SVU-rapport 2021-26

Rapportnr: 2021-26
Tyngd: 6,5 MB
Publicerad: 2022-01-18
Totalt antal sidor: 61
Område: Avlopp & miljö

Titel: Värmeåtervinning ur avloppsvatten. Energiåtervinning och påverkan på avloppssystemet
Författare: Magnus Arnell, Ramesh Saagi, Christoffer Wärff, Marcus Ahlström, Ulf Jeppsson

Sökord: Energibalans, matematisk modellering, simulering, resursåtervinning, temperaturdynamik, värmeåtervinning från avloppsvatten, avloppsreningsverk

Keywords: Energy balance, mathematical modelling, simulation, resource recovery, temperature dynamics, wastewater heat recovery, wastewater treatment plant

Sammandrag: Uppvärmning av tappvarmvatten utgör lejonparten av den totala energianvändningen i den urbana vattencykeln, upp till 90 procent. Uppskattningar visar att 780 till 1 150 kWh per person och år används i svenska hushåll i form av varmvatten. Denna energi hamnar huvudsakligen i avloppsvattnet. Variationerna i varmvattenanvändning är stora, och det går att göra besparingar genom brukarnas beteende. Ändå finns det stor potential för energieffektivisering genom värmeåtervinning ur avloppsvatten med värmeväxlare och värmepumpar. 

Sammanfattning: Uppvärmning av tappvarmvatten utgör lejonparten av den totala energianvändningen i den urbana vattencykeln, upp till 90 procent. Uppskattningar visar att 780 till 1 150 kWh per person och år används i svenska hushåll i form av varmvatten. Denna energi hamnar huvudsakligen i avloppsvattnet. Variationerna i varmvattenanvändning är stora, och det går att göra besparingar genom brukarnas beteende. Ändå finns det stor potential för energieffektivisering genom värmeåtervinning ur avloppsvatten med värmeväxlare och värmepumpar.

I många kommuner är värmeåtervinning ur kommunalt avloppsvatten i dag förbjuden eller kraftigt begränsad på fastighetsnivå. Det krävs bättre förståelse av värmeåtervinningens systempåverkan för att avgöra hur, eller om, den bör regleras. Syftet med projektet var att bidra till ökad kunskap om värmeåtervinning ur avloppsvatten och hur det påverkar avloppsvattenreningen. Värmeåtervinning ur avlopp är lovande ur ett energiperspektiv, men det finns också utmaningar på systemnivå. Om värmeåtervinningen resulterar i lägre inloppstemperatur för avloppsvattnet till reningsverket kan det leda till försämrad rening och ökade utsläpp till recipienten av framför allt kväve, samt till ökade driftkostnader för energi och kemikalier.

Rapporten redovisar en systemstudie som har utförts för att undersöka vilken effekt som värmeåtervinning i olika positioner (från byggnad till reningsverk) och olika omfattning får på systemet i stort när det gäller energiåtervinning, vattentemperatur och avloppsvattenrening. I det undersökta systemet ingår hela avloppssystemet från uppkomsten av avloppsvatten i fastigheter över ledningsnätet till rening i reningsverk och utsläpp till recipient. Kopplingen till och effekten på den integrerade el- och värmeproduktionen vid kraftvärmeverk har också undersökts. En matematisk modell för flöde, temperatur och föroreningsbelastning av avloppsvatten har byggts upp, och tre fallstudier har utförts i Linköping, Malmö och Lidingö.

Resultaten visar att den opåverkade avloppsvattentemperaturen i lägenhetsbyggnader är 18 till 25 °C. Värmeåtervinning med värmeväxlare i duschar sänker temperaturen från byggnaden med mellan 1,5 och 4,2 °C som årsmedelvärde. Vid värmeväxling av allt avloppsvatten sänks temperaturen med upp till 2,3 °C. I ledningsnätet går energi förlorad till omgivande mark och luft. Inloppstemperaturen till reningsverket beror bland annat på ledningsnätets storlek och status. Vid värmeåtervinning i byggnader sänks inloppstemperaturen till reningsverket mest om åtgärden görs på duschar. Om 90 procent av duscharna har värmeåtervinning nås i genomsnitt en temperatursänkning på 1,0 °C vid inloppet till reningsverket. Större temperatursänkning uppnås bara vid värmeåtervinning med värmepumpar i det kommunala spillvattennätet.

De temperatursänkningar som visades i studien hade inte någon signifikant påverkan på reningseffekten i avloppsreningsverket. Med upp till 3 °C temperatursänkning hos inkommande avloppsvatten visade simuleringar av Linköpings och Käppalaförbundets avloppsreningsverk viss ökning av ammonium- och totalkväve men utan att överskrida gällande utsläppsvillkor. Utifrån lokala förutsättningar kan sänkt avloppsvattentemperatur i vissa fall dock sänka kapacitetsgränsen för anläggningen och påverka sedimenteringsprocesserna negativt.

Mängden återvunnen värme är störst vid värmeåtervinning i duschar, 120 till 330 kWh per person och år. Kostnaden för och vinsten med värmeåtervinning tillfaller den som tar ut och återbrukar värmen om inte andra avtal sluts. Det gäller fastighetsägarna i fastigheter och VA-organisationen på ledningsnät och reningsverk. Om det inte går att visa att värmeåtervinning påverkar avloppssystemet negativt bör det utredas om det är rimligt att hindra kunderna från att återvinna den energi som de själva värmt upp vattnet med.