Personliga verktyg
Du är här: Hem Gröna gasapparater Mikrokraftvärme

Mikrokraftvärme

Mikrokraftvärme är samtidigt produktion av el och värme till uppvärmning och varmvatten. Elektriciteten används i huset eller levereras till elnätet om användningen i huset är mindre än produktionen.

Mikrokraftvärmeaggregat har en elproduktion på maximalt ungefär 1 kW. Med mikrokraftvärme menas alltså enheter som är lämpliga för installation i småhus. Enheter upp till 5 kW elproduktion kan också kallas mikrokraftvärme. Det finns ingen fastslagen gräns mellan mikrokraftvärme och minikraftvärme. Det finns ett stort internationellt intresse för sådana anläggningar. I dag finns flest installationer (>100.000) i Japan. Små kraftvarmeaggregat har typiskt en lägre elverknignsgrad än större  kraftverk, men har i gengäld inga distributionsförluster. Jämfört med gaspannaor så produceras el och värme med en totalt högre primärenergiutnyttjande än separat elproduktion i traditionella kraftverk och uppvärmning med en värmepanna.

Demonstrationsprojekt finns i många andra länder. El- och gaspriserna i Sverige ger dock dåliga ekonomiska förutsättningar i småhus. Användning av mikrokraftvärme innebär i praktiken leverans av överskottsel till elnätet då elproduktionen överstiger husets elbehov. Det kan uppstå då mikrokraftvärmeenheten är i drift endast då all värme kan utnyttjas till uppvärmning eller varmvatten. För export av egenproducerad el i ett mikrokraftvärmeverk krävs flera avtal. E.ON har följande regler (mars 2013). El ska säljas till ett elhandelsbolag som ansvarar för att inmatning och uttag av el i nätet är i balans. E.ON erbjuder att köpa överskottsel till ett pris lika med spotpriset på Nordpool för det aktuella timpriset minus fyra öre/kWh. Elcertifikat kan sökas hos Energimyndigheten. Elproducenten kan även få ersättning för den nytta som lokal inmatning av el har med avseende på bland annat distributionsförluster.

Flertalet tekniker som används i mikrokraftvärmeenheter baseras på naturgas. Fasta bränslen är också möjliga, till exempel biobränslen och vätskeformiga bränslen baserade på biobränslen 

De olika teknikerna är Stirlingmotorer, kolvmotorer och bränsleceller. De första att nå marknaden i Europa är mikrokraftvärmeverk med Stirlingmotorer. Bränsleceller förväntas i en större skala från omkring 2015 eller senare. I Japan har utvecklingen kommit längst med bränsleceller. I dag har produkterna och försäljningen lämnat demonstrationsstadiet och nått en kommersiell nivå, om än i begränsad omfattning. Inga Stirlingmotorbaserade enheter utvecklas i Japan.

Kolvmotorbaserade enheter

Kolvmotorer har inte använts i någon större omfattning för mikrokraftvärme (men väl för mini- och större kraftvärmeenheter). Det är huvudsakligen större enheter med motorer från bilindustrin eller för industribruk. Små enheter med encylindriga motorer har presenterats under de senaste åren. Verkningsgraden för en sådan enhet med 1 kW elproduktion är 20 – 25 %. Totalverkningsgraden inklusive värme är 90-100 %.

Stirlingmotorbaserede enheter

En Stirlingmotor är en kolvmotor där förbränningen sker utanför cylindern. Förbränningen är även kontinuerlig till skillnad från motorerna i föregående avsnitt. Stirlingmotorn är tyst och vibrationsfri och är lämplig för inomhusinstallation. Stirlingmotorn bygger på att en temperaturskillnad i en gasvolym kan omvandlas till mekanisk rörelse. I korthet fungerar processen att en innesluten gasvolym, till exempel helium, flyttas mellan utrymmen där gasen värms och kyls och därmed expanderar respektive komprimeras. Detta skapar en rörelse som driver en generator. Elverkningsgraden för mikrokraftvärmeenheter är relativt blygsam på 12 – 15 %. Totalverkningsgraden är antingen omkring 90% eller 100%.

Bränslescellsbaserede enheter

Bränsleceller innehåller ingen förbränning för den rena elproduktionen. El produceras i en elektrokemisk reaktion. Bränsleceller innehåller inte heller några rörliga delar. En bränslecell kan liknas vid ett batteri som hålls konstant uppladdat genom tillförsel av ett bränsle. Bränslet är vätgas eller en vätgasrik gas som kan skapas ur naturgas, diesel, metanol etc i en reformer. Bränsleceller har många egenskaper som gör dem attraktiva. Det är även möjligt att vända bränslecellsprocessen så att vätgas produceras från el. I framtiden kan det ge möjlighet att lagra elenergi i form av vätgas.

Det finns olika typer av bränsleceller. De största skillnaderna är elektrolyten och arbetstemperaturen. För mikrokraftvärme är lågtemperatur-PEM (Polymer Elektrolyte Membrane) och SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) de aktuella varianterna. En bränslecell består av en elektrolyt, en anod och en katod. Vid anoden tillförs bränslet och joner passerar genom elektrolyten och elektroner i en elektrisk krets. Vid katoden tillförs syre (luft). Spänningen över en cell är knappt 1 V. Genom att seriekoppla en rad celler fås en högre spänning, Likströmmen transformeras och omvandlas till växelspänning i en växelriktare (inverter). Mikrokraftvärmeenheter för enfailsjhus levererar 230 V enfas växelspänning.

I Japan har bränsleceller för enfamiljshus och baserade på PEM-celler introducerats i en begränsad omfattning. Priset 2013 är strax under 2 miljoner yen (ca 150000 kr). De har knappt 1 kW eleffekt, 39% elverkningsgrad och med utnyttjande av värmen blir totalverkningsgraden 90%. En gaspanna används för att täcka värmebehov utöver värmen från bränslecellen. Mikrokraftvärmeenheter baserade på SOFC är i dag i prototyp- och demonstrationsstadiet. Elverkningsgraden är högre och 45-50% är möjligt. Bränslecellers främsta problem är höga kostnader för den komplexa konstruktionen och en livslängd som behöver ökas. Båda faktorerna visar dock en positiv utveckling. 

Andra tekniker

Utöver de nämnda mikrokraftvärmeteknikerna utvecklas även andra tekniker. Till dessa hör gasturbiner och apparater baserade på Rankinecykel, dvs miniatyrisering av vanliga kraftverk. Det är tveksamt om någon av dessa tekniker kommer att bli vanliga i mikrokraftvärmeenheter.

 

Dokumentåtgärder