12 Naturliga värmekällor

Transkript

1 12 Naturliga värmekällor I naturen finns en rad olika värmekällor som kan utnyttjas för att producera värme. Exempel på dessa är värme från ytvatten, grundvatten, jordvärme och bergvärme. I detta kapitel beskrivs hur dessa naturliga värmekällor kan tas till vara.

2 12.1 Värmekällor i naturen 12.1 Värmekällor i naturen Definitionsmässigt är värme atom- eller molekylrörelser. Vid absoluta nollpunkten, -273 C, förekommer inga rörelser. Vid högre temperatur än absoluta nollpunkten förekommer rörelser och därmed värme. Atom- och molekylrörelserna ökar med ökande temperatur. I praktiken är emellertid inte all värme utnyttjningsbar. Genom att använda värmepumpar kan energin tas tillvara ur värmekällor med relativt låg temperatur, t ex den värme som finns långt ner i marken, i berggrunden eller i sjöar. Värmepumpar tar upp värme vid låga temperaturer och avger värme vid högre temperaturer. Värmepumpar brukar inte användas för att ta tillvara värme av lägre temperaturer än cirka -lqoc (uteluftvärmepumpar). Principen för hur värmepumpar fungerar beskrivs i kapitel Med hjälp aven värmepump kan alltså värme i luft, mark och vatten tas tillvara. I detta avsnitt beskrivs de olika värmekällorna i naturen. Ytvatten (sjöar och hav) Med ytvatten som värmekälla utnyttjas den värme som under sommarhalvåret lagrats i vatten och bottenlager i sjöar, vattendrag och havsvikar. Under vår, sommar och tidig höst är vattentemperaturen normalt tillräckligt hög för att ge värme. Under senhösten når en sjö sin lägsta temperatur vilket beror på den låga utelufttemperaturen och på vattenomblandningen. Efter isläggningen sjunker inte temperaturen längre, då isen fungerar som ett lock. Vattentemperaturen kan pga dessa faktorer skilja några grader från samma period olika år. Om vattnet kan utnyttjas även under senhösten och vintern avgörs därför från fall till fall. I allmänhet är en liten sjö mer känslig för störningar än ett rinnande vattendrag. Värmepumpar avsedda för ytvatten kan ta värme ur nästan nollgradigt vatten. Ytvattenvärmeanläggningar kan utformas på två sätt. Systemet kan vara öppet, vilket innebär att vattnet pumpas direkt in i värmepumpen, eller slutet då rörledningar med cirkulerande värmebärarvätska förläggs på eller under sjöbotten. Det öppna systemet är mest lämpat för en stor värmeförbrukare. Ett öppet system är känsligt för yttre omständigheter, exempel på detta är: Vattentemperaturen vintertid. Naturliga variationer mellan olika år och mellan olika sjöar kan vara betydande. Vattnets beskaffenhet. Korrosivt vatten kan skada värmepumpanläggningen och lösta ämnen i vattnet kan försämra funktionen hos värmepumpen. I det slutna systemet utnyttjas framförallt värmen från bottenlagret som i en liten sjö kan innehålla väsentliga 134

3 12.1 Värmekä värmemängder jämfört med vattnets värmeinnehåll. Det slutna systemet kallas vanligtvis sedimentvärme, och kan användas för värmeförsörjning av både enskilda hus och större bostadsområden. Ett slutet system är inte lika känsligt för vattentemperaturens variationer men påverkas däremot av: Vattenströmning som förbättrar värmeupptagningen. Jordarten (sedimenten) där slingorna läggs. (Jämför ytjordvärme nedan). Grundvatten Grundvatten håller till skillnad från till exempel ytvatten och uteluft en jämn temperatur hela året. Temperaturen cirka 10 meter under markytan är ungefär lika med uteluftens årsmedeltemperatur. Grundvattentemperaturen varierar mellan cirka +8 C till cirka +2 C i sydligaste respektive nordligaste Sverige. I Stockholmstrakten är grundvattentemperaturen cirka +6 C. Vid utnyttjande av grundvattenvärme krävs ett stort grundvattenuttag vilket förutsätter vissa geohydrologiska förhållanden. För att grundvattennivån inte ska sjunka krävs i många fall att vattnet måste återföras genom till exempel en infiltrationsbrunn. Uttaget sker genom konventionell teknik som bland annat används i samband med vattenförsörjning. Förutsättningarna för ett grundvattenvärmesystem är helt beroende av lokala förhållanden. Markytan kring en grundvattenbrunn kan användas utan begränsning. Den möjliga värmemängden som kan utvinnas påverkas av flera faktorer: Temperaturen på grundvattnet. Den uttagbara värmemängden är direkt proportionell mot den möjliga temperatursänkningen. Vattenbeskaffenheten, både fysikalisk och kemisk sammansättning. Ogynnsamt vatten kan skada värmepumpen eller ge utfällningar och påväxt med försämrad funktion som följd. Grundvattentillgången. Närheten till annan uttagsbrunn. Ytjordvärme Ytjordvärmesystem utnyttjar den värme i nederbörd och solinstrålning som lagras i markens ytskikt under sommaren. Plastslangar grävs ned horisontellt ca l meter under markytan. Avståndet mellan slangarna är 0,5-2 meter. En vätska (vatten blandat med frysskyddsvätska) cirkulerar i slangarna och hämtar värmen från omgivande jord. En del av värmen kommer från isbildningsvärme som frigörs då vatten fryser till is. Vilken effekt per meter slang som kan erhållas beror bland annat på jordart och vattenhalt. Normalt behövs cirka 500 meter slang för att försörja ett småhus med värme, vilket innebär att en markyta på kvadratmeter behöver tas i anspråk. Ytjordvärme används främst inom småhussektorn antingen för enskilda hus eller i centrala system för mindre grupper av hus. Ytvattenvärmeanläggning Grundvattenvärmeanläggning E Öppet system Slutet system Grundvatten

4 12.1 Värmekällor i naturen Förutsättningen för värmeutvinning med ytjordvärmesystem bestäms bland annat av: Jordens termiska egenskaper, vilka bestämmer uttagbar energimängd. Jordarten, eftersom installation av slangar underlättas om jorden är löst lagrad samt fri från sten och block. Övriga förhållanden som till exempel vegetation, hårdgjorda ytor mm. Vegetation, framförallt träd med kraftiga rotsystem, samt hårdgjorda ytor medför att både läggningsarbete och återställningsarbete blir mer omfattande. Ett värmeuttag ur marken innebär en ökad tjälning av denna och därigenom förkortas växtperioden något. I tjälfarliga jordar kan markytan bli något vågig och markanvändningen begränsas. Bergvärme Bergvärmesystem används främst för enskilda hus eller mindre bostadsområden. Värme kan utvinnas ur borrhål i berg vilka normalt är mellan 60 och 150 meter djupa. Värme tillförs borrhålsväggen dels genom värmeledning i bergmassan och dels genom strömmande grundvatten. Värmeutvinningen kan ske på två sätt. Antingen är systemet öppet och vatten cirkulerar fritt i kontakt med borrhålsväggen eller också är systemet slutet och en vätska cirkulerar i ett slutet slangsystem. Det slutna systemet medger frysning av borrhålsvattnet vilket ökar möjligt energi- och effektuttag per meter borrhål. I stort sett kan markytan användas utan begränsningar. Möjligt värmeuttag beror på: Bergets värmeledningsförmåga, vilken bestäms av de mineral som ingår i bergarten. Grundvattennivån i borrhålet. Erforderligt brunnsdjup räknas från grundvattenytan. Avståndet mellan brunnarna vid flerbrunnsystem. Bergets medeltemperatur. Uteluft Luft fryser inte förrän vid -193 C och innehåller värme ända ner till-273 C, den absoluta nollpunkten. Uteluft är därför en värmekälla som alltid finns tillgänglig. Värmepumpen ger emellertid sämre utbyte ju lägre temperatur den tillförda uteluften har. Nackdelen är därför att utetemperaturen är som lägst när värmen som bäst behövs. Luftvärmepumpar är vanligen utrustade med avfrostningssystem så att pumparna även fungerar vid låga temperaturer, ned till cirka -10 C. Eftersom ute luftvärmepumpar ofta är öppet placerade bör risken för bullerstörningar från fläktar med mera observeras. Värmekällor i samhället I samhället förekommer en mängd värmekällor som har sitt ursprung i användning av olika energislag. Dessa värmekällor har gemensamt att de håller en relativt hög temperatur jämfört med värmekällor i naturen. Temperaturen kan variera från cirka 10 C i avloppsvatten till flera hundra grader i utsläpp från industriella processer. Frånluft Frånluft är en utmärkt värmekälla i befintlig och ny bebyggelse med mekanisk frånluftsventilation. Den varma luften i huset utnyttjas, innan den ventileras ut. Frånluften håller en hög temperatur, varför värmeåtervinningen kan ske med hjälp aven värmeväxlare eller en värmepump. Värmeväxlare kan användas för att värma inkommande tilluft om mekanisk tilluft förekommer. Med värmepump är det möjligt att även värma tappvarmvatten vilket kräver högre temperaturer än vad som kan erhållas från en värmeväxlare. Industriell frånluft kan vara förorenad och ställer då speciella krav på materialet i värmeväxlare och värmepumpar. Industriell spillvärme Spillvärme från industrier har ofta höga temperaturnivåer och relativt konstanta flöden. Spillvärme är därför en bra värmekälla. Några spillvärmetyper är lågtrycksånga, varmvatten och rökgaser. Ofta är spillvärmemängderna betydligt större än de interna värmebehoven. Det kan då vara ekonomiskt fördelaktigt att leverera överskottsvärmen till ett närbeläget fjärrvärmenät. Kommunalt avloppsvatten Avloppsvatten håller en förhållandevis hög temperatur under större delen av året. Både renat och orenat avloppsvatten kan användas som värmekälla. Fördelen med att utnyttja orenat avloppsvatten är bl a att distributionsavståndet förkortas och att avloppsvattentemperaturen är högre än i reningsverket. Utnyttjande av orenat avloppsvatten ger ett kallare vatten in till reningsverket, vilket kan ha en negativ inverkan på själva reningsprocessen. Konsekvenserna av detta får avgöras från fall till fall. Källa: Byggforskningsrådet 136

5 12.2 Geoterr 12.2 Geotermisk energi Geotermisk energi skiljer sig från övriga, naturliga, energikällor genom att värmen härrör från jordens inre och inte från solen. Värmen i jordskorpan finns dels lagrad från jordens bildande men nybildas också ständigt, huvudsakligen genom radioaktivt sönderfall i jordens inre. Merparten av värmen lagras i berget och i det vatten som fyller ut bergets por- och spricksystem. Denna lagrade värme brukar kallas geotermisk energi. Energin utvinns via djupa borrhål i form av ånga eller varmt vatten. Även s.k. hot dry rock mining (HOR) kan användas. HOR-tekniken går ut på att kallt vatten pumpas ned till djup där temperaturen är hög och sedan återförs det uppvärmda vattnet till ytan. Endast en mycket liten del av den geotermiska energin når markyta n i form av varma källor eller s.k. gejsrar. Värmen kan användas direkt till uppvärmning och om temperaturen är tillräckligt hög, omvandlas till el. Temperaturen i jordskorpan ökar med djupet. Som ett genomsnittsvärde brukar en temperaturökning på 30 0 e per kilometer anges. Temperaturökningen varierar inom vida gränser beroende på var på jorden man befinner sig. Inom vulkaniska områden (exempelvis Island) kan ökningen uppgå till mer än loooe per kilometer medan de äldre urbergssköldarna, som det Skandinaviska urberget, ofta bara når 15 e per kilometer. Tillgångarna på geotermisk energi är mycket stora. Endast en bråkdel kan dock utvinnas beroende på bland annat berggrundens geologiska uppbyggnad, sammansättning samt läge och relation till inre processer i jordskorpan. I områden med aktiv vulkanism eller tunn jordskorpa kan energin utnyttjas i större skala. På Island kan den geotermiska energin till exempel användas för uppvärmning och elproduktion, då temperaturerna är högre. I Sverige, som har

6 12.2 Geotermisk energi en mycket gammal berggrund, är värmen svårare att utvinna och utnyttjas därför i mindre skala för bostadsuppvärmning ofta i kombination med värmepump. Bergvärmepumpar och grundvattenpumpar är idag det vanligaste sättet att utnyttja den geotermiska energin. Ekonomiska förutsättningar för storskalig geotermisk energiutvinning i Sverige är idag mycket små och finns i dagsläget enbart i porös sandsten och i lös sand (sedimentär berggrund). Kostnaderna för borrning blir i andra fall för höga. Möjligheterna för varmvattenutvinning är störst i Skåne men förutsättningarna finns även i Vätternsänkan, i Siljanstrakten (Siljansringen) och på Gotland. I Lund används sedan december 1984 en geotermianläggning för att producera värme till stadens fjärrvärmenät. Cirka 25 procent av stadens fjärrvärme E 8 N 8 N produceras med geotermisk energi, vilket motsvarar ungefä 230 GWh. Vatten med en temperatur av 20 C pumpas upp från 10C meters djup. Efter avkylning i en värmepump återförs det då 4 C kalla vattnet till berggrunden. Anläggningen i Lund är i dagsläget landets största anläggning för fjärrvärmeproduktion med geotermisk energi. Försök har pågått och pågår i bland annat Lund och Malmö för att utnyttja vatten djupare ner i berggrunden och därmed uppnå högre temperaturer. Problemet har varit att fl till stånd tillräckligt höga flöden av geotermalvattnet. Olika tekniker har testats men ännu inte resulterat i någon produktionsanläggning. Det är väldigt svårt att förutsäga var förutsättningarna för utvinning av geotermisk energi är tillräckligt bra och det krävs därför provborrningar i likhet med dem som görs vid oljeborrning. Detta gör att geotermiprojekt blir ett dyrt och riskabelt projekt för ett energibolag. Mängden geotermisk energi i berggrunden är i det närmaste oändlig och det är framförallt tekniken som sätter stopp för utnyttjandet av denna miljövänliga energikälla. I Sverige kan det i framtiden, beroende på berggrundens låg, temperatur, bli aktuellt att i större omfattning utnyttja geotermisk energi för värmeproduktion medan det i andra länder med högre berggrundstemperatur kan bli aktuellt me, elproduktion. J' m Schematisk bild över en geotermisk energianläggning. Källor: Nationalencyklopedin, Energimyndigheten, Institutionen tör teknisk geologi på LTH, GeOlogiska institutionen på Chalmers, Lunds Energi 138

7 13 Elproduktion och distribution I Sverige produceras el nästan uteslutande i vattenkraftverk och kärnkraftverk. För elproduktion finns också kraftvärmeverk, oljekondensanläggningar, gasturbiner och vindkraftverk. Tillsammans står dock dessa anläggningar för en mindre del (cirka tio procent) av elproduktionen. I detta kapitel beskrivs de elproduktionsanläggningar som finns i Sverige samt hur den nordiska elmarknaden fungerar.

8 13.1 Hur produceras el? 13.1 Hur produceras el? För att framställa el måste någon form av energi tillföras. El kan produceras ur många olika energikällor, exempelvis ur vattnets och vindens rörelseenergi, ur kärnenergi eller genom förbränning av bränslen. El som framställts genom omvandling av värmeenergi brukar benämnas värmekraft, och anläggningarna kallas värmekraftverk. Samtliga värmekraftverk bygger på att energiinnehållet i ett bränsle omvandlas till värme som i sin tur omvandlas till elektrisk energi. Som bränsle kan exempelvis olja, kol, gas, torv, trädbränslen, avfall eller uran användas. Den vanligaste principen för värmekraftproduktion är ångturbincykeln. Bränslets energiinnehåll används då för att förånga vatten i en ångpanna. Ångan drivs med högt tryck genom en turbin som då börjar rotera. Turbinen driver i sin tur en generator som producerar el. Efter turbinen har ångans energiinnehåll minskat, men för att ångan skall kondensera till vatten som kan pumpas tillbaka till ångpannan, måste den kylas ned ytterligare. Om värmen som bortförs nyttjas som fjärrvärme kallas anläggningen för kraftvärmeverk. Om värmen inte utnyttjas, utan bara kyls bort med sjövatten i en kondensor eller i ett kyltorn, kallas anläggningen för ett kondenskraftverk. Elproduktionen i ett kraftvärmeverk blir något lägre än i ett kondenskraftverk eftersom ångans temperatur efter turbinen måste vara något högre om den skall kunna användas för fjärrvärmeproduktion. Å andra sidan utnyttjas bränslets energiinnehåll bättre i ett kraftvärmeverk än i ett kondenskraftverk. De svenska kärnkraftverken är exempel på kondenskraftverk. Värmeenergin i ett kärnkraftverk erhålls genom kärnklyvningar i reaktorhärden. (Läs mer om kärnkraft under Kapitel 11) Inom bland annat massa- och pappersindustrin används så kallade mottryckskraftverk för produktion avel och ånga. Principen är densamma som för ett kraftvärmeverk, med skillnaden att ångan produceras med ett högre tryck. Ångan kan då, efter att ha passerat turbinen, användas som processånga. En annan kraftcykel är gasturbincykeln. Principen för en gasturbincykel är att en blandning av bränsle och komprimerad luft antänds. Förbränningsgaserna från bränsle/luftblandningen trycks med hög hastighet genom en gasturbin, som driver en generator. El kan också produceras i en kombinerad gas- och ångturbincykel, en så kallad gaskombi. Där leds förbränningsavgaserna från en gasturbin till en ångpanna för att generera ånga som driver en ångturbin. En gasturbin eller en gaskombi kan också köras som ett kraftvärmeverk genom att värmeinnehållet hos avgaserna/ångan efter turbinen används för fjärrvärmeproduktion. Principen för en ångturbincykel är att vatten upphettas till ånga som under högt tryck får turbinaxeln att rotera. Turbinaxeln driver en generator som producerar el. Ångan kyls därefter i en kondensor (kondenskraftverk) eller i en värmeväxlare för fjärrvärme (kraftvärmeverk). Ångan övergår då till vatten som pumpas tillbaka till ångpannan. Källa: Svensk Energi 140

9 13.1 Hur pre I ett vattenkraftverk produceras el ur lägesenergi genom att nivåskillnader i vattendragen utnyttjas. Vattnet ligger lagrat i en damm som lägesenergi, men när dammen öppnas och vattnet faller ner mot turbinen omvandlas det till rörelseenergi. När vattnet träffar turbinen, som är kopplad till en generator, börjar den rotera och generatorn bildar på så sätt elenergi. (Läs mer om vattenkraft under Kapitel 8) I vindkraftverk omvandlas vindens rörelseenergi till el då den får turbinen, som är kopplad till en generator, att rotera. En vindturbin arbetar i fri strömning, det vill säga luften kan inte komprimeras eller ledas som ånga och vatten in i turbinen och har därför relativt låg verkningsgrad. (Läs mer om vindkraft under Kapitel 10) I solceller omvandlas solens strålningsenergi direkt till el. Solcellstekniken som vi använder oss av i Sverige grundas på egenskaper som finns hos halvledarmaterial. En halvledare består vanligen av kisel som har en kristallstruktur. Om en halvledare dopas (förorenas) ändras kristallstrukturen genom att man byter ut en kiselatom mot ett annat ämnes atom. Denna atom har ett annat antal elektroner, vilket ökar ledningsförmågan hos materialet. När solljuset avger sin energi till solcellen förflyttar sig elektronerna och en elström uppstår. Kraftslagens olika roller i produktionssystemet Det är i praktiken ingen skillnad på el som är producerad i ett vindkraftverk jämfört med el som producerats i ett kärnkraftverk. De olika elproduktionsanläggningarna har dock olika roller i elproduktionssystemet. I Sverige utgör kärnkraftverk och vattenkraftverk produktionsanläggningar med stor kapacitet och med relativt låga rörliga kostnader. Dessa anläggningar utgör därför baskapacitet, vilket innebär att de ligger som produktionsbas i det svenska elsystemet och utnyttjas i princip hela året. Vindkraften kan också anses utgöra baskapacitet, men vindkraftproduktionen kan inte styras på samma sätt som vattenkraft och kärnkraft, utan elproduktionen beror av hur mycket det blåser. Vattenkraften används också som reglerkraft i det svenska systemet. Reglerkraften används för att på kort sikt reglera elproduktionen så att den är lika stor som elanvändningen. Kraftvärmeanläggningarnas elproduktion styrs till viss del av fjärrvärmebehovet. Kondenskraft baserat på fossila bränslen används i Sverige av kostnadsskäl endast vid höglast, när det råder mycket stor efterfrågan på el. Gasturbinerna har mycket höga rörliga kostnader och utgör reservkraft som kan tas i drift i kritiska situationer när störningar och fel inträffar. Källor: ÅF, Svensk Fjärrvärme och Svensk Energi Principskiss för en gastubin Källa: Svensk Energi

10 13.2 Elproduktion i Sverige 13.2 Elproduktion i Sverige Elproduktionsanläggningar Kartan visar placeringen av några elproduktionsanläggningar i Sverige som har en större eleffekt än 100 MW. Svenska elproduktionsanläggningar (eleffekt > loomw) Vattenkraftverk Det finns idag cirka l 800 vattenkraftverk i Sverige. Av dem har drygt 200 en effekt på 10 MW eller mer. I tabellen redovisas de vattenkraftstationer som hade en eleffekt på mer än 200 MW i oktober D Vattenkraft O Kondensanläggningar 6. Kärnkraftverk O Gasturbinstation De största vattenkraftstationerna, MW Harsprånget 830 Stornorrfors 591 Messaure 452 ~~ MO Letsi 440 Ligga 343 Vietas 325 Ritsem 320 Trängslet 300 Porsi 275 Kilforsen Krångede Seitavare Harrsele Trollhättan Källa: Svensk Energi

11 13.2 Elprodukti< Kärnkraftverk I Sverige finns tolv reaktorer på fyra platser, varav tio är i drift. Nedan redovisas eleffekten (netto) i de av landets tre kärnkraftverks sammanlagt tio reaktorer 2008 som är i drift. Kärnkraftverk netto effekt 2008, MW Ringhals Forsmark Oskarshamn Källa: Elåret 2008,Svensk Energi Elproduktionen Det svenska elkraftsystemet består totalt av tusentals samverkande anläggningar. Tabellen anger installerad kapacitet 2008 i MW samt producerad elenergi 2008 (netto) i TWh. Elproduktionen och kapacitet i Sverige 2008 Produktions slag Vattenkraft Vindkraft Kärnkraft Kraftvärme, industri Kraftvärme, fjärrvärme Kondenskraft Gasturbiner *Preliminär uppgift Kapacitet (MW) Källa: Elåret 2008, Svensk Energi Elproduktion 2008 netto (TWh) * O 146 Elproducenterna Staten äger genom Vattenfall 42 procent av elproduktionskapaciteten i Sverige. Utländska ägare representerar 40 procent, kommuner cirka 11 procent och övriga cirka 7 procent av ägandet. De fem största elföretagen svarade under 2008 för 128,3 TWh eller 88 procent av Sveriges totala elproduktion. De största el producenterna 2008, TWh Norden* Sverige* Vattenfall 73,5 (72,7) ~- 66,0 (64,4) Fortum, Sverige 49,9 (49,3) 27,9 (26,0) Statkraft, Sverige 41,9 (35,8) 1.3 (1,3) E.ON 30,2 (32,4) 29,8 (31,9) Skellefteå Kraft 3,8 (3,9) 3,3 (3,4) -- Summa 199,3 (194,1) 128,3 (127,0) * Föregående års värden inom parentes. Källa: Elåret 2008, Svensk Energi

12 13.2 Elproduktion i Sverige Energiföretagens krafttillgångar i Sverige, MW, 1 januari 2009 Företagsnamn Vattenkraft Kärnkraft Vindkraft Övrig Summa värmekraft Vattenfall AB E.ON Sverige AB l Fortum Power and Heat AB O Skellefteå Kraft AB Svenska Kraftnät O O O Mälarenergi AB 57 O O Göteborg Energi AB O O Statkraft Sverige AB l 261 O O l l 262 Jämtkraft AB 211 O Tekniska Verken i Linköping AB 91 O O Holmen Energi AB 252 O O O 252 Södra Cell O O O Umeå Energi AB 153 O Öresundskraft AB 3 O O Billerud O O O Stora Enso O O O Karlstads Energi AB O SCA O O O LuleKraft AB O O O Holmen O O O SundsvalIs Elnät AB O O O Växjö Energi AB O O O Sollefteåforsens AB 49 O O O 49 Borås Energi Nät AB 12 O O Jönköping Energi Nät AB 20 O O Övik Energi AB O O O Gävle Energi AB 15 O l Eskilstuna Energi & Miljö AB O O O L,unds Energkoncernen AB (publl O O " ~--- Ovriga 536 O Summa Källa: Elåret 2008, Svensk Energi 144

13 13.2 Elprodukti< I diagrammet visas ungefär i vilken utsträckning olika anläggningar utnyttjades för elproduktion Kondenskraftverk och gasturbiner är samlade i kategorin "övrigt". Elproduktion 2008 netto Kraftvärme, industri Övrigt 4,3% 1,0% ~ \ Vindkraft -- 1,4% totalt 146 TWh Kraftvärme, fjärrvärme /4,9% Använda bränslen för elproduktion i industrins mottrycksanläggningar 2008 totalt 6,3 TWh* Övrigt 7% Biobränsle 84% Kärnkraft 42,0% Källa: Elåret 2008, Svensk Energi * Preliminär statistik Källa: Bearbetad data från Elåret 2008, Svensk Energi Den totala värmekraftens elproduktion var 14,3 TWh år Av dessa producerades 6,3 TWh i industriellt mottryck, 7,2 TWh i kraftvärmeanläggningar i fjärrvärmesystem samt ungefär 0,8 TWh i kondenskraftverk och gasturbiner. Använda bränslen för elproduktion i kraftvärmeverk i fjärrvärmesystem 2008 Olja 1% Naturgas 13% * Preliminär statistik totalt 7,2 TWh* Övrigt 4% Kol 8% Källa: Bearbetad data från Elåret 2008, Svensk Energi Biobränsle 57% Tabellen anger verkningsgrad för olika typer av värme- och el producerande anläggningar. Verkningsgraden i en anläggning varierar mycket beroende på anläggningens ålder och typ av bränsle, siffrorna skall därför ses som genomsnittliga värden. Tabellen anger också hur stor procentuell andel av den totala producerade energin som är värme- respektive elenergi. Produktions- Verkningsgrad Andel Andel slag (%) värme (%) el (%) Vattenkraftverk ca Kärnkraftverk ca Kondenskraftverk Gasturbiner Vindkraftverk ca Solceller ca Kombicykel med gas- och ångturbin Kraftvärmeverk ca Industriellt mottryck ca Hetvattencentral Värmepump Solfångare Källa: ÅF-Process AB

14 13.3 Så fungerar elmarknaden 13.3 Så fungerar elmarknaden Den l januari 1996 reformerades den svenska elmarknaden. Reformen innebar att produktion och försäljning avel separerades från överföring avel och att el produktion och elhandel utsattes för konkurrens. Överföringen avel, eller nätverksamheten, behölls som ett naturligt monopol. Syftet med reformen var att effektivisera elproduktionen och därigenom skulle elpriserna kunna bli lägre för konsumenterna. Innan avregleringen skedde elförsäljningen på en monopolmarknad. Den distributör som hade områdeskoncession, det vill säga skyldighet att sälja el för normala förbrukningsändamål inom ett område, sålde el till samtliga abonnenter inom ornrådet. Rättigheterna att sälja el tilldelades av staten. Priset sattes av distributörerna och styrdes i många fall av politiska beslut samt begränsningar genom kommunallagar. Större kunder, exempelvis stora industrier, kunde köpa el direkt från stamnätet. Den avreglerade el marknaden innebär att kunderna själva kan välja vilken elleverantör de vill köpa sin el från vilket ger större förhandlingsutrymme om villkoren i leveransen. I samband med avregleringen öppnades också möjligheter att handla el på en gemensam norsk och svensk kraftbörs, Nord Pool. Är 1998 integrerades den finska EL-EX-börsen i den skandinaviska elmarknaden. Sedan år 1999 deltar även västra Danmark (Jylland och Fyn) och sedan 2000 östra Danmark i handeln med el. Omsättningen av kraft på den gemensamma norsk-svensk-finska elbörsen Nord PooIJEL-EX har mångdubblats sedan 1996 och antalet aktörer som är verksamma på elmarknaden har ökat. Den övervägande andelen aktörer kommer från Norge, Sverige och Finland. Övriga utgörs av aktörer från Danmark, England, Holland, Tyskland och USA. Mer än 70 procent av den totala konsumtionen av Nordens elektricitet handlades under 2008 via Nord Pool. Idag har alla de nordiska länderna, förutom Island, öppnat sina marknader fullt ut för konkurrens. Island är dock på gång och är mitt uppe i arbetet med att anpassa sina lagar för en avreglering. Även inom övriga länder i Europa pågår en avregleringsprocess av elsektorn. Inom EU har frågan diskuterats i många år och 1996 trädde det så kallade elmarknadsdirektivet i kraft. Målet med direktivet är att skapa gemensamma regler för produktion, transmission och distribution avel inom EU. Elmarknadsdirektivet innebär att elmarknaderna i Europa stegvis öppnats för konkurrens. Länderna har dock valt olika öppningstakt. Några har valt att gå före direktivet och avreglerat fullt ut, såsom Tyskland, Österrike, Storbritannien och de nordiska länderna. Andra, såsom Frankrike, Grekland samt de nya medlemsstaterna i Östeuropa, går långsammare till väga med implementeringen av direktivet. I november 2002 enades EU:s energiministrar om att marknaderna skulle öppnas fullt ut till år 2004 för industrikunder och till år 2007 för hushållskunder. Elbörser för krafthandel finns förutom i Norden även i bland annat Spanien, Tyskland, Nederländerna, Österrike, Frankrike, Italien och Polen. 146

15 l3.3 Så fungerar el Byte av elleverantör Den första november 1999 slopades kravet på timvis mätning av elförbrukningen hos mindre och medelstora elanvändare i Sverige. På samma gång som mätartvånget slopades avskaffades också systemet med leveranskoncession där ett elhandelsföretag hade ansvar för elleveranser till vissa områden och skyldighet att köpa el från kraftverk på mindre än kw. I stället för timmätning infördes en schablonavräkning för att underlätta för dessa elanvändare att byta elleverantör. Aktörer på elmarknaden På el marknaden idag finns en rad olika aktörer. Det är dels elproducenter som producerar el i en anläggning. Elen matas in i en anslutningspunkt till elnätet. För detta betalar elproducenten en avgift till en nätägare. Nätägarna är de som ansvarar för att elenergin distribueras från produktionsanläggningarna till elanvändarna. Elanvändarna är de som tar ut el från elnätet och konsumerar elen. Dessa kan vara allt från hushåll till industrier. Elhandelsföretagen är de som köper el från elproducenterna eller på elbörsen och säljer el till elanvändarna. Elhandelsföretaget kan själva också producera den el de säljer. För att inte de elhandelsföretag som äger nät ska kunna gynna sin egen handelsverksamhet måste nätverksamheten vara juridiskt skild från handeln med el och från produktionen avel. Distribution avel Elen överförs mellan producenter och användare genom ett ledningsnät. Ledningsnätet består av sta m nätet, regionala Nätägare Stamnät Regionnä ""- Lokalnät./ Inköp "'-...,-- ---,/FörSäljning Elhandelsföretag balansansvar elåterförsäljare! llnköp!försäljning I Elbörs I nät och lokala nät. Genom avregleringen av den svenska elmarknaden är samtliga ledningar i Sverige öppna för alla köpare och säljare. Vid slutet av 2008 fanns det omkring 125 elhandelsföretag. Det svenska stamnätet omfattar totalt cirka km 400 kv och 220 kv kraftledningar med bland annat stationer, förbindelser med utlandet och kontrollsystem. Kraftnätet i Nordeuropa 2008 Svenska Kraftnät sköter stamnätet och har det övergripande systemansvaret för den svenska elförsörjningen. De ansvarar också för merparten av Sveriges utlandsförbindelser. Svenska Kraftnät är ett statligt affärsverk som fram till 1992 ägdes av Vattenfall. Regionnäten ägs av både statliga och privata nätbolag och de har normalt spänningsnivåer på mellan kv men i vissa fall också 220 kv. Ur regionnäten tar elverk och större industrikunder ut sin kraft. Tre elnätsföretag i Sverige äger större delen av de svenska regionnäten. Via de lokala näten, som normalt omfattar ledningar för högst 20 kv, överförs kraft till slutkunderna. Idag finns över 100 lokala nätföretag i Sverige av varierande storlek. Det svenska stamnätet är förbundet med andra länder med följande överföringskapaciteter: Överföringskapacitet till andra länder l Norge Danmark Finland Tyskland Polen Till Sverige, MW Från Sverige, MW langer den maximala tillåtna överföring. 2Överföringskapacitet kan i vissa situationer vara lägre än den angivna gränsen. 3Stabilitetsproblem och produktion i närliggande anläggningar kan sänka gränser. 4Överföringskapacitet kan i vissa situationer vara lägre på grund av flaskhalsar i det norska och svenska nätet. 5Föresätter nätvärn i drift. 6Överföringskapaciteten är begränsad till 460 MW från Nordel och 390 MW till Nordel på grund av begränsningar i det tyska nätverket. Källa: Annual Statistics Nordel 2008 Relationerna mellan aktörerna och transporten avel Källa: Svenska Kraftnät, ÅF-Process AB

16 13.3 Så fungerar elmarknaden Kraftnäteti Nordvästeuropa Del,,,enska slamnätet omfattar huvudsakligen kraftledningar for 400 och 220 kv. ställverk. transfonnatorstatloner m.m. samt utlandsför blndels.r för växel- och likström. Omfattning kv växelström 275 kv växelström 220 kv växelström Högspänd likström (HVDC) FrilodnIng J0643km 75km Kabel 4 km 4295 km 115 km 459km.' Vattenkral'lslatlon,'" : Vårme!<mftstalion " tranor. elkhpjjlingsstat/o)) 750 kv ledning 400 kvled"lrig' -""~, 215 kv 1<;d~ing --"220kV ledlllhg -'-:,SHnlkörl1l1igs!örbindelse,Io, "IägrespälmJngän220kV, ; --~Iatlerad/un<let byggnad, 148

17 13.3 Så fungerar el Driftsäkerhet För att elenergin ska nå konsumenten krävs ett driftsäkert och effektivt nät. Stamnätet förstärks ständigt genom kapacitetsutbyggnader, som ger en ökad överföringskapacitet, flexibilitet och driftsäkerhet. Stamnätets driftsäkerhet kan uttryckas i totalt antal störningar eller i antal störningar som medfört elavbrott för konsumenterna. Svenska Kraftnät ansvarar för den svenska elförsörjningen, vilket innebär förebyggande avelavbrott samt att se till att normal drift så snart som möjligt kan återupprättas efter ett avbrott. Enligt Svenska Kraftnät uppkommer störningar på stamnätet i genomsnitt vartannat eller vart tredje dygn, ofta på grund av ett åsknedslag. Av antalet störningar är det bara några få procent som leder till avbrott på leveranserna. Balansansvar Eftersom el inte går att lagra, måste det alltid vara balans mellan produktion och konsumtion avel. Alla kunder och leverantörer måste därför ha en balansansvarig som har ansvar för att löpande planera för balans mellan inmatning och uttag. Det innebär att dessa företag åtagit sig det ekonomiska ansvaret för att det svenska elsystemet tillförs lika mycket som förbrukas av de elanvändare som de har balansansvar för. Då kunderna skriver avtal med en elleverantör måste de också försäkra sig om att det finns en balansansvarig. Elpriset Det elpris kunden betalar inkluderar kostnader för elenergin, priset för transporten (en så kallad nätta riff), elcertifikat samt skatter och avgifter. Tillverkande industri och växthusnäring betalar ingen energiskatt på el. Övriga elkunder betalar energiskatt och moms som läggs ovan på skatten. Skatten på el har höjts kontinuerligt och står idag för knappt 40 % av det totala elpriset till hushållskunder. Det är endast priset för elenergin som kan påverkas av valet av elleverantör. Eftersom industrikunder inte betalar någon skatt blir en större andel avelkostnaden förhandlingsbar för dem än för hushållskunder. För nätverksamheten betalar man en avgift, nätta riff, som gäller på det lokala nät man är inkopplad på. Nättarifferna varierar beroende på nätstrukturen (glesbygd/tätort) och ska utgå från en självkostnad för eldistributionen. De är offentliga och övervakas av Energimyndigheten. Nättariffen ger alla kunder tillgång till hela det svenska elnätet, från stamnätet ner till den nivå där kraften tas ut. Det innebär också att priset på el inte kommer att vara högre för att den köps aven elleverantör på annan ort.

18 13.3 Så fungera Elbörsen Elbörsen Nord Pool består aven spotmarknad för fysisk handel och en terminsmarknad för handel med veckokontrakt. Den senare är en finansiell marknad för kontrakt om framtida leverans avel, som aktörerna kan utnyttja för prissäkring och riskhantering. Ytterligare en huvud produkt hos Nord Pool är clearing som innebär att Nord Pool blir kontraktsmotpart i kraftkontrakt för att därigenom reducera den finansiella risken för de som handlar med kontrakten. Nord Pool ASA ägs av det norska stamnätsföretaget Statnett och Svenska Kraftnät med 50 procent vardera. Elbörsen har sitt huvudkontor i Oslo, men har även kontor i Stockholm och Danmark. Nord Pool är även representerat i Finland genom ett samarbetsavtal med den finska elbörsen EL-EX. I januari 2002 skiljdes den fysiska handeln (spothandeln) ut i ett eget bolag, Nord Pool Spot AS. Bolaget ägs av samtliga systemoperatörer i Norden (dvs Svenska Kraftnät, Fingrid Oyj, Statnett SF och Energinet.dk) och Nord Pool ASA. På spotmarknaden handlar aktörerna med timkontrakt för nästkommande dygns 24 timmar. Priset sätts som ett jämviktspris där utbudskurvan och efterfrågekurvan korsar varandra. Elspotpriset är referenspris för elmarknaden och även för Nord Pools terminsmarknad. Omsättningen på spotmarknaden ökade från cirka 40 TWh 1996 till 298 TWh Terminsmarknaden är en rent finansiell marknad utan fysisk leverans där aktörerna med finansiella kontrakt (så kallade terminskontrakt) kan prissäkra köp och försäljning av kraft upp till tre år framåt i tiden. Terminsmarknaden är därför ett viktigt instrument för bland annat kalkylering och budgetering av framtida intäkter och kostnader vid handel med el. Utvecklingen avelspotpriset på spotmarknaden visas i figuren. Är 1996 var ett så kallattorrår med liten vattenkraftsproduktion, vilket resulterade i att det genomsnittliga elpriset var högt, 26,5 öre/kwh. Därefter följde flera våtår i rad, vilket ledde till att elpriset sjönk stadigt ända fram till mitten av Därefter vände spotpriset uppåt, vilket beror på att de internationella koloch oljepriserna steg kraftigt och att Danmark införde en koldioxidavgift på elproduktionen som påverkade importpriserna på el från Danmark. Under andra halvåret av år 2002 var tillrinningen till de nordiska vattenmagasinen ovanligt liten, vilket resulterade i en kraftig prisuppgång under årets slut. Det genomsnittliga elspotpriset under december månad 2002 var 61,8 örejkwh, vilket kan jämföras med nivåer på mellan 15 och 25 örejkwh under samma månad tidigare år. Sedan dess har elspotpriset åter gått ner och låg i december 2008 på cirka 48 örejkwh för att sedan åter stiga igen. Källor: Svensk Energi, Statens Energimyndighet, Nord Pool, Svenska Kraftnät, Nordel Elspotprisets utveckling, SEKjkWh 0,7 0,8 0,6 0,5 0,4 0, Källa: Nordpool 150

19 14 Värme- och kylproduktion Vårt klimat gör att vi har ett stort behov av uppvärmning jämfört med många andra länder. Att använda fjärrvärme för att värma husen är ett effektivt uppvärmningsalternativ i de tätorter där fjärrvärme är etablerad. I Sverige finns fjärrvärmenät utbyggt i 570 orter. År 2007 levererades hälften av all värme som användes i svenska bostäder och lokaler via fjärrvärmenätet. Fjärrvärme är den klart dominerande värmekällan i flerbostadshus medan många småhus främst använder direktverkande el, värmepumpar eller biobränsle. Anledningen är att fjärrvärme är ett konkurrenskraftigt uppvärmningsalternativ i områden med stora och tätliggande byggnader. Sedan 1992 har också fjärrkyla byggts ut i Sverige. Fjärrkylan ersätter enskilda kylmaskiner som används för komfort och processkyla i kontor och lokaler. Fjärrkylan använder liksom fjärrvärme ett rörledningsnät för att distribuera kylan. Det här kapitlet inleds med en beskrivning av olika sätt att producera värme både för enskilda byggnader men också i fjärrvärmesystem. Därpå följer en beskrivning av fjärrvärme och fjärrkyla i Sverige samt värmepumpar och värmelagring.

20 14.1 Hur produceras värme? 14.1 Hur produceras värme? Vi behöver värme både för att värma våra bostäder och lokaler och för att värma tappvarmvatten. På grund av det kalla klimatet är behovet av värme stort i Sverige. Uppvärmningen står för ungefär 55 procent av bostads- och servicesektorns totala energianvändning. Värmekällor Den dominerande värmekällan i småhus i Sverige är elvärme, vilket står för ungefär 40 procent. En annan vanlig värmekälla i småhus är kombipannor, som kan utnyttja el i kombination med olja och/eller biobränsle. Kombinerande uppvärmningssätt förekommer i 30 procent av Sveriges småhus. Den vanligaste kombinationen är elvärme tillsammans med biobränsle. I flerbostadshus och i lokaler är fjärrvärme den vanligaste uppvärmningsformen. Det utgör drygt 90 respektive 73 procent av de uppvärmda ytorna. Värmepumpar är ytterligare en värmekälla som blivit allt vanligare på senare år. Genom att installera värmepumpar minskar behovet av "köpt energi" utifrån. Totalt beräknas det finnas över värmepumpar installerade i Sverige. Produktion av värme Värme kan till exempel produceras i kraftvärmeverk, hetvattencentraler, värmepumpar, solfångare, i enskilda pannor eller genom elvärme. I kraftvärmeverk och hetvattencentraler produceras värme av bränslen som till exempel olja, kol, gas, torv, trädbränslen och avfall. I kraftvärmeverk produceras både värme och el. I en hetvattencentral produceras hetvatten av den värmeenergi som frigörs vid förbränning av ett bränsle. Värmen överförs sedan via värmeväxlare till ett fjärrvärmenät. Det förekommer också att värme produceras avel i en elpanna. I värmepumpar kan lågvärdig energi tas tillvara och utnyttjas för värmeproduktion. Exempel på värmekällor är utomhusluft, jordvärme, grundvatten, industriellt spillvatten, sjö- och havsvatten eller kommunalt avloppsvatten. Kompressorvärmepumpen är idag den vanligaste typen av värmepump. (Läs mer om värmepumpar under kapitel 14.3) I solfångare omvandlas solens strålar till värmeenergi genom att en vätska eller gas (ett värmemedium) värms upp. Solen värmer en matt och svart yta som innehåller kanaler med mediet som på så sätt blir varmt. Värmen leds sedan bort med det cirkulerande mediet för att användas direkt eller till lagring. (Läs mer om solenergi under kapitel 9) Elvärme innebär att värmen alstras med elradiatorer (direktverkande el) eller elpanna (vattenburen elvärme). En el panna är en hetvatten panna eller ångpanna som värms med elektrisk ström. Källa: Energimyndigheten, Svensk Energi, Svensk Fjärrvärme, ÅF 152