Gjenvinning av spillvarme

Under en park i Helsingfors, i huler skåret inn i fjellgrunnen, tar en rekke store varmepumper varme fra byens rensede avløpsvann og fra vannet som kommer tilbake fra fjernkjølingsnettet, og leverer det til fjernvarmen som varmer opp hjemmene. The Katri Vala plant, run by the city’s energy company Helen, produced 570,000 MWh of heat in 2017 from five large heat pumps, and a sixth, added in 2021, was expected to raise that by up to 200,000 MWh a year; its capacity reached about 123 MW (Wikipedia, Energy in Finland, citing Helen, 2018). Varmen var allerede der. Den løp tidligere ut i Østersjøen.

Avfallsvarme er den største “energikilden” ingen teller. En studie fra 2016 anslo at 72% av verdens primærenergier går tapt etter omforming, hovedsakelig som varme, og at 63% av spillvarmestrømmene er under 100 °C (Forman et al., 2016). Det andre tallet er det viktigste. Varme som kjøler ned er nesten ubrukelig for å lage elektrisitet og svært nyttig for oppvarming av bygninger. Denne siden forklarer hvorfor, og hva som kreves for å bruke den.

Hva det er

Gjenvinning av spillvarme betyr å fange opp varmen som en prosess frigjør uansett og levere den til noe som trenger varme. Det har tre vanlige former:

• Direkte bruk. Varmtvann eller gass fra en fabrikk, forbrenningsanlegg eller kraftverk passerer gjennom en varmeveksler til et fjernvarmenett eller en annen prosess. Slik startet de fleste av Danmarks og Sveriges varmenett.
• Varmepumper på kjølige kilder. Kloakk, datasentre, supermarkeder, metrotunneler og kjølevann er bare 10 til 40 °C. En stor varmepumpe hever varmen til de 60 til 90 °C som nettverket trenger, og bruker mye mindre elektrisitet enn en kjele ville gjort.
• Å lage elektrisitet. Varmeavgasser fra ovner og motorer, vanligvis over 200 °C, kan drive en dampturbin eller en organisk Rankine-syklus (ORC), en liten turbin som bruker en væske som koker ved lavere temperaturer enn vann.

Slik fungerer det

Varmeverdien bestemmes av temperaturen. En kWh varme ved 30 °C og en kWh ved 600 °C er den samme mengden energi, men ikke den samme ressursen. Carnot-effektiviteten, taket for enhver motor som omdanner varme til arbeid, er η = 1 − T_cold / T_hot, med temperaturer i kelvin. Med omgivelsene ved 25 °C (298 K):

• varme ved 30 °C (303 K): 1 − 298/303 = 1.6%
• varme ved 90 °C (363 K): 1 − 298/363 = 18%
• varme ved 300 °C (573 K): 1 − 298/573 = 48%

Ekte maskiner når mindre enn halvparten av disse tak. Organiske Rankine-sykluser, det vanlige valget for å gjenvinne elektrisitet fra moderat varme, konverterer vanligvis omtrent 5 til 20% av varmen, som stiger med temperaturen (I: Norske sjøfugl, 2013). Under ca. 80 °C er det sjelden verdt å produsere elektrisitet med maskiner.


Varmepumper fungerer omvendt. En varmepumpes tak er COP = T_hot / (T_hot − T_cold): jo mindre løft, desto mer varme per enhet elektrisitet. Å heve 30 °C datasentervarme til 80 °C har en Carnot-COP på ca. 6,4; virkelig store varmepumper når omtrent halvparten, rundt 3. Så 100 kWh 30 °C spillvarme pluss ca. 45 kWh elektrisitet blir ca. 145 kWh nettvarme. Elektrisiteten går ikke til spills: Den ender opp som varme også.

Avstand er den andre begrensningen. Varme er dyrt å flytte. Rør, grøfter og pumping koster langt mer per kWh enn strømkabler, og varmtvann mister varme underveis. Spillvarme er verdifull når en varmebruker sitter nær kilden, eller når et varmenett allerede går forbi. Moderne “fjerde generasjons” nettverk kjører ved lavere temperaturer (rundt 50 til 70 °C) nettopp slik at mer lavverdige varme kan brukes (Lund et al., 2014).


Timing er det tredje. Et datasenter lager varme hele året, men hjemmene trenger mest av den om vinteren. Nettene balanserer dette med varmelagring, andre varmekilder og om sommeren ved å dumpe varme som ikke kan brukes.

Grensene

• Temperatur. Det meste av spillvarmen er for kald til elektrisitet. Carnot-ligningen er ikke forhandlingsbar.
• Avstand. En kilde langt fra enhver varmebruker er praktisk talt verdiløs, men stor.
• Uoverensstemmelse i tid. Industri- og datasentervarme er jevn; oppvarmingsbehovet er sesongavhengig og topper på kalde morgener.
• Pålitelighet og kontrakter. Et nettverk kan ikke være avhengig av en fabrikk som kanskje stenger eller et datasenter som flytter. Kontrakter, reservekapasitet og risikodeling er like viktig som engineering.
• Effektivitet først. Den beste spillvarmen er varmen som ikke produseres. Bedre prosesser og effektive servere reduserer hva som er tilgjengelig for gjenoppretting, og det er en god ting.

Ekte prosjekter, målt

Prosjekt	Hvor, når og hvordan	Varmekilde og skala	Hva som rapporteres
Katri Vala varme- og kjøleanlegg	Helsinki, Finland, siden 2006, utvidet siden	Renset avløpsvann og returvann fra fjernkjøling, store varmepumper i fjellgroper	570.000 MWh varme i 2017 fra fem varmepumper; en sjettedel fra 2021 legger til opptil 200.000 MWh per år; ca 123 MW totalt (Helen, 2018; Wikipedia)
Meta Odense datasenter med Fjernvarme Fyn	Odense, Danmark, siden 2020	Servervarme løftet av varmepumper inn i byens nettverk	Mål: 100.000 MWh varme i året, nok til 6900 boliger (Meta, 2020)
Oslo dataparker	Stockholm, Sverige, siden 2017	Stockholm Exergi kjøper varme fra datasentre for byens nettverk	Et program for “en datasenterindustri der ingen varme går til spills” (Oslo dataparker)
Nordeuropeiske datasentre	Finnmark, Norge og Sverige	Modellert potensial	Datasentervarme kan dekke en betydelig andel av fjernvarmen i nordiske byer hvis nettverk og priser tillater det (Wahlroos et al., 2018)

To politiske signaler viser hvor dette går. Tyskland krever nå at nye datasentre som starter drift fra juli 2026, gjenbruker minst 10 % av energien sin, og dette skal økes til 15 % fra juli 2027 og 20 % fra juli 2028, med mindre det er inngått en varmenettavtale (Energieeffizienzgesetz, paragraf 11). Og datasentre vokser raskt: IEA anslår at de brukte omtrent 415 TWh elektrisitet i 2024, rundt 1,5% av verdens elektrisitet, på vei mot omtrent 945 TWh innen 2030 (IEA, Energy and AI, 2025). Nesten all den elektrisiteten ender opp som lavtemperaturvarme.

I Danmark, Finland og Sverige står fjernvarme for en stor andel av varmemarkedet, og er derfor ledende innen bruk av overskuddsvarme (Werner, 2017). Andre steder er det vanligvis nettverket som mangler, ikke varmen.

Hva det koster

Gjenvinning av spillvarme genererer ikke elektrisitet, så referanseverdiene for hele anlegget (solcelleanlegg på taket ved ca. $0.19 per kWh I våre tjenester Vifteveggmodell, innenfor Lazards juni 2026-område av $0.09 to $0,20 for kommersiell taksol) gjelder bare for de små høytemperatur tilfellene som lager elektrisitet. For varme er konkurrenten en gasskjele. Ved hjelp av de samme runde tallene som på vår Termisk lagringsside (engrosgass til 35 euro per MWh, kull til 70 euro per tonn, en 90 % kjele), gassvarme koster ca. 5 til 6 eurocent per kWh.

Varme fra en lavtemperaturkilde gjennom en stor varmepumpe koster strømmen delt på COP, pluss utstyret som sprer varmen det leverer. Publiserte kostnader for store varmepumper og tilkoblinger varierer mye fra sted til sted, så vi viser området som en beregning (20 år, 7% real diskonteringsrente, COP 3, rør og tilkobling ikke inkludert):

Installert varmepumpekostnad per kW varme	Elektrisitet €50 per MWh, 3000 timer i året	Elektrisitet €50, 6.000 timer	Elektrisitet €100, 3.000 timer	Elektrisitet €100, 6.000 timer
€500	3.2 c	2,4 c	4,9 c	4.1c
€1,000	4,8 c	3.2 c	6,5 c	4,9 c
€1,500	6,4 c	4.0 c	8.1 c	5,7 c

• Eurocent per kWh varme. Vår beregning: utstyrskostnad × 0,0944 ÷ timer + strømpris ÷ 3.*

Varmegjenvinning er vanligvis konkurransedyktig med gass Når varmepumpen kjører mange timer i året og kilden er ved siden av et nettverk. De svake punktene er rørene (en ny tilkobling på noen få kilometer kan koste mer enn varmepumpen) og risikoen for at kilden forsvinner. Direkte bruk av varm industrivarme, uten varmepumpe i det hele tatt, er vanligvis den billigste varmen et nettverk kan kjøpe.

Å lage strøm fra spillvarme er annerledes: en ORC-enhet konkurrerer bare der varmen er varm, jevn og gratis, og selv da er produksjonen liten sammenlignet med varmen som kommer inn.

Hvor den kan vinne, og hvor den ikke kan

Det kan vinne:

• Byer med varmenettverk Ved siden av datasentre, kloakkverk, metrosystemer, supermarkeder og fabrikker.
• Industriparker og industriområder, hvor et anleggs avfallsvarme er et annet anleggs prosessvarme.
• Nye datasentre Varmepumpen er fra starten av designet for å levere varmt vann, spesielt med væskekjøling ved 40 til 60 °C.
• Industri med høy temperatur (sement, glass, stål, kjemikalier), der eksos over 250 °C kan drive en ORC eller dampturbin for elektrisitet, eller forvarme materialer.
• Kloakkvarme, som er jevn, nær byer og tilgjengelig om vinteren.

Det kan ikke vinne:

• Fjernkilder uten varmebruker i nærheten: et ørkendatasenter eller et isolert anlegg.
• Forvandle lavtemperaturvarme til elektrisitet. Ved 30 til 60 °C er Carnot-taket noen få prosent; ingen gadget endrer det.
• Steder uten varmenettverk, til noen bygger en. Nettverket, ikke varmen, er vanligvis den virkelige investeringen.
• Som en grunn til å holde bortkastede prosesser. Effektivitet kommer først.

Hva er bevist, sannsynlig og spekulativ

Testet: Carnot-grensene for varme-til-kraft og på varmepumper; storskala varmegenvinning fra kloakk og datasentre til fjernvarme i Helsingfors, Odense og Stockholm; industrielle varmematningsnettverk over Danmark og Sverige; ORC-enheter som gjenvinner elektrisitet fra varmt industriavfall.

Plausibelt: De fleste nye store datasentre i Europa leverer brukbar varme, hjulpet av regler som Tysklands; lavere temperatur nettverk som tar mer lav-grade varme; væskekjølte servere som leverer 50 til 60 ° C vann som trenger lite eller ingen varmepumpe.

Spekulativ: Økonomisk meningsfull strøm fra varme under 80 °C; Varmegjenvinning i byer uten nettplan; Termoelektriske paneler på vanlige spillvarmeflater som betaler seg selv.

Åpne forskningsspørsmål

• Kartlegging. Hvor, ved hvilken temperatur og i hvilken mengde er spillvarme tilgjengelig, sammenlignet med hvor det trengs varme? Åpne, lokale kart er sjeldne.
• Kontrakter og risiko. Hvem betaler for tilkoblingen, og hvem bærer risikoen hvis kilden stenges?
• Lavere temperatur nettverk. Hvordan konvertere eksisterende høytemperatur nettverk og bygninger til kjøligere drift.
• Høytemperatur varmepumper Dampgeneratorer leverer damp på 120 til 200 °C for industrien, fra spillvarme på 60 til 100 °C.
• Sesongbasert lagring som holder sommervarmen fra datasenteret om vinteren.
• Målet ytelse. Publisert årlige data om levert varme, brukt strøm og kostnader for reelle prosjekter.

Hva en fungerende prototype ville trenge

Varmepumper og varmevekslere er modne. De nyttige innovasjonene er i å koble kilder til brukere billig, i høytemperatur varmepumper og i kontroll. En fungerende modell skal levere målt varme til en reell bruker.

Fase	Arbeid	Beslutningen det muliggjør	Grov kostnad	Tid
1. Varme revisjon	Mål strømmen og temperaturen i en ekte avfallsstrøm over flere uker med logger; kartlegg varmebrukere innenfor 1 til 2 km	Er det nok varme, til en nyttig temperatur, nær nok til en bruker?	$5k to $20k	1 til 3 måneder
2. Benk demonstrator	En 10 til 50 kW varmeveksler og varmepumpe på den virkelige kilden, med varme- og strømmålere	Målt COP, tilsmussing og pålitelighet på den virkelige strømmen	$30k to $150k	6 til 12 måneder
3. pilottilkobling	En tilkobling til en bygning eller et lite nettverk, et års data, en varmeforsyningskontrakt	Reelle kostnader per kWh varme og kontraktsmodell	$0.3M to $2M	12 til 24 måneder


Hvem trenger vi

• Fjernvarmeingeniører og nettverksoperatører.
• Spesialister på varmepumper, spesielt for store og høye temperaturer maskiner.
• Datasenter- og industrielle energiledere Vi er villige til å dele temperatur- og strømningsdata.
• Byplanleggere og GIS-analytikere for å kartlegge kilder og brukere.
• Advokater og økonomer å utforme varmekontrakter som deler risikoen rettferdig.
• Prosessteknikere for tilgroing, korrosjon og rengjøring av varmevekslere på skitne strømmer som kloakk og røykgass.

Har du en bedre idé?

Noen medlemmer av Stiftelsen kan ha kontakter som kunne høre en pitch for en sterk energiidé. For å bli pitchet, trenger en idé et En fungerende, virkelighetsnær modell som faktisk produserer strøm; for en varmegjenvinningsidé betyr det en modell som leverer målt varme eller elektrisitet, med utgang og egen energibruk logget på instrumenter, ikke hevdet. Papir ideer er også velkomne: hvis fysikken og tallene er solid, kan vi publisere dem her på nettstedet. Men å skaffe kapital uten en fungerende modell er svært vanskelig, og ingenting her er et løfte om finansiering, avkastning eller introduksjoner.

Send din idé gjennom bidragsskjemaet med problemet det løser, fysikksjekken, en grov kostnad per kWh og den billigste testen som kan bevise at det er feil. Hvis du har en fungerende modell, inkluderer den målte utgangen og hvordan du målte den. Energikilder-siden sammenligner dette og de andre alternativene på idéradaren.

Kilder

1. Formann, C., Muritala, I.K., Pardemann, R. og Meyer, B. (2016). Beregning av det globale avfallsvarmepotensialet. Fornybar og bærekraftig energi 57, 1568-1579.
2. Helen (2018). Ny varmepumpe skal bygges igjen i Helsinki; Wikipedia, Energi i Finland.
3. Meta (2020). Odense datasenter: varmegjenvinning.
4. Stockholms stadsbibliotek. Programnettsted.
5. I: Sæther, M., Rinne, S., Syri, S. og Manner, J. (2018). Fremtidig syn på utnyttelse av spillvarme: tilfellet med datasentre i Nord-Europa. Renewable and Sustainable Energy Reviews 82, 1749-1764.
6. I: Van den Broek, M., Dewallef, P., Lemort, V. og Quoilin, S. (red.) (2013). Teknisk-økonomisk undersøkelse av organiske Rankine Cycle (ORC) systemer. Fornybar og bærekraftig energi 22, 168-186.
7. Lund, H., Werner, S., Wiltshire, R. et al. (2014). 4th Generation District Heating (4GDH). Energi 68, 1-11.
8. Werner, ss. (2017). Fjernvarme og fjernkjøling i Norge. Energi 137, 617-631.
9. Germany (2023). Energieeffizienzgesetz (EnEfG), avsnitt 11: datasentre.
10. IEA (2025). Energi og AI.
11. Lazard (juni 2026). Nivellert kostnad for energi+, versjon 19.
12. Local Solar System Stiftelsen. Den åpne modellen med viftevegg: Solcelletakets referanseverdi på $ 0,19 per kWh.
13. Wikipedia. Amager Bakke: 157 til 247 MW fjernvarme og opptil 63 MW elektrisitet fra kommunalt avfall, med skibakke på taket.