publicerat_40.jpg

R 388 Värmedriven mjölkkylning i syfte att öka lönsamheten vid gårdsbaserad biogaskraftvärme

Publikationstyp: Rapporter lantbruk och industri
Författare: Brown Nils, Pettersson Ola
År: 2009
Trots de gynnsamma aktuella förutsättningarna för elproduktion på en mjölkgårdsbaserad biogaskraftvärmeanläggning finns det i dagsläget ingen perfekt lösning för avsättning av utvunnen värme. För en anläggning på en mjölkgård som enbart använder nötflytgödsel som substrat används drygt 50 % av den utvunna värmen för substratuppvärmning. Den kvarstående värmen kan användas för varmvatten-beredning och till uppvärmning av exempelvis gårdens bostadshus. Emellertid brukar dessa avsättningar endast svara för en mindre del av den kvar¬stående värmen.

Detta projekt har studerat de tekniska och ekonomiska förutsättningarna för att använda överskottsvärmen från en biogaskraftvärmeanläggning som drivenergi för en sorptionskylmaskin för att kyla mjölk på en mjölkgård.

Ett antal på marknaden förekommande sorptionskylmaskiner utvärderades med avseende på deras förutsättningar att kyla mjölk med överskottsvärme. Ett flertal av dessa maskiners köldmedium baseras på vatten. Därför är de begränsade till att leverera en köldbärare utgående ur kylmaskinen på 5 oC, och klarar därmed inte av EU:s krav att mjölk ska kylas ned till under 4 oC högst 3 timmar efter mjölkning. Av de maskiner som har ammoniak som köldmedium, bygger en (Robur) på en teknik med direkteldning av naturgas. En annan anläggning med ammoniak som köldmedium, SolarNext Chillii PSC12, är optimerad för komfort-kyländamål, men kan leverera en köldbärare ned till –7 oC med 95 oC varmvatten som drivenergi, och har en coefficient of performance (COP – ett verkningsgradmått för kylmaskiner) på upp till ca 0,6. En ytterligare teknik, SolarFrost IceBook, ligger i utvecklingsstadiet, men vid demonstrationer i laboratorium har det visats att denna kan leverera köldbärare vid –10 oC med drivenergi vid 95 oC och COP upp till 1,1.

I en teknoekonomisk utvärdering, beskrivs en fiktiv typgård belägen i Västra Götaland med 160 mjölkkor och en biogaskraftvärmeanläggning som använder enbart flytgödsel från korna som substrat. Kraftvärmeanläggningen genererar el som används för att täcka den egna gårdens behov. Den utvunna värmen används för substratuppvärmning, varmvattenberedning och uppvärmning av gårdens bostadshus, men det finns ett stort överskott. Två scenarier för denna typgård har studerats: ett med konventionell mjölkning (koncentrerad till två gånger om dagen) och ett med robotmjölkning (med konstant mjölkning dygnet runt).

För varje scenario har en anpassad sorptionskyllösning skapats. I scenariet med konventionell mjölkning, kyls mjölken först med en vanlig förkylare för senare nedkylning med hjälp av en iskylanläggning. Iskylanläggningen bedöms vara nödvändig för att kunna anpassa den konstanta värmeproduktionen från kraftvärmeanläggningen till det stora kyleffektbehov som förekommer vid varje mjölkning. Is produceras med en indirekt kopplad sorptionskylanläggning som använder uteluften som värmesänka via ett slutet kyltorn. I köldbärarkretsen kopplas också en luftvärme¬växlare för att utnyttja frikyla vid uteluftstemperaturer understigande –12 oC.

I scenariet med robotmjölkning ingår också en förkylare för mjölken. I tanken kyls sedan mjölken ned till under 4 oC i direkt kontakt med köldbärare från en sorptions-kylanläggning. Sorptionskylanläggningen drivs med värme från en kraftvärme-anläggning och nyttjar ett slutet kyltorn som värmesänka. Till köldbärarkretsen kopplas också en luftvärmeväxlare för att utnyttja frikyla vid uteluftstemperaturer understigande –5 oC.

Såväl vid konventionell mjölkning som vid robotmjölkning har beräkningarna visat att sorptionskyllösningarna klarar av att producera det erforderliga kyleffekt-behovet, både när värmebehovet för uppvärmning av gårdens bostadshus är som högst (dvs. när uteluftstemperaturen är låg) och när uteluftstemperaturen är som högst (vid en dimensionerande sommartemperatur av 26 oC). Dessa kriterier fodrar en sorptionskylmaskin med exakt lika egenskaper som en SolarNext:s Chillii PSC12.

En jämförelse mellan sorptionskyllösningar och konventionella kylanläggningar med konventionell mjölkning respektive robotmjölkning visar att LCC-kostnaden är 67 % respektive 100 % högre för sorptionskyllösningarna. Detta beror på en mycket hög inköpskostnad för just sorptionskylmaskinen. Sorptionskyllösningar skapar således inget ekonomiskt värde för överskottsvärmen från biogaskraft-värmeanläggningen. I båda jämförelserna hade referenskylanläggningarna system baserade på standardkompressorkyla (med förkylning). I den framtida utvecklingen av sorptionskyla för kylning av mjölk krävs en avse-värd reducering av inköpskostnaden för sorptionskylmaskinen. Detta kan ske via en vidareutveckling och anpassning av exempelvis SolarNext:s Chillii PSC12, eller via en sorptionskylmaskin med en ny konstruktion, såsom SolarFrost:s IceBook.

En detaljerad modellering är intressant i den vidare utvecklingen av sorptionskyla för mjölkkylning. Detta skulle främst möjliggöra en förbättrad dimensionering av systemets komponenter. Hur sorptionskylanläggningen kan anpassas till värme-produktionen och övriga värmeavnämare i det småskaliga kraftvärmesystemet bör beskrivas bättre samtidigt som möjligheterna att undvika ett kyltorn för värmesänkning bör undersökas.

Ladda ner 715 KB

Tipsa en vän
  |  
Senast uppdaterad: 2010-07-08

 

RISE, Jordbruk och Livsmedel | Box 7033 | 750 07 Uppsala - Växel: 010-516 69 00 | Fax: 018-30 09 56 | info@jti.se