medium, og lav) er vurderet, kan en grov udvælgelse ske i henhold til tabel 1.1. Udover varmeniveauet er der mange andre faktorer, der skal inddrages i udvælgelsen af kølesystem for at kunne tilgodese proceskrav og generelle lokale forhold, såsom:

I betragtning af de indirekte følger af ikke optimal proceskøling er kravene til minimum sluttemperatur på den proces, der skal nedkøles, afgørende. Dette betyder, at det kølesystem, der er brugt eller valgt, skal opnå denne sluttemperatur og samtidig tilgodese andre (procesrelaterede) krav. Kølesystemets ydeevne skal helst optimeres under hensyntagen til de årlige temperatursvingninger i kølemediet. For fordampningskøling er luftens våde temperatur vigtig, og der er en vis grad af fleksibilitet i valget af designtemperatur, hvilket igen vil indvirke på størrelsen af kølesystem og krav til strømforsyning. En reduktion af kølesystemet må nøje vurderes og godkendes fra sag til sag. Nogle anlæg skal drives hele året rundt med samme virkningsgrad og optimal køling. For eksempel er det, når der benyttes mekanisk ventilerede køletårne eller tørkølere, mest økonomisk at drive systemet, hvis kølerne har flere celler. Nogle af dem kan tages ud af drift for at spare vand og elektrisk energi, uden at det medfører synderligt tab i virkningsgrad.

Figur 2.2 Tårnareal som funktion af procentvis tid, hvor luftens våde designtemperatur er overskredet.

Med hensyn til energiproduktion er figur 2.2 ikke anvendelig, da optimeringen af den kolde ende er foretaget ved brug af validerede temperaturer:

• for våde eller tørre køletårne er den våde (eller tørre) lufttemperatur taget for det samlede år, og der er anvendt én værdi for hver 3. time,

• for systemer med ét gennemløb er vandtemperaturen målt, og der er anbefalet én værdi per måned.

Derefter foretages optimeringen under hensyntagen til energivaloriseringen for hele året. Denne metode, som kaldes for global aktualiseret balance, er beskrevet i Bilag XII i BREF-dokumentet.

Generelt anvendes en sikkerhedsmargin for at sikre, at kølesystemet opfylder kølekravene når som helst og især i sommermånederne. I tilfælde hvor luftens våde temperatur hele tiden holder sig langt under luftens våde designtemperatur, eller hvor varmebelastningen ser ud til at være lavere, kan varmeveksleren have overkapacitet. Hvis dette forventes, kan man overveje driftstiltag, såsom varierende blæserdrift, som tillader systemet at køre under kapacitet og derved reducere det direkte energibehov.

I mange industrier er det praksis at overdimensionere kølesystemet i installationsfasen for at give plads til kapacitetsvækst. Den ekstra kapacitet bruges derefter gradvis op, indtil et nyt tårn må tilføjes. Når en ansøgning om miljøgodkendelse til udvidelse af produktion og kølekapacitet skal behandles, bør der altid foretages en vurdering af, om der er ekstra kapacitet i det eksisterende kølesystem, om virkningsgraden ikke er udnyttet, eller hvorvidt det er dårligt vedligeholdt.

Denne fremgangsmåde gør det muligt at bestemme den nødvendige kølekapacitet (kW eller MW), størrelsen af kølesystemet (varmeveksler) og muligvis også valg af kølemiddel (vand eller luft). Industrier der kræver stor kølekapacitet for at opnå lave procestemperaturer (kraftværker og (petro-)kemisk industri) foretrækker lokaliteter, hvor der er adgang til store og pålidelige vandforsyninger, og hvor det er muligt at bruge systemer med ét gennemløb. Hvor vandforsyningen er begrænset, bruges åbne, våde eller våde/tørre køletårn med stor kapacitet.

Behovet for at nedkøle (potentielt) skadelige stoffer kan også påvirke kølesystemets størrelse samt den mulige sluttemperatur (se Bilag VI i BREF-dokumentet). I denne situation kan BAT-tilgangen føre til den konklusion, at påvirkninger fra lækage kun kan forebygges tilstrækkeligt, hvis et sekundært (indirekte) system er anvendt. Dette betyder, at et andet omløb skal designes, og at designtemperaturen vil stige som følge af en forøgelse af tilgangen. Dette vil medføre højere sluttemperaturer af det stof, der skal nedkøles og en yderligere reduktion i virkningsgraden.

2.4.2 Valg af lokalitet

For et givet anlæg vil der være en række lokalitetsspecifikke karakteristika, der har betydning for optimering af miljøforholdene. For eksisterende systemer er lokaliteten bare en given værdi, og miljøoptimeringen skal foretages inden for de rammer, der er knyttet til lokaliteten. For eksempel kan en begrænsning af vandforbruget som følge af skift til tørluftkøling se ud til at være en klar fordel. Hvis der er mulighed for at vælge lokaliteten, kan kravene til køleprocessen påvirkes væsentligt. Derfor er det vigtigt, at alle følgende aspekter er taget i betragtning under designfasen i forbindelse med udvælgelse af lokalitet:

• kvantitet, kvalitet og omkostninger ved det tilgængelige kølemiddel (vand og luft),

• anlægsinvesteringer til kølesystemer, pumper, rørledninger og vandbehandling,

• driftsparametre såsom minimum levetid, årlig driftstid, gennemsnitlig belastning i termisk effekt og gennemstrømshastighed,

• miljølovgivningskrav til varmeudledning, røgfaner, akustiske emissioner, totalhøjde osv.,

• for kraftværker: tab i anlæggets virkningsgrad, anlægsinvesteringer til at kompensere for tab i kraftoutput, anlægslevetid og tab i energiindtægter på grund af en lavere anlægsvirkningsgrad.

Plads
Forskellige kølesystemer har forskellige pladskrav til den samme køleydelse og varierer i arealkrav, højde og vægt. Dette afhænger af hvilket varmeoverførselsprincip man følger (se Bilag I i BREF-dokumentet).

For store systemer kan pladsbegrænsninger være et problem og vil indgå i vurdering af lokaliteten. Dette relaterer sig til processer, der skal nedkøles udelukkende ved hjælp af luft, hvor der er behov for store multi-celle konstruktioner for at sikre den krævede kølekapacitet. For mindre kapaciteter bør pladshensyn ikke være en begrænsende faktor, idet der findes tagkonstruktioner på markedet, som er specifikt designet til disse situationer.

Arealbegrænsninger for eksisterende lokaliteter, for eksempel i tætbyggede byområder eller industriområder, er en vigtig faktor ved udvælgelse af kølesystemer. For eksempel kræver et køletårn på toppen af en bygning intet ekstra grundareal, men tagets konstruktion kan medføre vægtbegrænsninger.

Areal- og højdekrav er vigtige kriterier for luftkølede og blandede systemer. Luftventilation kan opnås ved ventilation med blæsere (mekanisk aftræk).

Vurdering af lokalitet
For en række industrielle og andre anlægstyper kræves der gennemført en VVM (Vurdering af virkninger på miljøet), før tilladelse til opførelse og miljøgodkendelse kan gives. En VVM omfatter også overvejelser om den miljømæssigt mest hensigtsmæssige placering af anlægget. Anlægstyperne, der er omfattet af bestemmelserne, er opført på bilag I eller II til bekendtgørelse om supplerende regler i medfør af lov om planlægning. Anlæg omfattet af bilag I kræver altid, at der bliver gennemført en VVM, mens der for anlæg omfattet af bilag II kun kræves en VVM, hvis de kan tænkes at påvirke miljøet væsentligt. Det er regionplanmyndigheden, der tager beslutningen om dette.

Arealer til virksomheder med særlige beliggenhedskrav, dvs. virksomheder, som ikke kan placeres i almindelige by- eller erhvervsområder, skal udlægges i regionplanen, jf. planloven. Det drejer sig bl.a. om virksomheder omfattet af risikobekendtgørelsen samt om virksomheder, der er indplaceret i de højeste afstandsklasser i Miljøministeriets "Håndbog om miljø og planlægning".

2.4.3 Klimaforhold

Klima udtrykt i form af våde eller tørre temperaturer er et ekstremt vigtigt lokalitetspecifikt forhold. Det påvirker både valg af køletype og den mulige sluttemperatur for den proces, der skal nedkøles. Modsætningsforholdet mellem køling med luft og/eller vand er, at når kølekravet er højt, bliver det sværere at imødekomme. For at nå den krævede procestemperatur er det et indlysende krav til alle kølesystemer, at kølemidlet skal have en lavere temperatur end det medium, der skal nedkøles, men dette afhænger af de tørre og våde temperaturer. For både vand- og luftkølede systemer kan sæsonvariationer i kølemiddeltemperaturen begrænse valget af kølesystem og kræve en bestemt driftsmåde.

Luftens våde temperatur er altid lavere end luftens tørre temperatur. Våde temperaturer er afhængige af den målte temperatur af atmosfæren samt fugtighed og lufttryk. For latent fordampnings varmeoverførsel er den våde temperatur den relevante temperatur. Det er teoretisk set den laveste temperatur, som vand kan nedkøles til ved fordampning. For en rimelig varmeoverførsel er den tørre (tør luft) temperatur relevant, hvor luft er kølemiddel.

For valg af type og design af kølesystem er designtemperaturen vigtig og plejer at relatere sig til sommerniveauer for luftens våde og tørre temperaturer. Når forskellen mellem disse temperaturer er større og de tørre temperaturer er højere, vil det være sværere at nå ned til lave sluttemperaturer med tørre luftkølede systemer. Dette kan medføre tab i virkningsgraden. Der kan iværksættes tiltag for at overvinde tabet, men de kræver en vis investering. Af økonomiske årsager er det nyttigt at identificere variationen af disse temperaturer over året og hvilken procentdel af året, de maksimale temperaturer faktisk er opnået.

2.5 Valg af køleteknik med henblik på overholdelse af miljøkrav

Miljøkrav kan påvirke anvendelsen af et kølesystem og er et ekstra aspekt i den afvejede udvælgelse af et nyt kølesystem eller i optimeringen af et eksisterende kølesystem. Generelt kan der skelnes mellem seks hovedaspekter med konsekvens for valget af kølesystem:

Disse aspekter er indbyrdes forbundne, og hvert valg har potentielle konsekvenser for et eller flere af de andre aspekter. Formålet er at forebygge emissioner til miljøet fra rutinedrift. I dette vurderingstrin bør forskellen mellem vand-, luft- og luft/vand- kølesystemer såvel som de driftsmæssige konsekvenser ved valg af et bestemt design eller materiale klarlægges.

2.5.1 Generel sammenligning mellem luft- og vandkølede systemer

Minimering af miljøaspekterne bliver ofte omsat til en sammenligning mellem vand- og luftkølesystemer. Tidligere i dette dokument er der blevet argumenteret for, at en bedømmelse af vand- kontra luftkøling ikke bør foretages i generel forstand, idet den ikke tager hensyn til lokale afgrænsninger, som kan begrænse brugen af det ene eller det andet system. Imidlertid kunne det være belejligt at overveje eller genoverveje kølesystemets vandbehov i lyset af vandspareprogrammer og det stigende krav til vand med god kvalitet til andre formål (civil og industriel) end køling.

Det økonomiske balancepunkt i valget mellem tørre luftkøle- og vandkølesystemer ligger ikke fast, og ifølge litteraturen vil det være et eller andet sted mellem 50°C og 65°C (som sluttemperatur) afhængigt af lokale klimaforhold.

2.5.2 Designfaktorer og valg af materialer

Når man følger BAT-tilgangen, er design af kølesystem og valg af rette materialer et vigtigt forebyggende skridt. Begge kan påvirke driften gennem det krævede direkte energiforbrug, forekomsten af kontrollerede (vandbehandling) og ikke kontrollerede (lækage) emissioner til miljøet, støjemissioner samt retning af varmeemissioner (vand eller luft). Det valgte design og materialer vil også kræve en vis investering. Igen sigtes efter en balance mellem emissionsforebyggelse ved design og anvendte materialer og de involverede investeringsomkostninger. Dette er igen lokalitetsspecifikt og en kompleks sag, hvor følgende faktorer tages i betragtning:

En række materialer kan bruges, og for at øge korrosionsmodstand anvendes som regel kulstofstål, galvaniseret stål, aluminium/messing, kobber/nikkel eller passende typer af rustfrit stål og titanium. Inden for disse grupper bruges en yderligere delklassificering for kvalitet. Især er bestandigheden imod korrosion, mekanisk korrosion og biologisk forurening i høj grad bestemt af vandkvalitet kombineret med eventuelle regulerende stoffer.

I Bilag IV i BREF-dokumentet findes nogle overvejelser angående udvalg af materialer for ét gennemløb og for åbne retursystemer. For hvert industrielt kølesystem kan en lignende vurdering foretages. Ved vand og vand/luft-systemer afhænger materialevalget af både kølemiddel og procesmedium, hvorimod procesmediet er det vigtigste ved direkte lukkede, tørre kølesystemer.

Naturligvis kan der anvendes forskellige materialer til forskellige dele af installationen. Der foretrækkes den materialekvalitet, der er mindst følsom overfor vandets korrosivitet eller procesforholdene. Hvis mere følsomme materialer (legeringer) vælges, kan konsekvensen være, at der er behov for et kompleks program til behandling og styring af kølevand, hvilket vil medføre emissioner og omkostninger.^[2]

2.5.3 Muligheder for teknologisk ændring af eksisterende systemer

For nye kølesystemer vil der være mere fleksibilitet til at vælge mellem færdige systemer og vurdere alternative muligheder, hvorimod det for en eksisterende installation ofte vil være en drastisk løsning at ændre teknologi. I særlige tilfælde er det sommetider muligt at ændre teknologi, men antallet af muligheder for at reducere emissioner via teknologiske løsninger er begrænset for eksisterende installationer. Idet BAT-tilgangen anser emissionsforebyggelse for at have første prioritet under hensyntagen til de økonomiske aspekter, er teknologiændring en mulighed, der bør overvejes, før optimeringen af kølesystemdrift vurderes yderligere. I de følgende afsnit er iagttagelser og erfaringer fra leverandører præsenteret for at give eksempler på mulige optimeringstrin ved BAT-tilgangen (se også Bilag XI i BREF-dokumentet).

2.5.3.1 Ombygning - begrundelser og overvejelser

1 For at erstatte eksisterende teknologi med en anden teknologi med lavere driftskrav,

2 For at erstatte forældet udstyr med moderne udstyr med højere virkningsgrad, og

3 For at justere eksisterende udstyr med henblik på at forbedre ydeevnen eller opfylde øget kølebehov.

I modsætning til valget af en ny installation, hvor lokalitetsparametrene kan være mere eller mindre definerede, er det ved ombygning sædvanligvis følgende parametre, der gælder:

• plads - den ombyggede installation skal passe ind på den eksisterende plads,

• tilgængelighed af driftsressourcer - den nye installation bør ikke kræve flere driftsressourcer end den gamle installation; ny infrastruktur ville resultere i øgede omkostninger, og

• lovgivningsmæssige begrænsninger - påvirkninger af miljøet såsom støj skal som regel være på samme niveau eller lavere end ved den gamle installation.

Pladshensyn er ofte i sig selv en vigtig grund til ombygning. Hvis et anlæg eller en bygning skal nybygges på en eksisterende arealbegrænset plads, kunne det være en løsning at vælge en ny type kølesystem, som kan placeres på taget af en bygning, eller som kræver mindre plads end det gamle.

Den foretrukne løsning ville være en ny installation med lavere driftsbehov, således at ombygningen også er forbundet med lavere driftsomkostninger. Lavere driftsomkostninger vil være en af hovedårsagerne til ombygning. Det foretrækkes imidlertid at overveje et ombygningsscenarie, som reducerer emissioner udover forbrug af driftsressourcer. Generelt vil dette kræve højere investeringsomkostninger. Tages besparelserne i driftsomkostninger og en vis potentiel reduktion af emissioner i betragtning, kan de højere investeringsomkostninger tilbagebetales i løbet af korte tidsperioder.

Alle ombygningsscenarier skal tage hensyn til både køleteknologi og den proces, der skal nedkøles - begge skal ses som et system. Ændringer i kølesystemet kan påvirke processen og omvendt. Det første mål med en ombygning skal være at vedligeholde eller, hvis muligt, forbedre virkningsgraden af den proces, der skal nedkøles. På den anden side vil ændringer i den proces, der skal nedkøles, også resultere i forskellige krav til kølesystemet. Dette kunne være en anden grund til ombygning.

Ændringer i den proces, der skal nedkøles, kan medføre ændrede krav til kølesystemet:

• På grund af ny teknologi genereres mindre spildvarme fra processen og kravene til kølekapacitet mindskes (f.eks. computerterminaler, processer med gnidningsmodstand).

• Temperaturniveauet for spildvarmen har ændret sig, både til højere eller lavere temperaturer (f.eks. forbrændingsprocesser).

• Større dele af den genererede varme fra processen er genvundet, således at mindre spildvarme skal udledes til miljøet.

• Processens temperaturfølsomhed er øget og et kølesystem med større virkningsgrad kræves.

Tabel 2.2 opsummerer mulighederne for teknologisk opgradering som, ifølge leverandørens oplysninger, kan anses for at være tekniske set nemt (N), muligt (M), svært (S), umuligt (UM) eller ikke relevant (IR). Generelt har hvert system et varierende antal af muligheder for ombygning. UM-N indikerer, at anvendelsen af en mulighed i høj grad er afhængig af den specifikke situation, som kølesystemet drives i (se også kapitel 3 samt Bilag i BREF-dokumentet).

EG               Ét gennemløb
ÅVK    Åben Våd Køling
ÅVTK   Åben Våd/Tør Køling
LVK     Lukket kredsløb, Våd Køling
LTK     Lukket kredsløb, Tør Køling
LVTK   Lukket kredsløb, Våd/Tør Køling

Der er mange mulige måder at ombygge en køleproces på, og nogle af de typiske scenarier er nævnt i de følgende afsnit sammen med relevante overvejelser for hvert scenarie.

2.5.3.2 Ændring af varmevekslingsteknologi

Som regel er det lavere driftsomkostninger forbundet med en ny teknologi eller lovgivningsmæssige begrænsninger, der er hovedårsagerne til udskiftningen af én varmevekslingsteknologi med en anden.

Et typisk eksempel er udskiftning af et system med ét gennemløb med et recirkulerende system for dermed at spare på driftsomkostninger (vand og kloak) og medfølgende begrænsning i udledning af varme til vand. Retursystemets økonomiske ydeevne afhænger af de specifikke omkostninger til vand, kloak og elektrisk energi. Hvis balancen er i miljøets favør i første omgang, og investeringsomkostningerne bliver meget højere end de årlige omkostninger, vil investeringens tilbagebetalingstid være en vigtig faktor.

I dette eksempel vil både miljøet, med hensyn til vandkrav, og virksomheden drage fordel af en teknologiændring. Miljøomkostningerne stiger imidlertid på grund af yderligere energikrav til ekstra blæser og pumpe. Vandforbruget i dette eksempel er i høj grad påvirket af fordampningstabet, som er beregnet ud fra den forudsætning, at dette udgør op til 1,8% af den cirkulerende mængde pr. 10K køling (se Bilag V.3 i BREF-dokumentet).

Dette eksempel viser bare, hvordan man griber teknologiændringer an. Med forskellige prisniveauer vil udfaldene være ganske forskellige og kan falde ud til fordel for et system med ét gennemløb.

Tabel 2.3 Eksempel på konvertering af system med ét gennemløb til recirkulerende

Hvis man påtænker en ændring af kølekonfigurationen, skal indvirkningen på den overordnede virkningsgrad tages i betragtning. Hvis det er muligt, skal virkningsgraden øges. For temperaturfølsomme processer skal det undersøges, om en given køleteknologi kan give lavere sluttemperaturer med det samme sikkerhedsniveau.

Et eksempel med udskiftning af en vandkølet kondensator med åbent køletårn med en fordampningskondensator viser en effekt på sluttemperatur og systemets virkningsgrad. En sådan udskiftning af teknologi kan eventuelt reducere den kondenserende temperatur med 4-6°C afhængigt af aktuelle forhold. Forøgelsen i virkningsgraden ved en sådan ombygning skønnes at være i størrelsesordenen 12-15% af kølekompressorens energibehov.

For temperaturfølsomme systemer i middel temperaturinterval kan introduktion af hybride systemer være gunstig, hvor vandforbrug og/eller vand- og kloak- omkostninger skal reduceres. En sådan ændring øger generelt ikke behovet for elektricitet, men kan reducere det årlige vandforbrug markant. Afhængigt af aktuelle forhold og påkrævet størrelse, kan hybride koncepter kræve yderligere plads.

2.5.3.3 Udskiftning af forældet varmevekselsteknologi med moderne

En ændring i køleteknologi er ofte ikke passende af forskellige årsager. Imidlertid kunne en justering af den eksisterende teknologi også føre til en bedre virkningsgrad, bedre præstation, færre emissioner og lavere driftsomkostninger. Udviklingen af luftbevægelsessystemer og varmeveksleroverflader, foruden anvendelse af mere holdbare konstruktionsmaterialer, er hovedårsager til udskiftningsscenarier.

Idet der som regel ikke er ændringer i procestemperaturerne (samme teknologi), er hovedfokus i dette scenarie at reducere driftsressourcer og indvirkning på miljøet samt at opnå en forlængelse af udstyrets levetid. En forlængelse af udstyrets levetid med mere end 10 år kan realiseres ved brug af nye holdbare materialer. Det er meget sandsynligt, at udstyr installeret 15 eller 20 år tidligere nu kan erstattes af moderne udstyr med højere virkningsgrad og bedre ydeevne miljømæssigt og økonomisk.

Et typisk eksempel på forbedring af kølesystemer med ét gennemløb er anvendelsen af pladevarmevekslere med højere virkningsgrad. For fordampningskølesystemer f.eks. har der fundet en vigtig udvikling sted for at forbedre kapaciteten af køletårnsindsats ventilationssystemet resulterende i et mere kompakt design med højere energivirkningsgrad. For luftkølede systemer har ny teknologi med at forme lameller på forskellig måde opnået lignende resultater. Et eksempel på hvad effekten på energiforbruget kan være, hvis man anvender en højere virkningsgrad, er illustreret i tabel 2.4. I dette tilfælde skal investeringsomkostningerne balancere med de årlige driftsomkostninger til energiforbrug og vedligeholdelse af køletårnsindsats.

Tabel 2.4 Eksempel på konvertering af et forældet, mekanisk ventileret vådkøletårn til moderne design.

2.5.3.4 Opgradering af eksisterende varmeoverførselsteknologi

Det er ofte ikke nødvendigt at udskifte hele kølesystemet. Ydelsen af eksisterende kølesystemer kan også forbedres ved opgradering. Vigtige komponenter eller tilbehør til systemet udskiftes eller repareres, mens den eksisterende installation forbliver på stedet. Opgradering kan øge systemets virkningsgrad og reducere miljøpåvirkningen. Eksempler på opgradering er nye køletårnsindsatse med højere virkningsgrad samt anvendelse af lyddæmpning.

Eksemplerne i tabel 2.5 og tabel 2.6 skal ses som simplificerede illustrationer. For en integreret vurdering af miljøgevinsten bør andre faktorer også overvejes. For eksempel ved udskiftning af køletårnsindsats skal miljøomkostningerne ved den gamle indsats, som skal kasseres, også inkluderes.

Tabel 2.5 Eksempel på udskiftning af forældet indsats i mekanisk ventileret vådkøletårn med moderne indsats med høj virkningsgrad.

At det ikke er alle ændringer, der har positiv effekt, kan ses af tabel 2.6, hvor en betydelig reduktion i støjniveau er opnået. Imidlertid fører støjdæmpning som regel til trykfald, hvilket skal kompenseres ved en højere ventilatorydelse. Dette hæver på sin side kølesystemets direkte energiforbrug. Det vil komme an på den lokale præference, hvorvidt et lavere energiforbrug eller et lavere støjniveau skal prioriteres. Investerings- og vedligeholdelsesomkostningerne bør sammenholdes med reducerede omkostninger til energiforbrug.

Opgradering af driftsstrategien er et andet eksempel på forbedring af virkningsgraden. Den skiftende igangsætning og standsning af ventilatoren kan ændres ved modulerende styring med frekvensomformere. Dette kan resultere i væsentlige besparelser i elektrisk energi hvilket, afhængigt af forholdene, kan være 70% eller mere.

Investeringsomkostninger til opgradering kan variere betydeligt og afhænger af typen af opgradering og alderen på den eksisterende installation. Investeringen ledsages af lavere driftsomkostninger, som er et resultat af en højere virkningsgrad. Investeringsomkostninger til opgradering vil generelt være lavere end investeringsomkostninger til teknologiændringer eller erstatning af udstyr.

Tabel 2.6 Eksempel på forbedring af støjforhold ved tilføjelse af lyddæmpning.

2.6 Økonomiske betragtninger

Omkostningerne er altid blandt de meste vigtige faktorer i udvælgelsen af et kølesystem og kan kun vurderes på et individuelt projektniveau. Tre vigtige typer af omkostninger kan identificeres:

De absolutte omkostninger og forholdet mellem forskellige omkostninger varierer og afhænger af kølesystemet. Det kølesystem, der har de laveste investeringsomkostninger, er ikke nødvendigvis også det system, som kræver færrest driftsressourcer. Tekniske løsninger med henblik på at minimere ressourceforbruget fører ofte til højere investeringsomkostninger.

Derfor er det vigtigt, at økonomiske betragtninger ikke kun fokuserer på sammenligning af de enkelte investeringsomkostninger, men også på kølesystemets driftsomkostninger. For kraftværker er driftsomkostningerne koblet til den overordnede energivirkningsgrad. Den finansielle effekt af en ændret virkningsgrad forårsaget af valget af et alternativt kølesystem skal vurderes.