Solvarme og varmepumpe ved Kølvrå Fjernvarmecentral a.m.b.a.

Transkript

1 Solvarme og varmepumpe ved Kølvrå Fjernvarmecentral a.m.b.a. NORDJYLLAND Jyllandsgade 1 DK 9520 Skørping Tel Fax MIDTJYLLAND Vestergade 48 H, 2. sal DK 8000 Aarhus C Tel Fax November 2013 SJÆLLAND Postadresse: A.C. Meyers Vænge København SV Besøgsadresse: Frederikskaj 10 A 1. sal 2450 København SV Tel.:

2 Rekvirent Kølvrå Fjernvarmecentral a.m.b.a. Skolestien Karup J Kontaktperson Jens Jørgen Maagaard Tlf.: Mob..: [email protected] Rapport udarbejdet af PlanEnergi, Nordjylland Lars Bøgeskov Hyttel Tlf.: NORDJYLLAND Mob.: Jyllandsgade [email protected] 1 DK 9520 Skørping Tel. & Fax Christian Carlsen Tlf.: MIDTJYLLAND Vestergade Mob.: H, sal DK [email protected] Århus C Tel Fax Kvalitetssikret af PlanEnergi, Nordjylland Jens Birch Jensen SJÆLLAND Tlf Aggerupvej 1 Mobil DK 4330 Hvalsø Tel. [email protected] Fax Projekt ref [email protected] CVR: Side 2 af 53

3 Indholdsfortegnelse 1 Indledning 4 2 Sammenfatning 5 3 Metode 6 4 Forudsætninger og anlægsopbygning Varmegrundlag Energipriser og afgifter Solvarme Varmepumpe Grundvand, vurdering af mulighed for anvendelse af grundvand til varmeproduktion Anlægsomfang Nettovarmeproduktionsomkostninger, spotmarked 14 5 Resultater Energiomsætning Varmeproduktion og naturgasforbrug Varmeproduktion fra solvarmeanlæg og varmepumpe Investeringsbehov, solvarme Investeringsbehov, grundvandsvarmepumpe inkl. boringer Investeringsbehov, solvarme og grundvandsvarmepumpe Selskabsøkonomi, Treledstarif Selskabsøkonomi, Spotmarked Følsomhedsberegninger Variation på naturgasprisen med ±10 % Variation i spotmarkedsbetalingen 24 Bilag 2: Inddata til energypro 27 Bilag 3: Overblik 29 Bilag 4: Udskrifter fra energypro 30 Side 3 af 53

4 1 Indledning Kølvrå Fjernvarmecental baserer i dag al varmeproduktionen på naturgas. Da prisen for naturgas og andre fossile brændsler forventes at stige i fremtiden, ønsker Kølvrå Fjernvarmecental at belyse et supplement til den nuværende varmeproduktion, som varetages af en Jenbacher gasmotor samt en gaskedel. Kølvrå Fjernvarmecental ønsker at belyse økonomien i forbindelse med etableringen af et solvarmeanlæg og/eller varmepumpe, der som udgangspunkt anvender grundvand som varmekilde. Et eksisterende naturgasfyret kraftvarmeværk kan med den nuværende lovgivning ikke skifte til et CO 2 -neutralt brændsel, hvilket begrænser mulighederne for en udfasning af de fossile brændsler. Solvarme og el til varmepumper anses ikke som brændsler, hvilket betyder, at kommunalbestyrelsen kan godkende projektforslag for solvarme og varmepumper, der udviser positiv forbruger-, selskabs- og samfundsøkonomi. Varmepumper til fjernvarme er relativt nyt, hvilket betyder, at antallet af anlæg i drift er begrænset. Dog er teknologien langt fra ny, da der i mange år har været anvendt store varmepumper (kølemaskiner) til kølehuse, slagterier etc. I forbindelse med varmepumpen er der behov for en stabil varmekilde, som kan være industriel overskudsvarme i form af luft eller vand. I Kølvrå er der ikke tilstrækkeligt med industrielt overskudsvarme. I stedet er anvendelsen af grundvand, som har en stabil temperatur uafhængig af udetemperaturen, belyst i nærværende rapport. Investeringen i solvarmeanlægget er estimeret ud fra tilsvarende solvarmeprojekter. ICS Energy har oplyst overslagspriser på en varmepumpekonfiguration, der kan anvendes til fjernvarme. Grundvandsinstallationen med tilhørende rørføring er estimeret af PlanEnergi. For at vurdere totaløkonomien for varmeforbrugerne ved etablering af et solvarmeanlæg og en varmepumpe har PlanEnergi opstillet en beregningsmodel for energisystemet, for herved at kunne beregne energiomsætningen og selskabsøkonomien ved realisering af et solvarmeanlæg og en varmepumpe. Side 4 af 53

5 2 Sammenfatning Som det fremgår af den selskabsøkonomiske beregning i afsnit 5.6, vil der være mulighed for en reduktion af varmeprisen inkl. kapitalomkostninger ved at vælge en solvarme- og varmepumpeløsning, såfremt værket skifter fra treledstarif til spotmarked. Efter at energiafgiften på el til varmepumper er blevet reduceret markant, er varmepumper blevet særdeles interessante i fjernvarmesystemer. En varmepumpe kan være konkurrencedygtig i hovedparten af alle driftstimer i varmeåret, hvilket betyder, at varmepumpen kan supplere eller delvist erstatte de nuværende produktionsenheder. I nærværende rapport er der anvendt en varmepumpe, som hæver temperaturen fra returtemperatur til fremløbstemperatur. Solvarmeanlægget har naturligvis en begrænsning i forhold til at producere varme i de kolde måneder. Dog vil et solvarmeanlæg i vinterhalvåret bidrage med energiproduktion ved en lavere temperatur end fremløbstemperaturen. Investeringen i solvarmeanlægget er relativ stor, set i forhold til produktionspotentialet. Dog skal det bemærkes, at solvarmanlægget bevirker, at værket er knap så følsom overfor fremtidige ændringer i brændselspriser, elpriser og afgifter herpå. I forbindelse med etableringen af solvarmeanlægget skal der opføres en teknikbygning til varmeveksler, pumper, ventiler, glykoltank etc. samt en varmeakkumuleringstank, der virker som døgnlager. I teknikbygningen kan varmepumpen, med tilhørende hjælpeudstyr, med fordel placeres og samtidig tilkobles akkumuleringstanken. Bygningen skal indrettes og konstrueres således, at støjniveauet fra varmepumpen begrænses. Til forsyning af varmepumpen med elektricitet skal der etableres en robust og stabil el-forsyning. Beregningerne i denne rapport er baseret på en afbrydelig el-tilslutning, således at elforsyningen kan afbryde forsyningen, såfremt der er utilstrækkelig kapacitet i systemet.i denne rapport er varmepumpen tilkoblet spotmarked, hvor elektricitet købes til markedsprisen, som ændres time for time. Flere energihandelsselskaber tilbyder imidlertid at indgå kontrakter på indkøb af elektricitet, hvor prisen bliver låst fast i en årrække. Som varmekilde til varmepumpen er der i denne rapport anvendt grundvand. For at fastlægge de lokale grundvandsresurser i forbindelse med varmepumpen, skal der foretages en prøveboring og -pumpning, der efterfølgende vil vise, om der er tilstrækkeligt med brugbart grundvand til varmepumpen. Hvis bestyrelsen ønsker at arbejde videre med solvarme- og varmepumpe-løsningen anbefales det, at der foretages supplerende beregninger for at bestemme størrelsen af solvarmeanlægget og varmepumpen. Der skal endvidere udarbejdes projektforslag, lokalplan, VVM-screening, miljøgodkendelse og vandindvindingstilladelse samt grundvandsmodel. Side 5 af 53

6 3 Metode Beregningerne i denne rapport bygger på centrale skøn, dvs. at priser, virkningsgrader m.m. er vurderet så realistisk som muligt. Dette er i modsætning til f.eks. Worst Case, som bygger på konservative værdier. Ulempen ved Worst Case-metoden er, at man risikerer at indbygge så megen sikkerhed i beregningerne, at det får et rentabelt projekt til at fremstå urentabelt. Der er anvendt de seneste tilgængelige elpriser (2012-priser) samt gældende afgifter for Brugen af centrale skøn medfører, at det reelle projekt kan vise sig at være både bedre og ringere end beregningerne. For at undersøge, hvor meget projektet påvirkes af ændringer i forudsætningerne, er der foretaget følsomhedsberegninger på relevante parametre herunder ændringer i brændselsprisen samt ændringer i el-afregningen (spotmarkedsbetaling). Alle beløb i rapporten er i 2013-kr. ekskl. moms med mindre andet er nævnt. Driften af det nuværende kraftvarmeværk, suppleret med et solvarmeanlæg og en varmepumpe er beregnet i programmet energypro, hvor den optimale drift beregnes time for time gennem et år, ud fra de opstillede forudsætninger. Herefter er driftsøkonomien og kapitalomkostningerne, som er relateret til investeringerne, beregnet i Excel. Udgangspunktet for de økonomiske beregninger er en referenceberegning, hvor driftsøkonomien for Kølvrå Fjernvarmecentral er beregnet uden solvarme og varmepumpe. Herefter er driftsøkonomien for værket inklusiv solvarme og varmepumpe beregnet. Alle beregninger er foretaget med den nuværende motor tilkoblet henholdsvis Treledstariffen og spotmarkedet. Solindstrålingen i Danmark varierer med ca. ±10 % afhængigt af, hvor i landet man befinder sig, jf. Bilag 1. Udetemperaturen i Danmark varierer ligeledes jf. temperaturkortet i bilag 1. For Kølvrå Fjernvarmecentral er der anvendt DRY 1 -data fra DMI fra det centrale Jylland (Zone 3) i forhold til solindstrålingen og Zone 2 for udetemperaturen. 1 Design Reference Year for Denmark. Side 6 af 53

7 4 Forudsætninger og anlægsopbygning De vigtigste forudsætninger for beregningerne fremgår i det følgende. Øvrige forudsætninger for energypro-modellen ses i Bilag Varmegrundlag Varmeproduktionen har i henhold til årsopgørelsen fra Kølvrå Fjernvarmecentral for kalenderåret 2012 været MWh. I nærværende rapport er der anvendt et varmegrundlag på MWh/år med et graddøgnsafhængigt forbrug (GAF) på 72,5 % som tidligere er oplyst af værket i forbindelse med vurdering af et andet projekt. 4.2 Energipriser og afgifter På nuværende tidspunkt sælger Kølvrå Fjernvarmecentral den producerede elektricitet til en fast pris som følger Treledstariffen, som er et statisk el-marked, der reguleres efter en fast produktionsplan. I nærværende rapport er der foretaget en række beregninger, hvor værket afregner alt produceret el efter treledstariffen og en række beregninger, hvor værket afregner efter Spotmarked i Vestdanmark i Varmepumpen er i alle beregningerne tilknyttet Spotmarked. Naturgasprisen er sat til 2,60 kr./nm 3, inkl. transport, lager og distribution. Der regnes med gældende afgiftssatser pr. februar 2013 inkl. forsyningssikkerhedsafgift på naturgas. 4.3 Solvarme Solvarmeanlægget er opbygget af en række solfangere, hvor igennem der cirkuleres glykolholdig væske. Væsken fordeles til rækkerne af solfangere ved hjælp af en cirkulationspumpe. Væsken bliver gennem rækkerne af solfangerne opvarmet til den ønskede temperatur. Typisk opvarmes væsken til omkring C. Den glykolholdige væske ledes, når den er blevet opvarmet, til en pladevarmeveksler, hvor den opvarmer fjernvarmevandet. Da solvarmeproduktionen og varmebehovet i byen stort set aldrig stemmer overens, er der tilkoblet en varmeakkumuleringstank, der virker som et døgnlager. Figur 1: Solvarmeanlæg, principdiagram. Side 7 af 53

8 Som det fremgår af nedenstående illustration er den enkelte solfanger opbygget i en højisoleret aluminiumskasse, hvor der er monteret en absorber, hvorigennem der cirkuleres glykolholdig væske. Figur 2: Illustration af solfanger fra ARCON Solar monteret på betonfundamenter. Som det fremgår af nedenstående kurve er effektiviteten på solfangerne afhængige af temperaturdifferensen mellem solfangerne og omgivelserne. Figur 3: Effektivitet på en solfanger som en funktion af temperaturdifferensen (Tm Ta) mellem væsken i solfangeren og omgivelsestemperaturen. (Tm= Middelvæsketemperatur i solfangeren; Ta=Udetemperatur). Investeringsbudgettet i denne rapport er baseret på en plan solfanger fra ARCON Solar. Der findes andre solfangertyper på marked b.la en vakuumrørssolfanger og CSP-anlæg 2 som består af parabolske trug beklædt med spejle. Spejlene koncentrerer solens stråler på et rør i trugets brændpunkt. Solenergien opvarmer vandet i rørene til den ønskede temperatur. I dag er det den plane solfanger, som primært anvendes indenfor fjernvarmeområdet. 2 CSP= concentrating solar power Side 8 af 53

9 4.4 Varmepumpe Varmepumpen er opbygget som et traditionelt køleanlæg med en fordamper, kondensator, kompressor og drøvleventil. I nærværende rapport er der anvendt en varmepumpe som kan hæve temperaturen på fjernvarmevandet til fremløbstemperatur. Som varmekilde til varmepumpen er der anvendt grundvand med en temperatur på 8 C som af varmepumpen nedkøles til 3 C. Varmepumpens COP 3 er beregningsmæssigt sat til 4. Figur 4: Principdiagram for en varmepumpeinstallation med grundvand som varmekilder. Solvarmeanlægget og varmepumpen kan anvende en fælles varmeakkumuleringstank som døgnlager. 3 COP = Coefficient Of Performance, som angiver forholdet mellem den afgivne varmeydelse og kompressorens el-forbrug. Side 9 af 53

10 4.5 Grundvand, vurdering af mulighed for anvendelse af grundvand til varmeproduktion Afsnit vedr. grundvand af Lars Bøgeskov Hyttel, PlanEnergi. Der er undersøgt muligheden for, at anvende grundvand som varmekilde baseret på geologi, miljøforhold samt grundlæggende data om flow og temperaturforhold: Kølvrå grundvandsdata Maksimalt flow / Kapacitet*? m 3 /h Temperatur vinter 8-9 C Temperatur, sommer 8-9 C Data Tabel 1: Data for grundvand i Kølvrå området, kilde: GEUS-JUPITER. *Kapaciteten er ukendt indtil prøveboring er foretaget. I sammenhæng med vurdering af den/de mest optimale energimæssige produktionsforhold er det undersøgt om det kan være en realistisk mulighed, at anvende grundvand til varmeproduktion ved hjælp af et varmepumpeanlæg til hel eller delvis dækning af Kølvrå-områdets varmebehov. Denne løsning vil i givet fald være baseret på et antal produktionsboringer, som oppumper grundvand, der via et varmepumpeanlægget afgiver varmeenergien, der efterfølgende anvendes som en del af varmeforsyningsgrundlaget. Det grundvand der oppumpes fra grundvandsmagasinet, med en gennemsnitstemperatur på 8-9 grader celsius, vil efter energiafgivelsen i varmepumpeanlægget blive returneret til samme grundvandsmagasin med en temperatur på 2-3 grader celsius, via injektionsboringer. Der er foretaget en gennemgang og vurdering af de grundvandsmæssige forhold i området ved og omkring Kølvrå Fjernvarmecentral i en radius på ca. 1 km. Overordnet betragtet er geologien i området præget af lagserier med en gennemgående relativt ensartet struktur. Udover ca. 0-1 m. toplag af sand/muldagtig karakter, er der fra ca. 1 m. til cirka 100 m. under terræn, registreret primært vekslende smeltevands formationer bestående af sandfraktioner med enkelte spor af grus. Side 10 af 53

11 Figur 5: Vandindvindingsboringer mm. i området omkring Kølvrå Fjernvarmecentral. I området er der etableret boringer til blandt andet vandforsyning som er de dybeste boringer i områder. I disse boringer er der boret ned til cirka 115 meter under terræn. I øvrige boringer i området er der boret ned til mellem 5-50 m. under terræn. De geologiske forhold viser at der fra terræn og ned er meter sandlag, hvor sandlagene udgør det primære grundvandsmagasin. Der er enkelte angivelser af mindre udbredte lagserier med lerindhold. De prøvepumpninger der er foretaget viser, at der har været oppumpet op til ca. 60 m 3 /h, hvor der er konstateret en sænkning af grundvandsspejlet på ca. 7 m (boring DGU , vandværksboring). Der er dog også foretaget prøvepumpning i anden vandforsyningsboring i samme område(markvanding/gartneri-boring vest for Herningvej), hvor der med en pumpeydelse på 90 m 3 /h er en sænkning på ca. 8 meter. De data der er til rådighed for det undersøgte område omkring Kølvrå Fjernvarmecentral viser, at der er omgivende åbne arealer og grundvandsforekomster, som indikerer at der er gode muligheder for at placere et antal grundvandsboringer og dermed anvende en grundvandsvarmepumpeløsning til hel eller delvis dækning af varmebehovet i Kølvrå. Eksempelvis er den angivne vandstandssænkning på cirka 8 m. ved en prøvepumpning på 90m 3 /h en klar indikation af, at der er mulighed for en forøgelse af den oppumpede vandmængde uden sænkningsproblemer mv. Uanset om der fokuseres på en 100 % eller f.eks. en 50 % dækning af et varmebehov, baseret på en grundvandsvarmepumpeløsning, er der dog ikke tilstrækkelige data til en sikker afklaring af, hvor stor dækningsprocenten rent faktisk kan blive. Side 11 af 53

12 I sammenhæng med den mængde grundvand, der skal anvendes til dækning af et varmebehov svarende til varmeværket produktion, vil der blive behov for langt større vandmængder end tilfældet er ved dækning af grundvandsbehov til drikkevandsforbrug. Hvor f.eks. et vandværk, der producerer drikkevand til ca. 300 ejendomme oppumper en vandmængde svarende til ca m 3 /år, så skal der en vandmængde på op til ca. 23 gange så meget til pr. år, til dækning af ca. 87 % af varmebehovet for samme antal ejendomme. Den vandmængde der skal anvendes til dækning af varmebehovet vil være direkte afhængig af hvor stor en del af varmebehovet, der kalkuleres dækket. Hvis f.eks. der kun er behov for et supplement på 25 %, vil der, som naturlig konsekvens heraf være behov for en mindre grundvandsmængde. En afklaring af, hvor meget kapacitet der er til rådighed, grundvandsmæssigt betragtet, vil ikke kunne afklares før der er udført en testboring, der i givet fald kan anvendes efterfølgende som produktionsboring eller injektionsboring. Med de kendte geologiske / hydrogeologiske forhold taget i betragtning vil en testboring skulle etableres med en filtersat boring i sandmagasinet i en dybde på ca meter under terræn. På grundlag af resultaterne af en testboring vil det kunne afklares, hvor meget vand der kan oppumpes og dermed hvordan et komplet anlæg kan designes. Det er omkostningsmæssigt betragtet vigtigt om det er tilstrækkeligt at etablere 1 sæt boringer (1 produktionsboring og 1 injektionsboring). Under forudsætning af, at der kan opnås tilfredsstillende vandmængder fra en testboring, kan der træffes afgørelse om hvordan et komplet grundvandsbaseret varmepumpeanlæg dimensioneres/designes. En testboring skal etableres, som en normal vandindvindingsboring med forerør (det rør der sikrer boringen er tæt og ikke i fysisk kontakt med jordlagene omkring boringen) og filtersætning (det rør i boringen der er nede i de vandførende lag, hvor røret er perforeret med slidser hele vejen rundt, sådan at der kan pumpes grundvand ind igennem og op videre op fra boringen). Når boringen er udført, skal den efter ren-pumpning ( sandfri boring ) og evt. prøvetagning (analyse af grundvandvandets kvalitet) prøvepumpes over en periode på op til 14 dage med maksimal ydelse. Maksimal ydelse er den ydelse der kan opnås uden at der sker en tørkøring (filter/forerør tømmes for vand og dermed blotlægges pumpen) af pumpen i boringen. På grundlag af en prøvepumpning af testboringen, kan det vurderes hvor meget vand der kan oppumpes og dermed hvor stort et energipotentiale der faktisk er, dvs. der kan kalkuleres hvor meget varme, der vil kunne produceres. Selve testboringen vil kræve en myndighedsgodkendelse på samme vilkår som en traditionel boring med henblik på vandindvinding. Der skal søges om boringstilladelse og der skal også søges om indvindingstilladelse uanset, det er en midlertidig boring. Derudover skal der tages med i betragtning, at det skal være muligt at komme af med det oppumpede grundvand gennem prøvepumpningsperioden. Omkostningerne for udførelse af en testboring vil være afhængig af boredybde, adgangsforhold mv. En testboring til ca. 100 m. dybde med renpumpning, analyser og prøvepumpning og tolkning af data vil typisk kunne udføres indenfor en beløbsramme på kr. Side 12 af 53

13 Når/hvis det bliver realistisk, skal der laves et decideret projekt, hvor testboringen anvendes som produktionsboring eller injektionsboring. Der er relativt store områder ved og omkring Kølvrå der er velegnede til etablering af boringer og som ikke vil udgøre et problem i relation til negativ belastning af natur og miljømæssige interesse-områder. Typisk vil der kun være en midlertidig påvirkning i forbindelse med etablering af boringer og nedgraving af forsyningskabler, transmissionslledninger og etablering af en tørbrønd, der kan afsluttes i niveau med terræn. De grundvandsmæssige og natur/miljømæssige forhold i området, set ud fra drikkevandsmæssige interesser,er derfor heller ikke problematiske, og dermed vil det være muligt at etablere produktions og injektionsboringer. 4.6 Anlægsomfang Nedenstående figur viser et principdiagram med det nuværende kraftvarmeværk, som modtager varme fra et solvarmeanlæg samt en varmepumpe, der anvender grundvand som varmekilde. I mellem kraftvarmeværket og solvarmeanlægget/varmepumpen er der etableret en varmetransmissionsledning. Figur 6: Nuværende kraftvarmeværk suppleret med solvarme og varmepumpe. Side 13 af 53

14 4.7 Nettovarmeproduktionsomkostninger, spotmarked Nedenstående diagram viser varmeproduktionsomkostningerne ekskl. kapitalomkostninger for de enkelte produktionsenheder. Det fremgår, at priskrydset mellem varmepumpen (blå) og gasmotor nr. 1 (grøn) er ved en el-spotpris på 555 kr./mwh, hvilket betyder, at varmepumpen vil være den billigste produktionsenhed, når el-spotprisen er lavere end 555 kr./mwh. Figur 7: Varmeproduktionsomkostningerne ekskl. kapitalomkostninger som en funktion af elspotprisen. Som det fremgår af nedenstående figur, veksler el-spotprisen meget i løbet af døgnet. I 2012 var der timer ud af timer, hvor el-spotprisen var 555 kr./mwh eller mindre. Den gennemsnitlige værdi af disse timer var 264 kr./mwh. I 2010 var der timer, hvor elspotprisen var 555 kr./mwh eller mindre. Her var den gennemsnitlige værdi af disse timer 339 kr./mwh. Side 14 af 53

15 Figur 8: El-spotpriser for Vestdanmark i Resultater I dette kapitel sammenholdes energiomsætning og økonomi for det udbyggede kraftvarmeværk med solvarme og varmepumpe med referencen. 5.1 Energiomsætning Varmeproduktion og naturgasforbrug Tabel 2 og 3 viser fordelingen af varmeproduktionen mellem de forskellige produktionsenheder, samt el-produktion og forbrug, i forhold til den nuværende drift på naturgas for henholdsvis drift på treledstarif og spotmarked. 0 Reference Treled 1 Treled Sol 2 Treled VP 3 Treled Sol & VP Naturgasforbrug (11,0 kwh/nm 3 ) Nm 3 /år Varmeproduktion, Motor Naturgas MWh/år Varmeproduktion, Kedel Naturgas MWh/år Varmeproduktion, Sol MWh/år Varmeproduktion, Varmepumpe MWh/år Varmeproduktion, total MWh/år El produktion, naturgasmotorer MWh/år El forbrug, varmepumpe MWh/år Tabel 2: Treledstarif; Naturgasforbrug og varmeproduktion fordelt mellem naturgas, sol og varmepumpe, samt el-produktion og -forbrug. 0 Reference Spot 1 Spot Sol 2 Spot VP 3 Spot Sol & VP Naturgasforbrug (11,0 kwh/nm 3 ) Nm 3 /år Varmeproduktion, Motor Naturgas MWh/år Varmeproduktion, Kedel Naturgas MWh/år Varmeproduktion, Sol MWh/år Varmeproduktion, Varmepumpe MWh/år Varmeproduktion, total MWh/år El produktion, naturgasmotorer MWh/år El forbrug, varmepumpe MWh/år Tabel 3: Spotmarked; Naturgasforbrug og varmeproduktion fordelt mellem naturgas, sol og varmepumpe, samt el-produktion og -forbrug. Side 15 af 53

16 El forbrug og produktion [MWh/år] Varmeproduktion [MWh/år] Naturgasforbrug [Nm3/år] Som det fremgår af nedenstående figur fortrænger solvarmeanlægget og varmepumpen en væsentlig del af det nuværende naturgasforbrug. Dog skal det bemærkes, at naturgasforbruget delvist erstattes af et øget el-forbrug Varmeproduktion og naturgasforbrug pr. år Reference Treled 0 Reference Spot 1 Treled Sol 1 Spot Sol 2 Treled VP 2 Spot VP 3 3 Treled Sol & VP Spot Sol & VP 0 Varmeproduktion, Motor Naturgas MWh/år Varmeproduktion, Varmepumpe MWh/år Naturgasforbrug (11,0 kwh/nm3) Nm3/år Varmeproduktion, Sol MWh/år Varmeproduktion, Kedel Naturgas Figur 9: Fordelingen af varmeproduktion mellem naturgas, sol og varmepumpe, samt naturgasforbruget i Nm 3 /år El- forbrug og produktion pr. år Reference Treled 0 Reference Spot 1 Treled Sol 1 Spot Sol 2 Treled VP 2 Spot VP 3 Treled Sol & VP 3 Spot Sol & VP El produktion, naturgasmotorer MWh/år El forbrug, varmepumpe MWh/år Figur 10: El-forbrug og produktion i MWh/år for referencen og de forskellige scenarier. Ovenstående figur viser el-forbrug og produktion ved implementering af solvarme og varmepumpe. Side 16 af 53

17 MWh Varmeproduktion fra solvarmeanlæg og varmepumpe Varmeproduktionen fra solvarmeanlægget topper i sommerhalvåret, hvor solvarmeanlægget stort set dækker varmebehovet. Selvom solvarmanlægget naturligvis ikke dækker varmebehovet i de resterende måneder, vil det stadig bidrage med energiproduktion. Som det fremgår af nedenstående figur, bidrager varmepumpen med en væsentlig del af varmeproduktionen i de øvrige måneder Varmeproduktion fra motor, kedel, solvarmeanlæg og varmepumpe Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Varmeproduktion, Solvarme (MWh) Varmeproduktion (Varmepumpe) (MWh) Varmeproduktion (Motor) (MWh) Varmeproduktion (Kedel) (MWh) Varmebehov (MWh) Figur 11: Varmeproduktionen fra solvarmeanlægget dækker varmebehovet i sommermånederne. De anvendte data i ovenstående figur stammer fra scenarie 3 med solvarme og varmepumpe. Side 17 af 53

18 5.2 Investeringsbehov, solvarme Investeringsbehovet for udbygningen af Kølvrå Fjernvarmecental med et m 2 solvarmeanlæg med tilhørende akkumuleringstank samt transmissionsledning fremgår af nedenstående budget: Estimeret investering solvarme 1 Solvarmeanlæg inkl. fundamenter, rør i jord etc m 2 á kr. kr Veksler, pumper, glykoltank etc. kr Akkumuleringstank, m 3 kr Nitrogenanlæg kr Transmissionsledning 700 meter á kr. kr Rørarbejde ved indskæring på eksisterende værk kr Teknikbygning (solvarme) kr El-forsyning og tilslutningsbidrag (Fast netadgang) kr Hegn, beplantning og jordarbejder kr PLC og styring kr Værdi af energibesparelse, 300 kr./mwh x solvarmeproduktionen det første driftsår kr Projektering og tilsyn kr Myndighedsbehandling kr Uforudsete udgifter kr I alt kr ) Estimeret investering af PlanEnergi fra tilsvarende projekter Tabel 4: Estimeret investeringsbehov, solvarmeanlæg. I budgettet er der indregnet værdien af energibesparelserne, beregnet som 300 kr./mwh multipliceret med solvarmeproduktionen i det første driftsår. I ovenstående budget er der ikke indregnet udgifter til jordkøb. Side 18 af 53

19 5.3 Investeringsbehov, grundvandsvarmepumpe inkl. boringer Estimeret investering grundvandsvarmepumpe 2 Boringer 2 x 2 boringer inkl. pumper, ventiler, styringer, pumpehus etc. á kr. kr Vandtransmissionsledning, PE (trykrør) 2 X meter á 750 kr./meter kr Tilslutning af vandledninger på varmepumpe kr Varmepumpe, varmeydelse 1,2 MW kr Varmepumpestyring, PLC og integration med SRO anlæg kr El-forsyning, stikledning, målertavle etc. kr Tilslutningsbidrag, begrænset netadgang kr Evt. lodsejererstatning, tinglysning ( kr.) kr Teknikbygning (varmepumpe) kr Akkumuleringstank, 500 m 3 kr Nitrogenanlæg kr Transmissionsledning 700 meter á kr. kr Rørarbejde ved indskæring på eksisterende værk kr Projektering og tilsyn kr Myndighedsbehandling kr Grundvandsmodel kr Uforudsete udgifter kr I alt kr Tabel 5: Estimeret investeringsbehov, grundvandsvarmepumpe. Ovenstående investeringsbehov i grundvandsboringerne samt vandtransmissionsledningen, er estimeret af PlanEnergi. ICS Energy har oplyst en budgetpris på selve varmepumpen. I forhold til el-tilslutningsbidraget er der i nærværende rapport anvendt en afbrydelig forbindelse, hvor elselskabet til enhver tid kan frakoble varmepumpen, da denne er væsentligt billigere end en fast forbindelse. Den afbrydelige forbindelse betragtes normalt som værende stabil. Øvrige udgifter, herunder projektering, tilsyn, myndighedsbehandling, udarbejdelse af grundvandsmodel etc., er estimeret af PlanEnergi. I ovenstående budget er der ikke indregnet udgifter til jordkøb. I ovenstående investeringsbehov er der inkluderet en varmetransmissionsledning på 700 meter samt to vandtransmissionsledninger på meter. Side 19 af 53

20 5.4 Investeringsbehov, solvarme og grundvandsvarmepumpe Det samlede investeringsbehov i forbindelse med etablering af solvarme og varmepumpe installationen fremgår af nedenstående tabel. Estimeret investering solvarme 1 Solvarmeanlæg inkl. fundamenter, rør i jord etc m 2 á kr. kr Veksler, pumper, glykoltank etc. kr Akkumuleringstank, m 3 kr Nitrogenanlæg kr Transmissionsledning 700 meter á kr kr Rørarbejde ved indskæring på eksisterende værk kr Teknikbygning (solvarme) kr El-forsyning og tilslutningsbidrag (Fast netadgang) kr Hegn, beplantning og jordarbejder kr PLC og styring kr Værdi af energibesparelse, 300 kr./mwh x solvarmeproduktionen det første drifts år. kr Estimeret investering grundvandsvarmepumpe 2 Boringer 2 x 2 boringer inkl. pumper, ventiler, styringer, pumpehus etc. á kr. kr Vandtransmissionsledning, PE (trykrør) 2 X meter á 750 kr./meter kr Tilslutning af vandledninger på varmepumpe kr Varmepumpe, varmeydelse 1,2 MW kr Varmepumpestyring, PLC og integration med SRO anlæg kr El-forsyning, stikledning, målertavle etc. kr Tilslutningsbidrag, begrænset netadgang kr Evt. lodsejererstatning, tinglysning ( kr.) kr Teknikbygning (varmepumpe) kr Projektering og tilsyn kr Myndighedsbehandling kr Grundvandsmodel kr Uforudsete udgifter kr I alt kr ) Estimeret investering af PlanEnergi fra tilsvarende projekter 2 ) Estimeret investering fra PlanEnergi, overslagsprisen på varmepumpen er oplyst af ICS Energy I ovenstående budget er der ikke indregnet udgifter til jordkøb. Side 20 af 53

21 5.5 Selskabsøkonomi, Treledstarif I nedenstående tabel er selskabsøkonomien beregnet som driftsbesparelsen minus kapitalomkostningerne, der er relateret til de enkelte investeringer. Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5 % p.a. for investeringen på solvarmeanlægget, og som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5 % p.a. for investeringen, der er relateret til varmepumpen inkl. grundvandsinstallationen. Som det fremgår af nedenstående tabel, vil der være en nettobesparelse pr. år på kr., hvis der udelukkende investeres i et solvarmeanlæg. Investeringen i en varmepumpe vil ikke være rentabel så længe værkets nuværende gasmotor er tilkoblet treledsmarked. Grundberegning (Naturgas 2,60 kr./nm 3 ) 0 Reference Treled 1 Treled Sol 2 Treled VP 3 Treled Sol & VP Investering, Solvarmeanlæg kr Investering, Varmepumpe kr Investering, samlet kr Driftsomkostninger* kr./år Driftsbesparelse kr./år Simpel tilbagebetalingstid år - 14,6 13,2 14,6 Kapitalomkostninger, Solvarmeanlæg** kr./år Kapitalomkostninger, Varmepumpe*** kr./år Kapitalomkostninger, samlet kr./år Nettobesparelse kr./år Varmeproduktionspris kr./mwh Varmeproduktionspris inkl. kapitalomkostning kr./mwh *) Driftsomkostningerne er beregnet i energypro. **) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. ***) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. Tabel 6: Selskabsøkonomisk beregning ved etablering af solvarme og varmepumpe. Side 21 af 53

22 5.6 Selskabsøkonomi, Spotmarked Den selskabsøkonomiske beregning, hvis værket var tilknyttet Spotmarked giver et væsentligt bedre resultat sammenlignet med den ovenstående beregning, hvilket skyldes, at varmepumpen og gasmotoren spiller bedre sammen på det dynamiske el-marked (spotmarked). Det skal bemærkes, at besparelsen for referencen ( kr./år) er i forhold til den nuværende drift af værket på treledstarif. Som det fremgår af nedenstående tabel, vil der være en simpel tilbagebetalingstid på solvarmeanlægget kombineret med varmepumpen på 10,5 år samt en årlig nettobesparelse på kr. Grundberegning (Naturgas 2,60 kr./nm 3 ) 0 Reference Spot 1 Spot Sol 2 Spot VP 3 Spot Sol & VP Investering, Solvarmeanlæg kr Investering, Varmepumpe kr Investering, samlet kr Driftsomkostninger* kr./år Driftsbesparelse kr./år Simpel tilbagebetalingstid år - 12,6 8,8 10,5 Kapitalomkostninger, Solvarmeanlæg** kr./år Kapitalomkostninger, Varmepumpe*** kr./år Kapitalomkostninger, samlet kr./år Nettobesparelse kr./år Varmeproduktionspris kr./mwh Varmeproduktionspris inkl. kapitalomkostning kr./mwh *) Driftsomkostningerne er beregnet i energypro. **) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. ***) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. Tabel 7: Selskabsøkonomisk beregning ved etablering af solvarme og varmepumpe. Side 22 af 53

23 5.7 Følsomhedsberegninger Variation på naturgasprisen med ±10 % Der er foretaget følsomhedsberegninger på referencen samt løsningsforslaget med solvarme og solvarme kombineret med grundvandsvarmepumpen. Driftsomkostningerne er her beregnet med naturgaspriser på 2,34 kr./nm 3 ; 2,60 kr./nm 3 (reference) og 2,86 kr./nm 3. Resultaterne fremgår af nedenstående tabeller. Følsomhedsberegning på ændring af gasprisen for løsningsforslaget med solvarme: Følsomhedsberegning, Naturgaspris Spot Variant 0 Reference Spot Naturgas 2,34 kr./nm3 0 Reference Spot Naturgas 2,60 kr./nm3 0 Reference Spot Naturgas 2,86 kr./nm3 1 Spot Sol Naturgas 2,34 kr./nm3 1 Spot Sol Naturgas 2,60 kr./nm3 1 Spot Sol Naturgas 2,86 kr./nm3 Investering, Solvarmeanlæg kr Investering, Varmepumpe kr Investering, samlet kr Driftsomkostninger* kr./år Driftsbesparelse kr./år Simpel tilbagebetalingstid år - 13,5 12,6 11,9 Kapitalomkostninger, Solvarmeanlæg** kr./år Kapitalomkostninger, Varmepumpe*** kr./år Kapitalomkostninger, samlet kr./år Nettobesparelse kr./år Varmeproduktionspris kr./mwh Varmeproduktionspris inkl. kapitalomkostning kr./mwh *) Driftsomkostningerne er beregnet i energypro. **) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. ***) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. Følsomhedsberegning på ændring af gasprisen for løsningsforslaget med solvarme kombineret med grundvandsvarmepumpen: Følsomhedsberegning, Naturgaspris Spot Variant 0 Reference Spot Naturgas 2,34 kr./nm3 0 Reference Spot Naturgas 2,60 kr./nm3 0 Reference Spot Naturgas 2,86 kr./nm3 3 Spot Sol & VP Naturgas 2,34 kr./nm3 3 Spot Sol & VP Naturgas 2,60 kr./nm3 3 Spot Sol & VP Naturgas 2,86 kr./nm3 Investering, Solvarmeanlæg kr Investering, Varmepumpe kr Investering, samlet kr Driftsomkostninger* kr./år Driftsbesparelse kr./år Simpel tilbagebetalingstid år - 11,8 10,5 9,4 Kapitalomkostninger, Solvarmeanlæg** kr./år Kapitalomkostninger, Varmepumpe*** kr./år Kapitalomkostninger, samlet kr./år Nettobesparelse kr./år Varmeproduktionspris kr./mwh Varmeproduktionspris inkl. kapitalomkostning kr./mwh *) Driftsomkostningerne er beregnet i energypro. **) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. ***) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. Tabel 8: Følsomhedsberegning på ændring af naturgasprisen med ±10 %. Side 23 af 53

24 5.7.2 Variation i spotmarkedsbetalingen Der er endvidere foretaget en følsomhedsberegning på en ændring i spotmarkedsbetalingen. Her er der anvendt el-priser for Vestdanmark i Middelværdien af alle timer i 2012 var 270 kr./mwh. I 2010 var middelværdien af alle timer 346 kr./mwh. Resultaterne fremgår af nedenstående tabel. Følsomhedsberegning, Spotmarkedsbetaling 2010 vs Reference Spot 1 Spot Sol 2 Spot VP 3 Spot Sol & VP Spot år Investering, Solvarmeanlæg kr Investering, Varmepumpe kr Investering, samlet kr Driftsomkostninger* kr./år Driftsbesparelse kr./år Simpel tilbagebetalingstid år - 13,1 11,3 12,5 Kapitalomkostninger, Solvarmeanlæg** kr./år Kapitalomkostninger, Varmepumpe*** kr./år Kapitalomkostninger, samlet kr./år Nettobesparelse kr./år Varmeproduktionspris kr./mwh Varmeproduktionspris inkl. kapitalomkostning kr./mwh *) Driftsomkostningerne er beregnet i energypro. **) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. ***) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. Følsomhedsberegning, Spotmarkedsbetaling 2010 vs Reference Spot 1 Spot Sol 2 Spot VP 3 Spot Sol & VP Spot år Investering, Solvarmeanlæg kr Investering, Varmepumpe kr Investering, samlet kr Driftsomkostninger* kr./år Driftsbesparelse kr./år Simpel tilbagebetalingstid år 12,6 8,8 10,5 Kapitalomkostninger, Solvarmeanlæg** kr./år Kapitalomkostninger, Varmepumpe*** kr./år Kapitalomkostninger, samlet kr./år Nettobesparelse kr./år Varmeproduktionspris kr./mwh Varmeproduktionspris inkl. kapitalomkostning kr./mwh *) Driftsomkostningerne er beregnet i energypro. **) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. ***) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. Tabel 9: Følsomhedsberegning på ændring af spotmarkedsbetalingen. Som det fremgår af ovenstående følsomhedsberegning, bliver projektet påvirket af elpriserne. I grundberegningerne er der, som tidligere nævnt, anvendt el-priser for 2012 som gennemsnitligt betragtet havde nogle lave el-priser. I 2010 var den gennemsnitlige el-pris 22% højere end i Den årlige nettobesparelse bliver, når der anvendes 2010-priser, reduceret fra kr. til kr. Side 24 af 53

25 Bilag 1: Danmarkskort med solindstråling og temperatur Figur 12: Danmarkskort fra DMI med årlig solindstråling på en vandret flade. Side 25 af 53

26 Figur 13: Danmarkskort fra DMI med zoneinddeling. Side 26 af 53

27 Bilag 2: Inddata til energypro Parameter Forudsætning Planperiode 1 år (1/ til 31/ ) Udetemperatur Solindstråling Udetemperatur, DRY, Zone 2 (Centrale Jylland) Samlet solindstråling, DRY, Zone 3 (Centrale Jylland) Naturgas Brændværdi (nedre): 11 kwh/nm 3 Varme ab værk Motor 1 Jenbacher 420 Kedel MWh/år med behovsprofil, hvor 72,8 % afhænger af udetemperaturen (GAF). Indfyret effekt: kw Varme-effekt: kw El-effekt: kw Indfyret effekt: kw Varme-effekt: kw Solvarmeanlæg m 2 Varmepumpe Koefficienter i solfangerligningen (η 0, k 1 og k 2 ) η 0 : 0,817 k 1 : 2,205 k 2 : 0,0135 Indfaldsvinkelkorrektion: K θ ved 50 = 0,95 RS-forhold=2 El-effekt: 300 kw Varme-effekt: kw COP = 4 Varmelager Varmelager, varmeværk Volumen: 300 m 3 (Eksisterende) Kapacitet: 13 MWh Varmelager, Solvarmeranlæg og varmepumpe Volumen: m 3 Kapacitet: 46 MWh El-marked Spotmarked i Vestdanmark i perioden d. 1/ til og med d. 31/ Driftsstrategi Minimer netto varmeproduktionsomkostninger Side 27 af 53

28 Økonomi Grundbeløb kr. El-afregning Treledstarif B1/B2-tarif 4. kvartal 2013 (Spidslast=663 kr./mwh, Højlast=484 kr./mwh, Lavlast 201 kr./mwh) Spotmarked, Vestdanmark 2012 (samt følsomhedsberegning) Naturgaspris excl. afgifter Afgifter CO 2 -kvoter CO 2 -kompensation 2,60 kr./nm 3 inkl. transmission og distribution (samt følsomhedsberegninger) Gældende afgifter fra februar Se i øvrigt bilag 4 (energypro beregninger) for anvendte afgiftsforudsætninger. Ingen kr./år Drift og vedligehold Motor 1 Jenbacher 420 : 50 kr./mwh el Kedel 1: 5 kr./mwh varme Solvarme: 5 kr./mwh varme Varmepumpe: 25 kr./mwh el Side 28 af 53

29 Bilag 3: Overblik 0 Reference Treled 0 Reference Spot 1 Treled Sol 1 Spot Sol 2 Treled VP 2 Spot VP 3 Treled Sol & VP 3 Spot Sol & VP Naturgasforbrug (11,0 kwh/nm 3 ) Nm 3 /år Varmeproduktion, Motor Naturgas MWh/år Varmeproduktion, Kedel Naturgas MWh/år Varmeproduktion, Sol MWh/år Varmeproduktion, Varmepumpe MWh/år Varmeproduktion, total MWh/år El produktion, naturgasmotorer MWh/år El forbrug, varmepumpe MWh/år Estimeret investering solvarme 1 Solvarmeanlæg inkl fundamenter, rør i jord etc m 2 a kr kr Veklser, pumper, glykoltank etc. kr Akkumuleringstank, m 3 kr Nitrogenanlæg kr Transmissionsledning 700 meter á kr kr Rørarbejde ved indskæring på ekisterende værk kr Teknikbygning (solvarme) kr El-forsyning og tilslutningsbidrag (Fast netadgang) kr Hegn, beplantning og jordarbejder kr PLC og styring kr Værdi af energibesparelse, 300 kr./mwh x solvarmeproduktionen det første driftsår kr Estimeret investering grundvandsvarmepumpe 2 Boringer 2 x 2 boringer inkl. pumper, ventiler, styringer, pumpehus etc á kr kr Vandtransmissionsledning, PE (trykrør) 2 X meter á 750 kr./meter kr Tilslutning af vandledninger på varmepumpe kr Varmepumpe, varmeydelse 1,2 MW kr Varmepumpestyring, PLC og integration med SRO kr El-forsyning, stikledning, målertavle etc. kr Tilslutningsbidrag, begrænset netadgang kr Evt. lodsejerersatning, tinglysning ( kr) kr Teknikbygning (varmepumpe) kr Akkumuleringstank, 500 m 3 kr Nitrogenanlæg kr Transmissionsledning 700 meter á kr kr Rørarbejde ved indskæring på ekisterende værk kr Projektering og tilsyn kr Myndighedsbehandling kr Grundvandsmodel kr Uforudsete udgifter kr I alt kr ) Estimeret investering af PlanEnergi fra tilsvarende projekter 2 ) Estimeret investering fra PlanEnergi, overslagsprisen på varmepumpen er oplyst af ICS Energy Grundberegning (Naturgas 2,60 kr./nm 3 ) 0 Reference Treled 0 Reference Spot 1 Treled Sol 1 Spot Sol 2 Treled VP 2 Spot VP 3 3 Treled Sol Spot Sol & & VP VP Investering, Solvarmeanlæg kr Investering, Varmepumpe kr Investering, samlet kr Driftsomkostninger* kr./år Driftsbesparelse kr./år Simpel tilbagebetalingstid år ,6 12,6 13,2 8,8 14,6 10,5 Kapitalomkostninger, Solvarmeanlæg** kr./år Kapitalomkostninger, Varmepumpe*** kr./år Kapitalomkostninger, samlet kr./år Nettobesparelse kr./år Varmeproduktionspris kr./mwh Varmeproduktionspris inkl. kapitalomkostning kr./mwh *) Driftsomkostningerne er beregnet i energypro. **) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 25-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. ***) Kapitalomkostningerne er beregnet som et 15-årigt annuitetslån med en realrente på 3,5% p.a. Side 29 af 53

30 Bilag 4: Udskrifter fra energypro I dette bilag ses udskrifter fra energypro af henholdsvis den årlige energiomsætning og resultat af ordinær drift for referencen og projektet. Side 30 af 53

31 Side 31 af 53

32 Side 32 af 53

33 Side 33 af 53

34 Side 34 af 53

35 Side 35 af 53

36 Side 36 af 53

37 Side 37 af 53

38 Side 38 af 53

39 Side 39 af 53

40 Side 40 af 53

41 Side 41 af 53

42 Side 42 af 53

43 Side 43 af 53

44 Side 44 af 53

45 Side 45 af 53

46 Side 46 af 53

47 Side 47 af 53

48 Side 48 af 53

49 Side 49 af 53

50 Side 50 af 53

51 Side 51 af 53

52 Side 52 af 53

53 Side 53 af 53