2007-05-10 Sid 1(6) Elvärme och värmepumpar - Executive summary Varför denna studie? Det finns många olika uppfattningar av hur användningen av elvärme och värmepumpar ser ut och vilka konsekvenser den har för miljö, kunder, elföretag och samhälle. Elföretagen har därför samlats i projektet Elvärme och värmepumpar i byggnader för att ta fram ett faktabaserat material som åskådliggör elvärmens roll. För att få en helhetsbild har även alternativen till elvärme studerats. Projektet har främst inriktats på att belysa elens roll för miljön ur ett kund- och samhällsperspektiv. Analysen har generellt begränsats till Norden och Sverige. Detta eftersom Europaperspektivet bedömdes alltför svårhanterligt och komplext m.h.t. utsläppshandel och grad av harmonisering av elmarknaderna. De sammansättningar av elproduktionen som har använts i analysen har valts för att ge en bild som är så nära verkligheten som möjligt inom dessa systemramar. Projektet omfattar 10 delstudier som redovisas i rapporter och OH-sammanställningar. Historisk utveckling Elvärme började introduceras i liten skala under 1960-talet men ökningen tog fart främst under 1970- och 1980-talen i och med oljekriserna. Från några TWh år 1970 ökade elvärmen till nära 30 TWh i början av 1990-talet för att sedan långsamt minska ner till ca 23 TWh år 2005. Allteftersom har skärpta byggnormer lett till allt energisnålare hus även om trenden planat ut de senaste åren. De senaste decennierna har huvudparten av nybyggda småhus byggts med någon form av elvärme. Att volymen elvärme trots detta minskat kan troligen förklaras av ett flertal faktorer som energieffektivisering av det äldre husbeståndet, installation av värmepumpar, tillvaratagande av värme från den ökande hushållselen, ökad användning av ved och pellets i hus med kombipannor samt viss konvertering till fjärrvärme. Om man hypotetiskt antar att elvärmen skulle ha ersatts med samma andelar annan energi som övrig uppvärmning under perioden 1970-2004 skulle de direkta CO2-utsläppen ha ökat med ca 160 Mton eller ca 4,6 Mton/år. Om man istället hade ersatt elvärmen med fjärrvärme eller olja skulle utsläppen ha ökat med 126 eller 255 Mton. Elvärmen har också betytt att utsläppen av kväveoxider och svaveldioxid har minskats kraftigt. Kostnadsutfallet för elvärmekonsumenterna är svårt att beräkna. De som har byggt nya elvärmda hus med bra energiprestanda har sannolikt haft fördelar av detta även om elpriset speciellt mot slutet utvecklats ogynnsamt, inte minst beroende på kraftigt ökande beskattning. Nuläge Elvärmeanvändningen i Sverige uppgick år 2005 till ca 22,5 TWh. Av detta gick ca 15,3 TWh till småhus vilket motsvarar ca 11 % av den totala elanvändningen i Sverige. Ca 75 % av småhusen har uppvärmningssystem som helt eller delvis utnyttjar elvärme. Däremot svarar elvärmen enligt statistiken bara för ca 43 % av den inköpta energin för uppvärmningen. Detta förklaras av att dels många kombinerar el med ved eller olja, dels den högre effektiviteten för elvärme samt att tillgodogörandet av fri energi och spillvärme gör att elen till synes har en mindre roll än den egentligen har. Totalt bidrar värmepumparna med ca 10 TWh fri värme varav ca 6,5 TWh i småhusen. Om man tar hänsyn till denna tillskottsenergi ökar elvärmens andel av uppvärmningen av småhus till ca 51 %. Andelen ökar ytterligare om man utgår från nyttig uppvärmningsenergi eftersom då omvandlingsförlusterna för ved och oljeeldning skall dras bort. Elens andel av uppvärmningen ökas ytterligare något om man också inräknar den tillgodogjorda energin för uppvärmning som kommer från spillvärme från hushållsel som belysning, TV-apparater, datorer, kyl- och frysskåp m.m.
2007-05-10 Sid 2(6) Av husen med elvärme i någon form svarade hus med el i kombination med annat bränsle för ca 40 % av antalet, hus med direktel för ca 20 %, hus med enbart vattenburen el för ca 15 % och hus med någon typ av värmepump inkl frånluftsvärmepump för ca 25 %. De elvärmda husen har generellt klart lägre behov av inköpt energi för uppvärmning än hus med andra uppvärmningssystem. Detta förklaras bl.a. av att elvärmda hus har byggts med bättre energiprestanda än andra hus. Hus som från början inte byggts för elvärme har lägre energiprestanda, vilket märks i statistiken. Följande bild visar behovet av inköpt energi för uppvärmning och tappvarmvatten för hus med olika uppvärmningssystem. Elförbrukningen i hus med bergvärmepump indikerar att dessa finns i hus med stora uppvärmningsbehov. Miljöutsläppen från olika uppvärmningssystem Vi har i studien endast sett till de relativa skillnaderna i utsläpp från olika uppvärmningssätt men inte ställt utsläppen i relation till den totala utsläppsbelastningen och skadeinverkan i Sverige eller Norden. Miljöutsläppen från olika hustyper har beräknats med olika modeller och ansatser. Elforsk:s EFFem-modell (www.effektiv.org) och dess utsläppsdata har varit grunden. Denna modell tar med utsläpp av olika ämnen från hela energikedjan (vaggan till graven). De direkta CO2- utsläppen har även beräknats på basis av officiell statistik samt simulerats med två olika elbalansmodeller. Räknat med svensk elproduktion och totalt inköpt energi för respektive hustyp ger elvärmealternativen lägst utsläpp för samtliga utsläppskategorier. Fjärrvärmen ger generellt ca 3,5 till 4 gånger så höga utsläpp som bergvärme utom för de flyktiga föreningarna där utsläppen är ca 5,5 gånger så höga. Det oljevärmda huset är som förväntat klart sämst vad avser växthuseffekt. Även dess partikelutsläpp är höga. Ved- och pelletsvärmda hus har generellt sämst miljödata utom vad avser växthuseffekten där det pelletsvärmda huset är likvärdigt med elpannehuset medan det vedeldade är klart sämre än alla elvärme-alternativ. Även när man utgår från nordisk elproduktion har el-alternativen lägst utsläpp för samtliga utsläppskategorier med undantag för växthusgaserna för vilka ved- och pelletshusen ger ca 30-40 % lägre utsläpp än för värmepumphuset. Fjärrvärmen ger generellt ca 2 gånger så höga utsläpp som bergvärme utom för de flyktiga föreningarna där utsläppen är ca 4 gånger så höga. Vad avser växthusgaser och partiklar ligger fjärrvärme i nivå med direktelhuset. Det oljevärmda huset ger generellt 3 4 gånger så höga utsläpp som bergvärme utom för marknära ozon där utsläppen är ca 20 gånger så höga. Ved- och pelletsvärmda hus har som tidigare generellt sämst miljödata utom vad avser växthuseffekten som är 30-40 % lägre än för bergvärme. Exempel på relativa utsläpp från olika genomsnittshus med olika uppvärmningsformer år 2005 vid nordisk elproduktion. Bergvärmehus =1. Typhus Marknära ozon NOx Marknära ozon eten Partiklar gram Bergvärmepump 1 1 1 Direktel 1,1 1,1 1,1 Elpanna 1,3 1,3 1,3 Fjärrvärme 2,3 3,8 1,2 Oljepanna 4,3 23 4,2 Pelletspanna 6,0 623 4,6 Vedpanna 7,4 645 2,7 Elvärmen har jämfört med alternativen mycket små lokala effekter. Miljöeffekter från utsläpp
2007-05-10 Sid 3(6) Utsläpp av SO 2 och NOx medför försurning av mark, grundvatten och ytvatten vilket påverkar fiskbeståndet negativt; Skogsmarken utarmas på näring; grundvattnet får högre metallhalter. En del av ämnena som går in i näringskedjan kan påverka hälsan negativt. Marknära ozon påverkar människor genom huvudvärk, ögonirritation och andningsbesvär. Växter får störd ämnesomsättning, fotosyntesen påverkas så att tillväxten minskar. Av störst betydelse för hälsan är kanske utsläppen av partiklar som när de penetrerar direkt ner i lungorna ger allergier, andningssjukdomar och cancer. Utsläpp av växthusgaser Det finns olika sätt att räkna på CO2-utsläpp. Det mest adekvata måttet på växthuseffekten är de ackumulerade utsläppen över en period som motsvarar den ekonomiska livslängden för de uppvärmningssystem man analyserar. Detta synsätt har utgjort riktlinje för analysen. M h t befintligt prognosunderlag har framtidskalkylerna gjorts för år 2020. Ambitionen har även varit att beakta eller belysa elvärmens ansvar för sin del av utsläppen från elsystemet. Kalkylerna har utförts för det nordiska och svenska elsystemet. CO2-utsläpp från uppvärmning av svenska småhus år 2003 vid normalårsbalanser. Energikälla Svensk elbalans Nordisk elbalans Mton CO2 % Mton CO2 % Olja 1,93 69 1,93 47 Fjärrvärme 0,35 12 0,35 1 9 Enbart el 0,17 6 0,93 23 El i kombination 0,11 4 0,63 15 Gas 0,23 9 0,23 6 Totalt 2,79 100 4,06 100 CO2-utsläppen har beräknats under förutsättning att all elanvändning ansvarar för sin relativa del av total elproduktion vilket möjligen gynnar elvärmen något vid den svenska systemavgränsningen. CO2-utsläppen från elvärme vid svensk elproduktion är ca 0,3 Mton vilket motsvarar ca 0,5 % av de totala CO2-utsläppen i Sverige. På nordisk basis blir utsläppen ca 1,6 Mton motsvarande ca 3 % av de svenska utsläppen. Simuleringar med en timvis elbalansmodell där svensk elvärme ersätts av genomsnittet av annan elanvändning i Norden visar att elvärmen ansvarar för lägre genomsnittliga specifika CO2-utsläpp än den övriga elanvändningen år 2005 (men högre år 2020). I nuläget gör man därmed inget större fel genom att utgå från att genomsnittliga CO2-utsläpp är relativt rättvisande i ett långsiktigt utsläppsperspektiv om inte elbalansen förändras i högre grad framöver. Framtid Åtgärder i befintliga småhus Behovet av köpt energi i form av värme och varmvatten kan minskas på ett påtagligt sätt genom att installera mekanisk ventilation med värmeåtervinning, effektiva fönster och tilläggsisolering av t.ex. vinden. Dessa åtgärder är i de flesta fall lönsamma och ger ett varaktigt lågt behov av energi för uppvärmning. Efter att bostaden åtgärdas går det att effektivisera ytterliggare med en värmepump eller byta uppvärmningsform, t.ex. till fjärrvärme eller biobränslen. Många äldre hus har ett dåligt isolerat klimatskal samtidigt som klimatskalet har en lång livslängd. Det är därför viktigt att utnyttja tillfället då klimatskalet skall bytas till att då även tilläggsisolera. Enligt SCB genomförs det ett kontinuerligt förbättringsarbete på våra äldre småhus. Under 2004 genomfördes t.ex. 120 000 energibesparande åtgärder uppdelat på 32000 tilläggsisoleringar, 42000 fönsterbyten, 34000 installationer av nya styrsystem och 11000 övriga åtgärder.
2007-05-10 Sid 4(6) Om man vill nå riktigt låg energiåtgång för uppvärmningen bör man enligt nedanstående figur börja med att åtgärda klimatskalet innan man byter eller åtgärdar energitillförseln. Åtgärder och konsekvenser i äldre bostäder Nuvarande Byte av uppvärmningsform Samma da småhus Effektiviserings -åtgärd Effektiviserings -åtgärd Lägre Effektivisering med värmepump Mål = Lågt Utgående från ett nybyggt småhus med ett av 18,6 MWh för uppvärmning och varmvatten som redan har effektiva fönster och är välisolerat kan man minska behovet av köpt energi genom ytterligare åtgärder till följande nivåer: 13 MWh med värmeåtervinning på ventilationsluften 9,3 MWh med frånluftvärmepump 7,6 MWh med bergvärmepump 5,6 MWh med värmeåtervinning på ventilation och en bergvärmepump Energibehov i nya småhus Det som styr energibehoven i dagens och morgondagens bostäder är gällande byggregler. Från den 1 juli 2007 börjar de nya byggreglerna BBR-06 att gälla, vilket innebär att de småhus som byggs efter denna behöver ca 50 % mindre köpt energi än tidigare. De nya byggreglerna innebär att bostäderna kommer att byggas med mekanisk ventilation med värmeåtervinning och troligtvis en heltäckande värmepump. Det finns även initiativ som innebär att husen byggs så energieffektivt att det inte behövs något separat värmesystem. Då värms husen med värmeförlusterna från apparater och människor, samt från en övertempererad ventilationsluft under de kallaste dagarna. Framtida bostäder kommer därmed att byggas betydligt effektivare än dagens. Bedömningarna beträffande teknikutvecklingen för värmepumpar är att vi inte står inför något stort tekniksprång utan teknikutvecklingen kommer liksom under senaste åren att kännetecknas av en fortsatt kontinuerlig effektivisering. Vi kan dock förvänta oss nya produkter som är mer anpassade till både äldre och framtidens byggnaders behov, samt att värmepumpen och huset behöver arbeta bättre tillsammans. För elvärmen kan det komma en ny tillämpning i de lågenergihus som byggs och som behöver enbart små energitillskott under några kalla perioder. Konsekvenserna av teknikutvecklingen av värmepumparna och uppkomsten av lågenergihus är att framtidens hus byggs energisnålt och att el i någon form verkar vara en effektiv lösning i dessa.
2007-05-10 Sid 5(6) Framtida elvärmevolym Inga egna prognoser av elvärmevolymen i framtiden har gjorts inom projektet. EME-Analys och Energimyndighetens prognoser indikerar att elvärmevolymen är relativt oförändrad eller något minskande framöver. Det som talar för minskad elvärme är ökad användning av värmepumpar och pelletseldning samt energibesparingsåtgärder. Drivkrafterna bakom detta är dels ökade energipriser och beskattning, dels uttalade EU-mål för energieffektivisering och därav följande styrmedel. Åt motsatt håll verkar dels att nya småhus sannolikt i hög grad får någon typ av elvärme, dels att konvertering bort från resterande oljeanvändning även ökar elvärmen. Eftersom nya hus har små el och en stor del av oljan redan har bytts ut är det inte osannolikt att energibesparing samt värmepumpar kommer att medföra att elvärmen totalt sett minskar. Elvärmens och värmepumpars inverkan på eleffektbehovet De svenska småhusens elvärme (exkl. värmepumpar) svarade år 2004 för ca 2 700 MW av effektbehovet under en typisk toppeffekttimme. Vid en 20-årsvinter ökar den svenska elvärmens effektbehov med ca 700 MW utöver den typiska maxeffekten. Om elvärmen i svenska småhus helt ersätts med annan genomsnittlig elanvändning i den nordiska elbalansen (här kallat normalisering) minskas det totala eleffektbehovet med ca 700 MW. Detta kan ses som elvärmens relativa effektbidrag jämfört med annan elanvändning i Norden efter en långsiktig anpassning/ersättning. Om all elvärme inom de svenska småhusen skulle konverteras till bergvärmepumpar minskas effektbehovet med ca 600 MW utan normalisering. Med normalisering ökar effektbehovet med ca 350 MW. Konvertering av 50 % av de oljevärmda husen samt annan elvärme till värmepumpar ökar effektbehovet med ca 800 MW utan normalisering och med ca 250 MW med normalisering. Som jämförelse bedöms det totala sammanlagrade toppeffektbehovet i Norden vara ca 69 000 MW enligt Nordel och ca 28 800 MW i Sverige (enligt Svenska Kraftnät) varför det relativa genomslaget av ökad eller minskad elvärme i de flesta scenarierna inte får något dramatiskt genomslag på effektbalansen. På sikt finns även möjligheten att elvärmens effektbehov reduceras både genom energibesparing och speciellt effektreducerande åtgärder som laststyrning och ökad effekttäckning hos värmepumpar. Framtida miljöutsläpp Miljöutsläpp vid nordisk elproduktionsmix Kalkylerna för år 2020 visar inga större förändringar baserat på Norden-nivå jämfört med läget i Norden år 2005. El-alternativens relativa fördelar reduceras en aning men är generellt sett stora. Miljöutsläpp vid svensk el enligt Klimatrapportens basscenario Elens miljöfördelar reduceras år 2020 för huvudparten av utsläppen med en faktor på 0,5 till 0,65 jämfört med 2005. Elvärme har dock fortfarande klart bättre miljödata än alternativen med undantag för växthusgasutsläppen för vilka det pelletsvärmda huset har något lägre utsläpp. Bergvärmda hus med lägre uppvärmningsbehov än typhuset (som kan antas utgöra en större andel i framtiden) ger dock lika låga eller lägre växthusgasutsläpp som pelletshuset. Miljöutsläpp vid svensk el enligt Klimatrapportens alternativscenario Enligt scenariot för 2020 med 60 års livslängd för kärnkraften försvagas elvärmens miljöfördelar något om man jämför med läget 2005. Elvärmealternativen har fortfarande klart bättre miljödata än de andra alternativen med undantag för växthusgasutsläppen där utsläppen för bergvärme är lika med de för pellets medan vedeldning ungefär motsvarar elpannor.
2007-05-10 Sid 6(6) Framtida CO2-utsläpp Enligt prognoserna minskar de totala direkta CO2-utsläppen för uppvärmning av svenska småhus med ca 1,3 resp. 1,8 Mton/år fram till 2020 beroende på om man räknar med en svensk eller nordisk elbalans. Minskningen beror främst på att värmepumpar och biobränslen ersätter oljevärme men för nordisk del bidrar även minskade utsläpp från elproduktionen. För svensk del ökar utsläppen från elproduktionen något. De långsiktiga konsekvenserna av att ersätta vanlig elvärme med annan uppvärmning leder med svensk elbalans till ökade utsläpp av växthusgaser. Detta gäller även vid ersättning med enbart ved- och pelletseldning om man tar hänsyn till metanutsläppen. Om värmepumpar ersätts med annan uppvärmning ökar CO2-utsläppen ytterligare. Även med en nordisk elbalans leder minskad elvärme till ökade CO2-utsläpp. Beräknat med den timvisa modellen på basis av nordisk elproduktion leder ett långsiktigt ersättande av elvärme med annan elanvändning och annan uppvärmningsenergi till en ökning av CO2ekvutsläppen med 0,4-1,4 Mton/år som långsiktig effekt. Olika antaganden om energipriser, CO2-kostnader och tillkommande elproduktion påverkar givetvis utfallet. Förutsättningar om tak för CO2-utsläpp och handelssystem innebär en helt annan analyssituation som inte behandlas i denna studie.