FJERNVARMEANALYSEN - BILAGSRAPPORT

Transkript

1 JANUAR 2014 ENERGISTYRELSEN FJERNVARMEANALYSEN - BILAGSRAPPORT FOKUSOMRÅDER OG ANALYSEVÆRKTØJ

2 ADRESSE COWI A/S Parallelvej Kongens Lyngby TLF FAX WWW cowi.dk JANUAR 2014 ENERGISTYRELSEN FJERNVARMEANALYSEN- BILAGSRAPPORT FOKUSOMRÅDER OG ANALYSEVÆRKTØJ PROJEKTNR. A DOKUMENTNR. 2 VERSION D UDGIVELSESDATO 31. januar 2014 UDARBEJDET EBE KONTROLLERET JARU GODKENDT EBE

3 3 INDHOLD 1 Indledning 4 2 Nuværende og fremtidig fjernvarmeforsyningsstruktur Historisk udvikling Fremtidig udvikling 8 3 Fokusområder Produktion og lagring Distribution og udbygning Forbrug og varmebesparelser 24 4 Analyseværktøj Metode Forslag til videreudvikling 30

4 4 1 Indledning I forbindelse med en vurdering af fjernvarmens rolle i omstillingen mod et VEbaseret energisystem er det vigtigt at analysere såvel de muligheder som de udfordringer, som fjernvarmen står over for på kort, mellemlangt og langt sigt. Vindkraft kan øge elprisens fluktuationer. Dermed øges værdien af energilagring via kortids- og sæsonvarmelagring og eventuelt installation af store varmepumper. Fjernvarmen bidrager til at øge energisystemets samlede energieffektivitet dels via varmelagring dels via mulighederne for udnyttelse af overskudsvarmen ikke blot fra industrivirksomheder og kraftværker (hvis produktion må forventes at falde), men i fremtiden også fra f.eks. raffinaderier til produktion af biobrændstoffer, brint mv. Temperaturniveauerne i fjernvarmesystemerne er væsentlige i relation til systemernes energieffektivitet, i relation til indpasningen af nye produktionsteknologier samt i relation til udnyttelsen af overskudsvarmepotentialer. Systemernes reaktion på et ændret efterspørgselsmønster som konsekvens af energirenovering hos forbrugerne er ligeledes et væsentligt element i energisystemernes udvikling. COWI og Ea Energianalyse har i første halvdel af 2013 gennemført en analyse af fjernvarmens rolle i det fremtidige danske energisystem for Energistyrelsen. Arbejdet har fokus på perioden frem til 2035 med perspektiver frem til I efteråret 2013 er der gennemført supplerende analyser i dialog med Energistyrelsen. Denne bilagsrapport, der er udarbejdet i tilknytning til fjernvarmeanalysen, præsenterer en oversigt samt en indledende vurdering af en række fokusemner for fjernvarmeudviklingen (bilagsrapportens afsnit 3). Oversigten og vurderingerne tager udgangspunkt i den nuværende fjernvarmestruktur (sammenfattet i bilagsrapportens afsnit 2), scenarieanalysernes konsekvenser i relation til fjernvarmens udvikling og den fremtidige produktionsstruktur samt erfaringer baseret på en række statistiske nøgletal for fjernvarmeforsyningen i dag. Scenarieanalyserne er beskrevet i detaljer i to af Fjernvarmeanalysens øvrige bilagsrapporter:

5 5 "Modelberegninger af scenarier for fjernvarmens udvikling i fremtidens energisystem" (Balmorelrapporten) "Varmeatlas og fjernvarmepotentiale". Fjernvarme er et vigtigt redskab i omstillingen af den individuelle varmeforsyning til vedvarende energi. Der pågår allerede konvertering af områder med individuel forsyning (olie og gas) til fjernvarme, men det er ikke naturgivent, at det fortsat er samfundsøkonomisk fornuftigt at udbygge fjernvarmen. Produktionsomkostningerne, varmetabet og vedligeholdelsesomkostningerne i visse områder kan betyde, at fjernvarme over tid nogle steder ikke vil være konkurrencedygtig over for effektive individuelle VE-løsninger og varmebesparelser. De konkrete investeringsbeslutninger tages lokalt, baseret på selskabs- og brugerøkonomiske incitamenter og i overensstemmelse med varmeforsyningsloven. Såvel de enkelte husholdninger som kommuner og energiselskaber har behov for indgående viden om, hvordan økonomien i forskellige konkrete løsninger kan udvikle sig. Projektets analyser er tilrettelagt dels med henblik på at kunne danne grundlag for udviklingen af nationale styringsredskaber, dels at tjene som input til de øvrige analyser, som gennemføres i forbindelse med energiaftalen, og endelig med det selvstændige formål at give input til den strategiske energiplanlægning, som gennemføres lokalt. Med baggrund i analyserne er der udviklet en regnearksmodel, der kan anvendes som støtte i lokale beslutninger om varmeforsyning. Bilagsrapportens afsnit 4 indeholder en introduktion til denne model samt et oplæg til, hvorledes det samlede modelkompleks kan udvikles, således at det kan understøtte den fremtidige proces for implementering af energistrategierne på flere niveauer.

6 6 2 Nuværende og fremtidig fjernvarmeforsyningsstruktur Som grundlag for vurderingen af fokusområder for fremtidens fjernvarmeforsyning indeholder dette afsnit en kort sammenfatning af den historiske udvikling samt forventningerne til den fremtidige udvikling, baseret på scenarieanalyserne. Der er fokuseres på udviklingen i centrale fjernvarmedata, herunder udvikling i produktionsformen (andelen af kraftvarme, biomasseprojekter, solvarmeudbredelse etc.), udviklingen i nettab, fjernvarmetemperaturer mv. 2.1 Historisk udvikling Nedenstående figurer baseret på Energistyrelsens statistik viser udviklingen i brændselsanvendelse og produktionsstruktur for fjernvarmeproduktion fra starten af 1970erne til i dag. Figur 2.1 Brændsler til fjernvarmeproduktion (PJ). Opgjort med 200 % metoden for kraftvarme ) Kilde: Energistyrelsens energistatistik

7 7 Figuren viser, at fjernvarmesystemet i Danmark i høj grad stadigvæk er baseret på fossile brændsler og affald. Systemet står over for en betydelig udfordring, når/hvis både kul, olie og naturgas skal udfases frem mod Figur 2.1viser dog også, at den historiske omstilling fra hovedsageligt olie til et miks af kul, naturgas, affald og biomasse er sket over en kort periode på år. Figur 2.2 Fjervarmeproduktionsstruktur (PJ). Kilde: Energistyrelsens energistatistik Figur 2.2 viser, at mere end 60 % af fjernvarmeproduktionen er baseret på kraftvarme. Den centrale kraftvarmeproduktion har over perioden været nogenlunde konstant. I periodens første del har der været en stor stigning i produktion fra decentrale kraftvarmeanlæg, og fra 2000 har produktionen fra sekundære producenters kraftvarmeanlæg udviklet sig. Den aktuelle fordeling af fjernvarmeproduktion på de fire typiske varmeforsyningsområder i Danmark ses af tabellen neden for. Tabel 2.1 Overblik over fordelingen af fjernvarmeproduktion og -kapacitet m.v., Kilde: Energiproducenttællingen Varmeproduktion (PJ) Varmeleverance (PJ) Varmeleverance (%) El (MW) Varme (MW) Centrale 82,5 81, Store decentrale 12,3 12, Øvrige affald 8,3 6, Små decentrale 39,7 31, SUM 142,7 131, Som det ses af tabellen, fandt den dominerende del (62 %) af fjernvarmeleveran-

8 8 cerne i 2011 sted i de centrale områder, som forsynes fra de store kraftvarme- og affaldskraftvarmeværker. Det ses også, at disse værker repræsenterer mere end tre fjerdedel af den samlede el-produktionskapacitet i det termiske system (77 %), men kun lidt over halvdelen af varmekapaciteten (57 %). Figur 2.3 Fordeling af kraftvarmeproduktion og varmeproduktion på brændsler, 2011 Kilde: Energistyrelsen Energistatistik Figur 2.3 viser brændselsfordelingen på henholdsvis kraftvarme- og kedelanlæg. Det fremgår, at mere end halvdelen af varmeleverancen fra kraftvarmeanlæggene er produceret på værker, hvor fossile brændsler er det primære brændsel, mens resten stort set udgøres af biomasse og affald. For fjernvarmeanlæggene sker den største del af varmeleverancen fra værker baseret på biomasse. 2.2 Fremtidig udvikling Produktionsstruktur og brændselsanvendelse Scenarieanalyserne, der er nærmere beskrevet i rapporten "Modelberegninger af scenarier for fjernvarmens udvikling i fremtidens energisystem" (Balmorelrapporten), viser en udvikling af fjernvarmeproduktion og brændselsanvendelse i Danmark som illustreret i nedenstående figurer. Venstre del af figuren viser modelberegninger eksklusive gældende afgifts- og tilskudssystem, mens højre del af figurerne er baseret på modelberegningerne inklusive gældende afgifts- og tilskudssystem.

9 9 Figur 2.4 Fjernvarmeproduktion i Danmark fordelt på typer af produktion. Varmeproduktion til industriel proces er ikke inkluderet Det fremgår, at kraftvarmeproduktionen i begge situationer er faldende, dog mest markant for begge situationer efter Frem mod 2050 fylder kraftvarme mindre og mindre, mens solvarme, overskudsvarme og varmepumper stiger. Uden gældende afgifter vil der være kedelproduktion i alle scenarieårene, hvilket hovedsagelig skyldes, at affaldsanlæg ifølge modelberegningerne vil blive etableret som kedelanlæg, hvis kraftvarmekravet i projektbekendtgørelsen ophæves. Figur 2.5 Fjernvarmeproduktion i Danmark fordelt på brændsler. Varmeproduktion til industriel proces er ikke inkluderet Med det nuværende afgiftssystem kommer over 80% af fjernvarmeproduktionen (jævnfør modelberegningerne) allerede i 2020 fra solvarme, biomasse og varmepumper. I perioden frem til 2035 indfases forskellige typer biomasse i systemet parallelt med, at solvarme og varmepumpeandelen (el) vokser. Frem mod 2050 stiger andelen af varmeproduktion fra overskudsvarme fra biobrændstoffabrikker og fra varmepumper (el), mens biomasseandelen falder, således at der i 2050 alene er en begrænset halmandel tilbage. Scenarieanalyserne peger således på en væsentlig omlægning af såvel produktionsstrukturen som brændselsanvendelsen i fjernvarmesektoren. Dette forudsætter såvel indfasning som udfasning af en række forskellige teknologier over de kommende år. Omlægningen skal ske under iagttagelse af sektorens nuværende struktur. Fokusområder for fjernvarmens udvikling bør vurderes med baggrund i omlægningen inden for de 4 "typiske" varmeforsyningsområder i Danmark, analyseret i relation til såvel fjernvarmepotentialet som den fremtidige produktionsstruktur:

10 10 Centrale fjernvarmeområder, hvor varmen til store byområder primært aftages fra de store centrale kraftvarmeværker, affaldsforbrændingsanlæg (fjernvarme- eller kraftvarmeanlæg) og enkelte steder fra industrivirksomheder. Mellemstore fjernvarmeområder, hvor varmen primært kommer fra større decentrale kraftvarmeværker, affaldsværker og industrivirksomheder. Mindre fjernvarmeområder med affaldsvarme. Små fjernvarmeområder (mindre aggregerede fjernvarmeområder). I "Balmorelrapporten" præsenteres scenarieresultater i form af produktionsstruktur og brændselsanvendelse specifikt for hver at de fire typiske varmeforsyningsområder. Rapportens resultater fra modelberegningerne uden gældende afgifter og tilskud er sammenfattet som følger: I de centrale områder stiger kraftvarmeproduktionen lidt frem til Efterfølgende aftager kraftvarmeproduktionen frem mod Kul udgør et væsentligt brændsel frem til 2025, hvorefter det udfases til fordel for biomasse(træflis) på både ombyggede og nye kraftvarmeværker. Overskudsvarme fra biobrændstoffabrikker spiller en meget stor rolle i Eldrevne varmepumper får ikke stor betydning før 2050, hvor også kraftvarme på biogas stiger markant. I de større decentrale områder udkonkurreres fjernvarmeproduktion på naturgaskraftvarme af biomassekraftvarme og kedelproduktion samt af varmepumper allerede fra Det er især halmbaseret kraftvarme, der står for en stor del af fjernvarmeproduktionen. I de mindre affaldsområder ligner billedet de mellemstore decentrale områder, idet brændselsanvendelsen primært er affald, mens halm kun spiller en begrænset rolle. I de små fjernvarmeområder spiller kraftvarme en mindre rolle allerede i 2025, og der indfases hurtigt fjernvarmeproduktion baseret på el (varmepumper/elpatroner). Fra 2035 får solvarme en betydelig rolle. Omlægningen varierer således mellem de forskellige typer områder, og det er væsentligt at sikre klarhed og gennemsigtighed i relation til systemernes behov og udfordringer i de forskellige områder. Fremtidens fjernvarmesystemer sammensættes af mange forskellige elementer, der varierer såvel geografisk, som hvad angår teknologivalg Fjernvarmenet og udbygning Udviklingen af forsyningsstrukturen og dermed krav og udfordringer til de fremtidige fjernvarmenet er ligeledes afhængig dels af den aktuelle forsyningssituation, dels af den funktion, som fjernvarmesystemer skal spille i den fremtidige energistruktur.

11 11 Opgørelsen af det tekniske potentiale tager udgangspunkt i et samlet BBR-baseret varmeatlas for alle byområder i Danmark. Det tekniske og det økonomiske potentiale for udviklingen af fjernvarme er analyseret i bilagsrapporten "Varmeatlas og fjernvarmepotentiale". Der arbejdes med fire typer af områder: 1 Eksisterende fjernvarmeforbrugere 2 Ikke-fjernvarmeforbrugere i fjernvarmeområder 3 Ikke-fjernvarmeforbrugere i byområder med fjernvarme 4 Varmeforbrugere i byområder uden fjernvarme. Det tekniske potentiale vist i nedenstående figur udgøres af det varmebehov, der uden at tage økonomi i betragtning, vurderes relevant at konvertere til fjernvarme Figur 2.6 Teknisk potentiale i 2035 for fjernvarmeforsyning for fjernvarmeforbrugere i eksisterende fjernvarmeområder, andre varmeforbrugere i fjernvarmeområder, ikke-fjernvarmeforbrugere uden for fjernvarmeområder i byområder med fjernvarmeforsyning og varmeforbrugere i byområder uden nogen fjernvarmeforsyning fordelt på fjernvarmeområdetyper For at vurdere det økonomiske potentiale for fjernvarme for hvert byområde i Danmark sammenlignes omkostningerne ved at etablere/udbygge fjernvarmesystemer med omkostningerne ved at blive forsynet med individuelle varmeinstallationer. Sammenligningen foretages på by-niveau. Der er gennemført en sammenligning med baggrund i både selskabs-/brugerøkonomi og samfundsøkonomi. Omkostningerne regnes for to specifikke år, henholdsvis 2020 og 2035 (2 scenarieår). Fjernvarme- og elpriser er baseret på resultaterne fra Balmorel-analyserne. Balmorel beregner marginale fjernvarmepriser for alle fjernvarmeområder. Produktionsfordelingerne, der ligger bag de beregnede fjernvarmepriser, er beskrevet under afsnit Fjernvarmepriserne an forbruger, sammen med ledningsomkostninger og brugerøkonomiske omkostninger i bygninger, sammenlignes med omkostninger for varmeforsyning med individuelle varmeinstallationer, og de økonomiske potentialer for hver type fjernvarmeområde beregnes.

12 12 Nedenstående figur illustrerer det bruger-/selskabsøkonomiske potentiale beregnet under 2035-forudsætninger. Figur 2.7 Bruger-/selskabsøkonomisk fjernvarmepotentiale i 2035 for fjernvarmeforsyning for fjernvarmeforbrugere i eksisterende fjernvarmeområder, andre varmeforbrugere i fjernvarmeområder, ikke-fjernvarmeforbrugere uden for fjernvarmeområder i byområder med fjernvarmeforsyning og varmeforbrugere i byområder uden nogen fjernvarmeforsyning fordelt på fjernvarmeområdetyper Figurerne illustrerer, at der bruger-/selskabsøkonomisk er et betydeligt potentiale i fuld tilslutning af samtlige forbrugere inden for de eksisterende fjernvarmeområder. I de centrale områder er der endvidere et betydeligt økonomisk potentiale ved at udbygge fjernvarmesystemerne til også at omfatte hele byområdet i de byer, hvor der allerede er fjernvarme. I de øvrige områder er der et vist selskabsøkonomisk potentiale for udvidelse. Analyserne af selskabsøkonomi baseret på scenariet viser et større økonomisk udviklingspotentiale for alle områder. Det samfundsøkonomiske potentiale er mindre end det selskabsøkonomiske potentiale med både og 2035-forudsætninger. De samfunds- og brugerselskabsøkonomiske potentialer beregnet for de to scenarieår 2020 og 2035 er illustreret i nedenstående figur.

13 Centrale områder Eksisterende fjernvarmeforbrugere Samfundsøkonomiske fjernvarmepotentiale Analyserne viser, at potentialevurderingerne på byniveau nogle steder er meget robuste, andre steder ret følsomme over for de anvendte forudsætninger. Der vil derfor være behov for at gå mere i detaljer, såfremt resultater på byniveau skal evalueres. Selskabs- /brugerøkonomiske potentiale Mellemstore områder Mindre områder m. affaldsvarme Aggregerede områder biomasse Aggregerede områder gas Eksisterende fjernvarmeforbrugere Samfundsøkonomiske fjernvarmepotentiale Selskabs- /brugerøkonomiske potentiale Figur 2.8 Fjernvarmepotentiale baseret på samfunds- og bruger-/selskabsøkonomiske forudsætninger i 2020 og 2035 sammenholdt med det eksisterende fjernvarmebehov i begge år De centrale, mellemstore og mindre områder med affaldsvarme afspejler potentialer i specificerede byområder (som defineret i Balmorel-rapporten). De aggregerede områder er mindre byer med egen fjernvarme- eller kraftvarmeforsyning baseret på henholdsvis biogas, biomasse, naturgaskraftvarme, naturgaskedler, halmkedler, træfliskraftvarme og træfliskedler.

14 14 3 Fokusområder Med baggrund i vurderingerne omkring tekniske og økonomiske potentialer i for skelige områder samt udviklingen i fjernvarmeproduktionsstrukturen er der identificeret en række fokusemner i relation til fjernvarmens udvikling. Fokusemnerne vedrører både udfordringerne og mulighederne for fjernvarmens rolle i energisystemets udvikling. Fleksibilitet og optimeringsmuligheder er nøgletemaer i relation til såvel produktion som distribution og forbrug af fjernvarme. I det følgende vurderes: Fleksibiliteten ved de centrale og de decentrale kraftvarmeanlæg. Samspil mellem forskellige produktionsenheder energilagring og nye optimeringsmuligheder. (Omlægningen indebærer samdrift mellem flere enheder typisk med højere investeringsomkostninger og lavere driftsomkostninger end i dag). Muligheder for og økonomi ved nedbringelse af temperaturer. Lavere temperaturniveauer i fjernvarmesystemerne åbner mulighed for at reducere varmetab og anvende nye teknologier som f.eks. varmepumper. Omkostningsoptimering ved etablering og drift af forskellige systemer. Vurdering af omfang og konsekvenser af varmebesparelser. 3.1 Produktion og lagring Kraftvarmeudbygningen i Danmark har haft stor indflydelse på effektiviteten af den samlede el og varmeproduktion. Figur 3.1 illustrerer således, hvordan tabet ved el- og varmeproduktion er reduceret over årene.

15 15 Figur 3.1 Tab ved el- og varmeproduktion i henhold til Energistyrelsens statistik Kilde Dansk Fjernvarme Systemets samlede effektivitet En udfordring ved de øgede mængder vindkraft er, at der bliver mindre "brug" for elproduktion fra termiske anlæg, gevinsten i elmarkedet bliver reduceret, og kraftvarmen kan blive dyrere relativt set. Den større mængde energi fra vindmøller kan få betydning for kraftvarmeværkernes antal driftstimer samt stille øgede krav til værkernes fleksibilitet. I det fremtidige energisystem med store mængder vindkraft vil der således være behov for virkemidler, som kan øge fleksibiliteten i systemet; virkemidler/teknologier, der skaber behov for el, når der er rigeligt med elproduktion i systemet, og omvendt sikrer, en effektiv elproduktion, når der efterspørges mere elproduktion i systemet. Såvel de centrale som de decentrale kraftvarmeværker har gode muligheder for at levere fleksibilitet. Varmeakkumulatorer installeret i tilknytning til kraftvarmeanlæggene gør det muligt at flytte elproduktionen til de tidspunkter, hvor det er mest hensigtsmæssigt for elsystemet. Balmorelanalyserne viser, at der kan blive behov for investering i betydelige mængder ny varmelagringskapacitet i takt med at vindandelen i systemet øges. Ved brug af bypass på turbiner kan kraftvarmeværker undlade at producere el i samproduktion med varme og i stedet blot producere varme som på en varmekedel, hvilket kan være hensigtsmæssigt på tidspunkter med store mængder vindkraft i systemet. Ved brug af elkedler og varmepumper kan fjernvarmeværker forbruge el til varmeproduktion i stedet for at producere el, hvilket kan være hensigtsmæssigt på tidspunkter med store mængder vindkraft i systemet.

16 16 Det er væsentligt, at den gradvise udvikling af fremtidens energisystem gennemføres under løbende optimering af effektiviteten af det samlede produktionssystem. Fleksibiliteten skal sikres, uden at effektiviteten spoleres Varmepumper og varmelagring Vindkraft kan øge elprisens fluktuationer og dermed øge værdien af energilagring via sæsonvarmelagring og eventuelt installation af store varmepumper. Individuelle installationer har kun mulighed for korttidslagring af varme, mens kollektive installationer kan drage nytte af egentlige varmelagre af mange timers eller dages varighed. Hvis "overskuds-el" afsættes i fjernvarmesystemerne, vil dette kunne bidrage til at balancere elnettet, så behovet for udveksling af el med udlandet reduceres, hvilket kan være økonomisk og energimæssigt attraktivt. Tilsvarende kan fjernvarmen bidrage til at øge energisystemets samlede energieffektivitet via udnyttelse af overskudsvarmen ikke blot fra industrier og kraftværker (hvis produktion må forventes at falde), men i fremtiden også fra f.eks. raffinaderier til produktion af biobrændstoffer, brint mv. Overskudsvarme genereret i forbindelse med køling kan afsættes i fjernvarmesystemerne på lige fod med overskudsvarme fra industrien via varmepumper. Varmepumper i fjernvarmesystemer gør det muligt at opsamle energi ved lave temperaturer fra eksempelvis industrielle processer, solvarmesystemer og geotermianlæg. Varmepumper kan endvidere anvendes til, at energien i røggas fra kedelanlæg udnyttes bedre. I fremtiden vil en stigende andel af varmeproduktionen i store fjernvarmesystemer muligvis blive baseret på varmekilder, som vanskeligt lader sig regulere, eksempelvis geotermi, affald og overskudsvarme, eller som producerer om sommeren, hvor varmebehovet er lavest, eksempelvis solvarme. Flere teknologier er endvidere dyre i investering, men relativt billige i drift, hvorfor et højt antal årlige driftstimer er vigtigt for økonomien. Hver for sig medfører udviklingen i henholdsvis elsystemet og i varmesystemet således et øget behov for lagring af energi. Da det er væsentligt billigere at lagre energi som varme end som elektricitet, er det sandsynligt, at store varmelagre i fremtiden vil blive en vigtig del af den samlede løsning på både el og varmesiden. Figur 3.2 illustrerer resultatet af produktionssimuleringen fra Balmorel for Vestdanmark i 2050.

17 17 Figur 3.2 Samlet varmeproduktion Vestdanmark i 2050 Der forventes et øget behov for lagring af energi på både time-, dags-, uge- og månedsbasis. Ovenstående figur illustrerer fluktuationer og produktionsmønstre for el og varme over et år. I perioder med lave elpriser og stort varmebehov er der gode anvendelsesmuligheder for varmepumper og elpatroner. I sommerperioden "viger" kraftvarmeproduktionen for solvarme. I forårs- og efterårsperioderne kan der være behov for at forskyde de forskellige produktionsmuligheder i forhold til hinanden med henblik på at optimere såvel effektivitet som økonomi. Varmelagre er en billig måde at lagre energi på. Værdien af et varmelager ligger generelt i, at der er en tidsforskydning mellem varmebehovet og de tidspunkter, hvor varmen er billig at producere. Billig varme vil typisk kunne leveres fra biomasse-kraftvarme på tidspunkter med høje elpriser samt fra solvarme, geotermi, overskudsvarme etc., når disse kilder er til rådighed. Dyrere varme leveres eksempelvis fra gasfyrede kedler samt kul- og naturgasfyrede kraftvarmeværker, indtil disse udfases. Analyser har vist, at større varmelagre, såfremt de etableres, benyttes til korttidslagring over hele året. Den største nytteværdi ligger imidlertid i vinter- og til dels i forårs- og efterårsmånederne. PlanEnergi har sammen med bl.a. Teknologisk Institut og Grøn Energi for Energistyrelsen i 2013 gennemført et udredningsprojekt vedrørende varmelagringsteknologier og store varmepumper til brug i fjernvarmesystemet. 3.2 Distribution og udbygning En væsentlig faktor for fjernvarmesystemernes fleksibilitet, effektivitet og omkostningsniveau i fremtiden er knyttet til ledningsnettene.

18 18 Dansk Fjernvarme har med baggrund i indmeldinger fra medlemsværkerne i 2010 gennemført en række analyser, der illustrerer sammenhængen mellem fjernvarmeselskabernes varmepriser, størrelsen, forbrugertæthed, nettab og temperaturniveau. Resultaterne er illustreret i nedenstående figurer. Figur 3.3 Naturgasværker. Varmepris i forhold til værkernes størrelse Kilde: Dansk Fjernvarme Figur 3.4 Ikke-naturgasværker. Varmepris i forhold til værkernes størrelse Kilde: Dansk Fjernvarme Sekretariatet for Energitilsynet har i 2012 ligeledes gennemført en række analyser af de store prisforskelle på fjernvarme rundt om i landet. Energitilsynet har analyseret, hvordan brændselsvalg, beliggenhed i forhold til kunderne, størrelse og ejerskab kan bidrage til at forklare forskellene i priserne. Sekretariatet konkluderer, at

19 19 prisforskellene er meget store, og peger bl.a. på, at fjernvarme baseret på naturgas er dyrere end fjernvarme på andre brændsler, at fjernvarmeforsyninger ejet af forbrugerne har billigere varme end andre ejerformer, og at der synes at være stordriftsfordele. Sekretariatet anfører endvidere, at analyserne viser, at der behov for yderligere kortlægninger for at forklare prisforskellene. Figur 3.5 Fjernvarmepriserne i relation til værkernes størrelse Figur 3.6 Fjernvarmepriserne i relation til anvendt brændselstype på værkerne Begge analyser (Dansk Fjernvarme og Sekretariatet for energitilsynet) viser, at der er stordriftsfordele ved fjernvarmeforsyningen. Variationen viser imidlertid også, at der på tværs af alle tre størrelsesgrupper er selskaber med sammenlignelige priser. Begge analyser viser endvidere, at gennemsnitspriserne for naturgasbaseret fjernvarmeforsyning typisk er dyrest, samt at der er væsentligt større forskel på de billigste og de dyreste naturgasfyrede fjernvarmeforsyninger end for de øvrige brændselstyper. Det er anført, at de store prisforskelle blandt de naturgasfyrede værker

20 20 bl.a. skyldes, at mange barmarksværker anvender naturgas. Barmarksværkernes andel af den samlede fjernvarmeforsyning er meget begrænset og løsningen af denne problemstilling kræver en specifik indsats for dette område. Dansk Fjernvarme har angivet, at omkostningerne på et decentralt værk typisk fordeler sig med 72% til produktion, 23% til distribution og 5% til administration. Den fremtidige udvikling og optimering af produktionssystemerne for alle typer fjernvarme som beskrevet tidligere er således af stor betydning for fjernvarmens udvikling og konkurrencedygtighed i forbindelse med udbygning af potentialerne. I relation til omkostningerne til distribution skyldes ca. halvdelen ledningstab, mens de resterende omkostninger er knyttet til ledningsanlæggenes og forbrugerinstallationernes drift og vedligeholdelse Nettab Varmetabet er således en vigtig faktor i fjernvarmesystemernes omkostninger og effektivitet. Nedenstående figur viser udviklingen i det faktiske nettab i fjernvarmesystemerne baseret på Energistyrelsens statistik. Figur 3.7 Udviklingen i nettab i fjernvarmesystemerne i henhold til Energistyrelsens statistik. Kilde: Dansk Fjernvarme Det absolutte varmetab har været stigende, men dette skal ses i sammenhæng med den stigende fjernvarmeproduktion som illustreret i figur 2.2. Dansk Fjernvarme har illustreret sammenhængen mellem nettabet og varmepriserne som vist i Figur 3.8.

21 21 Figur 3.8 Varmepris i forholdt til procentuelt varmetab Kilde: Dansk Fjernvarme Grafen viser, at værker med de højeste varmepriser også er de værker, der har de højeste nettab (de største enkeltspidser repræsenterer typisk barmarksværker). Figur 3.9 og Figur 3.10 illustrerer procentuelle nettab for henholdsvis naturgasfyrede og ikke-naturgasfyrede fjernvarmeselskaber i forhold til værkernes størrelse baseret på analyserne fra Dansk Fjernvarme. Figur 3.9 Procentuelle nettab i forhold til størrelse for naturgasværker Kilde: Dansk Fjernvarme

22 22 Figur 3.10 Procentuelle nettab i forhold til størrelse ikke naturgasværker Det fremgår, at nettabet varierer mellem 10% og helt op til 50% for enkelte værker. Den samlede trend er, at de større værker har et nettab på 15-20%, mens de mindre har et nettab på 20 30%. Den tekniske udvikling inden for fjernvarmerør betyder, at der er betydeligt mindre varmetab for nye ledninger. I et projekt støttet af Dansk Fjernvarme og Skanderborg Fjernvarme blev der gennemført analyser for et "villaledningsnet" med maksimalt isolerede rør og lavest mulig fremløbstemperatur (50 grader). Analyserne kom frem til, at det teoretiske nettab kunne reduceres til ca. 15 % (rapporten ligger på Dansk Fjernvarmes hjemmeside) Temperaturniveauer Med henblik på at reducere varmetab og indpasse nye teknologier er fremløbstemperaturerne i fremtidens fjervarmesystemer væsentlige. Figur 3.11 Varmeprisen i forhold til fremløbstemperatur Kilde: Dansk Fjernvarme

23 23 Det fremgår umiddelbart, at fremløbstemperaturen kun har begrænset direkte betydning for varmeselskabernes priser. Reduktion af fremløbstemperaturen derimod har stor betydning for produktionsmulighederne (og dermed på produktionsomkostningerne) for fremtidens fjernvarme. En reduktion af fremløbstemperaturen skal kombineres med tiltag for at reducere returtemperaturen, således at kapaciteten af forsyningssystemerne ikke reduceres. En del værker har indført fremløbstemperaturoptimering, hvilket har medført, at fremløbstemperaturen er sænket til C, uden at det har haft negativ indflydelse på returtemperaturen. Med de systemer, der anvendes i dag, er det ikke muligt at komme under 60 grader i fremløbet, men hvis man har en varmepumpe eller en elpatron i brugerinstallationen, vil der ikke være noget i vejen for at komme væsentligt længere ned. Et velisoleret hus behøver ikke meget mere end C i fremløbet til rumvarme. Der er bevilget EUDP-midler til et projekt, hvor data fra fjernvarmeenergimåler anvendes i realtidsberegninger, hvilket blandt andet giver mulighed for at analysere returtemperaturforholdene i ledningsnet samt temperaturfald og energitab i stikledninger. Fremtidens fjernvarmesystem vil blive designet til lavere frem- og returløbstemperaturer, så varmetabet i ledningsnettet kan reduceres, effektiviteten på kraftvarmeværkerne kan øges, og således at det i højere grad bliver muligt at udnytte vedvarende energikilder som solenergi og geotermi. Modelberegningerne i fjernvarmeanalysen peger på, at bl.a. varmepumper og solvarme vil spille en stigende rolle i fjernvarmesystemerne, og her kan der være særlige fordele ved at sænke temperaturerne i fjernvarmenettene. Med den nuværende varmepumpeteknologi kan det være vanskeligt og forbundet med lav effektivitet af tilslutte varmepumperne de høje temperaturer i transmissionsnettene i de centrale områder (typisk over 100 C). Dette kan betyde, at varmepumper og andre nye produktionsteknologier i fremtiden i højere grad vil blive tilsluttet decentralt i nettet, så de kan levere varme ved distributionsnettenes lavere temperaturer. Den nuværende infrastruktur (distributions- og transmissionssystemerne) bør udnyttes optimalt og udskiftes/renoveres på en økonomisk forsvarlig måde. Et lavtemperaturnet er typisk designet med C fremløbstemperatur i nettet, således at der ved tilløb til hver boligs fjernvarmeunit leveres mindst 50 C. Den eksakte fremløbstemperatur i ledningsnettet (på varmeværket/-centralen) afhænger af ledningsnettets størrelse. I hver bolig skal der installeres en lavtemperatur-fjernvarmeunit, der leverer varme til både varmt brugsvand og til rumvarme (radiatorer og/eller gulvvarme). Fjernvarmeunitten har en gennemstrømningsveksler til varmt brugsvand og ingen akkumulering af dette. På grund af det minimale vandvolumen (<3 liter) i systemet med varmt brugsvand er der derfor ingen Legionella-risiko. Temperaturen på fjernvarmevandet, der sendes tilbage i ledningsnettet, er typisk C, men kan komme længere ned.

24 24 For at sikre lavest muligt varmetab i ledningsnettet er det vigtigt med et optimeret design af rørsystemet: Twin-rør i høj isoleringsklasse (stor tykkelse af isoleringskappe) og mindst mulig dimension på medierør, hvilket blandt andet sikres ved hjælp af et højere trykniveau i systemet. Konceptet er demonstreret i både lavenergibyggeri og eksisterende byggeri. I eksisterende byggeri med radiatorer kan konceptet dog kræve en mindre forøgelse af radiatorkapaciteten på grund af de lavere temperaturer. 3.3 Forbrug og varmebesparelser Det specifikke energibehov til opvarmning reduceres som konsekvens af den intensiverede indsats for energirenoveringer i den eksisterende boligmasse samt skærpede krav i bygningsreglementet. Varmeforbruget på slutbrugerniveau reduceres, og forbrugsmønsteret ændres. Varmtvandsforbrugets andel må forventes at stige. Figur 3.12 Energiforbrug til opvarmning i boliger. Kilde: Energistyrelsen Energistatistik Energiforbruget til opvarmning pr. m 2 er i perioden faldet 12,8% som følge af bedre isolering af ældre boliger, udskiftning af gamle oliefyr med mere effektive naturgasfyr og fjernvarmeinstallationer samt lavere energiforbrug i nye bygninger som følge af bygningsreglementet. SBI har i 2013 udgivet resultaterne af en analyse af varmebesparelser ved løbende bygningsrenoveringer frem til Formålet med analysen er at estimere, hvor stor en energibesparelse der kan forventes frem mod 2050, såfremt bygningernes bygningsdele efterisoleres i henhold til Bygningsreglementets krav på det tidspunkt, hvor de alligevel skal have foretaget almindelig renovering eller udskiftning.

25 25 Herudover skal analyserne belyse effekten af forskellige skærpelser af bygningsreglementet, som kunne tænkes indført i forbindelse med renovering af bygninger. Der er gennemført en række scenarieanalyser. I business-as-usual scenariet gennemføres renovering af den danske bygningsmasse i den takt, hvor de enkelte bygningskomponenter er udtjente, og energimæssige forbedringer sker i det samme omfang, som det historisk (inden for de seneste fem år) er sket. Scenariet tager højde for, at ikke alle renoveringsarbejder i praksis overholder kravet om efterisolering, idet der regnes med en gennemførelsesprocent på 80 %. I scenarie B forudsættes 100 % af alle renoveringsarbejder at opfylde efterisoleringskravene. Figur 3.13 viser forløbet af netto-energiforbruget til rumopvarmning og varmt brugsvand frem til 2050 for alle scenarier analyseret i rapporten. Det fremgår klart, at installation af mekanisk ventilation med varmegenvinding i forbindelse med tagrenovering af skrå tage viser et meget stort ekstra potentiale for energibesparelser. Figur 3.13 Energiforbrug til opvarmning og varmt vand. Kilde: SBI Varmebesparelser ved løbende energirenovering frem til 2050 I SBI's analyse regnes der, som illustreret ved "Business as usual" med ca. 30 % reduktion af varmeforbruget i den eksisterende bygningsmasse ved energirenoveringer frem til Hvis det er mere ambitiøst, regnes med ca. 40 % (inklusive varmegenvindingsanlæg, som er dyre ved energirenovering). Samlet vurderes en besparelse pr. år på hele opvarmningsbehovet på 0,75% at være en rimelig antagelse som grundlag for vurderingen i relation til fjernvarmeudviklingen. Betydningen for udviklingen er imidlertid stærkt afhængig af, om man betragter energirenoveringer inden for de eksisterende fjernvarmeområder eller energirenoveringer i forbindelse med udvidelse af fjernvarmesystemerne.

26 26 Besparelser i eksisterende ejendomme kan forringe det økonomiske grundlag for fjernvarme, idet omkostningerne til selve fjernvarmenettet samt tabet i nettet især afhænger af nettets længde, mens varmebesparelserne betyder, at disse omkostninger skal fordeles på færre og færre energienheder. På den anden side kan besparelser inden for eksisterende fjernvarmesystemer også anvendes positivt, idet de vil frigøre kapacitet i eksisterende net, der kan anvendes til at koble nye forbrugere på systemerne uden ekstra netinvesteringer. Med baggrund i analyserne omkring fjernvarmepotentialet vurderes dette væsentligt i relation til at optimere samspillet mellem energibesparelser og renovering af net inden for eksisterende fjernvarmeområder. Generelt bør der i fremtiden anvendes en mere integreret tilgang til investeringer i forbrugerled og forsyningssystem, således at de samlede systemer optimeres såvel teknisk som økonomisk. En række fjernvarmeselskaber har registreret, at man i praksis ikke ser et fald i energiforbruget til opvarmning, der svarer til det forventede/beregnede. Dette kan skyldes, at en del af effekten, når der konverteres til fjernvarme, bruges til at øge komforten (højere rumtemperatur). Meget tætte bygninger kan medføre øget behov for ventilation og køling. Dette bør inddrages i forbindelse med fremtidens muligheder for kombinerede køle- og varmeløsninger. Ved udbygningen af nye fjernvarmenet er det af stor betydning, at der foretages en grundig vurdering af det reelle forventede varmegrundlag, således at investeringer og varmeindtægter kan optimeres i forhold til hinanden. Investeringer i ledningsanlæg varierer meget geografisk og for forskellige tidsforløb. Større gennemsigtighed og statistiske opgørelser omkring investeringer i ledningsanlæg kunne forbedre mulighederne for at effektivisere omkostningerne i udbygningen af fjernvarmesystemer og dermed sikre større robusthed for udviklingen af de fremtidige fjernvarmesystemer.

27 27 4 Analyseværktøj De konkrete investeringsbeslutninger tages lokalt, baseret på selskabs- og brugerøkonomiske incitamenter, og i overensstemmelse med varmeforsyningsloven. Såvel de enkelte husholdninger som kommuner og energiselskaber har behov for indgående viden om, hvordan økonomien i forskellige konkrete løsninger kan udvikle sig. Med baggrund i analyserne er der udviklet en regnearksmodel, der kan anvendes som støtte i lokale beslutninger om varmeforsyning. Værktøjet kan bruges til at give et overblik over de økonomiske forhold ved varmeforsyning af forskellige typer af individuelle opvarmningsteknologier samt forskellige typer af varmeproduktionsteknologier til fjernvarmeforsyning. Værktøjet er udarbejdet i Excel for at gøre det let tilgængeligt for dets potentielle brugere. Med værktøjet kan man sammensætte et fjernvarmesystem af forskellige produktionsenheder og sammenligne omkostningerne ved denne forsyning med omkostningerne ved forsyning af individuelle varmeinstallationsteknologier. Værktøjet retter sig således primært mod kommuner, der overvejer mulighederne for at udbygge/etablere et nyt fjernvarmesystem eller for at udskifte enheder i eksisterende fjernvarmesystemer. Værktøjet kan bruges nu i en demoudgave, men kan også videreudvikles til at blive mere brugervenligt og til at indeholde specifikke data for byer, hvilket kan forenkle brugen for kommunerne. I det følgende beskrives værktøjets nuværende funktioner og forslag til videreudvikling. 4.1 Metode Brugeren af værktøjet vil skulle indtaste nogle oplysninger om den by/de byer, der skal forsynes med fjernvarme. Derudover skal brugeren sammensætte et fjernvarmesystem. Når dette er gjort, vil brugeren kunne sammenligne omkostningerne ved

28 28 den valgte fjernvarmeforsyning med omkostningerne ved alternativt at forsyne samme område med varme fra individuelle varmeinstallationer Input Input til værktøjet listes og forklares herunder: Varmebehov: Bruges til at bestemme kapacitetsbehovet i fjernvarmesystemet samt til at beregne produktionsforholdene i det specifikke regne år. Areal: Arealet af det område, der skal forsynes med fjernvarme, skal bruges til at estimere omkostningerne for distributionsledninger. Hvis omkostningerne ved fjernvarmeforsyning ikke skal sammenlignes med omkostningerne ved forsyning af individuelle varmeinstallationer, men værktøjet kun skal bruges til at sammenligne forskellige typer af fjernvarmesystemer, vil det ikke være nødvendigt at oplyse arealet. Valg af produktionsenheder og kapacitet af disse: Baseret på varmebehovet oplyses kapacitetsbehovet, således at brugeren har dette at gå ud fra, når fjernvarmesystemet skal sammensættes. Brugeren vælger, hvilke teknologier der skal indgå, og hvilke kapaciteter de hver skal have Beregningsmetode Værktøjet regner på et specifikt år. På baggrund af valget af produktionsenheder og deres kapaciteter estimeres investeringsomkostningerne, som herefter omregnes til en annuitet i kr./år. Hertil lægges faste årlige omkostninger til drift og vedligeholdelse. Investeringsannuiteten sammen med de faste omkostninger til drift og vedligeholdelse udgør en væsentlig del af den samlede fjernvarmepris, men vil ikke have indflydelse på produktionsfordelingen. Produktionsfordelingen afhænger udelukkende af de variable omkostninger: brændsel samt produktionsafhængig (variabel) drift og vedligeholdelse. Værktøjet prioriterer produktionsanlæggene efter det, der har den laveste varmeproduktionspris. For anlæg, der ikke bruger elektricitet til varmeproduktion og ikke producerer elektricitet (solvarme, kedler m.m.), er produktionsprisen konstant gennem hele året. For produktionsanlæg, der bruger elektricitet til varmeproduktion (elvarme, varmepumper), samt produktionsanlæg, der producerer elektricitet (kraftvarmeanlæg), vil varmeproduktionsprisen være afhængig af elprisen. Derfor regnes produktionspriserne ud for hver time i et år. Det produktionsanlæg, der har de laveste produktionsomkostninger i en given time, får første prioritet for varmeproduktion. Den mængde varme, anlægget vil producere, afhænger af den valgte kapacitet for anlægget samt varmebehovet. Overstiger kapaciteten varmebehovet, vil anlægget producere den mængde varme, der skal til for at dække varmebehovet i den givne time. Overstiger varmebehovet kapaciteten for anlægget, producerer det først prioriterede anlæg ved fuld last, og anlægget med den næste prioritet starter op. Dette gentages, indtil hele varmebehovet er dækket.

29 29 Varmebehovsprofil Varmebehovets opdeling på timeniveau er baseret på simuleringsværktøjet energypro. EnergyPRO baserer varmebehovsprofilen på en temperaturprofil, det årlige varmebehov samt på, hvor stor en del af varmebehovet der er graddageafhængigt. På Figur 4.1 er varmebehovet på timeniveau illustreret som en varighedskurve (med timen med det største varmebehov først) MW Figur 4.1 Varighedskurve for fjernvarmeproduktionen ved et nettovarmebehov på MWh/år og et nettab på 20 % af varmeleverancen an net Økonomi Data for investeringsomkostninger, faste og variable omkostninger til D&V, virkningsgrader/cop'er og levetider for fjernvarmeproduktionsanlæg er baseret på Technology Data for Energy Plants Generation of Electricity and District Heating, Energy Storage and Energy Carrier Generation and Conversion, Energistyrelsen og Energinet.dk maj Tilsvarende data for individuelle varmeinstallationsteknologier (herunder fjernvarmeunits og stikledninger til fjernvarmeunits) samt data for distributionsledninger er baseret på Technology Data for Energy Plants Individual Heating Plants and Energy Transport, Energistyrelsen og Energinet.dk maj Hvad angår forudsætninger for brændselspriser (herunder afgifter, transportomkostninger mv.), anvendes samme priser som i "Balmorelrapporten" Output Resultatet fra værktøjet er i form af omkostninger for den valgte fjernvarmeforsyning og for individuelle forsyningstyper. Resultatet oplyses i kr./mwh på tabelform og grafisk.

30 Begrænsninger Værktøjet simulerer et simplificeret fjernvarmesystem, og der er en række faktorer, der ikke tages højde for i beregningerne. Værktøjet skal derfor kun bruges som et vejledende værktøj til enten at sammenligne omkostningerne forbundet med forskellige fjernvarmeproduktionssystemer eller til at sammenligne omkostningerne forbundet med fjernvarmeforsyning med omkostningerne forbundet ved forsyning med individuelle varmeinstallationsteknologier. Metodisk begrænsning: Det er ikke muligt at lave et varmelager. Produktionsanlæg kan være i brug i en time ad gangen, hvilket ikke vil ske i virkeligheden. Produktionsanlæg har ingen nedre produktionsbegrænsning. For nogle produktionsanlæg er det ok, men typisk vil produktionsanlæg have en nedre produktionsbegrænsning. Produktionsanlæg har ingen udetid og kan således benyttes hele året. Antallet af varmeinstallationer fordelt på bygningstype er overordnet fastsat ud fra fordelingen for alle byområder i Danmark (jf. varmeatlasset). Input-begrænsninger: Brugeren skal selv indtaste oplysninger om varmebehov. Brugeren skal selv indtaste oplysninger om areal. 4.2 Forslag til videreudvikling I forbindelse med arbejdet med Fjernvarmeanalysen er der udviklet et varmeatlas for Danmark. Varmeatlasset er en database med informationer om varmebehov og antallet af varmeinstallationer fordelt på varmeinstallationstype og byområde. Der er syv varmeinstallationstyper og ca byområder. Herudover indeholder varmeatlasset informationer om arealet for hvert at disse byområder. Hvis værktøjet skal videreudvikles for at gøre det mere brugervenligt og præcisere beregningsgrundlaget, kan følgende tiltag indarbejdes: Data fra varmeatlasset overføres til værktøjet. Brugeren behøver således ikke at estimere varmebehovet og arealet for det område, der skal analyseres. I stedet vil brugeren kunne vælge byen/byerne direkte fra varmeatlasset.

31 31 Brugeren kan få informationer om fordelingen af varmeinstallationer i området. Dette kan bruges til sammenligningen af fjernvarmeforsyningen med den individuelle varmeforsyning. Brugeren kan få informationer om antallet af mindre, mellemstore og store bygninger, hvilket vil have betydning for forsyningsomkostningerne. Det gøres muligt at etablere varmelager til solvarmeanlæg. Det vurderes, at varmelagre vil have stor betydning for store solvarmeanlæg, da anlæggene skal kunne forsyne fjernvarmeområdet med varme hen over sommeren. Uden lager vil de kun kunne forsyne i dagtimerne. Værktøjet kan være tungt at arbejde med grundet den høje tidsopløsning (timeværdier). Tidsskridtene vil kunne aggregeres til en grovere opløsning, hvilket vil gøre værktøjet lettere at arbejde med. Værktøjet indgår som et element i det samlede modelkompleks, der omfatter varmeatlas, Balmorelberegninger og potentialeanalyser, og kan udvikles, således at det kan understøtte den fremtidige proces for implementering af energistrategierne på flere niveauer. Specifikt kan værktøjet anvendes til at gennemføre mere konkrete analyser på byniveau, såfremt datagrundlaget herfor tilvejebringes.