Elkedler og varmepumper i fjernvarmen. teknik, økonomi og driftserfaringer. Workshop Dansk Fjernvarme 10. april 2013

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Elkedler og varmepumper i fjernvarmen. teknik, økonomi og driftserfaringer. Workshop Dansk Fjernvarme 10. april 2013"

Thea Møller
7 år siden
Visninger:

1 Elkedler og varmepumper i fjernvarmen teknik, økonomi og driftserfaringer Workshop Dansk Fjernvarme 10. april APRIL 2013

3 PROGRAM OG UNDERVISERE Morten Boje Blarke Lektor, civilingeniør Aalborg Universitet Niels From Civilingeniør Planenergi Jørgen Morild Regionsansvarlig EnergiDanmark

5 Elkedler og varmepumper Ny teknologi, nye afgifter, nye tider for fjernvarmen Workshop Dansk Fjernvarme 11. APRIL 2013

6 Udfordringen fra vindkraft 2008 (20 % vind) 2025 (50 % vind)

7 Udfordringen fra solvarme Kilde: Arcon solar

8 Vindkraft, Decentral Kraftvarme, Elforbrug MW January 2007

9 Kraftvarmen giver efter for vind 50% 45% Total distributed generation 40% Share of total electricity generation (%) 35% 30% 25% 20% 15% Distributed cogen Wind 10% 5% 0% Total share of distributed generation Distributed cogen Wind

10 Ambitiøse historiske planer for eldrevne varmepumper MWe 450 MWe 238 MWe

11 INCITAMENT TIL SMART ELANVENDELSE Elpatron-ordningen introduceret i 2005 ligestiller elanvendelse med andre brændsler og fastlægger et fælles øvre energiafgiftsniveau - beregnet ud fra varmeproduktionen Nedsættelse af elafgift i 2013 for anvendelse til opvarmningsformål og samtidig forhøjelse af afgifter på fossile brændsler Elkedler Varmepumper

12 Elkedler den aktuelt eneste aktive SmartGrid teknologi

13 Lavspænding (400 V) og højspænding (10 kv)

14 Fordeling på installeret kapacitet Boiler Capacity [MW] Plants sorted from lowest to highest capacity Aggregated Capacity [MW] Boiler Capacity [MW] Aggregated Capacity [MW]

15 Investeringsomkostning per MW (samlet projektomkostning) Specific project investment costs [ per MW] Low voltage investment = ln(x) High voltage investment = ln(x) Electric boiler capacity [MW] High Voltage [ /MW] Low Voltage [ /MW] Logaritmic trend High Voltage [ /MW] Logaritmic trend Low Voltage [ /MW]

16 Tilfredshed 100% 90% 9% 17% 4% 9% 10% 9% 9% 5% 4% 14% 15% 80% 43% 70% 59% 60% 50% 64% 39% 74% 61% 67% 57% 73% 36% 65% Meget utilfreds 40% Overvejende utilfreds 30% 57% 22% Overvejende tilfreds Meget tilfreds 20% 41% 45% 10% 27% 22% 26% 26% 24% 30% 18% 20% 0%

17 % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Timer jan 07 mar 07 maj 07 jul 07 sep 07 nov 07 jan 08 mar 08 maj 08 jul 08 sep 08 nov 08 jan 09 mar 09 maj 09 jul 09 sep 09 nov 09 jan 10 mar 10 maj 10 jul 10 sep 10 nov 10 jan 11 mar 11 maj 11 jul 11 sep 11 nov 11 jan 12 Tilnærmet månedsandel (744 timer/måned) Timer i måned hvor elkedel vinder VEST ØST 12 per. Mov. Avg. (VEST) 12 per. Mov. Avg. (ØST)

18 NYE AFGIFTSREGLER MARKERER ET MARKANT FORBEDRET ØKONOMISK GRUNDLAG FOR VARMEPUMPEDRIFT. TIDLIGERE VAR ALM. ELAFGIFT BILLIGERE END ELPATRONAFGIFT NÅR VARMEPUMPENS COP VAR OVER 3,5. NU ER ALM. ELAFGIFT BILLIGERE NÅR COP ER OVER 1,8 VARMEPUMPER SPARER DERMED 29,5 ØRE/KWH-EL I FORHOLD TIL VILKÅR FØR DISSE AFGIFTSÆNDRINGER EFFEKTIVE VARMEPUMPER (HØJ COP) SPARER MEST Afgiftsbetaling (øre/kwh) El 64,7 65,8 Energieffektivisering 6,5 6,6 Tillæg 6,2 6,3 Elspar 0,6 0,6 Eldistribution 4 4 I alt 82 83,3 Tilbagebetaling 11 stk. 3 41,3 42 Nettoafgift 40,7 41,3 Netbetaling (øre/kwh) PSO* 17,4 17,4 Transmission 4,2 4,2 System 3,4 3,4 Distribution 2,6 2,6 I alt 27,6 27,6 Elomkostning (øre/kwh) ENS elpris fremskrivning 36 36,7 Netto afgifts og netbetaling 68,3 68,9 I alt 104,3 105,6

19 Funktionsprincipper: Kompression og absorption Kompression Drivmiddel: El Absorption Drivmiddel: Varme

20 KOMBINATIONEN AF LAV FORDAMPNINGSTEMPERATUR OG HØJ AFGANGSTEMPERATUR KAN I DAG LEVERES AF FLERE ANLÆGSLEVERANDØRER VI KAN VÆLGE MELLEM KØLEMIDLERNE CO2, NH3, NH3/H2O HYBRID OG ISOBUTAN DRIFTSKRAV GIVER ANLEDNING TIL AT FORVENTE EN COP ML. 2,5 OG 3,0 INVESTERINGSOMKOSTNING MELLEM DKK 3 OG 4 MIO. PER MW VARME INKL. VARMESIDE, EXCL. KØLESIDE PRODUKTIONSFORHOLD ML KØLING OG VARME ER KOMPLEKST OG AFHÆNGER AF LØSNING.

21 Eldrevne varmepumpe konfigurationer District cooling Cold Storage Flue gas waste heat recovery Evaporator Compressor High pressure heat pump Condenser/ Gas cooler Expansion Geothermal Solar heat (direct or indirect) District heating Hot Storage Electricity grid

22 Teknisk økonomisk datablad højtryksammoniak Højtryks NH 3 Parameter Unit Capacity MW heat 0.5 to unlimited COP at +2 C COP at +8 C COP at +15 C COP at +30 C Investment M per MW heat Annual O&M p.a. 2 3 % of investment 1 2 % of investment Varmeoptag Heat source Source temp. Unit Ground source C M per MW heat Sea/waste/ground water 0-15 C M per MW heat Geothermal 1 30 C per km M per MW heat per km Flue gas incl. Cold Storage C M per MW heat 4 0.4

23 I 2013 vinder den eldrevne varmepumpe drift for spotpris < øre per kwh Eldreven varmepumpe; Et alternativ til kraftvarme, ikke til elkedel Net Heat Production Cost (NHPC) versus Electricity Spot Price (Start costs excluded) NHPC [kr/mwh-heat] Electricity Spot Price [kr/mwh-el] Er grundlast Smart? Varmepumpe Gasmotor 1 Gaskedel 1 Gaskedel 2

24 Hvilken varmepumpe skal vi vælge? Sammenligning af leverandører og løsninger Workshop Dansk Fjernvarme 11. APRIL 2013

25 11. APRIL 2013

26 Kompressor sammenligning Kilde: Industriel varmegenvinding med CO2 og NH3 baserede varmepumper Michael Mølgaard Markussen og Stefan Wuust Christensen, DTU 11. APRIL 2013

27 COP sammenligning Kilde: Industriel varmegenvinding med CO2 og NH3 baserede varmepumper Michael Mølgaard Markussen og Stefan Wuust Christensen, DTU 11. APRIL 2013

28 Kølemidler sammenligning Refrigerant HFC Natural HCs NH3 CO2 Global warming potential (GWP 100 years) Toxicity Flammability Materials Pressure Availability Familiarity 11. APRIL 2013

29 Teknisk-økonomisk analyse og workshop Investering, rentabilitet, risici, og drift af eldreven varmepumpe i lyset af markedsudviklingen på el og gas Workshop Dansk Fjernvarme 11. APRIL 2013

30 SELSKABSØKONOMI = SAMFUNDSØKONOMI + STATSFINANSER * I princippet

31 NPV E.g. [ /MWh] T t B t C (1 i) 0 t t Excel functions =NPV(rate;cashflow) =PMT(rate;yrs,NPV) =IRR(cashflow) Utility E.g. [ /MWh] Cost Benefit NPV NPV of utility Levelized E.g. [ /year] Payment i NPV 1 - (1 i) - t Internal [%] Rate of Return i, for NPV 0 NPV: Net Present Value, T: Time (planning period), i: Interest rate, t: Time step within T

32 EKSEMPEL Forudsætninger Investering 1 mio. kr. Levetid 20 år. Årlig besparelse på 100,000 kr Spørgsmål Hvad er den simple tilbagebetalingstid? Hvad er nuværdien over 20 år, hvis vores forrentningskrav er 15% Hvad er den interne rente over 20 år?

33 HANDS-ON REFERENCE: NATURGASFYRET KRAFTVARME Varmebehov 15 GWh/år (60% graddage afhængigt) 6 MW indfyret gasmotor (elvirkningsgrad 40%, varmevirkningsgrad 50%) 4 MW indfyret gaskedel (varmevirkningsgrad 95%) Varmelager 500 m3 ( T = 40 C) TILFØJ VARMEPUMPE Brug de forudsætninger, I er blevet bekendt med

34 Varmebehov/ produktion Reference DH Demand From EnergyPRO Annual Demand Hourly Profile kwh by Hour Hour

35 Fremskrivning af års middel elspot frem mod 2035 Elec. Spot Un-Weighed DEA Projection (DKK/MWh) Aktuelt i 2012: 270 kr/mwh

36 Spot marked varians i fremtiden? Spot-DK-West Denmark West Spot

37 Fremskrivning af naturgaspris frem mod Natural Gas CIF DEA Projection (DKK/GJ) Aktuelt: 2,5 kr/nm3 = 227 kr/mwh = 63 kr/gj

38 ØVRIGE OMKOSTNINGER OG AFGIFTER 2013 Omkostninger a) Naturgas-transmissionsomkostning (DONG): 0,0586 kr/nm3 b) Naturgas-distributionsomkostning (f.eks. HEF): 0,2405 kr/nm3 c) For køb af el pålægges transmissions- og distributionsomkostninger (også ved egenproduktion): 220 kr/mwh Afgifter a) Den nye forsyningssikkerhedsafgift giver en afgiftsstigning på 40 øre per Nm3 naturgas til rumvarmeformål: 2,795 kr/nm3 b) CO2 afgift: 0,37 kr/nm3 c) NOx afgift; Motor: 0,141 kr/nm3, Kedel: 0,04 kr/nm3 d) Metan motor: 0,063 kr/nm3 e) Kedel-afgift iflg. Elpatronloven (ligeværdighed mellem brændsler) maks. afgift på 228 kr/mwh-varme (Justeres?) f) Elproduktionstilskud på 8 øre per kwh, maks. 640,000 kr/år)

39 Konklusion Workshop Dansk Fjernvarme 11. APRIL 2013

40 To strategiske modeller for integration af vindkraft Indenlandsk integration (Smart Grid) Transnational udbygning (Super Grid) Unikt globalt eksperiment Indenlandsk integration Transnational udbygning Kendt teknologi Fra vind mølle succes til vind system succes Lokal innovation, beskæftigelse, og ressourcer Mainstream operatører, markeder, og producenter System integration

41 To modeller for fremtidens fjernvarmeproducent? Elproducent og systemtjenesteudbyder Gas (og biogas) i gasmotor/turbine Elkedel Absorptionsvarmepumpe Varme og kølingsproducent Elforbruger og VE producent Solvarme Kompressions varmepumpe Biomasse VE og biobrændselsproducent Varme og kølingsproducent

42 Ét eksempel på fremtidens fleksible og effektive forsyningsanlæg

43 Konklusioner Elkedler har som forventet fundet indpas i kraftvarmen (ca. 300 MW) men markedet er på standby Gode erfaringer med absorptionsvarmepumper har i kraftvarme og geotermi Kompressionsvarmepumper har manglet fodfæste og er med de nye afgifter snarere et alternativ til kraftvarme end til elkedler Varmepumper er kerneteknologi i komplekse og høj optimerede energianlæg Ideel anvendelse af varmepumper er til kombineret varme og kuldeproduktion Positive driftsøkonomiske udsigter Danmark bør være på forkant med at høste erfaringer på Smart Grid teknologier, det tjener det decentrale og lokalt forankrede energisystems fremtid Elkedler Varmepumper

Relaterede dokumenter

Elkedler og varmepumper i fjernvarmen. teknik, økonomi og driftserfaringer. Workshop Dansk Fjernvarme 4. april 2013

Elkedler og varmepumper i fjernvarmen teknik, økonomi og driftserfaringer Workshop Dansk Fjernvarme 4. april 2013 5. APRIL 2013 PROGRAM OG UNDERVISERE Morten Boje Blarke Lektor, civilingeniør Aalborg