Varmeplananalyser for Bornholms Regionskommune Delrapport

Transkript

1 Varmeplananalyser for Bornholms Regionskommune Delrapport Muligheder for forsyninger til fjernvarme i Østermarie, Østerlars og Gudhjem NORDJYLLAND Jyllandsgade 1 DK 9520 Skørping Tel Fax MIDTJYLLAND Vestergade 48 H, 2. sal DK 8000 Århus C Tel Fax SJÆLLAND Forskerparken CAT Universitetsparken Roskilde Tel.: August planenergi@planenergi.dk CVR:

2 Indholdsfortegnelse Indholdsfortegnelse Indledning Fjernvarme med alternative brændsler Resultater Anbefaling Brændsel og teknik Ledningsnet og husinstallationer Brændsler Halm Solvarme Havvand til varmeproduktion Varmepumpe Fjernvarme i Østermarie, Østerlars og Gudhjem Byernes størrelser og varmebehov Anlægsinvesteringer for fjernvarmeløsningerne Driftsøkonomi for alternativerne Følsomhedsberegninger Økonomisk sammenligning med individuelle løsninger19 Bilag 1: Forudsætninger Bilag 2: Udskrifter fra enegypro Bilag 3: Samfundsøkonomi, eksempel Rekvirent Bornholms Regionskommune Skovløkken 4, Tejn 3770 Allinge Kontaktperson: Jesper Justesen Tlf.: Jesper.Preuss.Justesen@brk.dk Rapport udarbejdet af PlanEnergi, Nordjylland Jakob Worm Tlf.: Mob.: jw@planenergi.dk Kvalitetssikret af Anna Bobach Tlf.: Mob: ab@planenergi.dk Projekt ref. 657 Side 2 af 33

3 1 Indledning Formålet med varmeplanlægning for Bornholm er at nå frem til den økonomisk og miljømæssigt samlet set bedste varmeforsyningsløsning for kommunens borgere. Varmeplanlægningen skal være med til at opvise løsninger til opvarmning med minimal brug af fossile brændsler. Denne rapport er en del af varmeplan-analyserne for Bornholm, som kan danne grundlag for et eventuelt videre arbejde med at etablere fjernvarme i området Østermarie, Østerlars og Gudhjem. Formålet med rapporten er at undersøge alternative muligheder til anvendelse af biomasse. Der er også fokus på, at de undersøgte løsninger kan spille sammen med smart-grid 1 - mulighederne i elnettet. Figur 1. Området med Østermarie, Østerlars og Gudhjem (Kort & Matrikelstyrelsen, 2009). Udgangspunktet er, at der i 2011/12 etableres fjernvarme i Østermarie og Østerlars forsynet fra et fælles halmvarmeværk. I denne rapport er regnet på den fremtidige situation hvor Gudhjem også kobles på det fælles halmvarmeværk og der undersøges supplerende løsninger med solvarme eller varmepumpe, således at forbruget af halm kan begrænses. Rapporten danner, samme med de to andre delrapporter, baggrund for det videre arbejde med udarbejdelsen af en revideret varmeplan for Bornholms Regionskommune til gavn for forsyningsvirksomheder og borgere. Desuden er rapport udarbejdet i samarbejde med det rådgivende ingeniørfirma Dale Energi. 1 Smart-Grid er betegnelsen for et intelligent og fleksibelt el-system, hvor produktion, transport og forbrug intelligent og automatisk kan styres. Side 3 af 33

4 1.1 Fjernvarme med alternative brændsler I denne rapport undersøges følgende alternativer: 1) Fjernvarmeværk med halm 2) Halm suppleret med solvarme, ca. 20% dækning 3) Halm suppleret med solvarme, ca. 30% dækning 4) Halm suppleret med solvarme, ca. 40% dækning 5) Halm suppleret med havvandsvarmepumpe Når der etableres fjernvarme i en by, er værket ikke nødvendigvis bundet til den valgte forsyningsløsning hele værkets levetid. Selve fjernvarmeværket og de brændsler, der skal benyttes, kan variere, og mange eksisterende værker har skiftet brændsel, når det har vist sig fordelagtigt. Forudsætningen for at der overhovedet kan etableres fjernvarme er, at hele projektet er forbruger-, selskabs- og samfundsøkonomisk rentabelt fra starten. 1.2 Resultater Tabel 1 herunder læses således at produktionsomkostningerne er udgifterne til brændsel, afgifter samt drift og vedligehold af produktionsenhederne. Udregningerne fremgår af bilag 2. Kapitalomkostningerne er omkostningerne til renter og afdrag på de lån, der skal optages til investeringerne. Driftsomkostninger er de øvrige udgifter til drift af ledningsnet og servicering forbrugerne mv. Samlede omkostninger er summen af produktions-, kapital- og driftsomkostningerne, og er således den samlede omkostning ved etablering og drift af en fjernvarmeforsyning. De samlede omkostninger er de udgifter, som skal dækkes med betalinger fra forbrugerne i form af faste afgifter samt den løbende betaling for forbrug af varme. I sidste kolonne er udregnet de samlede udgifter pr. solgt varmemængde i MWh. Alt. Værdier i tabel i Kr./år Produktionsomkostninger PO Kapitalomkostninger KO Driftsomkostninger DO Samlede omkostninger PO + KO + DO Omkostning pr. solgt MWh 1 Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Havvands-varmepumpe Tabel 1. Hovedtal fra sammenligningen af alternativerne til varmeforsyning med fjernvarme Det umiddelbare resultat er, at den simpleste løsning med halmfyring er den billigste. De øvrige alternativer med solvarme eller varmepumpe med havvand som varmekilde er dyrere - dog er forskellene ikke store. I alternativerne med solvarme er der indregnet den driftsmæssige fordel at halmkedlen kan lukkes ned i sommerperioden. Det giver mindre slidtage på anlægget, og det giver mulighed for at kunne gennemføre service på kedlen i den periode. Ved havvandsvarmepumpen (alternativ 5) er der indlagt en begrænsning i halmmængderne således at varmepumpen kommer til at køre ca timer/år. Ved dette driftstimetal vil varmepumpen være en gavnlig medspiller i at være med til at balancere elsystemet både i forhold til Side 4 af 33

5 det timebaserede spotmarked og som en hurtig mulighed for op- eller nedregulering. Eventuelle indtægter på regulerkraftmarkedet er dog ikke indregnet i beregningerne her, da de er meget svære at forudsige. Der er for alternativerne udført en række følsomhedsberegninger på forudsætningerne. Se tabel 2 herunder. Der er dels for alternativ 2, 3 og 4 regnet på, hvorvidt solvarme er interessant med en højere pris på halm. Varmepumpeløsningen er beregnet for samme stigning i halmprisen samt for elpriser i 2009 og Alt. Værdier i tabel i Kr./år Produktionsomkostninger PO Kapitalomkostninger KO Driftsomkostninger DO Samlede omkostninger PO + KO + DO Omkostning pr. solgt MWh 1a Halm, +50% på halmpris a Sol 20%, +50% på halmpris b Sol 20%, +50% på halmpris, 2% rente på sol a Sol 30%, +50% på halmpris a Sol 40%, +50% på halmpris a 5b Havvands-varmepumpe, elspot lav afgift Havvands-varmepumpe, elspot % på halmpris Tabel 2. Følsomhedsberegninger på de 5 alternativer I beregningerne er der lagt 50 % på prisen på halm en stigning i prisen fra 500 kr/ton til 750 kr/ton. Ved denne pris på halm, bliver forskellene i varmeprisen endnu mindre, men den enkle løsning (alt. 1a) med det halmfyrede værk er stadig en smule billigere end de øvrige. Læs mere om følsomhederne i afsnit 3.4. Alternativ Havvandsvarmepumpe Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Varmedækning Halmkedel 100% 80% 71% 61% 82% Oliekedel 0% 0% 0% 0% 0% Solvarmeanlæg 20% 29% 39% Varmepumpe 18% Driftstimer Halmkedel Oliekedel Solvarmeanlæg Varmepumpe Brændselsforbrug Halm i ton Olie i 1000 l El til varmepumpen i MWh 794 Tabel 3. Varmedækning og driftstimetal pr. år for de 5 alternativer. Tabel 3 viser, hvordan brændslerne udnyttes i de 5 alternativer. Det ses at hvis man ønsker at reducere forbruget af halm er løsningen med det største solvarmeanlæg (alternativ 4) den mest effektive løsning. Når man sammenholder med økonomien (i table 1 og 2) er det dog ikke den mest økonomiske løsning. Side 5 af 33

6 Ny fjernvarme Oliefyring Nyt træpilleanlæg Køb af energi kr./år Drift og vedligehold kr./år Re- eller ny-investering kr./år Årlig udgift i. moms kr./år Tabel 4. Sammenligning af forbrugerøkonomi med fjernvarmens alt. 1. Tabel 4 viser at forbrugerøkonomisk er fjernvarme at foretrække både i forhold til oliefyring eller et nyt jordvarmeanlæg. Nyt jordvarmeanlæg Fjernvarme alternativer Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Havvandsvarmepumpe CO2 udledning i ton/år stk. 661 stk. jordvarmeanlæg 661 stk. oliefyr De individuelle alternativer træpillefyr CO2 udledning i ton/år Tabel 5. CO 2 -udledningen. Sammenligning mellem de 5 fjernvarmealternativer og individuelle løsninger. Miljømæssigt er det en klar fordel at få erstattet de nuværende oliefyr med andre og bedre løsninger. Det umiddelbart bedste er en af fjernvarmeløsningerne med halm (alt. 1, 2, 3 eller4). Fjernvarme alternativer Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Havvandsvarmepumpe Antal personer i Danmark stk. 661 stk. jordvarmeanlæg 661 stk. oliefyr De individuelle alternativer træpillefyr Antal personer i Danmark Tabel 6 Beskæftigelseseffekt ved de 5 fjernvarmealternativer sammenlignet med individuelle anlæg. Der er tale om store investeringer hvis og når oliefyrerne i de 3 byer skal skiftes ud til enten fjernvarme, træpillefyr eller jordvarmeanlæg. Det vil betyde arbejde for en række håndværkere og leverandører. En stor del af arbejdspladserne vil naturligt ligge på Bornholm og et skøn vil være ca. halvdelen af de nævnte antal. De 38 personer ved oliefyrerne er dem der skal skifte oliefyrerne når de efterhånden skal udskiftes med nye. Der er dog ikke realistisk da der i de nye energiregler ligger at der vil kommet et stop for udskiftning af oliefyr. Fjernvarme alternativer Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Havvandsvarmepumpe Samfundsøkonomisk overskud stk. 661 stk. jordvarmeanlæg 661 stk. oliefyr De individuelle alternativer træpillefyr Samfundsøkonomisk overskud referencen Tabel 7 Samfundsøkonomisk overskud ved de 5 fjernvarmealternativer sammenlignet med individuelle anlæg. Fortsat olieopvarmning er referencen. Beløbene er i kr. og der er regnet over en periode på 20 år med en rente på 5%. Samfundsøkonomisk er løsningen med halmfyring (alt. 1) den bedste. Side 6 af 33

7 1.3 Anbefaling Det anbefales, at der arbejdes på at udvide det fjernvarmeprojekt som nu udbygges i Østermarie og Østerlars til også at dække Gudhjem og som basis forsynes fra det fælles halmvarmeværk ved Østerlars. Da der er fokus på en fornuftig udnyttelse af de sparsomme halmressourcer der er på øen, anbefales det desuden, at der arbejdes videre med to sideløbende undersøgelser; dels en løsning med en havvandsvarmepumpe i Gudhjem og dels en solvarmeløsning, som giver % dækning af det årlige varmebehov. De to teknologier kan også undersøges i en kombination. Hvis der ønskes endnu større besparelse på halmressourcerne, kan der arbejdes videre med et større solvarmeanlæg som skitseret i alternativ 4. Side 7 af 33

8 2 Brændsel og teknik 2.1 Ledningsnet og husinstallationer Med de erfaringer der er for etablering af ny fjernvarme i bl.a. Åkirkeby, projekteres der med optimale husinstallationer, som indbefatter at fjernvarmen kobles direkte til ejendommenes centralvarmeanlæg. Desuden regnes der med, at disse centralvarmeanlæg er indrettet med passende store radiatorer og en god afkøling af vandet. Til produktion af varmt brugsvand regnes med effektive vekslere og eventuelt beholdere på de steder, hvor der er behov. Placering af beholdere i ledningsender gavner også ved, at anvendelse af omløb minimeres og afkølingen af fjernvarmevandet dermed forbedres. Alt i alt vil det sammen med en fornuftig dimensionering af fjernvarmenettet give en god afkøling af fjernvarmevandet. Typiske dansk fjernvarmenet dimensioneres med 80 C til fremløb og 40 C i returledningerne. I dette projekt regnes med en traditionel dimensionering af fjernvarmenettet, som i gennemsnit drives med 75 C i fremløbstemperatur og ca. 40 C i returtemperatur fra forbrugerne. For Østermarie og Østerlars er der hentet priser hjem på gadenet, stikledninger og husinstallationer. Det er disse priser og rørdata der er anvendt også ved beregning at fjernvarme til Gudhjem. 2.2 Brændsler Valg af brændsel på de nye varmeværker afhænger af flere forhold. Umiddelbart kan man se på hvad prisen på brændslet er i dag. Desuden bør en overvejelse af de fremtidige prisudviklinger indgå. Prisen på værket spiller ligeledes ind, samt hvor kompliceret et anlæg der skal etableres. Derudover kan spørgsmålet om hvor mange mandetimer der går til at drive værket med det pågældende brændsel samt andre driftsudgifter spille ind. Figur 2. Prisstatistik fra EMD og Dansk Fjernvarme på hvordan priserne på biobrændsler har udviklet sig gennem årene. Data stammer fra indberetninger fra fjernvarmeværker og dækker derfor ikke over priser til privatforbrugere. Seneste data er fra 1. kvartal Side 8 af 33

9 Den fremtidige udvikling af energipriserne afhænger i høj grad af efterspørgslen af energiressourcer. Energistyrelsens fremskrivninger for brændselspriser fremgår af Figur 3. Figur 3. Fremskrivninger af brændselspriser ab producent i 2009-priser på baggrund af New Policy -scenariet fra World Energy Outlook 2010 (Energistyrelsen, 2011). 2.3 Halm I denne rapport er der benyttet en halmpris på 500 kr./ton. Med en brændværdi på 15 GJ/ton svarer det til en energipris for halm på 33 kr/gj. Når der sammenlignes med kurven for halm i Figur 2, kan det ses, at det er en anelse billigere end landsgennemsnittet, der ligger på ca. 37 kr/gj. Halm er typisk en lokal ressource, og der vil være en prisbalance på Bornholm reguleret af udbud og efterspørgsel. Ud over andre varmeværker er den vigtigste konkurrencefaktor at halmen bliver brugt til strøelse i kvægbedrifter, samt at den i øvrigt bliver nedmuldet på markerne for at vedligeholde humusindholdet i jorden. Fjernvarmeværker, der fyrer med halm, har generelt gode erfaringer med driften, når blot der er afsat timer nok til bemanding af værket. Halm indeholder normalt en del vand, og en stor del af energiindholdet kan derfor mistes hvis vandet i røggassen ikke kondenseres. Typisk bruges returvandet fra fjernvarmen til kondenseringen, og jo lavere returtemperaturen er, desto højere brændselsvirkningsgrad opnås. I denne rapport regnes med en årsvirkningsgrad på 98 % for halmkedlen. Halm er biomasse og dermed CO 2 -neutralt. Det er oplagt, at erstatte fossile brændsler, f.eks. kul med biomasse. Det må dog forventes, at efterspørgslen på biomasse vil stige i fremtiden, hvilket vil medføre at priserne på biomasse stiger. Hvis en biomassekedel ønskes etableret, bør mulighederne undersøges for at kunne anvende forskellige typer biomasse. Ulempen ved at være bundet til én type biomasse er, at prisen på denne måske stiger mere end priserne på andre typer. Side 9 af 33

10 Varmeproduktion / [MWh/måned] 2.4 Solvarme Solvarme er i princippet en væske i en solfanger, som opvarmes vha. solindstråling. Varmen gemmes typisk i en vandtank, indtil den skal bruges i byen. Kunsten i at udnytte solvarme optimalt består i at gøre den så billig som muligt. Danmark har over 20 års erfaring med store solvarmeanlæg i forbindelse med fjernvarme, og de største solvarmeanlæg i verden findes i Danmark. Dette skyldes bl.a. den store udbredelse af fjernvarme i Danmark, samt at temperaturerne i de danske fjernvarmesystemer er lavere end i andre lande. Solvarmens helt store udfordring består i, at den største solindstråling ligger om sommeren, hvor behovet for fjernvarme er mindst. Dermed er solvarme normalt begrænset til at kunne producere ca. 20 % af det årlige varmebehov med mindre, der etableres store (sæson-)varmelagre. Etablering af store solvarmeanlæg i forbindelse med fjernvarme er blevet populært. Især hvor det kan erstatte et dyrt brændsel som naturgas, giver det god mening at opfører solvarmeanlæg. Der er også enkelte værker, hvor solvarmen supplerer biomasse. Et par relevante eksempler er Rise Fjernvarme og Marstal Fjernvarme på Ærø. Rise Fjernvarme blev etableret i 2001 med en træpillekedel på 800 kw samt m 2 solvarme og en lagertank på m 3. Der er 121 forbrugere og et ledningsnet på 10 km. Der er givet tilskudsmidler til etablering af et stort solvarmeanlæg, som har en årsdækning på 43 %. Et eksempel på et større anlæg er Marstal Fjernvarme, som indtil nu har et solvarmeanlæg på m 2 og et damvarmelager på m 3. Det dækker 27 % af byens årlige varmebehov, se Figur Månedsnr. i 2009 Kedel Solvarme Figur 4. Solvarmedækning på 27 % i Marstal i Der er planlagt en udvidelse med m 2 og et ekstra lager på m 3 så årsdækningen med solvarme kommer op på 50 %. I Marstal erstatter solvarmen bioolie, og det kombineres med et kraftvarmeanlæg. Dette er et udviklings- og demonstrationsprojekt, som har fået støtte fra EU. Generelt er der bedst økonomi i solvarmeanlæg, hvor produktionen om sommeren passer til byens varmebehov. I de tilfælde ligger dækningen på % af det årlige varmebehov. Forsøget i Marstal viser dog, at det ser ud til, at solvarme med endnu større dækning også kan være rentabelt, men jo større dækning man satser på, dets sværere bliver det at få forrentet investeringen. Side 10 af 33

11 Imidlertid kan solvarme ses som sikring af brændselspriser i mange år frem, og den sikkerhed kan mange af de andre alternativer ikke levere. Økonomien kan således ikke ses så snævert, som beregningerne af varmeprisen her i rapporten angiver. Ved en længere afskrivning end 20 år og/eller en lavere kalkulationsrente vil økonomien se bedre ud. Ligeledes vil prisstigninger på det brændsel, der erstattes betyde en bedre rentabilitet af solvarmeinvesteringen. Varmelagre Vand er et glimrende medie til lagring af varme i fjernvarmesystemer. Det er billigt, ugiftigt og har en høj varmekapacitet. Prisen på et vandlager består primært af konstruktionen udenom vandet. Dette kan eventuelt være en vandtæt beholder og en termisk isolering. Til mindre vandlagre (op til ca m 3 ) bruges normalt ståltanke. Prisen på ståltanke er ca kr/m 3. Til større vandlagre er ståltanke dog for dyre. I Danmark er der derfor udviklet et lagerkoncept, som kaldes et damvarmelager. Her er prisen ca. 200 kr/m 3 for lagre over m3. I denne rapport ligger lagerstørrelserne mellem og m3. Der er i alle tre tilfælde regnet på stålbeholdere. Hvis der skal etableres et solvarmeanlæg i forbindelse med dette projekt, skal det overvejes, om et damvarmelager kunne være interessant. Et damvarmelager laves ved at grave et hul i jorden med facon som en omvendt pyramidestup. Pyramidestuppen fortsættes over terræn ved at lægge den opgravede jord i en vold omkring hullet, hvorved der opnås jordbalance. Hullet fores herefter med en plastik-membran (liner) og fyldes op med vand. Opadtil afsluttes damvarmelageret med et isolerende låg, som flyder ovenpå vandet. Damvarmelagre er ny teknologi, idet der til dato kun er opført to. Et lager på m 3 i Ottrupgård og et lager på m 3 i Marstal (SUNSTORE 2). Der planlægges desuden at etablere et lager på m3 i Dronninglund (SUNSTORE 3) samt et nyt lager på m3 i Marstal (SUNSTORE 4). Begge disse er ved at blive etableret. Damvarmelagrenes svaghed er levetiden på linerne, idet denne halveres, for hver gang temperaturen øges 10 C. Eksempelvis kan en liner holde 20 år ved 70 C, men kun 10 år ved 80 C. Damvarmelagre designes normalt til en levetid på mindst 20 år. 2.5 Havvand til varmeproduktion I delrapport vedrørende fjernvarme i Pedersker er der set på mulighederne for at udnytte grundvand som varmekilde til en varmepumpe. I denne rapport er havvand vurderet i forhold til en varmepumpe. Der er kun få erfaringer med denne type udnyttelse, bl.a. i Norge. I Danmark er der et eksempel fra Augustenborg Fjernvarme, hvor der fra 1986 og nogle få år frem blev udnyttet varmen fra den lokale fjord. Sammenlignet med grundvand har havvand den fordel at der er rigeligt at tage af og man kan få en bedre udnyttelse om sommeren, da vandet er varmere end grundvandet. Varmepumpen i Augustenborg var i drift et par år, men bl.a. på grund af energiafgifterne på el, samt tvungen skift af kølemiddel mv. var det ikke rentabelt at fortsætte driften med den. På Figur 5 ses data for en række målinger af havvandstemperaturen ved Bornholm. Side 11 af 33

12 Figur 5. Havvandstemperaturer ved Bornholm. Som det ses, nærmer temperaturerne sig ofte frysepunktet i løbet af vinteren, og traditionelle pladevarmevekslere vil derfor ikke være anvendelige til drift hele året. Øverste graf viser desuden, at bund- og overfladevandet ved Rønne har stort set samme temperatur. 2.6 Varmepumpe Hvis et biomasse-fyret fjernvarmeværk suppleres med en varmepumpe får værket mulighed for at anvende el til varmepumpen når el er billigst og det vil være med til at stabilisere el-markedet. Dermed vil værkets varmeproduktion bidrage med el-forbrug, når el-udbuddet er højt, f.eks. når el-produktionen fra vindmøller er høj. I overvejelserne vedr. valg af størrelse på varmepumpe kan der i princippet vælges to strategier; En relativ lille varmepumpe vil have mange driftstimer (for eksempel timer/år) og det gør værkets elreguleringsmuligheder mindre og betyder, at varmepumpen i betydelig grad kommer til at køre på tidspunkter, hvor der ikke er overskud af vindmøllestrøm. En stor varmepumpe kan dimensioneres til færre timer, og den producerede varme vil kunne gemmes i en tank lige som med solvarme. Det vil give færre driftstimer ( for eksempel timer/år) og det vil give langt større mulighed for at kunne regulere varmepumpen i forhold til elmarkedet og den vil have større stabiliserende effekt på elnettet end den lille. Når PlanEnergi tidligere har regnet på disse Side 12 af 33

13 typer af løsninger viser det sig at med de nuværende elpriser, afgifter og markedsbetingelser, at den lille løsning er den økonomisk bedste for fjernvarmeværket. Det giver desværre den situation at det, der er optimalt for elnettet, ikke bliver gennemført fordi det ikke får indflydelse på økonomien for fjernvarmeværket. Man skal således ud i at der skal gives ekstraordinær støtte til det store varmepumpe for at denne type bliver afprøvet. Dette kunne være relevant for Bornholm, hvor der jo netop er ambitioner om at kunne styre øens elnet med forbrugsregulering som for eksempel med varmepumper. I den konkrete beregning i alt. 5 har varmepumpen timer pr. år. Vanddamp-varmepumpe Denne type varmepumpe anvender vand som kølemiddel. Anlægget er baseret på et princip, hvor vand sprøjtes ind i en vakuumtank. Vakuum opretholdes tæt på vandets tripelpunkt, så en del af vandet omgående fryser til is. Herved frigives frysevarmen, der omdanner en tilsvarende mængde vand til damp. Fordampningsvarmen genindvindes og udnyttes i fjernvarmevandet. Vakuum-isvarmepumpen som den også kaldes, vil altså producere is (slush ice). Anlægget i Augustenborg anvendte stort set samme koncept. I de sidste år har Teknologisk Institut arbejdet med at videreudvikle konceptet i samarbejde med en række Japanske firmaer og elselskaber. Det vurderes, at der vil være gode muligheder for at få støtte til at afprøve konceptet på grundvand eller havvand. Vanddamp-varmepumpen kan i sin nuværende udformning ikke hæve temperaturen så højt, som der behov for til fjernvarme. Derfor er der regnet med et anlæg med to trin, hvor vanddampanlægget hæver temperaturen til omkring 28 C. Derfra og op til de ønskede 65 C er der regnet med en traditionel industrikompressor med NH 3 som kølemiddel. NH 3 -varmepumpen baseres på traditionel teknologi som kendes fra køleindustrien. Kølemediet er NH 3 (ammoniak), som blandt andet kendes som gødningsprodukt i landbruget. NH 3 er ikke miljømæssig problematisk i de mængder, der anvendes i en varmepumpe. Ved eventuelle udslip i luften har NH 3 dog en kraftig lugt og kan irritere øjne. I dette projekt er der regnet på en køleenhed fra Sabroe/Johnson Controls, som passer i ydelse til vacuum-is-varmepumpen. Den samlede COP (årsvirkningsgrad) for dette system er sat til 3,7, dels på baggrund af oplysninger fra Teknologisk Institut og Sabroe. Dels baseret på erfaringerne fra Augustenborg, hvor en tilsvarende varmepumpe ydede en årsvirkningsgrad på 3,7. Anlægskonceptet i Augustenborg var dog en smule anderledes, da der også blev kølet på røggasserne fra gasmotoren. Denne mulighed er der ikke i dette projekt. Dette vil give en lavere COP sammenlignet med Augustenborg. Modsat anvendes her lavere fjernvarmetemperaturer, samtidig med at det forventes, at teknologien er blevet forbedret på de 20 år, der er gået siden Augustenborg anlægget blev sat i drift. Side 13 af 33

14 Billeder fra Augustenborg hvor teknologien med vacuum-is-varmepumpen blev afprøvet for 20 år siden. Varmepumper, anlægspriser Anlægsøkonomisk er der taget udgangspunkt i en prisformel på store varmepumper, der er anvendt på alle de tre alternativer (Rønne, Gudhjem og Pedersker) selv om de køleteknisk er noget forskellige, så er vurderingen fra Teknologisk Inst. at vacuumisvarmepumpen vil ligge på samme prisnivea, som konkurrerende teknologier. Der er anvendt samme prisformel som ved grundvandsvarmepumper. Da de teknologiske muligheder er så interessante i mulighederne for at kunne styre fremtidens elforbrug (smart-grid) vil det være oplagt at søge støtte til et sådant projekt. Varmepumper, elafregning og afgifter Ved dimensionering af en varmepumpe til fjernvarme og ved udregning af de økonomiske forhold er spørgsmålet om elafgifter meget afgørende. Betalingen for el foregår til Østkraft. Normale elkunder der forbruger mindre end kwh/år afregnes efter en fast pris der er konstant hele året. Da et af formålene med at afprøve en stor varmepumpe på Bornholm er at spille aktivt ind i elmarkedet forudsættes det at varmepumpen kan afregnes efter de såkaldte spotmarked. Her svinger priserne fra time til time og er bland andet påvirket af hvor meget vindmøllestrøm der aktuelt er i elnettet. Spotpriserne fastsættes på den nordiske elbørs Nordpool og priserne for Bornholm er de samme, som gælder for Østdanmark. Side 14 af 33

15 Udgifter til til el til varmepumper Øre/kWh Energiafgift 50,8 51,7 52,6 53,6 54,6 Energispareafgift 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Eldistributionsbidrag 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 Tillægsafgift 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 Energispareafgift (tidl. CO2-afgift af el) 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 Energiafgifter til staten 67,7 68,7 69,7 70,8 71,9 Netselskabernes offentlige forpligtelser Net 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 System 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSO 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 Net-, system- og PSO-tarif 14,4 14,4 14,4 14,4 14,4 Transportbetaling, Østkraft 15,2 15,2 15,2 15,2 15,2 Energispareydelse, Østkraft 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 Transportbetaling mv. Østkraft 16,4 16,4 16,4 16,4 16,4 Samlede eludgifter excl. spotpris 98,5 99,5 100,5 101,6 102,7 Tabel 8. Tariffer for el ekskl. det egentlige køb af el, som sker på spotmarkedet. I beregningerne er afgifterne for 2012 anvendt sammen med spotmarkedspriserne for I beregningerne i denne rapport i følsomheden alt. 5a er der som forudsat en ændring af energiafgifterne så de nedsættes til 50 øre/kwh. Denne ændring er en mulig forbedring af afgifter på eldrevne varmepumper, der kan indgå i et nyt energiforlig i Folketinget. Side 15 af 33

16 3 Fjernvarme i Østermarie, Østerlars og Gudhjem 3.1 Byernes størrelser og varmebehov De deltagende ejendomme er som udgangspunkt 90% af samtlige ejendomme. Data stammer fra Kjeld Dales vurdering i forhold til husenes alder og størrelse i området. Bruttovarmebehovet er den årlige varmemængde som værket skal producere for at dække alles behov samt tabene i fjernvarmerørene. Der er registreret 734 boliger med centralvarme typisk med olie. De elopvarmede boliger er ikke medtaget da der skal etableres centralvarme med radiatorer for at de kan komme med, men det ses mange steder, at el-opvarmede huse også tilmelder sig. Østermarie MWh/år Østerlars MWh/år Gudhjem MWh/år Netto varmebehov MWh/år Varmetab, net og stik, Østermarie 589 MWh/år Varmetab, net og stik, Østerlars 281 MWh/år Varmetab, Østermarie-Østerlars 500 MWh/år Varmetab, stik i Gudhjem 395 MWh/år Varmetab, net i Gudhjem 423 MWh/år Varmetab, Østerlars-Gudhjem 501 MWh/år Brutto varmebehov MWh/år Tabel 9. Byens varmebehov ved 90% tilslutning samt tab i stik- og hovedledninger samt transmisionsledningerne mellem byerne. 3.2 Anlægsinvesteringer for fjernvarmeløsningerne Investeringerne i værk, fjernvarmenet m.v. er oplistet i Tabel 11. Der er tale om vurderinger af hvad de forskellige poster vil koste ud fra indhentede tilbud på de nuværende projekt for Østermarie og Østerlars. Der ud over anvendes erfaringstal. Den endelige økonomi kan først fastlægges når der har været indhentet tilbud. Til investeringen optages der typisk lån i KommuneKredit. Det er et særligt realinstitut, som er ejet af kommunerne og som kun låner ud til offentlige formål bl.a. fjernvarmeværker. Fordelen ved KommuneKredit er at der ingen omkostninger er til oprettelse og administration af lånet samt at renterne er relativt lave. Det er dog et krav at kommunen yder en lånegaranti på hele lånet. Denne kaution er dog ikke synderlig risikabel for kommunen, da det i praksis altid er varmekunderne der skal betale udgifterne i værket over varmeregningen. Der er regnet med et renteniveau på 5 % p.a. Ydelsen er regnet som 1. års ydelse på et annuitetslån. Det betyder at ydelsen er fast i kr. men vil blive relativt lavere, da den ikke stiger med inflationen. Side 16 af 33

17 I beregningerne er der også taget udgangspunkt i at afskrivningerne følger løbetiden på lånet. Der er regnet med forskellige afskrivningsperioder, som er sat i forhold til den forventede levetid af den pågældende type af anlæg og mulighederne for afskrivning i henhold til Varmeforsyningsloven. I beregningerne er der således i princippet tale om lån med forskellig løbetid til de forskellige afskrivninger. Alternativ Havvandsvarmepumpe Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Afskrivning = løbetid på lån i år Halmfyret fjernvarmeværk , Solfanger / varmepumpe og tank Grund Fjernvarmenet Stik og husinstallationer Diverse Tabel 10. Afskrivningsperiode for de forskellige anlægstyper. I alternativerne med solvarme (2, 3 og 4) er der regnet med at halmværket kan holde længere da det står stille i sommerperioden. Der er regnet med at levetiden forlænges i forhold til at halmkedlen holder pause i hhv. 3, 4 og 5 måneder/år i de 3 solvarmealternativer. Anlægsbudget Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Havvandsvarmepumpe kr. kr. kr. kr. kr. Halmfyret fjernvarmeværk Solfangerfelt Havvandsvarmepumpe Tank Grund Fjernvarmenet, Ø.-marie og -lars Transmisionsled. til Gudhjem Fjernvarmenet Gudhjem Klippetillæg, Gudhjem Stik + husinst. Ø.-marie og -lars Stik + husinst. Gudhjem Uforudsigelige udgifter (1%) Projektering og tilsyn (2%) Evn. anlægstilskud Anlægsudgifter i alt Tabel 11. De totale udgifter til etablering af fjernvarme i de 5 alternativer. Side 17 af 33

18 3.3 Driftsøkonomi for alternativerne Udgifter Halm Sol 20% Sol 30% Sol 40% Havvandsvarmepumpe kr./år kr./år kr./år kr./år kr./år Produktionsomkostninger, PO Kapitalomkostninger, KO Halmfyret fjernvarmeværk Solfanger / varmepumpe og tank Fjernvarmenet Stik og husinstallationer Diverse KO i alt Driftsomkostninger, DO El mv Bemanding Administration DO i alt Årlige omkostninger i alt Omkostninger pr. solgt MWh Tabel 12. Årlige driftresultater for værkert i de 5 alternativer. Beløbene er excl. moms. Produktionsomkostningerne stammer fra beregningerne udført i energypro (se bilag 2). (Hvis sammentællingerne ikke passer præcis skyldes det at tallene er afrundede). Det overordnede billede af driftsbudgetterne viser, at udgifterne primært går til renter og afskrivning af investeringerne, derefter er det brændselskøb samt drift og vedligehold. Alle disse årlige udgifter skal hentes hjem via forbrugerbetalingerne. En del af bemandingsudgifterne er lagt over i produktionsomkostningerne da det har med håndtering af halmen og kedlen at gøre. Se bilag 1 nedenfor. 3.4 Følsomhedsberegninger Alt. Værdier i tabel i Kr./år Produktionsomkostninger PO Kapitalomkostninger KO Driftsomkostninger DO Samlede omkostninger PO + KO + DO Omkostning pr. solgt MWh 1a Halm, +50% på halmpris a Sol 20%, +50% på halmpris b Sol 20%, +50% på halmpris, 2% rente på sol a Sol 30%, +50% på halmpris a Sol 40%, +50% på halmpris a 5b Havvands-varmepumpe, elspot lav afgift Havvands-varmepumpe, elspot % på halmpris Tabel 13. Følsomhedsberegningerne for de 5 alternativer. På alle alternativerne er der regnet med en mulig prisstigning på halm fra 500 kr/ton til 750 kr/ton. Det kan lyde som en voldsom stigning, men da udbuddet af halm er meget svingende fra år til år er det også et udtryk for en mulig mangelsituation. I alt. 2b er der desuden regnes med at solvarmeanlægget kun skal bedømmes med en forrentning på 2 %. Det er et udtryk for at man med solvarmeanlægget faktisk fastfryser den del af varmeprisen. Side 18 af 33

19 I alt. 5a regnes med de spotpriser der var gældende i 2009 sammen med prisstigningen på halm. For at illustrere dynamikken i spotmarkedet er der i alt. 5b regnes med priserne i Man kan se at priserne i 2010 var en anelse højere end i 2009 for de ca timer der er de laveste i forhold til styring af varmepumpen. 3.5 Økonomisk sammenligning med individuelle løsninger Ny fjernvarme Oliefyring Nyt træpilleanlæg Nyt jordvarmeanlæg 100% årsvirkningsgrad 80% årsvirkningsgrad 85% årsvirkningsgrad 280% årsvirkningsgrad Køb af energi kwh á kr 0, l olie á kr. 9, kg piller a kr.2, kwh á kr 1, kr./år Drift og vedligehold kr./år Re- eller ny-investering % % % % kr./år Årlig udgift i. moms kr./år Tabel 14. Forbrugerøkonmi for fjernvarme (alt. 1) sammenlignet med fortsat oliefyring eller nye anlæg på ejendommen med træpillefyr eller jordvarme. Beløbene er inkl. moms. Tabellen læses således at det er samme mængde varme huset skal forsynes med og derfor indgår der en omregning med brændværdier og virkningsgrader. Når årsvirkningsgraden for jordvarmeanlægget er 280 % svare det til COP = 2,8. I linjen med investeringer står der f.eks. ved træpillefyr; det er investeringen i et nyt fyr med installation. De 15 er det antal år et eventuelt lån kan løbe over og de 5% er renten på lånet. Side 19 af 33

20 Bilag 1: Forudsætninger Parameter Planperiode Udetemperaturer Halm Varme ab værk Temperaturer i net Kedel, halm Kedel, olie Solvarme Varmepumpe Varmetab i fjernvarmenet CO 2 emissioner Driftstrategi Økonomi Brændselspriser Elmarked Afgifter Drift- og vedligeholdelsesomkostninger ved produktion. Se energypro beregningerne Faste driftsomkostninger iøvrigt. Se tabel 9. Forudsætning 1 år Dansk normalår (døgnbasis) Brændværdi (nedre): 15 GJ/ton MWh/år, spidslast: 4,8 MW hvor 69% afhænger af udetemperaturen (GAF) Fremløbstemperatur: 75 C Retur-temperatur: 40 C (målsætning) Indfyret effekt: kw, Varme-effekt: kw (η=98%) Indfyret effekt: kw, Varme-effekt: kw (η=98%) Solfangerareal: m 2 Lager: m 3. Kapacitet: 76,5 MWh Solfangerareal: m 2 Lager: m 3. Kapacitet: 701 MWh Solfangerareal: m 2 Lager: m 3 Kapacitet: MWh COP: 3,7 Elforbrug: 200 kw, varmeydelse: 740 kw Lager: 200 m 3. Kapacitet: 11,5 MWh DN 20, DN 25,DN 40, DN 50, DN 65, DN 80, DN 100, DN125 7,0; 7,5; 8,2; 9,4; 9,3; 10,7; 11,9; 13,7 W/m Olie: 2,1 kg/l olie (Energistyrelsens Samfundsøkonomiske forudsætninger) Elforbrug: 0,303 kr/kwh (Energistyrelsens Samfundsøkonomiske forudsætninger, middelværdi over de kommende 20 år) Halm: 0 (Energistyrelsens Samfundsøkonomiske forudsætninger) Minimér netto varmeproduktionsomkostninger Udetider: Halmkedel: 2 dage/år a 4 timer (d. 1/5 og 1/11), Vakuumis-varmepumpe: 1 dag/år (d. 1/3) Halm: 500 kr/ton, olie: 600 kr/mwh Spotafregning 2009, Østdanmark Halm, NOx: 33,8 kr/ton, Svovl: 16,3 kr/ton Olie: 224 kr/mwh El; Energiafgift : 500 (687) kr/mwh, El; net-, system- og PSOafgifter: 144 kr/mwh, transportbetaling mv., Østkraft: 164 kr/mwh Kedel, halm: 78 kr/mwh varme (håndtering & tilsyn: 40 kr, d&v: 32 kr, asketransport: 5 kr, vandafledning: 1 kr) Kedel, olie: 5 kr/ MWh varme Solvarme: 6 kr/ MWh varme Elforbrug: 28 kr/mwh varme Bemanding: 15 kr/mwh varme Administration og forsikring mv.: 11 kr/mwh varme Side 20 af 33

21 Investering, solvarme * A 0,84 [kr], hvor A er solfangerarealet i [m 2 ], minus energibesparelse (1 års produktion á 250 kr/mwh) Investering, varmepumpe 4 * Q + 1 [Mkr], hvor Q er varmeeffekten i [MW] Investeringer på ejendommene Stikledning og husinstallationer (standard): kr./bolig Pris i Gudhjem pga. klippe: kr./bolig Egenbetaling: kr/bolig som fratrækkes ovenstående. Investering i fjernvarmenet oplyst af Kjeld Dale Fjernvarmenet, Østermarie og Østerlars: kr. Fjernvarmenet, Gudhjem: kr. Klippetillæg, Gudhjem: kr. Transmissionsledning Østermarie-Østerlars: 3,5 km á kr. = kr. Østerlars-Gudhjem: 4,4 km á kr. = kr. Afskrivningsperioder Se tabel 10. Lån Profil: Annuitetslån, Rente: 5% p.a. Løbetid: Som afskrivningsperiode Ydelse: Første års ydelse Side 21 af 33

22 Bilag 2: Udskrifter fra enegypro Side 22 af 33

23 Side 23 af 33

24 Side 24 af 33

25 Side 25 af 33

26 Side 26 af 33

27 Side 27 af 33

28 Side 28 af 33

29 Side 29 af 33

30 Side 30 af 33

31 Side 31 af 33

32 Side 32 af 33

33 Bilag 3: Samfundsøkonomi, eksempel Forudsætninger for beregning af samfundsøkonomi Skabelon udarbejdet af: PlanEnergi, den 3. november 2011 / Niels From Projekt udarbejdet af: PlanEnergi, den 19. marts 2012 / Jakob Worm Grundlag: Forudsætninger for samfundsøkonomiske analyser på energiområdet Energistyrelsen, april 2011, samt Tillægsblad for do. af 2. september Værk: Gudhjem m.fl. Projekt: Alt. 1 Samfundsøkonomisk overskud: søkr Energiomsætning Reference Projekt Brændselstype Varme ab værk MWh/år Brændsel 1 MWh/år Gasolie Brændsel 2 MWh/år Halm Brændsel 3 MWh/år 0 Gasolie Brændsel 4 MWh/år 0 Træpiller (konsum) Brændsel 5 MWh/år Brændsel 6 MWh/år Brændsel 7 MWh/år Brændsel 8 MWh/år El-produktion MWh/år El-forbrug MWh/år 0 Prisniveau 2011-kr Intern rente 5,00% Økonomi Reference Projekt Drift og vedligehold 2011-kr/år Afgifter minus tilskud 2011-kr/år Reference Projekt Investering Investering Gennem- År 2011-kr 2011-kr førelsesgrad % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % Side 33 af 33