Tydal Biopark: Overskuddsvarme fra datasenter som grunnlag for en bioindustriklynge

Tydal Data Center er kun ett av flere store datasentre som etableres i Norge i disse årene. De fleste datasenteraktørene ønsker at overskuddsvarmen blir benyttet til fordel for lokalsamfunnet, selv om salg av overskuddsvarme i seg selv ikke vil bidra til økte inntekter. Datasentrets økonomiske insentiv for å levere varme er et redusert maksimalt kjølebehov. Dette gir mulighet til å selge mer IT-kapasitet. For at dette skal være mulig, må varmebehovet være til stede ved de høyeste temperaturene om sommeren.

Prosjektet Tydal Biopark, finansiert av Regionale Forskningsfond (RFF) Trøndelag, har utredet varmebehov for tørking av ulike typer biomasse og for et veksthus i en mulig framtidig biopark like ved datasentret. Mens veksthuset har varmebehov primært på vinteren, er et tørkeanlegg for biomasse en mulig stor forbruker av varmen også om sommeren. Ved å benytte tørket biomasse i et pyrolyseanlegg kombinert med organisk-Rankine syklus (Organic Rankine Cycle, ORC), er det mulig å gjøre Bioparken delvis selvforsynt med strøm og samtidig produsere biokull.

Tørking av biomasse

Prosjektet viser at områdene rundt Tydal har betydelige trebaserte bioressurser. Tilgangen varierer mellom de ulike råvarekategoriene, men samlet sett framstår regionen som et attraktivt område for etablering av ny bioindustri. Sagflis og bark fra eksisterende industri er de mest forutsigbare råvarestrømmene. Skogsflis har det største uutnyttede potensialet, men er også den mest krevende logistisk. Returflis kan bidra med betydelige volumer, men stiller store krav til kvalitetssikring, håndtering og logistikk. Videre utvikling av bioøkonomien i regionen vil i stor grad avhenge av evnen til å etablere verdikjeder som utnytter disse ressursene på en kostnadseffektiv og bærekraftig måte.

Det finnes også et stort potensial i tørking av slam, som etter hvert er blitt et problemprodukt i mange av nabokommunene. Dette gjelder spesielt kommunalt avløpsslam, og kommunene ventes å være villige til å betale for trygg behandling av det. Samtidig er regelverket for videre bruk av biokull laget av avløpsslam strengere enn for andre råvarer. Fiskeslam, som det også finnes mye av i Trøndelag, kan være enklere å utnytte og er identifisert som et råstoff med betydelig potensial i en sirkulær bioøkonomi, særlig til produksjon av biogass, gjenvinning av fosfor, og utvikling av nye gjødselprodukter.

Prosjektet har vært i kontakt med en tysk leverandør av lavtemperatur-båndtørkere som kan benytte seg direkte av den lavtempererte overskuddsvarmen fra datasentret ved 55°C. Samme teknologi kan brukes til tørking av både trebaserte råvarer og slam.

Pyrolyse med ORC og produksjon av biokull 

Prosjektet viser at tørking av biomasse med overskuddsvarme fra datasentre gir store fordeler ved produksjon av biokull med pyrolyse. Prosjektet har gjort beregninger for pyrolyse med både granflis og slam som råvare, begge antatt å bli tørket til 5 % fuktinnhold. Begge råvarene gir nok energirike pyrolysegasser og kondensater til at prosessen kan dekke sitt eget varmebehov. Pyrolysen fremstår dermed som termisk selvforsynt etter oppstart, forutsatt at råvarene forbehandles og tørkes til dette fuktinnholdet først. I tillegg er det nok varme igjen i pyrolyseprosessen til å produsere strøm til Bioparken i en ORC-enhet. Strømproduksjonen blir noe lavere hvis pyrolyseanlegget kombineres med karbonfangst. 

Norge har foreløpig ikke et etablert marked for biokull, men det finnes muligheter i landbruk, betongproduksjon, og metallindustri. Alle disse sektorene ventes å trenge store volumer i framtiden, men regelverket er ennå ikke på plass. I Sverige har derimot både markedet og regelverket kommet mye lenger, og det er gode muligheter for eksport dit. 

Energibalanse 

En biopark vil også gi nye strømbehov, særlig fra veksthuset, som trenger mye strøm til belysning. Prosjektet har sett så på ulike scenarier for næringsutvikling i området. Resultatene viser at bioparken kan være selvforsynt med strøm omtrent fra mai til august, takket være strømproduksjon fra ORC-enheten. Behovet for både varme og strøm er høyest om vinteren, primært på grunn av drivhuset. Tørkeanlegget har et jevnt varmebehov gjennom året, og er dermed mer egnet som mottaker for overskuddsvarme fra datasentret, som har mest varme tilgjengelig om sommeren. Uansett er varmebehovet langt under den tilgjengelige overskuddsvarmen hele året. 

Sesonglagring av kulde for å redusere topplasten 

Datasentret har to ulike kjølekretser: en væskebasert krets på 140 MW for kjøling av prosessorene, med temperaturnivå på 40/55^oC, som dekkes av tørrkjølere; og en luftbasert krets på 32 MW for resten av kjølebehovet, med temperaturnivå 18/27^oC, som dekkes av kjølemaskiner med frikjølingsfunksjon. Tørrkjølerne bruker forholdsvis lite strøm (1% av kjøleleveransen), mens kjølemaskinene bruker mye.  

Bioparken vil bruke overskudsvarmen på 55°C fra den væskebaserte kjølekretsen, som ellers kjøles med tørrkjølere. Datasentret sparer derfor lite strøm på å levere varme til bioparken, særlig siden mesteparten av varmebehovet er om vinteren. Derimot kan et kaldt borehullsbasert sesonglager benyttes til å levere kjøling til den lavtempererte, luftbaserte kjølekretsen, på de varmeste sommerdagene, og dermed spare mye strøm. I prosjektet ble det estimert at et anlegg med 250 energibrønner kan levere omtrent 5 MW frikjøling når lufttemperaturen er over 15^oC. Strømforbruket for å sirkulere væsken i brønnene er omtrent 50 kW, og samlet reduseres strømbehovet til maskinkjøling med omtrent 1-1,25 MW. Dette gir en betydelig økonomisk gevinst, siden mer strøm blir tilgjengelig for serverdrift. 

Forretningsmodell 

Det finnes få vellykkede eksempler på bioparker som bygger industriell symbiose rundt overskuddsvarme fra datasentre. For å skape større fleksibilitet og legge til rette for flere virksomheter anbefaler prosjektgruppen å etablere et eget infrastrukturselskap med ansvar for utvikling, eierskap, og drift av felles infrastruktur i bioparken. Gjennom organisering som et infrastrukturselskap som distribuerer varme til eget forbruk, vil det også være mulig å unngå kravene for konsesjon fra NVE. Bioparkens viktigste konkurransefortrinn vil være nettopp tilgang på rimelig overskuddsvarme, ferdig utviklet infrastruktur og lave etableringskostnader. Dette skal veie opp for at Tydal ligger langt fra byer og store markeder, og gjøre området attraktivt for ny grønn industri. 

Tydal Biopark AS bør ha som formål å maksimere samlet verdiskaping, framfor økonomisk avkastning. Eierne forventes først og fremst å få gevinster indirekte gjennom nye industrietableringer, arbeidsplasser, økt lokal verdiskaping og bedre ressursutnyttelse.  

Prosjektet Tydal Biopark ble finansiert av Regionale Forskningsfond (RFF), og involverte følgende partnere: Tydal Næringsselskap (prosjekteier); SINTEF Energi (prosjektleder); Tydal Data Center; Carbofex; Solli Energi; Orkel BioX; Asplan Viak.