Beslutning om stirlingmotor

Baggrund

Det ligger fast, at Økobo skal have et centralt varmeanlæg baseret på flisfyr og derfra fjernvarme til boligerne. Det ligger også fast, at der skal isoleres til mindst lavenerginiveau. På elsiden skal Økobo sluttes til Nesa's net, men vi skal tænke meget på elbesparelser i alle større beslutninger. Disse valg prioriterer forsyningssikkerhed og miljø.

Om flisfyring

Flis er vedvarende energi. CO2 fra luften bliver med solenergien midlertidigt bundet i træet som enten med tiden ved naturlige nedbrydningsprocesser eller ved forbrænding i vores flisfyr igen vil blive til CO2 ved frigørelse af varme. Flis betegnes derfor også som et CO2 - neutralt brændsel. Flis kommer primært fra danske skove, hvor det i øjeblikket kan købes for meget lave priser. Folketinget har vedtaget, at der skal plantes mere skov i Danmark, og at flis i langt videre omfang end i dag skal bruges i energiforsyningen.

Stirlingmotorens rolle i Økobos energisystem

Afbrændingen af flis alene til opvarmningsformål er spild af en værdifuld ressource. Brændes flis af ved elproduktion, og spildvarmen herfra anvendes til opvarmning fås bade varme og el af næsten den samme mængde flis. Det er ideen i kraftvarme, som de fleste store elværker i dag bruger. Af miljømæssige hensyn bør den begrænsede flismængde anvendes optimalt, og Økobo må derfor have elproduktion i forbindelse med flisafbrændingen. Det er stirlingmotorens rolle at sikre denne elproduktion, når vi brænder flis af for at få varme.

Stirlingmotorens historie

For knapt 200 år siden opstod brugen stirlingmotorer i Storbritannien som en konkurrent til dampmaskinerne. De var mere energieffektive, når der var tale om små anlæg på 10-100 hestekræfter og vandt derfor frem i en periode. Med industrialiseringen blev det almindelige energibehov større, og det er vanskeligt at lave store stirlingmotorer, men let at lave store dampmaskiner. Derfor forsvandt stirlingmotoren igen for 100 år siden. I 1970'erne var mange bekymrede for bilernes forurening, og forskellige veje til løsning af problemet blev prøvet - den mest succesrige var katalysatoren, som bruges i dag. Stirlingmotoren var en anden, som imidlertid blev en fiasko. Dens koncept kræver langsom regulering af effekten og en relativ stor og tung konstruktion - egenskaber som aldrig grundlæggende blev ændret, og som gør anvendelsen til biler vanskelig. Der blev brugt hundredvis af millioner kroner på arbejdet, og det er baggrunden for mange løse rygter om motorens manglende anvendelighed til noget som helst. I dag anvendes stirlingmotoren i mange ubåde og rumskibe.

DTU' og Vølund's stirlingmotorprojekt

Vølund er dominerende på det danske marked for brændselsenheder til biomassebaseret energiproduktion, og de mener, at der er stor sandsynlighed for, at der i løbet af få år opstår et marked for meget små biomassebaserede kraftvarmeenheder. De har derfor taget initiativ til et udviklingsprojekt for små stirlingmotorer i samarbejde med Laboratoriet for Energiteknik på DTU og med støtte fra Energistyrelsen. Anlæggets størrelse på 36 kW el og 110 kW passer fint til Økobos varme- og elbehov.

Projektets første fase, som er i gang, består i afprøvning af en prototype i laboratoriet og i felten. Drift i laboratoriet ved fyring med naturgas er afprøvet, og nogle ugers drift med naturgas hos en privatperson er afsluttet. Endvidere er det blevet testet om et flisfyr udviklet af et dansk firma (Reko) kan levere varme til stirlingmotoren indenfor de krav, som den stiller. Disse tests har været positive. Motor og flisfyr har altså været afprøvet separat, og skal nu testes sammen. I øjeblikket forberedes opstilling af prototype i et flisfyret kraftvarmeanlæg i et boligkvarter i Jylland. Der skal måles, og der skal prøves af i en 3-6 måneders periode, hvorefter motoren overdrages til daglig drift, og DTU trækker sig ud.

Projektets anden fase, som skal starte efter sommerferien, består i opstilling af en naturgasbaseret motor i et lokalt fjernvarmeværk af samme type som Økobo, og en flisbaseret motor i Hjortshøj. Motorerne vil med ganske små justeringer blive mage til den eksisterende prototype, som kører fint. Vi forsøger i øjeblikket at få foretaget en justering af planen, så en motor mage til Hjortshøjs samtidig opstilles i Økobo. Tidsplanen siger vinteren 97/98.

Organisation

Sådan som Økobo forventes organiseret, vil det være Økobo som ejer det fælles energisystem dvs. flisfyr, stirlingmotor, fjernvarmenet mv.

I forbindelse med overdragelse af demonstrationsanlægget er der forskellige modeller herfor. (1) Vi kunne måske få Vølund til at stå som ejer af anlægget (flisfyr/stirlingmotor) i en treårig forsøgsperiode, hvor vi betalte for el og varme. Efter de tre år kunne vi så overtage anlægget til en rimelig pris. Herved ville vores risiko være lille, hvis der er noget som går galt. På den anden side er det en kompliceret organisation, hvor vi er meget afhængige af Vølund, og vi kan også få problemer med at tilvejebringe midlerne til overtagelse af anlægget pga. vores interne organisation med ejer, andel og lejere. (2) Vi ejer selv anlægget med de fordele og ulemper det giver. Vi skal selvfølgelig undersøge forhold omkring produktansvar samt eventuelt tegne forsikringer mod alvorlige problemer.

Drift

Flisfyr og stirlingmotor er fuldautomatiske anlæg, som ikke kræver, at der er ansat en varmemester på fuld tid. Da vi er med i et demonstrationprojekt vil der være knyttet et omfattende måleprogram til stirlingmotoren i de første tre år herunder service på anlægget. Hvis demonstrationsprojektet går godt kan vi således forvente at få et gennemtestet anlæg, der fungerer efter disse tre år.

Efter denne periode vil vi skulle have periodisk service på anlægget, som vi kan få et firma til at forestå. Men vi vil selvfølgelig have en fyrig energigruppe blandt Økobos beboere, som sørger for at anlægget fungerer, hvilket blandt andet indebærer mindre vedligeholdelse af anlægget, indkøb af flis mv.

Forsyningssikkerhed

Forsyningssikkerheden med hensyn til varme vil være lige så høj, som hvis vi ikke havde stirlingmotoren, idet flisfyret bør dimensioneres således, at det kan dække hele vores varmebehov. Hvis alt går galt kan vi altså bare skrotte stirlingmotoren, og køre videre på flisfyret.

Miljømæssige forhold

Energieffektiviteten er langt højere ved samtidig produktion af el og varme (kraftvarme) end hvis el og varme produceres hver for sig. Hvis vi kun havde flisfyr skal vi skønsmæssigt bruge 350 tons flis, mens vi med stirlingmotoren skal bruge ca. 420 tons, altså omkring 70 tons ekstra. Ud over at dække vores varmebehov kan stirlingmotoren producere omkring 220.000 kWh om året eller ca. 2.200 kWh pr. bolig, hvilket helst skulle kunne dække hele bebyggelsens elforbrug. Denne produktion fortrænger el hovedsageligt produceret på kulkraft, hvilket giver meget store miljøfordele. Endvidere kan driften af stirlingmotoren tilrettelægges således, at store dele af elektriciteten produceres i spidslastperioder, hvilket er med til at mindske samfundets samlede nødvendige elkapacitet. Vi bør også lægge vægt på at vi støtter en teknologiudvikling, som kan medvirke til væsentlige miljøfordele, hvis mindre kraftvarme anlæg bliver mere udbredte, og det centrale er, at dette er en speciel udviklet stirlingmotor, som kan fyres med flis.

En stirlingmotor støjer væsentligt mindre end for eksempel tilsvarende decentrale kraftvarmeanlæg baseret på eksplosionsmotorer og fyret med naturgas. Støjniveauet fra selve stirlingmotoren vil omtrent svare til støjen fra en bilmotor, som kører i tomgang. Selvom stirlingmotoren og flisfyret skal stå indendørs på gården, mener vi, at motoren skal stå i et mindre støjafskærmende rum, således at stirlingmotoren ikke vil bidrage til støjniveauet udendørs.

På centrale flisfyr kan der opnås en renere forbrænding end i for eksempel individuelle brændeovne og finske masseovne. Luftforurening med udslip af kulilte og kulbrinter vil være meget lavt. Det eneste problem er udslip af partikler, som vil være højere end for fx naturgas. Ved denne type anlæg vil det eneste krav fra myndighedernes side være, at vi skal have en skorsten af en vis højde. Men vi bør installere en røgvasker, hvor vand sprøjtes ind i røgen og opsamler partiklerne. Dette røgvand samt asken fra fyret bør føres tilbage til landbrugsjorden, idet det indeholder mineraller og sporstoffer. Da vores urin fra komposttoiletterne alligevel skal fortyndes inden udbringning på markerne kunne røgvandet muligvis anvendes hertil.

Det visuelle miljø vil blive påvirket i form af, at vi skal have en skorsten (fx 10 meter) samt en eller anden form for flisopbevaring (fx opretstående lagertank). Skorstenen skal ikke være højere, forbi vi vil installere stirlingmotor, og lagertanken behøves ikke nødvendigvis at være større, idet brændselsbehovet kun er 20% større ved stirlingmotoren sammenlignet med kun flisfyr.

Levering af flis vil foregå med lastbil. Hvis en lastbil laster omkring 10 tons vil det svare til 42 lastbiltransporter om året eller ca. 3 om måneden.

Der vil være en energimæssig og dermed en miljømæssig fordel ved at have gulvvarme i boligerne, idet varmebehovet så kan dækkes med lavere temperaturer. De krav som gulvvarme stiller til et varmesystem kan godt honoreres af flisfyr/stirlingmotor.

Økonomi

Princippet for økonomien hos de der modtager anlæg under udvikling er, at modtageren ikke skal tabe penge, men heller ikke forgyldes. Det er princippet både fra Energistyrelsen, DTU og Vølund. Tilbuddet til Hjortshøj er derfor i øjeblikket, at de betaler 400.000 kr. for motor, eltilslutning, fjernvarmetilslutning, flisfødesystem, skorstensvarmeveklser, projektering og indkøring af motoren, mens Energistyrelsen betaler yderligere 1 million til Vølund og DTU.

Indtægterne ved salg af el til NESA er omkring 100.000 kr. Her ud over har vi ret til at anvende strøm til eget forbrug i fællesforeningen (cirkulationspumper, centralt fællesvaskeri mv.) som vi har skønnet til en besparelse på 12.000 kr. På udgiftssiden skønner vi at ekstra brændsel, service og reparationer, samt elabonnement er sammenlagt 45.000 kr. Driftsoverskuddet er altså skønnet til ca. 67.000 kr.

Hvis vi kan få anlægget til omkring 400.000 kr. giver dette en simpel tilbagebetalingstid på knap 6 år (400.000/67.000).

Interessetilkendegivelse

For at komme med i demonstrationsprojektet og få en stirlingmotor skal vi over for DTU, Energistyrelsen og Vølund skrive en interessetilkendegivelse, således at de ved, at vi er seriøst interesserede. Dette er også nødvendigt for, at vi kan komme i gang med realitetsforhandlinger. Dette er derfor den første beslutning vi skal tage.

Der vil selvfølgelig også skulle skrives en kontrakt, når alle detaljerne er faldet på plads. Denne kontrakt skal naturligvis godkendes af Økobos bestyrelse. Vores ingeniørfirma skal også inddrages i denne proces.

Andre energianlæg

Solfangere leverer ren vedvarende energi helt uden miljømæssige ulemper. Den største ulempe er, at de er dyre, og at de ikke leverer ret meget varme om vinteren, når der er mest brug for den. Solfangere kan enten placeres i tilknytning til den enkelte bolig eller centralt på fælleshusene.

For Økobo bliver udgiften for solfangeranlæg omkring 600.000 kr. Det vil levere ca. 100.000 kWh varme om året ud af Økobos forbrug på omkring 800.000 kWh. Besparelsen på flis vil på årsbasis være ca. 25.000 kr. værd for Økobo. Herudover er der den meget væsentlige fordel af flisfyret i de 4 sommermåneder stort set ikke skal tændes.

Normalt siger man, at solfangere økonomisk kan betale sig selv hjem, men det er kun sandt, hvis det erstatter et oliefyr eller naturgas. Vi har i Økobo allerede betalt en kæmpe investering i fjernvarmerør og flisfyr, og udgiften for varme herudover går kun til flis, som i øjeblikket er meget billige (300 kr./ton svarende til 11 øre/kWh mod 50 øre/kWh for naturgas).

Både solfanger og stirlingmotor leverer varme og er i en vis udstrækning konkurrenter om sommeren. Imidlertid er solfangernes varmeproduktion så lille, at det kun skærer 10-15% af stirlingmotorens driftstid. Oven i købet sker dette om sommeren, hvor motoren ville skulle startes og standes hver dag, hvilket er hårdt for motoren, og giver en lav virkningsgrad. Så et valg om at give solfangere fortrinsret frem for stirlingmotoren om sommeren vil maksimalt koste omkring 10.000 kr. om året for stirlingmotorens økonomi (sparede udgifter til flis men mindre indtægter på salg af strøm).

Simple tilbagebetalingstid for solfangere i et system med flisfyr vil være 24 år (600.000/25.000) og 60 år (600.000/10.000) i et system med flisfyr og stirlingmotor.

I praksis står solfangere og stirlingmotor ikke nævneværdigt i vejen for hinanden, og kan godt vælges samtidig, hvis vi har råd til anlægsinvesteringen i solfangerne. Vi bør derfor fortsat holde muligheden åben for at integrere solfangere i energisystemet.

Solceller vil på længere sigt være en miljømæssig optimal måde at producere strøm på, når de bliver videreudviklet med højere energieffektivitet til følge og lavere pris. Men i øjeblikket er det rasende dyrt, at producere strøm på solceller sammenlignet med alt andet. Solceller kan derfor ikke anbefales i større målestok. Men vi bør sikre at nogle af tagfladerne kan anvendes til solceller, hvis det bliver økonomisk attraktivt i fremtiden. Så vidt det huskes, har vi fravalgt at gå videre med solceller.

Vindmøller er en rimelig god forretning, men vi har bare ikke belaste vores byggesum med yderligere ca. 4,5 million kr. En vindmølle kan derfor etableres som et selvstændigt projekt, som beboerne i Økobo og folk udefra kan købe andele i. Dette projekt kaster vi os over, når byggeriet er færdigt.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Per Vølund (trods navnesammenfald med firmaet Vølund har Per ingen økonomiske interesser i firmaet)

Steen Solvang Jensen

1997.18.3