Ex är latin för ut och det är just vad de ägnar sig åt. De tar din värmeenergi och flyttar in den i en jättelik tank och sedan försöker de värma upp Värtan med den uppsamlade energin. 650 megawattimmar kan lagras i det enorma kylalagret inne i berget vid Karlbergs slott, innan det är dags att flytta ut den i Östersjön.

Bild: AWeith, CC BY-SA 4.0

Egentligen har Stockholm Exergi (SE) en fantastisk affärsidé. De tar betalt för att transportera in fjärrvärme i företagen och sedan tar de betalt för att transportera ut den igen. Sen flyttar de den borttransporterade värmen till fjärrvärmenätet, som skickar tillbaks den igen.

Det skulle kunna tyckas vara en förlust för kunden, men är i själva verket en vinst. Kunden slipper ha eget kylmaskineri, eget underhåll och en kondensor på taket som bullrar och måste hållas i stånd. Kyla på kran, en enkel värmeväxlare och innertaket fullt av passiva kylbafflar är billigare än att skapa kylan själv. Dessutom sparar både kunden och SE el på detta sätt, el som kan användas till något bättre. För närvarande, 2018 är ungefär 640 fastigheter anslutna till nätet. Det rör sig om kontor, gallerior, sjukhus och datorhallar, som i stort sett köper en temperaturskillnad mellan in- och utgående vatten.

Låt oss ta grunderna. Kyla är inte något som finns. Det är en avsaknad av värmeenergi. Därför blir begreppen i den här artikeln bakvända. SE gör pengar på att ta kundernas energi ifrån dem, tvärt emot en elleverantör. När SE fyller på sitt kallvattenlager med kundernas energi under dagen kallas det för ”urladdning” och när de återställer kylan i lagret på natten genom att skicka ut den lagrade energin, kallas det för ”laddning”. Negativ laddning.

Affärsidén är följande:

SE skickar ut kallvatten till kunderna, som kunderna låter absorbera värme genom att kyla sina kontors- och butiksutrymmen.
Kundernas lätt uppvärmda vatten kommer tillbaka till SE som lagrar det i en jättetank eller växlar ut det i sjön i en värmeväxlare.
Under natten gör SE fåfänga försök att värma upp Värtan med insamlad värmeenergi, vilket misslyckas.
Tillbaka från Värtan kommer kallvatten som lagras i jättetanken.

De stora penseldragen

Stockholm har världens längsta nät för fjärrkyla. Cirka 25 mil rörledning finns under mark och transporterar kyla till främst kontor, företag och gallerior.

Stockholm värms och kyls av två olika rörnät, som till del ligger förlagda i samma tunnlar. De båda näten kompletterar varandra och spillprodukterna ur det ena blir nyttoprodukter till det andra. Det tredje energibärande nätet är avloppsnätet. Stockholmarna spolar ut varmvatten från duschar och kök och den återvinns i Hammarbyverket. Efter återvinningen är avloppsvattnet kallt och kan värmas upp av överskottsvärme från kylanätet. Värtaverket producerar både varmvatten och dumpar värme från kylanätet i Värtan. Vissa kylakunder producerar ibland egen överskottskyla som matas tillbaka till kylanätet. På samma sätt finns det kunder, främst datorhallar som producerar mycket egen värme, som matas in i fjärrvärmenätet.

Kylalgren i Hornsberg och i Brunkebergsåsen fungerar som mellanlager av negativ energi och kan förse nätet med ungefär hälften av den nödvändiga kylan, men måste återladdas på nätterna. De blå pilarna visar på negativ transport av energi. Energin går alltså ut ur nätet. Det är därför kyleffekten visas som negativ.

Flödet i kylanätet är inte statiskt. Beroende på vilka pumpar i vilka kylalager och värmepumpverk man kör, blir flödet olika. Vid maxlast på sommaren används alla kylkällor och då rör sig vattnet kortast sträcka mellan lager och kund. Vintertid används bara ett fåtal kylkällor och då färdas vattnet längre. Som längst kan det ta vattnet en timme att färdas ut till en kund och tillbaka.

Hornsbergslagret

Den mesta utrustningen i de båda näten är jättelik och imponerande. Denna artikel ska koncentrera sig på kylalagret i berget vid Hornsberg som är absolut gigantiskt, men under mark. Det syns inte, men finns ändå.

Hornsbergslagret består av en serie bergrum, fulla med intressant teknisk utrustning, som jättelika värmeväxlare, pumpar, kylmaskiner, ställverk och en enorm vattentank som lagrar den negativa energin. Dessutom finns ett rum för drift och övervakning. Bergrum är sannerligen inget ovanligt i Stockholm. Stockholms underjord ser ut som en schweizerost, med tunnelbana, fjärrvärmetunnlar, teletunnlar och diverse före detta militära bergrum som numera blivit datacentraler och en del av dem har anslutits till SEs fjärrkylanät.

Lagret befinner sig på andra sidan Karlbergskanalen, mitt emot Karlbergs Slott. Eftersom det inte är så lätt att hitta nya ställen att dra grova rörledningar i Stockholm ligger det ett antal distributionsrör på botten av Karlbergskanalen. De går vidare genom Barnhusviken, Klara Sjö och Riddarfjärden in till Tegelbacken och kommer upp framför Sheraton hotell, för att försörja Stockholm City med kyla.

Låt oss börja med de trevliga teknikbilderna och komma in på de tekniska sambanden senare. Ingången är en grå, tämligen oansenlig ståldörr som leder ned i underjorden. På den sitter en skylt.

Här finns det kylmaskiner. Enorma. Skylten visar hur mycket kylmedium som totalt används i anläggningen: 8,6 ton 1,1,1,2-tetrafluoretan, ett mycket vanligt klorfritt kylmedium som används i en lång rad kyl- och luftkonditioneringsapplikationer.

Vi kliver in i det allra heligaste genom tillfartstunneln. Anläggningen är stor!

Den fortsatta resan genom anläggningen börjar vid lagringstanken och följer kallvattnets väg ut mot kunderna.

Den enorma vattentanken på 55.000 kubikmeter kan beskådas, snyggt belyst genom en tittglugg. Man kan misstänka att det är gjort så för att visa upp det hela för besökare.

En titt in i tanken med undervattensbelysning. Siktdjupet är bra. Innehållet är helt vanligt vatten. Eftersom det aldrig blir kallare än cirka 3 grader, finns inget behov av glykol. Glykol skulle dessutom kunna förorena grundvattnet, då bergrummet långsamt kommunicerar med grundvattnet.

Kallvattnet från vattentanken får inte komma ut, utan värmeväxlas med vattnet från distributionssystemet i dessa sju parallellkopplade värmeväxlare, som kan ta topplasten 80 megawatt.

Här är en plattvärmeväxlare i närbild.

Dessa tre cirkulationspumpar flyttar vattnet mellan vattentanken och värmeväxlarna och tillbaka igen, 5200 kubikmeter per timme.

Kylmaskinerna (värmepumpar) används för att säkerställa att det utgående kallvattnet faktiskt håller avtalade 6 grader, genom att pumpa bort överskottsvärme från utgående vatten och skicka tillbaka värmen in i tanken igen. Ett sätt att snygga till leveransen.

Kylmaskinerna har sina egna cirkulationspumpar.

När kallvattnet är klart, pumpas det ut till kunderna med dessa fyra cirkulationspumpar på 500 kilowatt styck som kan flytta totalt 5000 kubikmeter per timme.

De utgående rören till kunderna är inga små saker. Här åker de 5000 kubikmetrarna ut mot Stockholms City.

Skulle det bli en läcka någonstans på vägen spelar det ingen roll. Det enda som rinner ut är avjoniserat vatten.

På vägen ut till kunden kan det se ut så här. Här läggs fjärrvärme (tjocka rör) och fjärrkyla (smala rör) i Kista. Bild: UÜ Stinsenman, Estland. Rören läggs på de ställen där kunderna kräver, men det är en utmaning att gräva, framför allt i innerstan. Det krävs att trafiken stängs av, att arbetet utförs på nätterna. Kan man nyttja kanaler och liknande för att lägga större ledningar, gör man det.

Hos komfortkunden slutar allting i till exempel en sådan här passiv kylbaffel, eller så fläktas kalluften ut genom ventilationen eller någon annan metod. Riktigt så går det inte till i en datorhall. Mera om det finns i referenserna. Datorhallarna kan ibland också hjälpa till och skapa mera kyla, om de har överskottskyla. Alternativt kan de, som exempelvis Bahnhof gör, flytta över sin egen datorvärme till fjärrvärmenätet. I vilket fall som helst vinner båda på det.

Exakt hur kundens fjärrkylacentral ska konstrueras och kopplas, finns det en länk till i referenserna. I korthet kopplas allting så här. Detaljerna märkta 3 är den mätelektronik som SE tillhandahåller för att kunna debitera kylan, som temperatursensorer för in- och utgående temperatur och en flödessensor. Flödet mäts var sjätte minut och integreras under en timme, varefter kunden får betala för den ”högsta” timmen per dygn. Mätdata kan transporteras tillbaka till SE via Internet på fiberanslutning, via 3G eller 4G eller annat sätt. Bild: SE.

Kundens eget reglersystem är märkt 8, men det har SE inga åsikter om hur det byggs upp, bara att det ska finnas.

Teknikaliteterna

Alla teknikaliteter förklaras av Christer Boberg som är en av SEs marknadsutvecklare och expert på fjärrvärme och dito kyla.

SE har ett antal fjärrkylanät i stockholmsområdet med omnejd som inte är hopkopplade. De yttre näten täcker främst olika industriområden och köpcentra.

Från Ropsten (Värtan) där man hämtar upp frikylan (bottenvattnets kyla) breder citynätet ut sig runt Haga Norra, Karolinska Institutet, västra Kungsholmen, söderut till Liljeholmen och Marievik och längst söderut till globenområdet. Det fortsätter österut till Sickla Köpcentrum.

Det är bara citynätet i centrala staden som försörjs från Ropsten och Hornsbergslagret, medan de mindre, separata områdena har egna, traditionella kylmaskiner och värmepumpar med kondensorer på ett tak någonstans, som blåser ut värmen i luften, eller flyttar över den till fjärrvärmenätet. De separata kylanäten är inte alls hopkopplade med citynätet eftersom det skulle bli allt för dyrt. Kista och Akalla är ett separat nät, liksom Infra City i Upplands Väsby, mässhallarna i Älvsjö, Farsta Centrum, Skärholmen med köpcentrumet i Kungens kurva. Slutligen finns ett mindre nät på Lidingö som enbart är baserat på frikyla.

Nätet kopplas om

Vattnet i rören värms upp på vägen. Intressant nog måste vattnet vara kallare på vintern än på sommaren, främst beroende på hur nätet kopplas om. Vintertid kan man skicka allt kallvatten från Värtaverket ända bort till Sickla och då måste kallvattnet hålla 4,5 grader, men på sommaren kan det räcka med 5,5 grader från Hornsbergslagret för att vattnet kan gå kortare sträckor till kunderna.

Förluster och absorption

Den oinitierade skulle kunna tänka sig att det är bra att förlägga en distributionsledning på botten av en kanal, eftersom vattnet där alltid är kallt. Men det är inte så, inte på sommaren. Den ledning som ligger på botten av Karlbergskanalen drabbas av en sk ”varmpropp” som måste spolas bort varje dag innan kunden kan få det avtalade kallvattnet. Under sommaren blir bottenvattnet gradvis varmare än de 5-6 grader som SE vill sända iväg från Hornsbergslagret och den temperaturen absorberas av rören. De enda som märker den något högre temperaturen är emellertid datorhallarna, medan komfortkunderna oftast behöver sin kyla på eftermiddagen.

Detsamma händer, om än i mindre grad om fjärrkylarör ligger förlagda tillsammans med fjärrvärmerör. Men vattnet ligger inte tillräckligt länge i rören för att påverkan av fjärrvärmen hinner bli betydande.

Schemor

Grovt kan man säga att driften av Hornsbergslagret går till så här. I urladdningsläge under dagen hämtas värmeenergi in från kunden, som får registrera in- och uttemperaturer och flöde och blir debiterad därefter. I uppladdningsläge under natten dumpas värmen i Värtahamnen. Men detta är bara delvis sant, för normalt matar man ut både kyla från Hornsbergstanken och frikyla från Värtaverket.

Uppladdning sker i stort sett varje natt, såvida det behövs.

Kopplingarna i Hornsbergslagret. Observera att det finns betydligt flera ledningar och ventiler än vad som visas. Destinationerna till vänster i bilden är bara exempel. Den lägsta temperatur som förekommer överst i vattentanken är omkring 6 grader, medan den högsta som förekommer efter dagens insamlande är dryga 19 grader. Vid urladdning tar man det kallaste vattnet i tanken först, nämligen det som sjunkit längst ned. När tanken laddas med kallvatten hämtar man ut och värmeväxlar först det varmaste vattnet, alltså det som flyter överst. Det finns gränser. Försöker man stoppa in mer än 650 MWh värme per dygn i vattentanken så går det inte att upprätthålla driftparametrarna och leverera godkänd kyla till kunderna.

Värmepumparna är som sagt till för att vidmakthålla den avtalade leveranstemperaturen på 6 grader på utgående vatten. I schemat ovan visas driftsfallet nä kylan i tanken är tillräcklig och då förbikopplas värmepumparna som du ser av de öppna ventilerna. För andra driftsfall finns ytterligare ledningar.

SE sparar själv så mycket energi som möjligt med hjälp av varvtalsstyrda pumpar och fläktar, och genom att använda så mycket frikyla som det går. Bara genom att inte använda kyltorn för citynätet utan Värtans frikyla ökas verkningsgraden väsentligt.

Anläggningen är för stor för att kunna förses med reservkraft och funktionen är måhända inte livsviktig, men alla större anläggningar har dubbla inkommande kraftmatningar.

Årsförbrukning, eller snarare årsabsorption

Vilka energier behöver man samla in från kunderna?

Här visas energiuttaget från hela SEs system under drygt ett år, 2017–2018.

Totalt har SE en installerad kyleffekt av 270 MW från frikyla, värmepumpar och kylalager. Våren 2017 var kall och då behövdes inte så mycket kyla. Under vintern behövdes heller inte mycket, men så kom den varma sommaren 2018 där bara maj månad finns med i diagrammet. Under maj hämtades 53 gigawattimmar in från kunderna och delar man med 31 blir det 1,7 GWh per dygn, eller omräknat i medeleffekt på 12 av dygnets timmar ~141 MW, klart mer än vad Hornsbergslagret kan hantera ensamt med sina 80 MW. Men det finns som sagt 190 MW till att hämta från andra absorbenter.

Men det finns gränser för vad fjärrkylasystemet mäktar med. I början av heta augusti 2018 kom följande störningsmeddelande.

Problemet var emellertid över dagen efter.

Avslutning

Vi låter Christer Boberg avsluta: Vi ser ett ökat intresse från företagskunder eftersom att fjärrkyla är ett enkelt och driftsäkert sätt att säkra komfort i inomhusklimatet sommartid. Marknaden för fjärrkyla växer, till exempel i Kista där vi snart kommer att koppla på flera fastigheter till fjärrkylanätet, och det är väldigt positivt. Runt en tiondel av världens el går åt till att skapa kyla genom lokala kylmaskiner som drivs med el. Då är fjärrkylan ett mycket smartare alternativ eftersom vi normalt sett använder hälften så mycket el jämfört med en kylmaskin. Så roligt att Stockholm är bäst på något!