Nya anläggningen medger att Fortum kan ansluta fler kunder. De utökade leveranserna motsvarar en effekt på cirka 100 MW.
Företagets överproduktion av kyla nattetid i befintliga anläggningar kan sparas i fjärrkylalagret och sedan levereras under konsumtionstopparna dagtid. Någon utökad kylproduktion behövs därmed inte för att klara det ökade kundunderlaget.
Fortum har idag produktion av kyla vid anläggningarna i Ropsten, Värtan och Hammarby. Sedan finns en mindre ackumulator i form av en akvifer i Brunkebergsåsen i centrala Stockholm för lagring av kyla. Under 2006 sålde Fortum kyla motsvarande en energimängd på 400 GWh. Detta försörjde cirka 7 miljoner kvadratmeter lokaler med kyla. Kyla behövs i gallerior, kontor, sjukhus och industrier. Datorcentraler behöver kyla för att fungera. Primärt kommer kylan från kallt havs- och sjövatten, eller som spillkyla från värmepumpar. Denna fri- och spillkyla utgör ungefär tre fjärdedelar av kylproduktionen, resterande del svarar kylmaskiner för. Exakta andelarna varierar mellan åren beroende på bl.a. vädret.
MILJÖVÄNLIGT
Fjärrkyla är ett energieffektivt sätt att producera kyla, i stället för lokal kylproduktion baserad på konventionella kylmaskiner. Fjärrkyla ger därmed stora miljövinster, främst i form av minskat elbehov men också i form av minskat buller från lokala kylmaskiner, samt minskad risk för legionellaspridning från centralt placerade kyltorn.
Fortum har ett väl utbyggt nät för fjärrkyla. Det täcker Sickla, Hammarby, Globen, Liljeholmen, delar av Södermalm, stora delar av Kungsholmen samt alla stadsdelar i norrort i Stockholm. Dessutom finns andra system för fjärrkyla; system av varierande storlek i Stockholms närförorter, bland annat i Kista-Akalla. Fjärrkylasystemet i centrala Stockholm är förmodligen världens största.
– År 2003 tog vi beslut om att utreda möjligheterna till en storskalig utbyggnad av fjärrkylasystemet, 2005 beslutades om projekt Hornsberg för att bygga ut nätet ytterligare och förstärka kapaciteten på fjärrkyla, berättar Anders Hill, projektchef på Fortum.
Projektet omfattar fyra etapper, där fjärrkylalagret i Hornsberg utgör tredje etappen. I en första och andra etapp byggdes produktionskapaciteten ut. Bland annat installerades två nya förångare i Ropsten. Distributionskapaciteten i nätet förstärktes med bland annat nya pumpar under Östermalm. Allt detta stod färdigt 2007.
PLANERINGSARBETE
Bygget av fjärrkylalagret i Hornsberg föregicks av omfattande planeringsarbete för byggherren Fortum. Lagret skulle placeras i bergrum. Fortum gjorde bland annat miljökonsekvensbeskrivning och ansökan till Miljödomstolen. Byggherren kunde visa bland annat att lagret inte skulle påverka grund- eller ytvatten i området, och ansökan godkändes.
Byggnadsarbetena kunde inledas i augusti 2007. I juni 2008 var sprängnings- och utlastningsarbetena klara. Bergsskrotningen var också klar (det kallas så när man tar bort stenar som kan falla ner från väggar och tak), liksom förstärkningen av tak och väggar.
– Någon tätning av berget behövs inte, berättar Anders Hill. Berget är tillräckligt tätt ändå. Vi har genomfört ett mycket omfattande mätprogram. Dessutom har vi kontrollerat volymer av processvatten och länsvatten.
Bergrummet är placerat ganska djupt med bottnen 24 meter under havsnivån. Grundvattennivån ligger på en betryggande nivå över kylvattenlagrets yta, och åstadkommer därför ett ”mottryck”.
Kylvattenlagret är cirka 125 meter långt och cirka 18 meter brett. Det rymmer 50000 kubikmeter vatten, som vid maxproduktion omsätts på tio timmar. Med tanke på att vattnet både ska pumpas in och ut behövs pumpkapacitet för 10000 kubikmeter per timme. Nere i berget har man också sprängt utrymmen för pumpar, värmeväxlare med mera. Totalt har 70000 kubikmeter berg sprängts bort.
HÄNSYN TILL BOENDE
Entreprenör för bergarbeten, byggnadsarbeten och mark har varit Skanska. Sprängningsarbetena var mycket omfattande med tusentals kubikmeter berg som sprängdes varje vecka under flera månaders tid. Byggherren Fortum ägnade mycket resurser åt information till de boende i närheten. Totalt berördes kanske tre tusen personer eller fler av bullret från arbetsplatsen. Byggledningen införde ett system där de boende fick möjlighet att beställa telefonavisering vid sprängningstillfällena. Detta var särskilt användbart för barnfamiljer som behövde veta när dagens sista sprängning hade genomförts. Systemet kan rekommenderas för liknande byggprojekt nära bostadsområden.
GRUNDVATTNET
Nitro Consult AB svarade för ledning och samordning av byggproduktionen. Arbetena kunde sättas igång först efter att bland annat den ingenjörsgeologiska prognosen var framtagen. Miljödomstolen hade formulerat kontrollprogram, för att säkerställa bland annat att grundvattnet inte påverkas. Länsstyrelsen är tillsynsmyndighet och följer både byggproduktionen och anläggningen när den sedan tas i drift. Under hela byggtiden och även i drift görs en lång rad mätningar, för att kontrollera att varken grundvatten eller ytvatten påverkas. Bland annat mäts grundvattennivån. Man förebygger och följer eventuella läckage mellan vatten i kyllagret och grundvatten. Olika vatten analyseras på bland annat suspenderat material.
– Hittills har man varit nöjda på Länsstyrelsen och till exempel grundvattnet har inte påverkats alls, berättar Caj-Eric Larsson på Nitro Consult AB.
Nitro Consult har lett och samordnat bergarbeten, byggarbeten och andra aktiviteter under byggproduktionen.
– Det som återstår för oss blir cirka en månads byggande, då ska man gjuta en vattentät vägg i lagret samt göra återställningsarbeten bland annat på mark, fortsätter Caj-Eric Larsson.
Han berättar också om en speciell lösning för att täta berget ovanför maskinhall och pumprum. Dessa ligger på endast cirka 7-10 meters djup. I taken har man spänt Gertsen-duk för att skydda mot inläckande markvatten. Duken hålls fast med vajrar som är ingjutna i berget. Dränage är ordnat så vattnet leds till brunn för att sedan pumpas till avlopp. En genial lösning för den här typen av utrymmen.
MASKINUTRUSTNING
När detta skrivs är alla maskinfundament gjutna. All maskinutrustning och ställverk är på plats. Nu pågår installation av el-system samt rörarbeten. I april ska kylvattenlagret börja fyllas. Eventuellt kan man leverera lite kyla redan i sommar, men i alla fall till hösten 2009, då anläggningen tas i ordinarie drift.
Fjärrkylalagret i Hornsberg kommer inte att behöva drifttekniker på plats. Precis som all annan fjärrkyla hos Fortum sköts det från kontrollrummet på verket i Värtan.
– Ett fjärrkylalager i berg är nytt för Fortum, men våra operatörer kan sedan tidigare det mesta av tekniken som ingår, så jag ser inga större utmaningar. Det lite nya att lära sig blir kanske att fylla på och tappa ut, utan att störa temperaturgradienten. Lagret är cirka 22 meter högt. Längst ner är det plus 5 grader och högst upp plus 16, och helst ska man ha laminära flöden, för att inte riskera omrörning, berättar Anders Hill på Fortum.
OMFATTANDE ARBETEN
Projektet är nu inne i en mycket intensiv installationsfas. Alla rör med tillhörande utrustning ska på plats. Inte minst el- och instrumentmontaget är mycket omfattande. Fortum handlade upp en totalleverans från El&Industrimontage. Företaget har svarat för detaljprojektering av el och instrument, applikationsprogram för stationsdator och processdator, samt dragning av kablage, montering av givare med mera.
Vid fjärrkylaanläggningen installeras två stycken 12 kV ställverk. De fyra kylmaskinerna matas med 12 kV. Sedan installeras fyra transformatorer som försörjer övrig utrustning som ventiler, ställdon, pumpar och värmeväxlare, med elkraft.
El&Industrimontage svarar också för ett antal undercentraler ute i anläggningen, centraler som används för att fördela elkraften.
Vid strömavbrott behövs avbrottsfri kraft och den kommer från en 400 V UPS-anläggning. Reservkraften klarar försörjning av datorerna inklusive styrsystemet.
Dessutom byggs en likströmscentral för den elkraft som behövs vid manövrering av ställverken. Fjärrkylaanläggningen kommer att ha en stationsdator för styrning av ställverken.
El&Industrimontage har under den mest intensiva montagefasen drygt trettio personer som arbetar i projektet, och det inkluderar montörer på plats och i verkstäder, samt även personal på kontoren, bland annat programmerare.
Företagets styrka är att åta sig hela montage- och installationsarbetet, inte bara elinstallationerna, utan också alla instrument. Det innebär att El&Industrimontage utför montage av bland annat givare för temperatur, tryck, nivåer et cetera.
SÅ FUNGERAR FJÄRRKYLALAGRET:
Problemet för en leverantör av fjärrkyla är den ojämna efterfrågan. Över året är förstås efterfrågan störst i juli och augusti. Över dygnet är efterfrågan större dagtid än nattetid. Det innebär att de kylproducerande enheterna har ett dåligt kapacitetsutnyttjande. Nu skaffar sig Fortum ett kyllager som nattetid tar hand om ”överskottskyla” som sedan levereras dagtid. (Mellan kyllagrets krets och fjärrkylanätet finns värmeväxlare.) Med hänsyn till lagrets storlek, samt de pumpar och värmeväxlare som installeras får Fortum en extra produktionskapacitet motsvarande 80 MW. Förutom kapitalkostnader åstadkommer man detta ”nästan gratis”. El-energi går dock åt i pumpar och i de kylmaskiner som behövs för att säkerställa en jämn temperatur på levererat fjärrkylavatten, cirka 6 grader C.
Ett exempel på driftfall är att kylproduktion nattetid i Ropsten pumpas till Hornsberg för att sedan dagtid levereras till kunder på Kungsholmen. Projekt Hornsberg kan fortsätta med en fjärde och avslutande etapp, som innebär att en transitledning byggs till Stockholm city. Denna etapp har dock ännu ej slutgiltigt beslutats.
LÅNGVARIGT SAMARBETE
Fortum har haft ett långvarigt samarbete med ÅF. Till exempel under planerings- och beslutsfaserna inför projekt Hornsberg, fanns ÅF med och gjorde energi- och processkalkyler. I en första etapp i projektet skulle kapaciteten för fjärrkyla byggas ut vid anläggningen i Ropsten. Värmepumpanläggningen i Ropsten hade kompletterats i början av 90-talet för att kunna ta tillvara kyla från värmepumparna och sälja fjärrkyla på den då begynnande marknaden.
– Nästa steg blev att förbättra verkningsgraden i anläggningen och kunna producera mer kyla, berättar Paul Ingvarsson på ÅF. Vi gjorde processberäkningar och dimensionerade en ombyggnad.
I två av Ropstensanläggningens värmepumpar installerades nya förångare. Resultatet blev att man kunde producera mer kyla, motsvarande effekten 40 MW. Fortum bedömde dock att man behövde bygga ut för ett sammanlagt kylunderlag på 100 MW. Lösningen blev fjärrkylalagret i Hornsberg, som inklusive nya kylmaskiner vid lagret kommer att tillföra 60 MW.
– Det finns inget motsvarande kyllager som vi kunde studera som referens, berättar Paul Ingvarsson. Ingenstans i Sverige lagrar man kyla i ett bergrum. För att kunna bedöma funktionen hos kyllagret, arbetade vi fram en datoriserad modell som byggde på CFD – Computational Fluid Dynamics. Med hjälp av modellen kunde strömningsbilder och temperaturskiktningar studeras. En försvårande omständighet vid drift av ett kyllager av den typ som byggs i Hornsberg är nämligen att inte störa temperaturgradienten i vattenmassan. Temperaturskillnaden mellan botten och yta är nämligen inte mer än cirka 10 grader C.
ÅF har fortsatta uppdrag åt Fortum. En stående utmaning är att kombinera produktion av fjärrvärme och fjärrkyla, med bästa möjliga verkningsgrad, för att höja kostnadseffektiviteten i de samlade produktionsanläggningarna.
AV KJELL-ARNE LARSSON
Anders Hill.jpg
– Vi beslutade om projekt Hornsberg med avsikt att bygga ut nätet för fjärrkyla ytterligare och förstärka kapaciteten på kyla, berättar Anders Hill, projektchef på Fortum.
binary.pdf (stora bilden)
Energilagret sprängs in i berget längs Hornsbergs strand. Maskinrum ligger närmare marknivån, medan energilagret ligger djupare. Illustration: Kjell Eriksson Graphic Design & Illustration.
Hornbergsrummet.jpg
Bygget av energilagret innebar bland annat omfattande sprängningsarbeten. Foto: Fortum.
Hornsberg 1559.jpg
Någon tätning av berget behövs inte. Mätningar som gjorts visar att det är tillräckligt tätt ändå.
Hornberg 1577.jpg
Bergrummet är drygt 20 meter högt.
Hornstull maskinhall 1.jpg
Rörarbetena i maskinhallen är omfattande och krävande.
Hornstull maskinhall 2.jpg
Tack vare energilagret kan man kompensera för dygnsvariationerna i kylbehov.