nyttiggörande av kall fjärrvärme

Transkript

1 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 nyttiggörande av kall fjärrvärme Marti Lehtmets, FVB ab Forskning och Utveckling Värmegles 2003:6 1

2 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari

3 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 nyttiggörande av kall fjärrvärme marti lehtmets, fvb ab Forskning och Utveckling Värmegles 2003:6 ISSN Svensk Fjärrvärme Art. Nr

4 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 I rapporten redovisar projektledaren sina resultat och slutsatser. Publicering innebär inte att Svensk Fjärrvärme AB eller styrgruppen för Värmegles Fjärrvärme tagit ställning till slutsatser och resultat. 4

5 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Sammanfattning Kall fjärrvärme Anslutning av småhus och grupphusområden utgör en möjlig framtida fjärrvärmepotential även om lönsamheten idag är ifrågasatt. I dagsläget finns det därför ett behov att finna nya kostnadseffektiva fjärrvärmelösningar för småhus. En möjlig uppvärmningsform för småhus är konceptet kall fjärrvärme. Kall fjärrvärme har sin tekniska tyngdpunkt i en kollektiv distribution av undertemperad värme som värmekälla för individuella värmepumpar. En värmeleverans kan till exempel säkerställas från fjärrvärmereturen till en garanterad temperaturnivå, i förstudien vald till 8 C. Värmen levereras via en oisolerad plastslang som markförläggs i ett odränerat schakt. I det breda helhetskonceptet för kall fjärrvärme ingår även insatser för att effektivisera tillförsel och användning av el för uppvärmningsändamål inom småhussektorn. I sina enskilda beståndsdelar bygger konceptet kall fjärrvärme på traditionell teknik. I stället ligger det stora nyhetsvärdet i konceptets sammansättning till en teknisk helhet och ett affärsmässigt nytänkande. Syftet med förstudien har varit att påvisa lönsamhet för inköp och distribution av kall fjärrvärme från ett husägarperspektiv (fjärrvärmekund). Lönsamheten för kall fjärrvärme värderas i förhållande till motsvarande funktion (borrhålskostnad) för den mest sannolika alternativa uppvärmningsformen, en traditionell bergvärmepump. Förstudien bygger på en övergripande principiell betraktelse med begränsad teknisk detaljeringsgrad. I arbetet har ingått att titta på kostnadsutfallet för befintlig och nyexploaterad bebyggelse för tre olika anslutningsdistanser (1-4 km) och två olika stora grupphusområden (10-50 enfamiljshus). Av resultaten framgår att kall fjärrvärme kan vara ett ekonomiskt uppvärmningsalternativ för större befintliga samt mindre och större nyexploaterade grupphusområden. För befintlig bebyggelse förutsätts normalt en kort anslutningsdistans. En successiv introduktion av kall fjärrvärme, enligt en genomförd potentialbedömning, förväntas medföra en på sikt tillkommande årlig fjärrvärmeleverans av 1,3 TWh och samtidigt reducera koldioxidbelastning till atmosfären med i medeltal ton per år under en tioårsperiod. Ett ny och oprövad uppvärmningsform innebär alltid en viss marknadsmässig osäkerhet innan tekniken verifierats i praktisk handling. Av detta skäl finns det ett behov att genomföra ett demonstrationsprojekt i liten skala. Utifrån ett bredare framtidsperspektiv finns det även en osäkerhet och ett behov att identifiera rätt form av huvudmannaskap och att standardisera konceptets tekniska utförande. I detta senare arbetet är det angeläget att än mer effektivisera ledningsdragningen för den kalla fjärrvärmen, speciellt för anslutning av befintlig bebyggelse där den största marknadspotentialen torde finnas. Med hänsyn till konceptets ansats att undvika en separat el-baserad spetsvärmekälla så finns det också ett behov att konceptanpassa värmepumpens dimensionering. 5

6 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Summary Cold district heating The connection of one-family residential units brings a future possible potential for the district heating operation in Sweden. However, today the economic profitability, for this segment of the district heating market, is questioned. To meet this demand a new heating concept Cold district heating, is introduced and evaluated in this feasibility study. Cold district heating comprises a distribution of low temperature (8 C) heat as a heat source for a group of individual heat pumps. The heat delivery, distributed in ground buried uninsulated plastic tubes, is secured by the means of the heat supply from the return pipe of a traditional district heating net. In a broad approach, the heating concept also feature activities to improve the supply and use of electricity for heating purposes in the currant building sector. In its individual parts the concept is based on traditional technique. Instead, the high lights of the concept is the way to interact each part in one overall system and the approach in launching a new common commercial business in the unexplored field between the market of district heating and heat pump techniques. The objective of this feasibility study has been to prove the economic competitiveness of the house holder for cold district heating in relation to the most probably heating alternative, a group of traditional ground heat pumps. The conduction is further based on general prerequisites and a limited degree of technical resolution. The economic result is accounted for residential units of one-family dwellings with different connecting distances of meters, respectively. The results indicate a possible economic profitability for cold district heating for larger existing residential units (50 dwellings) with a short connecting distance. Even for different sizes of future residential units (exploitation areas) the economic results are favourable. However, for future residential units the market potential is estimated fairly low. Based on a potential reflection, a gradual introduction of cold district heating is estimated to support an long term annual additional district heating supply of 1,3 TWh and an average annual reduction of carbon dioxide of tons for a period of ten years. A new heating concept is normally to be introduced on the market by the means of a small demonstration plant. However, in a broader view there is a future demand to identify the right form of operational ownership and to standardise the technical frames of the concept. In the latter work, the need for a more cost-effective construction of the interacting distribution net and an applied concept design of the integrated heat pump energy system. 6

7 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Innehållsförteckning 1 Bakgrund Problemställning Konceptet Kall Fjärrvärme Kunskapsläge Syfte Genomförande Indata Tekniska grunddata Ekonomiska uppgifter, sammanställda Analys med resultat Systemutformning, teknik Ekonomiskt utfall Miljöpåverkan Potentialstudie Möjligheter och hinder, förvaltning Slutsats med värdering Referenser...23 Bilaga B1 Kostnadssammanställning

8 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari

9 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 1. Bakgrund 1.1 Problemställning Anslutning av småhus och grupphusområden utgör en möjlig framtida fjärrvärmepotential. Redan i dag ansluts en hel del småhus. Utbyggnadstakten är emellertid mycket olika och föränderlig för olika fjärrvärmebolag bland annat på grund av ifrågasatt lönsamhet. Många områden exploateras därför endast om investeringsstöd kan beviljas (LIP/KLIMP). Det finns därför i dagsläget ett identifierat behov att finna nya kostnadseffektiva fjärrvärmelösningar för småhus. Fjärrvärme är ofta en miljöeffektiv uppvärmningsform. Kombineras anslutningen med konverterad eller minskad elanvändning, som ofta är fallet i befintliga småhus, är miljöutbytet ännu större. Förutsättningarna för fjärrvärmeanslutning av många småhus och grupphusområden är mycket olika. Nyare villor och grupphusområden, såväl befintliga som nybyggnation, ligger ofta utanför fjärrvärmeområdet. Dessa nyare villor är företrädesvis byggda med uppvärmningssystem som består av antingen direktverkande el eller vattenburen värmedistribution (el / olja / värmepump). Nyare villor har en värmelast av storleksordningen MWh/år. Många äldre stadsvillor ligger ofta i direkt anslutning till fjärrvärmesystemet och har en förhållandevis stor värmelast MWh/år. Det husegna uppvärmningssystemet är oftast vattenburet eller baserat på direktverkande el (konverterat från individuella eldstäder). Ett möjligt energisystem för småhus är konceptet kall fjärrvärme enligt referens Wedebrand (1997). Under ett antal år har konceptet ingått som en del av den kommunala energiplanen för Lidköpings kommun. Först i samband med Svenska Fjärrvärmeföreningens lansering av FoU-programmet Värmegles Fjärrvärme har en förstudie av konceptet kunnat genomföras. 1.2 Konceptet Kall Fjärrvärme Konceptet kall fjärrvärme är ett möjligt övergripande framtidsorienterat uppvärmningssystem för småhus och grupphusbebyggelse främst inom värmeglesa områden i nära anslutning till ett befintligt fjärrvärmesystem. Alternativa eller kompletterande framtida uppvärmningsformer i dessa områden är normalt olika värmepumpskoncept och pelletsinstallationer. Lönsamhetsgränsen för prima fjärrvärme ligger i allmänhet i direkt anslutning till befintlig fjärrvärmekulvert (< 500 m anslutningsavstånd). Kall fjärrvärme har sin tekniska tyngdpunkt i en kollektiv distribution av under-temperad värme som värmekälla för individuella värmepumpar. Värmepumpen dimensioneras utan behov av separat el-baserad spetsvärmekälla (el-patron). Hela värmebehovet skall sålunda täckas med enbart drivel för värmepumpen och kall fjärrvärme. Däremot kan en el-patron utgöra en begränsad nödvärmekälla upp till värmepumpens el-märkeffekt (cirka 2 kw). I detta avseende utgör uppvärmningssystemet även ett koncept för att ytterligare effektivisera tillförsel och användning av el för uppvärmning i byggd miljö (vanligtvis konvertering av el-baserad uppvärmning). Distributionsmässigt säkrar fjärrvärmeföretaget en momentan värmeleverans sannolikt från fjärrvärmereturen till en garanterad mängd, varaktighet och lägsta temperatur, 9

10 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari exempelvis 8 C ( T = 4 ). Värmen levereras via en oisolerad plastslang som markförläggs i ett odränerat schakt. Beroende av parternas önskade tekniska och affärsmässiga samverkan så medger systemlösningen möjlighet till olika former av laststyrning. Vid laststyrning kan uttag och tillförsel av värme förskjutas i tiden och på så sätt anpassas till en tidpunkt när kostnadseffektiv produktionskapacitet finns tillgänglig. I praktiken tillämpas någon form av värmelagring, temporär förhöjd marktemperatur (> 8 C), i markvolymerna närmast slangen. En annan form av lastpåverkan är värmeanvändarens (husägarens) möjlighet att själv ladda markvolymerna (höja marktemperaturen) närmast slangen genom återvinning av värme från det egna husets ventilationssystem. I det idealiserade driftsfallet dimensioneras fjärrvärmeleveransens temperaturnivå till den omgivande markens naturliga temperatur. På så sätt undviks tillkommande värmeförluster från distributionssystemet. Likväl måste temperaturnivån även anpassas till de förutsättningar som värmepumpen och husets interna energisystem medger. Drift- och prestandamässigt gynnas en värmepump principiellt av förhöjd köldbärartemperatur, det vill säga förhöjd fjärrvärmetemperatur. Konceptet kall fjärrvärme medger en god flexibilitet att själv välja rätt temperaturnivå på fjärrvärmeleveransen utifrån egna objektspecifika förutsättningar! Påverkan av en förändrad temperaturnivå är en komplex process som inverkar på konceptets hela energi- och miljöbalans. Generellt torde en högre temperaturnivå minska elberoendet och miljöpåverkan samtidigt som fjärrvärmeleveransen ökar på grund av tillkommande nätvärmeförluster. Det ekonomiska utfallet är mera oklart med hänsyn till balansen mellan aktuellt fjärrvärmepris och förväntade stigande elpriser. I konceptet ingår även att finna en enhetlig metod för debitering av nyttiggjord fjärrvärme. I sin enklaste form bygger konceptet kall fjärrvärme på traditionell teknik som samordnas och integreras till en helhetslösning i ett överordnat energisystem. Konceptet bygger vidare på flexibilitet och nytänkande i samverkan i både entreprenadform och förvaltningshänseende. Av dessa skäl måste konceptet utvärderas i hela sitt sammanhang med att identifiera enskilda funktioners för- och nackdelar och övergripande belysa parternas förutsättningar för lönsamhet och energisystemets inverkan på miljön. I konceptet förlängning ingår även att anpassa / finna en framtidsorienterad systemlösning för värmedistribution och tappvattenberedning i husen i kombination med bibehållet eller förbättrat inomhusklimat. 1.3Kunskapsläge Kunskapsläget för konceptet som sådant är enligt vår kännedom begränsat. Det finns möjligen vissa äldre nordiska referenser där delar av konceptet varit föremål för utredning / realisering. Vi känner också till en referens från Energimagasinet 6/99. I denna artikel av Larry Good hänvisas till ett liknande amerikanskt koncept som använder undertempererad värme (kall fjärrvärme) som värmekälla till en värmepump. Samtidigt innehåller konceptet i sina enskilda delar inga tekniska genombrott. Det tekniska och affärsmässiga nyhetsvärdet ligger i stället med sin tyngdpunkt på sammansättningen av delarna till en helhet.

11 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 2. Syfte Syftet med förstudien har varit att påvisa lönsamhet ur ett husägarperspektiv (fjärrvärmekund) för den del av konceptet som avser inköp och distribution av kall fjärrvärme. I kalkylen jämförs sålunda investerings- och driftkostnaden för kall fjärrvärme i förhållande till motsvarande funktioner för det mest sannolika uppvärmningsalternativet som avser en traditionell bergvärmepump. I arbetet ingår även att identifiera potentiella möjligheter och hinder samt att övergripande belysa den affärs- och miljömässiga potentialen. Uppgiftsformuleringen är sålunda inriktad på en lönsamhetsbedömning av en begränsad alternativlösning. I denna mening bidrar därför inte förstudien till att identifiera ett fullständigt värmepris för kall fjärrvärme. Av samma skäl tillskrivs inte konceptet kall fjärrvärme hela den tillgängliga miljöpåverkan jämfört olika alternativa koncept utan endast den marginalmässiga miljöpåverkan jämfört med en traditionell bergvärmepump. 11

12 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari Genomförande Genomförandet är en översiktlig ekonomisk förstudie med begränsad teknisk detaljeringsgrad. För de ekonomiska beräkningarna är alternativkostnaden för en traditionell värmepumpinstallation identifierad i samråd med branschorganisationen SVEP, Svenska Värmepumpföreningen. Ett schablonmässigt funktionspris för en villavärmepump är kr exklusive moms kr av funktionspriset är borrkostnad och utgör sålunda det tillgängliga fasta ekonomiska incitamentet för anslutning av konceptet kall fjärrvärme. I den aktuella kalkylen beaktas även påverkan vad gäller skillnader i driftskostnad för de alternativa uppvärmningssystemen. I arbetet har ingått att titta på en principiell teknisk lösning som ekonomiskt beräknas för två olika anslutningsdistanser (2 respektive 15 km) och två olika omfattningar (10 respektive 50 enfamiljshus). Den tekniska lösningen har anpassats och beräknas för anslutning av befintlig bebyggelse med vattenburet (el-baserat) distributionssystem, där sannolikt störst affärspotential finns. Redan vid det inledande referensgruppsmötet konstaterades svårigheten att finna ekonomisk lönsamhet för konceptet kall fjärrvärme enligt projektets ramar. Den längre anslutningsdistansen har därför utgått till förmån för två kortare distanser (1 respektive 4 km). Samtidigt har även arbetets omfattning breddats till att även belysa potentialen för kall fjärrvärme vid nyexploatering av grupphusområden. Vid referensgruppmötet enades gruppen vidare om ett representativt fjärrvärmesystem som till storlek motsvarar en mindre svensk stad (100 GWh/år). För värmeproduktionen används huvudsakligen biobränsle (85 %). I vissa driftssituationer används också olja. Värmepumparna är dimensionerade identiskt lika för de två alternativa systemlösningarna. Samtidigt är en traditionell bergvärmekälla kallare (0 C) än den valda temperaturen för kall fjärrvärme (8 C). Skillnaden i temperatur är därefter kvantifierad som en driftsbesparing för kall fjärrvärme relativt bergvärme. På motsvarande sätt utgör inköp och distribution av kall fjärrvärme en tillkommande driftskostnad. Det har inte kunnat påvisas någon kostnadsreduceringspotential för värmepumpsinstallationen med hänsyn till konceptets specifika förutsättningar (högre temperaturnivå, ingen el-patron för spetslast). Den genomförda potentialbetraktelsen bygger i huvudsak på konvertering av befintliga villor med vattenburet distributionssystem och el-baserad värmetillförsel, elpanna eller el-patron. För potentialbedömningar är uppgifter om energibalanser för uppvärmningssektorn hämtade ur Energiläget 2002 utgiven av Statens Energimyndighet. Uppvärmningsbeståndet för villor är hämtade från Statistiska Centralbyråns (SCB) energistatistik för småhus Nybyggnadstakt för villor är hämtade från SCB:s statistik över Färdigställda bostadshus Uppgifter om i medeltal antal sålda värmepumpar per år kommer från branschorganisationen SVEP. 12 Arbetets genomförande har stöttats av en referensgrupp bestående av konceptets idégivare Jonas Wedebrand från Lidköpings kommun, Jan-Erik Isaksson från Lidköpings Värmeverk samt Martin Forsén från SVEP. Under arbetets gång har ett inledande referensgruppmöte genomförts i Lidköping den 3 september Uppföljande referensgrupparbete har handlagt över telefon.

13 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Övriga förutsättningar och begränsningar för arbetets genomförande är sammanställda i Bilaga 1. 13

14 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari Indata 4.1 Tekniska grunddata Bebyggelse Hustyp Uppvärmningssystem Värmelast/hus, total Värmeeffekt/hus Värmepump, bergvärme Värmepump, fjärrvärme Distributionssystem för Kall Fjärrvärme Anslutningsdistanser Kulverttyp Tryckfall Kulvertdimension Drivsystem Nätvärmeförluster Fjärrvärmesystem Systemstorlek Värmeproduktion, bas Värmeproduktion,spets Potentialstudie, Sverige Fjärrvärmeleverans, total Fjärrvärmeleverans, villor Värmepump, försäljning Villor med vattenburen el Nybyggda villor Befintlig och ny villabebyggelse, 10 / 50 villor Vattenburen elvärme 20 MWh/år 8 kw 80% vp, 20% el-patron 100% vp, 0% el-patron 1,2 och 4 km Polyeten, oisolerad (PEM) 100 Pa/meter DN 40 / 90 (10 / 50 villor) Kollektiv pumpgrupp Försumbart 100 GWh/år Biobränsle med rökgaskondensering Olja, 15 % (25 % fossilt på marginalen) 40 TWh/år, 42 % av bostadssektorn 2,5 TWh/år, 6 % av villasektorn enheter/år (markanslutna) villor / 7 TWh/år, 22 % av villasektorn villor/år 4.2 Ekonomiska uppgifter, sammanställda Energi- och bränslepriser, exkl. moms El 80 öre/kwh (rörligt pris) Skogsflis 130 kr/mwh bränsle Olja 500 kr/mwh bränsle Anläggningskostnader, exkl. moms Slangkostnad Borrkostnad Grävning Kedjegrävare Värmemängdsmätare Fjärrvärmecentral 7,25 / 37 kr/meter, DN40 / DN kr/energibrunn 345 / 420 kr/meter, DN40 / DN kr/meter kr/villa / kr/grupp, 10 / 50 villor 14 Prestandauppgifter Biopanna h = 100 % med rökgaskondensering Oljepanna h = 90 % Värmepump, bergvärme Årsvärmefaktor = 3,0 Värmepump, fjärrvärme Årsvärmefaktor = 4,0

15 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 5. Analys med resultat 5.1 Systemutformning, teknik En principiell systemutformning av konceptet kall fjärrvärme är avbildad i Figur 5.1. Konceptet omfattar en leverans från fjärrvärmesystemet och försäljning av undertempererad värme. Därefter vidtar distribution av den kalla fjärrvärmen fram till aktuell bebyggelse. Vid bebyggelsen direktansluts varje individuell värmepump med ett behovsanpassat delflöde. För individuell avräkning av använd mängd kall fjärrvärme tillämpas antingen schablonfördelning eller individuell värmemängdsmätning enligt Figur 5.1. Figur 5.1 Systemschema för konceptet kall fjärrvärme Funktionsmässigt levereras kall fjärrvärme från någon part av fjärrvärmesystemets returledning via en indirekt värmeväxlare, som utgör en del av en fjärrvärmecentral. Den önskade framledningstemperaturen regleras via en reglerventil som balanserar fjärrvärmeflödet genom eller förbi värmeväxlaren. På liknande sätt balanseras det kalla fjärrvärmeflödet till respektive värmepump efter önskad individuell komfort i varje enskild villa. I sammanhanget är det viktigt att påpeka att den levererade kalla fjärrvärmen inte utgör en spillvärmekälla i den mening att värmeuttaget är kostnadsneutralt. Tvärt om måste värmeuttaget kompenseras med tillkommande bränsle i fjärrvärmeproduktionen. Ersättningsmässigt torde likväl priset för kall fjärrvärme kunna anpassas efter produktens relativt låga temperaturkvalitet (exerginivå). Baserat på angivna bränslepriser, bränslefördelning, verkningsgrader och skäligt vinstpåslag är priset för kall fjärrvärme i förstudien exemplifierat till 220 kr/mwh. Andra förutsättningar som kan påverka (sänka) prisbilden för kall fjärrvärme är tillgång till avfallsvärme, industriellt spillvärme eller frigjord värme från kylsystem. 15

16 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Leverans av kall fjärrvärme sänker temperaturen i fjärrvärmenätets returledning. En sänkt returtemperatur, är ett effektivt värmeuttag, som kan nyttiggöras i värmeproduktionen genom förbättrad rökgaskondensering. En förbättrad rökgaskondensering kan jämställas med en ökad systemverkningsgrad, det vill säga bränslebehovet reduceras något för ett givet värmebehov. Med det antagna fjärrvärmesystemets storlek (100 GWh/år) behöver 625 villor anslutas för att sänka fjärrvärmenätets returtemperatur i huvudstammen med 1. Det ekonomiska värdet av temperatursänkningen är redovisat i efterföljande kapitel 5.2. Efter leverans från fjärrvärmesystemet transporteras den kalla fjärrvärmen fram till aktuell bebyggelse (1-2-4 km) med hjälp av en gemensam cirkulationspump. Pumpen är normalt driftsatt under årets alla timmar. I händelse av ett möjligt intresse att vilja behovsstyra pumpdriften av laststyrningsskäl, är placeringen av pumpen vald till platsen för fjärrvärmecentralen. Transporten av kall fjärrvärmen sker i en kulvert som består av en traditionell markförlagd oisolerad plastslang av polyeten, som normalt används för råvatten. För att kostnadseffektivisera grävningen placeras slangen i ett odränerat schakt med ett läggdjup av 0,6-0,9 meter. På så sätt undviks många fördyrande ledningskorsningar. Slangen förläggs vidare utan speciella insatser för avtappning, luftning och frostskydd. Kostnaden för grävning av transitledningen är framtagen både för en traditionell grävare och en så kallad kedjegrävare. En motordriven kedjegrävare består av en på en lans monterad roterande ändlös kedja med skopor (paternosterverk) som förs fram längs den önskade ledningsdragningen. En kedjegrävare förutsätter lämplig geologi i kombination med rak ledningsdragning utan dolda hinder. Kedjegrävaren är samtidigt överslagsmässigt hälften så dyr som en traditionell grävare utifrån förstudiens förutsättningar. Väl framme vid gruppbebyggelsen fördelas den kalla fjärrvärmen i en anpassad markförlagd servisinstallation som förläggs på liknande sätt som transitledningen men med en traditionell grävare. I servisinstallationen ingår storleksordningen 25 meter ledning per grupphus. Väl inne i husen ansluts den kalla fjärrvärmen direkt mot värmepumpen. Som tidigare noterats påverkas värmepumpens drift och prestanda av den ingående köldbärartemperatur, det vill säga den kalla fjärrvärmens temperaturnivå. I en värmepump förädlas värme från en lägre till en högre temperaturnivå med insats av elektrisk drivenergi. Andelen drivenergi, värmepumpens värmefaktor, ökar med tilltagande temperatursprång. Givet en fix övre temperaturnivå (husets önskade framledningstemperatur) minskar sålunda andelen drivenergi om den lägre temperaturnivån förhöjs, till exempel genom anslutning av kall fjärrvärme. I samråd med SVEP har värmefaktorer för en värmepump ansluten till kall fjärrvärme valts till 4,0. Motsvarande värmefaktor för en traditionell bergvärmepump (0 C i årsköldbärartemepratur) har valts till 3,0. En förhöjd köldbärartemperatur ökar även värmepumpens prestanda, den avgivna värmeeffekten. I bästa fall kan denna effektökning, enligt konceptets önskade specifikation, trycka undan hela behovet av en el-patron som normalt utgör spetsvärmekälla för en traditionell bergvärmepump. Alternativt behöver, den till kall fjärrvärme anslutna, värmepumpen dimensioneras upp för att undvika behovet av spetsvärmekälla. I det fortsatta arbetet är det antaget att anslutning till kall fjärrvärme medger en systemlösning utan el-patron som spetsvärmekälla. Samtidigt kan el-patron utgöra en begränsad nödvärmekälla upp till värmepumpens el-märkeffekt (cirka 2 kw). 16

17 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 5.2 Ekonomiskt utfall Det ekonomiska utfallet för kall fjärrvärme avser en kvantifiering av skillnaden i kostnad för investering och drift jämfört med huvudalternativet som utgörs av en traditionell bergvärmepump. I detta sammanhang är den ersatta investerings- kostnaden för borrning av en energibrunn det största ekonomiska incitamentet för att vilja ansluta sig till kall fjärrvärme. Sammantaget visar utredningen att det är möjligt att få ekonomisk lönsamhet (enligt efterföljande definition) för större befintliga grupphusområden med kort anslutningsdistans (även för traditionell grävning) och för de flesta kombinationer av nyexploaterade områden både avseende grupphusområdets storlek och dess anslutningsdistans. I efterföljande Tabell 5:1 och 5.2 är investerings- och driftkostnadsbalansen mellan de två alternativen sammanställda dels för befintlig bebyggelse (egen gräventreprenad), dels för nyexploaterade grupphusområden (samordnad gräventreprenad). Den sammanvägda ekonomiska lönsamheten för investeringen och driftsbalansen är värderad utifrån en årlig avskrivning av investeringen med en annuitet på 0,1. Denna annuitet motsvarar en avskrivningstid på 15 år med 6 % realränta. Av tabell 5.1 och 5.2 framgår en positiv investeringsbalans för kall fjärrvärme dels för befintlig bebyggelse för kombinationen stort grupphusområde och kort anslutningsdistans med kedjegrävare, dels vid nyexploatering för mindre grupphusområden med kort anslutningsdistans samt för större grupphusområden med både kort och lång anslutningsdistans. Från den detaljerade sammanställningen över tillkommande investeringar, som är redovisade i Bilaga 1, framgår att grävkostnaden är den dominanta posten för befintlig bebyggelse. För befintlig bebyggelse utgör grävkostnaden % av de tillkommande kostnaderna. Motsvarande procentsats för nyexploaterad bebyggelse är %. Samtidigt kan man notera att kostnaden för servisledningen är den dominanta delen av grävkostnaden vid anslutning av större befintliga grupphusområden med kort anslutningsdistans (den anslutningsvariant för befintlig bebyggelse som uppvisar bäst lönsamhet ). Av samma tabeller (5.1 och 5.2) framgår att driftsbalansen för kall fjärrvärme, i förhållande till bergvärmeansluten värmepump, är positiv för den kortaste anslutningsdistansen. För samtliga anslutningsvarianter är driftskostnaden i någon mening neutral för den del som avser en förhållandevis liten minskad elanvändning (4500 kwhvilla*år) med ett högt specifikt elpris (80 öre/kwh) och en stor tillkommande användning av kall fjärrvärme ( kwh/villa*år) till ett lågt specifikt värmepris (22 öre/kwh). Den redovisade negativa driftsbalansen för varianter med längre anslutningsdistans beror i stället i huvudsak på tillkommande pumpningskostnader för distribution av den kalla fjärrvärmen. 17

18 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Tabell 5.1 Sammanställda investerings- och driftkostnader för befintlig bebyggelse, egen gräventreprenad. 10 villor 50 villor Investering Drift/år 1 km 2 km 4 km 1 km 2 km 4 km ( 185) ( 375) ( 705) (190) ( 95) ( 625) Tabell 5.2 Sammanställda investerings- och driftkostnader för nyexploaterade grupphusområden (samordnad gräventreprenad). 10 villor 50 villor Investering Drift/år 1 km 2 km 4 km 1 km 2 km 4 km Grunddata för Tabellerna 5.1 och 5.2 är hämtade från Bilaga 1. Samtliga kostnader är angivna i tusentals kronor (kkr.), exkl. moms. I Tabell 5.1 framgår investeringsbalansen både för traditionell grävare och kedjegrävare (sifferuppgift inom parentes). Om gräventreprenaden för transitledningen kan utföras med kedjegrävare förbättras sålunda det ekonomiska utfallet för investeringen med mellan kkr. I de redovisade investeringstabellerna ingår ersatt borrkostnad för energibrunn samt tillkommande kostnader för slangar, grävning och systemanslutningar. I de redovisade drifttabellerna ingår ersättning för minskad elanvändning och förbättrad rökgaskondensering samt tillkommande kostnader för köp och pumpning av kall fjärrvärme. Det ekonomiska värdet av sänkt returtemperatur i fjärrvärmenätet är uppskattat till storleksordningen kronor per grad och år med stöd av referens Pettersson och Werner (2000). Varje villa som ansluts till kall fjärrvärme, med förstudiens förutsättningar, bidrar sålunda med 120 kronor per år i effektivare bränsletillförsel för fjärrvärmeproduktionen. 5.3 Miljöpåverkan Miljöpåverkan för energianvändningen är beräknad utifrån primärenergibehovet för de olika uppvärmningsalternativen och det CO 2 -bidrag som energiomvandlingen ger upphov till. I detta sammanhang utgör all användning av el på marginalen, el producerat med så kallad kolkondensteknik. Av resultaten i Figur 5.2 framgår utgångsläget, att 10 villor med vattenburen el bidrar med 200 ton koldioxid per år. Med en traditionell bergvärmepump reduceras miljöpåverkan med 52 % relaterat vattenburen el. Motsvarande reduktion för kall fjärrvärme är drygt 69 %. I den redovisade miljöpåverkan för kall fjärrvärme ingår emellertid inte elanvändningen för cirkulationspumparna. Denna elanvändning bidrar med ytterligare 18

19 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003: ton koldioxid per år beroende av anslutningsdistans. Den totala miljöpåverkan för kall fjärrvärme är sålunda storleksordningen 25 % lägre jämfört med en traditionell bergvärmepump. [%] Energianvändning- och Miljöpåverkan, 10 villor 200 MWh/år 200 ton/år EL (vattenburen) CO 2 EL EL (VP) Bergvärme CO 2 EL (VP) Olja (FV) Biobränsle (FV) CO 2 1Vattenburen el 2 3Bergvärmepump 4 5 Kall fjärrvärme 6 Figur 5.2 CO 2 -bidrag för de aktuella uppvärmningssystemen. I underlagen för beräkning av miljöpåverkan i Figur 5.2 är olika energitäckning och värmefaktor använd för de två alternativa uppvärmningsalternativen. För kall fjärrvärme är tillkommande nätvärmeförluster utelämnade enligt tidigare resonemang. För ett grupphusområde med 50 villor är den absoluta miljöpåverkan fem gånger större än uppgifterna i Figur 5.2 (1000 ton/år). En ytterligare positiv miljöpåverkan med kall fjärrvärme jämfört med en traditionell bergvärmepump är att brinelösningen till värmepumpen kan användas utan tillsats av frostskyddsmedel. 5.4 Potentialstudie Enligt statistiska underlag finns det befintliga villor i Sverige med vattenburen el. Dessutom byggs det för närvarande storleksordningen nya villor per år. Ett antagande är att 50 % av dessa villor finns eller bebyggs i nära anslutning till ett befintligt fjärr- eller närvärmesystem. Ytterligare 30 % av den ursprungliga potentialen faller ifrån på grund av tekniska och ekonomiska hinder. Den kvarvarande anslutningsmöjliga potentialen för kall fjärrvärme utgörs sålunda av befintliga villor och 1600 nya villor per år. En stabil nybyggnadstakt över 10 år motsvarar sålunda ytterligare potentiella anslutningar. För fjärrvärmesektorn medför denna anslutningsomfattning av kall fjärrvärme en på sikt årlig tillkommande försäljningsvolym på 1,3 TWh/år ( villor á 15 MWh/villa). Med denna omfattning ökar anslutningsgraden av fjärrvärme till bostadssektorn med 1,5 %-enheter (till 43,5 %). Relaterat villasektorn ökar anslutningsgraden med 3 %- enheter (till 9 %). 19

20 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Enligt uppgift levereras för närvarande markanslutna värmepumpar per år (medeltal för den senaste femårsperioden). Ett antagande är att en tredjedel av denna leveransvolym avser installationer som direkt konkurrerar med kall fjärrvärme. Merförsäljningen av bergvärmepumpar under en tioårsperiod blir sålunda enheter (20 %) vid en introduktion av kall fjärrvärme. Den miljömässiga marginaleffekten av en successiv introduktion av kall fjärrvärme enligt potentialstudien ( á full miljöeffekt, á marginal miljöeffekt) ger en minskad koldioxidbelastning av i medeltal ton per år under en tioårsperiod 5.5 Möjligheter och hinder, förvaltning Förvaltningsmässigt fick det ett antal hinder vad gäller huvudmannaskap och finansiering av distributionsnätet för kall fjärrvärme. Det är inte klarlagt i projektet om det är en allmän gällande uppfattning att förvaltningen skall ingå som en del i det kommunala huvudmannaskapet. Värmepumpsoperatören (villaägaren) vill för egen del ta hem det momentana värdet av en ersatt borrning av en energibrunn, ett värde som många gånger ersätts med tillkommande grävkostnader för kall fjärrvärme. Det finns sålunda en önskan från värmepumpsoperatören att skjuta investeringen framför sig och därför kapitalisera investeringskostnaden för grävningen som en tillkommande driftskostnad. Även Fjärrvärmeoperatören är tveksam till att förvalta distributionsnätet för kall fjärrvärme. Man vill själv ansvara för en indirekt anslutning via en värmeväxlare i omedelbar anslutning till det prima fjärrvärmenätet. Vid denna leveransgräns vill man även placera en värmemängdsmätare för gemensam avräkning av levererad kall fjärrvärme. 20

21 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 6. Slutsats med värdering Kall fjärrvärme kan vara ett ekonomiskt uppvärmningsalternativ för större befintliga grupphusområden (> 50 villor) samt mindre och större nyexploaterade områden. För befintlig bebyggelse förutsätts normalt ett kort anslutningsavstånd. Affärsutveckling. En ekonomisk introduktion av kall fjärrvärme medför på sikt en merförsäljning av 1,3 TWh fjärrvärme per år (+2 %-enheter/år av värmemarknaden för bostäder) och bergvärmepumpar per år (+20 %-enheter/år i försäljningsökning). En successiv introduktion av kall fjärrvärme enligt den genomförda potential bedömningen förväntas ge en reducerad koldioxidbelastning till atmosfären av i medeltal ton per år under en tioårsperiod. Det finns ett framtida behov att objektanpassa huvudmannaskapet och affärskonceptet för ägande och förvaltning av distributionsnätet för kall fjärrvärme. Med koppling till denna slutsats så finns det anledning att självkritiskt ifrågasätta den brist på engagemang och affärsmannaskap som ibland förekommer inom fjärrvärmesektorn vad gäller behovet att erbjuda kundorienterade lösningar. Den viktigaste potentialen att minska investeringskostnaden för kall fjärrvärme finns i en mer effektivt utförande av distributionsnätet. Vid anslutning av större befintliga grupphusområden med kort anslutningsdistans finns den största potentialen att reducera kostnaden i entreprenaden för servisledningen. Vid övriga anslutningsvarianter är potentialen att reducera investeringskostnaden störts i gräventreprenaden för transitledningen. Denna senare potential tilltar med ökad anslutningsdistans och / eller minskad storlek på grupphusområdet. Det är inte energisystemmässigt säkerställt att konceptet kall fjärrvärme kan dimensioneras fullt ut utan separat spetsvärmekälla (el-patron). Likväl bidrar konceptet under alla förhållanden till en mer effektiv tillförsel och användning av el-resurserna. I ansatsen för konceptet kall fjärrvärme ingår att även effektivisera elanvändningen och eleffektbehovet i byggd miljö. En förhöjd köldbärartemperatur ökar både värmepumpens värmefaktor och den avgivna värmeeffekten. I bästa fall kan denna effektökning trycka undan hela behovet av en el-patron som normalt utgör spetsvärmekälla för en traditionell bergvärmepump. Alternativt behöver, den till kall fjärrvärme anslutna, värmepumpen dimensioneras upp för att undvika behovet av spetsvärmekälla. Denna frågeställning är en optimeringsproblem som får analyseras i efterföljande arbete. Driftskostnadsbalansen för kall fjärrvärme är svagt positiv vid korta anslutningsdistanser. Den del av driftkostnaden som avser minskad elanvändning och tillkommande användning av kall fjärrvärme är likvärdiga för samtliga anslutningsvarianter. Däremot bidrar tillkommande kostnader för pumpning av kall fjärrvärme till en negativ driftskostnadsbalans vid övriga längre anslutningsdistanser. 21

22 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Kompletterande potential för kall fjärrvärme kan utgöras av befintliga hus med vattenburen uppvärmning inom områden för prima fjärrvärme. Även befintlig villabebyggelse med direktverkande el utgör en stor potential ( villor) om anpassningskostnaden för värmedistributionen i husen kan motiveras. Ytterligare en kostnadsreducerande teknisk potential är att som alternativ till individuella värmepumpar överväga en gemensam gruppcentral med 1-2 större värmepumpar. Demonstrationsprojekt. Resultatet av den genomförda förstudien har visat att det kan finnas ekonomiska förutsättningar att introducera konceptet kall fjärrvärme. Även om tekniken som sådan inte är ny innehåller konceptets sammansättning till en helhet både tekniskt och affärsmässigt nytänkande. Ett nytänkande innebär alltid en viss risk och ett ifrågasättande. En lämplig form att verifiera konceptets funktion är därför att genomföra ett demonstrationsprojekt i liten skala. 22

23 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 7. Referenser Wedebrand J (1997). Beskrivning av idékonceptet värmemix (kall fjärrvärme) för bostadsområdet Råda III. Lidköping. Good L (1999). Systemtänkande för effektivare fjärrvärme. Energimagasinet 6/99. Halmstad. Pettersson S. och Werner S. (2000). Samband mellan produktion och vältrimmade radiatorsystem. FVF Temadag: Avkylning från produktion till kundanläggning, 5 december 2000, Arlandia. FVB ab, Borås. 23

24 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 B1. Kostnadssammanställning Förutsättningar för kostnadssammanställning Uppgifter om kostnader och prestanda för befintliga, anpassade och utvecklade värmepumpkoncept är hämtade från SVEP:s representant i referensgruppen. Materialkostnaden (slangar och kopplingar) för transitledningen är hämtade från VVSgrossisten DAHL med lokalkontor i Linköping. Prisnivån för materialet är anpassad utifrån konceptets förhållandevis stora volym. För samtliga ledningar är en oisolerad polyetenkvallitet vald (PEM). Denna slangtyp används normalt för markförlagd distribution av råvatten. Grävkostnaden för slangschaktet är en sammansatt funktionskostnad för hela det markförlagda distributionssystemet inklusive hjälpsystem (pumpar, ventiler, kopplingsbrunnar). I grävkostnaden ingår sålunda, övrigt VVS-material, grävning, rörarbete, skarvning, håltagning och projektering. Investeringskostnaden för systemanslutning till fjärrvärme- och värmepumpsystemet är dock särredovisade. Vid anslutning av befintlig bebyggelse, ny entreprenad, är grävkostnaden för slangschaktet beräknad och normerad dels från Fjärrvärmeföreningens kulvertkostnadskatalog från 1997 med förläggning i parkmark, dels från en lokal gräventreprenör. Grävkostnaden ar anpassad för ett läggdjup mellan 0,6-0,9 meter. Grävkostnaden vid nyexploatering (merkostnaden) är ansatt till 15 % av motsvarande grävkostnad för egen entreprenad. Samtliga prisuppgifter är angivna i tusentals kronor (kkr.). Kostnadssammanställning för bebyggelse Investeringskostnad för anslutning till värmepump / SVEP 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km Avser individuella värmemängdsmätare, á-pris kr/st. Ersatt borrkostnad för energibrunn, á-pris kr/brunn: 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km

25 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Driftkostnadsbalans (kkr./år) för minskad elanvändning med hänsyn till förbättrad värmefaktor / högre avgiven värmeeffekt (0 % el-patron) 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km +36 A En förhöjd garanterad köldbärartemperatur (förångningstemperatur) inverkar med en förbättrad värmefaktor (från 3,0 till 4,0) och högre avgiven värmeeffekt (0 % el-patron) hos värmepumpen. Totalt minskar elanvändningen i bästa fall med 4500 kwh per år och villa till en kostnad av 3600 kronor. I sammanhanget kan noteras att den minskade kostnaden för elanvändningen (4500 kwh) ersätts med ökade kostnader för kall fjärrvärme ( kwh) av samma storleksordning, 3300 kr per år och villa. Kostnadssammanställning för Distributionssystem för Kall Fjärrvärme Slang- och kopplingskostnad, transitledning 10 villor 50 villor 1+1 km 2+2 km 4+4 km villor avser DN 40, á-pris 7,25 kr/m. 50 villor avser DN 90, á-pris 37 kr/m. Dimensionerande flöde på m 3 /h vid en temperaturdifferens på 4. I sammanhanget kan noteras erhållna rabattsatser på VVS-material på % av noterat listpris. Grävkostnad för transit- och servisledning (t+s), egen entreprenad 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km t 690 t 300 t 200 s s 420 A 840 t sa 750 s 750 s Specifik grävkostnad för DN A 40, á-pris 345 kr/m. Specifik grävkostnad för DN 90, á-pris 420 kr/m. För den längre distansen (4 km) är skalfördelar tillgodoräknade motsvarande en kostnadsreducering på 5 %. Vid kedjegrävning halveras angiven kostnad för transitledningen. 25

26 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Grävkostnad för transit- och servisledning, nyexploatering 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km Grävkostnaden (merkostnad) vid nyexploatering är ansatt till 15 % av grävkostnaden för egen entreprenad enligt föregående tabell. Pumpningskostnad (kkr./år) för värmedistribution 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km Investeringskostnad för anslutning till fjärrvärmesystemet (fjärrvärmecentral) 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km Avser av FVB verifierad totalkostnad för fjärrvärmecentraler (funktionspris) uttryckt som specifik kostnad per ansluten värmeeffekt [kr/kw]. Kostnadssammanställning för Fjärrvärmesystem Fjärrvärmekostnad (kkr./år) för tillkommande bränsle på marginalen vid ett fjärrvärmepris på 220 kr/mwh 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km Mervärde av nyttiggjord rökgaskondensering (kkr./år) på grund av sänkt temperatur i fjärrvärmenätets returledning. 10 villor 50 villor 1 km 2 km 4 km

27 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 27

28 Nyttiggörande av Kall Fjärrvärme Värmegles 2003:6 Svensk Fjärrvärme AB Januari 2004 Svensk Fjärrvärme AB och Statens energimyndighet driver forskningsprogrammet Värmegles fjärrvärme, som har som målsättning att sänka anslutningskostnaderna för fjärrvärme i värmeglesa områden. Svensk Fjärrvärme Stockholm Telefon Fax Besöksadress: Olof Palmes gata 31, 6 tr. E-post kontakt@fjarrvarme.org 28