Dansk Fjernvarmes F&U konto Projekt 2008 01 Varmeplan Danmark IDA Future Climate Engineering Solutions, den 20. januar 2009 Anders Dyrelund, Rambøll Danmark Henrik Lund, Aalborg Universitet
Udført af Rambøll og Aalborg Universitet Finansieret af fjernvarmeforbrugerne Slide 2
EU s målsætninger om at spare CO 2 på en omkostningseffektiv måde EU har en række direktiver med relation til opvarmning, eksempelvis, direktiverne om: strategisk miljøvurdering kraftvarme bygningers energimæssige ydeevne energiforbrugende produkter vedvarende energi De handler alle om at spare CO 2 på den mest omkostnings effektive måde for samfundet. Med energi forstås altså sparet fossilt brændsel og dermed CO 2 besparelse for helheden Slide 3
Målsætninger kan kun opnås ved at se på helheden og ved at undgå sub-optimering Tilfredsstille den termiske komfort på den mest intelligente måde Mest CO 2 besparelse for pengene Økonomisk optimal for samfund og bygningsejer på lang sigt Samspil mellem fjernvarme, el, gas og klimaskærm Fossile brændsler og og biomasse Produktion af af varme og og køling Distribution fjernvarme fjernkøling Varmeanlæg Brugsvand Køling Klimaskærm Nybyggeri Renovering Komfort varme varmt vand køling Slide 4
Varmeplan Danmark modellen viser, hvordan opvarmningssektoren kan blive CO 2 neutral I klimaåret 2009 er det særlig interessant at belyse hvordan opvarmningssektoren har bidraget markant til Danmarks CO 2 besparelser i perioden fra 1980 frem til i dag. Derfor tager Varmeplan Danmarks udviklingsforløb udgangspunkt i de historiske tal fra 1980 Varmeplan Danmark viser 3 eksempler på udviklingsforløb frem mod en VE baseret opvarmningssektor i 2040: Forløb A: 70% fjernvarme og 25% rumvarmebesparelser Forløb B: 70% fjernvarme og 50% rumvarmebesparelser Forløb C: 63% fjernvarme og 25% rumvarmebesparelser Slide 5
Alle forløb: Befolkningstallet og det opvarmede areal stiger 600 6,2 Other heated floor area Heated living area Population 500 6,0 Heated floor area in million m2 400 300 200 5,8 5,6 5,4 Population in millions 100 5,2 0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 5,0 Slide 6
Forløb A: Samlet varmebehov (25% besparelse og 50 kwh/m 2 i ny bebyggelse) 80 70 Udvikling A: Moderat forbedret klimaskærm Samlet varmeforsyning 200 180 160 Nettovarmebehov i TWh 60 50 40 30 20 140 120 100 80 60 40 Specifikt nettovarmebehov i kwh/m2 10 0 Nybyggeri Eksisterende bebyggelse Specifikt, gennemsnit 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 20 0 Slide 7
Forløb A: Fordeling på opvarmningsformer (25 % besparelse og fjernvarme op til 70%) 70 Case A: Moderately improved building envelope and expansion of district heating 60 50 Net heat demand in TWh 40 30 20 10 Biomass Solar heating (individual) Heat pumps (individual) Stoves, electricity Central heating/with natural gas Central heating/with oil District heating 0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 Slide 8
Forløb A: Fjernvarmesalg og nettab Lavere returtemperatur og energirenovering 50 Heat distribution losses Case A 100% 45 Net heat demand Share of district heating 90% District Heating Heat Supply in TWh 40 35 30 25 20 15 10 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Share of District Heating of the Total Heat Supply 5 10% 0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 0% Slide 9
Forløb A: Fjernvarmens lastfordeling Mere overskudsvarme, varmepumper og VE 50 45 40 Boilers, biomass Boilers, fossil fuels Heat pump/electric heat boilers Solar heat Biomass CHP & geothermy Biogas CHP Decentr gas CHP (back pressure) Central gas CHP (back pressure) Power plant heat extraction Waste incineration heat/chp Surplus heat from industry Annual load - Case A District Heating Production in TWh 35 30 25 20 15 10 5 0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 Slide 10
Forløb A: De fossile brændsler til fjernvarmen erstattes af vedvarende energi mv. 1,4 Disctrict Heating 100% 1,2 90% Share of fuel/energy to cover 1 unit of heat 1,0 0,8 0,6 0,4 Waste, biomass etc. Natural gas Coal Oil Share of combined production 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Share of combined heat and power production 0,2 10% 0,0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 0% Slide 11
Forløb A: Sådan reducerer vi CO 2 emissionen med 25% besparelse og 70% fjernvarme 30 Case A: CO2 at moderately improved building envelope and expansion of district heating 80 Total CO2 in million tons 25 20 15 10 Heat pumps, other Stoves, electricity District heating Central heating/w natural gas Central heating/w oil CO2 emissions factor at building CO2 emissions factor outside the quota 70 60 50 40 30 20 CO2 emission factor: kg/m2 floor area 5 10 0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 0 Slide 12
Forløb B: Sådan reducerer vi CO 2 emissionen med 50% besparelse og 70% fjernvarme 30 Case B: CO2 at substantially improved building envelope and expansion of district heating 80 Total CO2 in million tons 25 20 15 10 Heat pumps, other Stoves, electricity District heating Central heating/w natural gas Central heating/w oil CO2 emissions factor at building CO2 emissions factor outside the quota 70 60 50 40 30 20 CO2 emission factor: kg/m2 floor area 5 10 0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 0 Slide 13
Forløb C: Sådan reducerer vi CO 2 emissionen med 25% besparelse og 63% fjernvarme 30 Case C: CO2 at moderately improved building envelope and stagnation of district heating 80 Total CO2 in million tons 25 20 15 10 Heat pumps, other Stoves, electricity District heating Central heating/w natural gas Central heating/w oil CO2 emissions factor at building CO2 emissions factor outside the quota 70 60 50 40 30 20 CO2 emission factor: kg/m2 floor area 5 10 0 1980 1985 1990 1995 2000 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 0 Slide 14
De 3 forløb A, B og C Forskellen mellem de 3 forløb i 2050 Hvis forbrugerne sparer yderligere fra 25% til 50% på rumvarmen efter 2020 (fra forløb A til forløb B) spares 9.300 GWh fjernvarme. Derved spares stort set ikke mere CO 2, men der spares ca. 4.000 GWh biomasse. Hvis fjernvarmen udbygges yderligere fra 63% til 70% efter 2020 (fra forløb C til forløb A) konverteres de sidste ca. 4.500 GWh naturgaskedler til fjernvarme. Derved reduceres CO 2 emissionen med ca. 1 mio.tons/år og der forbruges ekstra ca. 2.700 GWh biomasse Hvis biomassens pris stiger yderligere, og hvis vindkraftens andel vokser yderligere, vil fjernvarmens forbrug af biomasse reduceres Slide 15
Udbygning af fjernvarmemarkedet fra 46% til 53%, 63% eller til 70% af markedet Nuværende Fjernvarme Ny fjernvarme Invest i fjv Invest pr salg. varmebehov markedsandel GWh/år mio.kr mio.kr/gwh/år Reference 46% Scenario 1 53% 4.746 7.742 1,6 Scenario 2 63% 10.205 31.670 3,1 Scenario 3 70% 15.364 78.003 5,1 Fra 1 til 2 5.459 23.928 4,4 Fra 2 til 3 5.159 46.333 9,0 Den dyreste udbygning fra 63% til 70% koster en netinvestering på 9 mio.kr pr tilsluttet MWh/år eller 135.000 kr for et enfamiliehus med et behov på 15 MWh/år Det svarer til 630 kr/mwh i kapitaludgifter til net. Til gengæld forsynes hele varmebehovet med CO 2 neural og fleksibel fjernvarme Slide 16
Hvor kommer varmen fra? Fleksibel forsyning Kraftvarme-varmepumpe-elkedel-varmelager Slide 17
Hvor kommer varmen fra? Affald Affaldskraftvarme med kondensering Slide 18
Hvor kommer varmen fra? Affald Statistik og prognose med kendt teknologi Affald i Danmark 1980 1994 2000 2005 2010 2020 2030 2040- Genbrug 1000 t 1.600 6.174 8.461 9.545 9.752 10.600 11.753 12.736 Forbrænding 1000 t 1.900 2.216 3.064 3.473 3.607 4.047 4.592 5.051 Deponering 1000 t 5.000 2.715 1.426 981 950 900 900 900 Affald i alt 1000 t 8.500 11.105 12.951 13.999 14.309 15.547 17.245 18.687 Brændværdi MWh/t 2.200 2.800 2.917 2.917 3.000 3.000 3.000 3.000 Energiindhold GWh 4.180 6.205 8.937 10.130 10.821 12.141 13.776 15.154 Elproduktion GWh 0 531 849 1.519 1.818 2.792 3.444 4.091 Bortkølet varme GWh 1.170 572 657 349 158 0 0 0 Varmeudnyttelse GWh 1.756 3.241 5.912 6.640 7.763 9.349 10.608 11.668 Varmeudnyttelse PJ 6 12 21 24 28 34 38 42 Udnyttelsesgrad % 60% 85% 90% 95% 98% 100% 100% 100% Andel af kraftvarme % 0% 45% 50% 75% 80% 100% 100% 100% Elvirkningsgrad % 0% 19% 19% 20% 21% 23% 25% 27% Totalvirkningsgrad % 70% 70% 83% 84% 90% 100% 102% 104% Middel fremløbstemp. gr.c 100 95 80 75 70 Middel returtemperatur gr.c 55 50 40 35 35 Stigning i 10-årsperiode 1,18 1,12 1,13 1,10 Slide 19
Hvor kommer varmen fra? Biogas fra gylle Nye biogasanlæg, som løser miljøproblemer Slide 20
Hvor kommer varmen fra? Geotermi 70 grader varmt vand 2 km under jorden DongEnergy Slide 21
Hvor kommer varmen fra? Solen 4 mio. m 2 storskala solvarmeanlæg Slide 22
Hvor kommer varmen fra? Halm Lokale halmfyrede værker Slide 23
Hvor kommer varmen fra? Træ Lokal flisproduktion og importeret flis Slide 24
Energibesparelser hos slutforbrugeren Hvor meget mon forbrugerne sparer på varmen? Kr/MWh investering/årlige besparelse 21.000 20.000 19.000 18.000 17.000 16.000 15.000 14.000 13.000 12.000 11.000 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 0% Hvad er det økonomiske fordelagtige besparelsespotentiale? Undersøgelse fra Aarhus indikerer op til 25% Der skal investeres 10 mio.kr pr sparet GWh/år 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18% 20% 22% 24% 26% 28% %-vis besparelse 30% for at nå op på 25% besparelse Det svarer til en fast varmeudgift på 700 kr/mwh for den varme, der er sparet. Dertil kommer udgifter til den resterende varmeproduktion 32% 34% 36% 38% 40% 42% 44% 46% 48% Slide 25
Energibesparelser hos slutforbrugeren Men hvad koster det og hvor tyk isolering? Investeringer i varmebesparelser bør optimeres i forhold til værdien af den varme, som spares Moderat efterisolering af dårligt isolerede flader er normalt altid økonomisk fordelagtig Lofts- Mer- U-værdi Varme Bespaisolering Omkostninger Marg. pris u/arb. Marg. pris m/arb. Marg. pris u/arb. Marg. pris m/arb. isolering loft behov relse u/arb. m/arb. 3% 6% 3% 6% 3% 6% 3% 6% 80 år 80 år 80 år 80 år 30 år 30 år 30 år 30 år mm mm W/m2/K kwh/m2 kwh/m2 kr./m2 kr./m2 kr./kwh kr./kwh kr./kwh kr./kwh kr./kwh kr./kwh kr./kwh kr./kwh 100 0,36 140 150 50 0,25 131 9,3 16 32 0,057 0,104 0,113 0,207 0,087 0,124 0,175 0,249 200 50 0,19 126 4,9 16 32 0,108 0,198 0,216 0,395 0,167 0,237 0,333 0,474 250 50 0,15 123 3,0 16 32 0,176 0,323 0,353 0,645 0,272 0,387 0,543 0,774 300 50 0,13 121 2,0 16 32 0,263 0,481 0,525 0,961 0,405 0,576 0,810 1,153 350 50 0,11 119 1,5 16 32 0,360 0,658 0,720 1,316 0,554 0,789 1,109 1,579 400 50 0,10 118 1,1 16 32 0,476 0,870 0,951 1,740 0,733 1,044 1,466 2,087 Kraftig efterisolering er normalt ikke økonomisk fordelagtig, da effekten aftager stærkt med isoleringstykkelsen Slide 26
Energibesparelser hos slutforbrugeren Lavere returtemperatur sparer energi Lav returtemperatur er et overset energisparemål Lav returtemperatur bør med i enhver energirenovering Lav returtemperatur er/har været overset i bygningsreglementet Krav på 30 grader retur i alt nybyggeri er rimeligt Lav returtemperatur fra forbrugerne medfører: mulighed for lavtemperaturdrift i fjernvarmen lavere udgifter til investering i fjernvarmenet lavere driftsudgifter til fjernvarmenet mere effektiv kraftvarme, varmepumper, geotermi, solvarme, kondenserende fyr etc. både for fjernvarme og individuelle anlæg Returtemperatur: 40 o C i 2020, 35 o C i 2040, 30 o C i 2060? Slide 27
Energibesparelser hos slutforbrugeren Men hvor sparer man mest CO 2 kg/m2 over 60 år 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 CO2 emissioner, statens ejendomme Det er elforbruget, som er den store CO 2 synder Transport, 60 år El, 60 år Varme, 60 år Materialer 0 periferi, n-gas City, fjernvarme Slide 28
Energibesparelser hos slutforbrugeren Bæredygtige energibesparelser i byggeriet Helhedsvurdering af behov for el, termisk komfort og transport Lokalisering i forhold til kollektiv transport, kollektiv varmeforsyning og evt. kollektiv køling er vigtig Intelligente huse sparer el og varme optimalt og sænker returtemperaturen maksimalt Elbesparelser mindsker tilskudsvarme om vinteren og kølebehov om sommeren Vaskemaskiner, opvaskemaskiner og spa kan udnytte lavtemperaturvarme frem for el Komfortkølebehov kan dækkes med CO 2 neutral fjernkøling og/eller fjernvarme Håndklædetørrer og gulvvarme øger komforten og sænker returtemperaturen Slide 29
Behov for at arbejde med varmeplanlægningen Mange forudsætninger er ændret Nationalt CO 2 mål udenfor det kvoteregulerede marked Langsigtet mål om at vi skal basere os på VE Naturgasprojektets økonomi er sikret og nettene er snart tilbagebetalt De fjernvarmenet, der i 1980 ikke havde andre varmekilder end fuelolie, (og hvor naturgassen derfor fik første prioritet) har i dag en energieffektiv forsyning med grundlast og kan let blive CO 2 neutrale Fjernvarmenettenes levetid er meget længere end man turde tro på i 1980. Ledningsnet fra 80 erne, som stort set er afskrevet har formentlig en restlevetid på 30-50 år eller mere Slide 30
Behov for at arbejde med varmeplanlægningen Mange forudsætninger er ændret Forbrugerne har sparet på varmen og sænket returtemperaturen, hvorfor der er ledig kapacitet i fjernvarmenettene Mange bebyggelser er fortættet, så varmetætheden er større til trods for, at forbrugerne har sparet på varmen Erhvervskunder betaler nu energiafgift til rumvarme Den danske naturgas rinder snart ud Der er en stigende tendens til, at bygningsejere prioriterer en grøn profil højt og sætter pris på fjernvarmens mange fordele mht. drift, miljø og komfort Slide 31
Behov for at arbejde med varmeplanlægningen Varmeplanlægning, forretningsplaner, projekter.. Kommunerne i samarbejde med berørte forsyningsselskaber De blå områder: 300 GWh fjernvarme De røde områder: konvertering af 300 GWh fra gas til fjernvarme Slide 32
Hvordan forsynes ny bebyggelse? Behov for at korrigere BR s energibestemmelse Bestemmelsen om, at fjernvarme vægtes som olie er i strid med: artikel 5 i EU direktivet om bygningers energimæssige ydeevne EU direktiv om strategisk miljøvurdering EU direktiv om VE dansk tradition for samarbejde dansk praksis om samfundsøkonomisk vurdering og metodefrihed Slide 33
Hvordan forsynes ny bebyggelse? Finde den økonomiske løsning til ny bebyggelse 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 Standardhus Lavenergikl. 2 Lavenergikl. 1 Samfundsøkonomisk omkostning [1000 kr.] Ce ntral-kv-s Naturgas-S Var mepumpe-s Halm-fjv-S Ce ntral-kv-2 Naturgas-2 Var mepumpe-2 Halm-fjv-2 Ce ntral-kv-1 Naturgas-1 Var mepumpe-1 Halm-fjv-1 Slide 34
Hvordan forsynes ny bebyggelse? Finde den miljørigtige løsning til ny bebyggelse 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 CO2-emission [tons] 0 Halm-fjv-S Halm-fjv-2 Halm-fjv-1 Central-KV-1 Naturgas-1 Central-KV-2 Varmepumpe-1 Naturgas-2 Central-KV-S Naturgas-S Varmpeum pe-2 Varmpeumpe-S Slide 35
Hvordan bidrager forsyningsselskaber til energirenovering i byggeriet Forsyningsselskaber skal være mere aktive med: energistyringsnøgletal uvildig rådgivning ud fra helhedshensyn varmemesterservice standardløsninger og information Konvertere til fjernvarme, nabovarme, individuel varmepumper, træpiller og evt. solvarme iht. varmeplanlægningen Renovere varmeanlæg til lavtemperaturdrift, hvor det er økonomisk fordelagtigt Forbedre klimaskærmen, hvor det er økonomisk fordelagtigt Udnytte lavere temperatur og varmebehov i netudbygningen Slide 36
Hvordan bidrager forsyningsselskaber til mere effektiv opvarmning Bidrage til varmeplanlægningen med udbygnings- og forretningsplaner, der fremmer målsætningen for selskabet Arbejde aktivt med at nedbringe de samlede varmeregninger, inkl. kapitaludgifter til evt. energirenovering for alle selskabets forbrugere som helhed Tilbyde varmemester service til kunder evt. kommende kunder og mindre selskaber. Arbejde for mere kostægte og fleksible tariffer. Slide 37