Modellering af energisystemet i fjernvarmeanalysen. Jesper Werling, Ea Energianalyse Fjernvarmens Hus, Kolding 25. Juni 2014

Transkript

1 Modellering af energisystemet i fjernvarmeanalysen Jesper Werling, Ea Energianalyse Fjernvarmens Hus, Kolding 25. Juni 2014

2 MODEL, SCENARIER OG FORUDSÆTNINGER 2

3 Model af el- og fjernvarmesystemet Balmorel modellen er anvendt El- og fjernvarmesystem i Norden og Tyskland repræsenteret for at simulere elpris og samspil til el Teknologidata for produktionsanlæg El- og fjernvarmeforbrug Brændsels- og CO2-priser Produktionsprofiler for vind og sol Begrænsninger på visse brændsler, f.eks. affald Modellen laver økonomiske optimering af drift og investeringer i produktion

4 Ny Balmorel model for fjernvarme i DK Baseret på energiproducenttællingen 2011 Danmark opdelt i 48 fjernvarmeområder: Centrale områder Store decentrale (over TJ) - inkl. DTU- Holte Øvrige affaldsområder 7 aggregerede, decentrale områder i vest, 6 aggregerede, decentrale områder i øst 4

5 5

6 Udgangspunktet: Fordeling af fjernvarmen i Danmark 2011 Varmeleverance (PJ) Varmeleverance (%) Centrale 81,3 62 Store decentrale 12,2 9 Øvrige affald 6,9 5 Små decentrale 31,1 24 SUM 131,

7 Scenarier Udvikling i Europa Ambitiøs CO 2 -reduktion med fokus på vind som virkemiddel: 95 % CO 2 -reduktion i 2050, kun lokal biomasse i 2050, ingen CCS Udvikling i Danmark Scenarie Med afgifter og tilskud Ingen fossile brændsler fra 2035, vind, begrænset biomasse i 2050, elektrificering Vindscenarie med afgifter og tilskud Uden afgifter og tilskud Ingen fossile brændsler fra 2035, vind, begrænset biomasse i 2050, elektrificering Vindscenarie uden afgifter og tilskud Dertil Basisforløb til 2035: med eksisterende afgifts- og tilskudsstruktur og uden særlige danske målsætninger efter Dog er EU s ambitiøse CO2 målsætning for hele modelområdet stadig gældende Vindscenariet er så vidt muligt søgt afstemt med Energistyrelsens Vind scenario for det samlede danske energisystem 7

8 Scenarieforudsætninger Basisscenarie regnes kun til 2035 IEA 2012 brændselspriser, opdateret CO2 prisprognose, biomassepriser fra bioenergianalysen, affaldsressource som i ressourcestrategi, betydelig leverance af overskudsvarme i 2050, Teknologikataloger Fossilfri el- og varmesektor fra 2035, ingen nye investeringer i kul Samlet krav om 95 % CO2 reduktion for el/varme i hele modelområdet i 2050 Vind Vind Samføk Basis X X (X) X X X X (X) Eks. og vedtagne afgifter og tilskud inkluderes (inkl. FSA) X X Kraftvarmekrav i eksisterende kraftvarmebyer i Danmark Mulig biomasseimport falder til nul i 2050 X X Nettoimport af elektricitet (årsmiddel) ikke tilladt X X X 8

9 Teknologier på vej mod 100 % VE i el og fjernvarme Affald Biomassekraftvarme og kedler Træpiller, flis, halm Ombygning af eksisterende eller nybyg På sigt begrænsede mængder Solvarme Kun indregnet uden sæsonlagring Geotermi Dampdrevet og eldrevet. Kun eldrevet indregnet i modellen. Varmepumper og elpatroner Relevante varmekilder er antaget at være til stede Gas Biogas: Opgraderet eller direkte Anden grøn gas Naturgassens rolle i en overgangsperiode? Overskudsvarme fra industrielle processer CCS er ikke indregnet som en investeringsmulighed 9

10 PJ Biomasseressourcer tilgængelig for el og fjernvarmeproduktion i Danmark Total Affald Biogas Halm ,6 Træflis Træpiller Begrænsning på træ er indlagt som en sum af træflis og træpiller

11 Fjernvarmeforbrug iteration med varmeatlas Varmeforbrug Teknisk potentiale Økonomisk potentiale Varmeatlas Regnearksmodel Balmorel Elproduktion Elpriser Case analyser for typiske områder Teknologiinvesteringer Varmeproduktion CO2 og VE-andel Elpriser Varmeproduktionsstruktur Varmepriser Resultat, fjernvarmeforbrugets udvikling i modellen: 11 Netto (PJ) Danmark Eksisterende fjernvarmeforbrugere Udvidelse

12 12 RESULTATER - ELSYSTEMET

13 Elproduktion (TWh) Udvikling af elsystemet i Norden og Tyskland Sol Vind Biomasse Geotermi Biogas opgr. Biogas Affald Naturgas Kul Kernekraft Andre fossile Vandkraft Meget stor udbygning med sol og vind i Danmark og landene omkring os => elsystemet forandres dramatisk frem mod 2050

14 Elrpiser kr./mwh Elprisens udvikling: Stigende elpriser DENMARK FINLAND GERMANY NORWAY SWEDEN Der er forudsat velfungerende energy-only elmarked 14

15 Elprisens udvikling: Stigende fluktuationer Vestdanmark 15

16 Kapacitet (MW) Elproduktionskapacitet i Danmark Vindscenariet med tilskud og afgifter Biogas Træpiller Biomasse Naturgas Affald Andre fossile Kul Naturgas : Værker der kan anvende naturgas, biogas eller anden grøn gas Øget 16 kapacitet på biomasse på bekostning af kul, gasanlæg med få driftstimer

17 Elproduktion (TWh) Elproduktion i Danmark Vindscenariet med tilskud og afgifter Sol Vind Biomasse Biogas opgr. Biogas Naturgas Affald Andre fossile Kul 17

18 RESULTATER FJERNVARMENS UDVIKLING 18

19 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Vindscenariet med tilskud og afgifter Solvarme Bioolie El Biogas opgr. Biogas Træpiller Træflis Halm Andre fossile Naturgas Kul Overskudsvarme Affald Kul og naturgas afløses primært af biomasse og solvarme i 2020 og På langt sigt spiller varmepumper en vigtig rolle

20 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Vindscenariet uden tilskud og afgifter Solvarme Bioolie El Biogas opgr Betydelige investeringer i varmepumper, solvarme marginal betydning Biogas Træpiller Træflis Kul fortsætter som væsentligt brændsel i de store byer indtil det tvinges ud. Naturgas udfases næsten længe før den politiske målsætning. Dog investeres i gasturbiner (spidslast).

21 Varmelagerkapacitet (GWh) Investeringer i varmelagre Eksisterende Nye

22 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Centrale områder Centrale områder Solvarme El Biogas opgr. Biogas Træpiller Træflis Halm Bioolie Andre fossile Naturgas Kul overskudsvarme Affald Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud 22

23 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Centrale områder Centrale områder Solvarme Overskudsvarme Varmepumper/elpatroner Kedler Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Kraftvarme 23 Uden gældende rammer vil affaldskapacitet være kedler

24 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Store, decentrale områder Mellemstore områder Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Solvarme El Biogas opgr. Biogas Træpiller Træflis Halm Andre fossile Naturgas Kul Affald 24

25 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Store, decentrale områder Mellemstore områder Solvarme Varmepumper/elpatroner Kedler Kraftvarme Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud 25

26 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Mindre affaldsområder Mindre affaldsområder Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Solvarme Bioolie El Biogas opgr. Biogas Træpiller Træflis Halm Andre fossile Naturgas Overskudsvarme Affald 26

27 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Mindre affaldsområder Mindre affaldsområder Solvarme Overskudsvarme Varmepumper/elpatro ner Kedler Kraftvarme Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud 27

28 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Små fjernvarmeområder Små fjernvarmeområder Solvarme El Biogas Biogas opgr. Træpiller Træflis Halm Andre fossile Naturgas Overskudsvarme Kul Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud 28

29 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Små fjernvarmeområder Små fjernvarmeområder Solvarme Overskudsvarme Varmepumper/elpatron er Kedler Kraftvarme Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud 29

30 Marginal varmeproduktionsomkostning (kr./gj) Marginale varmeomkostninger i DK Med afgifter og tilskud Centrale områder Mindre affaldsområder Mellemstore områder Små fjernvarmeområder Marginal omkostning ved varmeproduktion kan sammenlignes med elpriser i et Energy Only Market. Omkostningerne reduceres frem mod 2020 i de store og mellemstore områder på grund af stigende produktion fra brændsler med lavere afgifter. I de små områder stiger priserne på grund af dyrere produktionsteknologier. 30

31 Afgifter + tilskud (mio. kr.) Afgiftsbetaling Varmeafgifter Elafgifter Eltilskud Biogastilskud Total 31

32 Naturgas Træflis Træpiller Halm Naturgas Træflis Træpiller Halm Naturgas Træflis Træpiller Halm Naturgas Træflis Træpiller Halm Naturgas Træflis Træpiller Halm Skyggeværdi på brændsler Pris Skyggeværdi 32

33 Opsamling Kravet om 95 % CO2 reduktion kræver, sammen med biomasseloftet, massive forandringer i systemet. Vindkraft bliver dominerende i hele området (Tyskland og Norden). Fortsat høj kraftvarmeproduktion i Herefter stærkt faldende. Afgiftssystemet motiverer til en stor omstilling til biomasse, solvarme og varmepumper på kort sigt. På længere sigt betyder biomassebegrænsninger, at nye teknologier som varmepumper og solvarme får en dominerende rolle sammen med affald. Naturgaskraftvarme som grundlastanlæg ophører selv uden afgifter/tilskud. Antal fuldlasttimer for alle termiske anlægstyper falder dramatisk fra 2035 (undtagen affaldsforbrænding). Der kommer stor værdi i spidslasteffekt og i eltransmission. Dette gælder ikke i samme omfang i basisforløbet. De gennemsnitlige elpriser stiger i hele modelområdet, varmepriserne er let stigende fra 2020 og frem. Regnes inkl. afgifter er marg. varmeomkostninger faldende i store og mellemstore fjernvarmeområder men stigende i små områder. 33

34 34 EKSTRA

35 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Vindscenariet med tilskud og afgifter Solvarme Overskudsvarme Varmepumper/elpatroner Kedler Kraftvarme

36 Varmeproduktion (PJ) Fjernvarmeproduktion i Danmark Vindscenariet uden tilskud og afgifter Solvarme Overskudsvarme Varmepumper/elpatroner Kedler Kraftvarme

37 Brændselsforbrug (PJ) Brændselsanvendelse El og fjernvarme Bioolie Biogas opgr. Biogas Overskudsvarme Træpiller Træflis 100 Andre fossile 50 0 Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. u. afgifter og tilskud Halm Affald Naturgas Kul 37

38 Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. red. OV Vindsce. red. OV red. Affald Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. red. OV Vindsce. red. OV red. Affald Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. red. OV Vindsce. red. OV red. Affald Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. red. OV Vindsce. red. OV red. Affald Vindsce. m. afgifter og tilskud Vindsce. red. OV Vindsce. red. OV red. Affald Varmeproduktion (PJ) Følsomhedsanalyser Affald og overskudsvarme Hele Danmark Solvarme El Biogas Biogas opgr. Træpiller Træflis Halm Bioolie Andre fossile Naturgas Overskudsvarme Kul Affald 38

39 DKK/MWh Følsomhedsanalyse VE-tilskud driver elpris Vindscenarie VE-tilskud

40 Vindscenarie VE-tilskud Vindscenarie VE-tilskud Vindscenarie VE-tilskud Vindscenarie VE-tilskud Vindscenarie VE-tilskud Kapacitet (MW) Følsomhedsanalyse VE-tilskud driver elpris Biogas Træpiller Biomasse Naturgas Affald Andre fossile Kul