– Jag blev själv förvånad, att satsa på el för att producera värme kändes som tillbaka till 1970-talet. Men genom att köra värmepumpar som utnyttjar värme från exempelvis industrier eller avloppsvatten när det finns ett överskott av el från sol- och vindkraft och lagra värmen blir det kostnadseffektivt. Tvärtom så ska el inte användas till värmeproduktion vid de tider när efterfrågan på el är stor, säger Joel Bertilsson, doktorand vid Chalmers som står bakom studien.
I studien har Joel Bertilsson simulerat hur sex svenska städer kostnadseffektivt kan lösa sitt el- och värmebehov 2050. Resultatet är att el skulle kunna stå för 70–85 procent av värmeproduktionen i fjärrvärmenätet, mot dagens nivåer som ofta ligger under 20 procent eller till och med noll. Elen används för att driva storskaliga värmepumpar som utnyttjar värmekällor som datacenter eller sjöar, vilket kraftigt minskar dagens eldning av biobränslen och avfall.
– Resultatet bygger på antagandet att efterfrågan av biomassa spås öka kraftigt från till exempel industrin och raffinaderier för att producera bland annat biobaserade produkter och bränslen, vilket driver upp priset på bioråvaran. En annan slutsats är att vi kan använda våra befintliga elledningar mer effektivt och minska behovet att bygga ut elnätet, säger Joel Bertilsson.
En förutsättning för att systemet ska fungera är ökad flexibilitet i energisystemet, där energiföretag, industrier och hushåll anpassar både tillförsel och efterfrågan av energi.
– I dag saknas tydliga incitament för ökad flexibilitet. En dynamisk prissättning av el kan vara en del, där priset är högre vid hög efterfrågan och lägre när det finns överskott av el. Man kan också tänka sig någon form av flexibilitetsmarknad, säger Filip Johnsson, professor i energisystem vid Chalmers och programchef för Mistra Electrification.
Ulf Hagman, avdelningschef för strategi och innovation på Göteborg Energi som är ett av flera energiföretag inom Mistra Electrification, tycker att studien är intressant men tror att även ökande elefterfrågan och krav på försörjningstrygghet kommer att påverka i hur stor utsträckning fjärrvärmeföretag kommer använda eldrivna värmepumpar.
– Ska Sverige klara att elektrifiera både industrin och transportsektorn är det en fördel om inte elbehovet för uppvärmning ökar samtidigt. Oavsett det blir det allt viktigare för fjärrvärmeföretag att bli mer resurseffektiva, så att utnyttja restvärme från industrin så långt som möjligt innan värmepumpar eller andra uppvärmningskällor används bedömer vi är en nyckel, säger Ulf Hagman.
Om studien
Studien ”The impact of energy-related city properties on optimal urban energy system” har undersökt hur sex svenska städer kostnadseffektivt kan klara sin energiförsörjning 2050 och samtidigt vara fossilfria. De undersökta städerna är Göteborg, Luleå, Malmö, Norrköping, Skellefteå och Stockholm.
Resultatet är att el skulle kunna stå för 70–85 procent av värmeproduktionen i fjärrvärmenätet, främst från storskaliga värmepumpar. För att inte överskatta värmepumparnas betydelse har studien antagit värmepumpar med förhållandevis låg verkningsgrad (motsvarande verkningsgraden för luftvärmepumpar).
Studien har utgått från industrins behov av el och vätgas, laddinfrastruktur till transportsektorn och städernas behov av värme och el. Tillgången till el och värme utgås komma från vindkraft och kärnkraft via kraftledningar in till städerna, solceller, restvärme, kraftvärme, värmelager och batterilager.
Ladda ner studien
Hela studien kan laddas ner här.
Stockholm – elbilar balanserar elnätet
– 85 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på cirka 1 000 MW för värmeproduktion.
– Värmelager på cirka 10 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
– Elbilar får en tydlig roll att balansera elsystemet vid höga effektbehov, genom tekniken vehicle-to-grid där parkerade elbilars batterier används. Förutsätter ekonomiskt incitament som attraherar elbilsägare.
– Enda stad där biobaserad kraftvärme blir en del av energisystemet för att staden vintertid har många timmar nära maxkapaciteten av elöverföring in till staden.
Göteborg – lågt behov av värmelager
– 75 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 440 MW och som även utnyttjar restflöden av värme från industrin. Baseras på prognos att restvärmen från industrin minskar från dagens nivåer, om inte kan den användas och behovet av värmepumpar minskar.
– Värmelager på cirka 2 TWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
– Ett jämnare värmebehov över både dygnet och året än många andra städer ger lågt behov av värmelager.
Malmö – solceller i kombination med elbilar en viktig del
– 80 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 130 MW.
– Värmelager på cirka 1,6 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
– Solceller på cirka 180 MW, där elbilar utnyttjar solcellernas produktionstoppar, blir en del av den optimala lösningen. Malmö är den stad som visar störst potential för solel.
Skellefteå – mycket restvärme från smältverket Rönnskär
– 70 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 60 MW.
– Värmelager på cirka 0,8 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
– Smältverket Rönnskär i Skelleftehamn ger restvärme med höga temperaturer, vilket minskar behovet av värmepumpar.
– Har högst andel elpannor av städerna, tack vare restvärmen från Rönnskär. Den gör att behovet av spetsvärme behövs relativt få timmar per år, vilket innebär att elpannor med låg investeringskostnad blir en bättre investering än värmepumpar som generellt har högre investeringskostnad.
Luleå – fossilfri stålproduktion bidrar till flexibilitet
– 75 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 120 MW.
– Värmelager på cirka 1,5 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
– Har störst behov av värmelager av städerna på grund av stora svängningar av utetemperaturen vilket ger variationer i efterfrågan av värme.
– En utgångspunkt är att SSAB har ljusbågsugnar i drift för produktion av fossilfritt stål och att det finns flexibilitet när de kan köras. Det öppnar upp för användning av solceller i kombination av batterilagring, vilket blir kostnadseffektivt om en stor del av produktionen kan ske sommartid.
Norrköping – 85 procent av värmen produceras av el
– 85 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 300 MW.
– Värmelager på cirka 1 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
För mer information
Joel Bertilsson, doktorand vid institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap, Chalmers tekniska högskola
073-081 06 10
joel.bertilsson@chalmers.se
Filip Johnsson, professor i energiteknik, institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap, Chalmers tekniska högskola och programchef för Mistra Electrification
070-308 80 68
filip.johnsson@chalmers.se
Ulf Hagman, avdelningschef för strategi och innovation, Göteborg Energi
070-221 68 16
ulf.hagman@goteborgenergi.se
Daniel Hirsch, kommunikationsansvarig Mistra Electrification
0708-96 90 09
daniel.hirsch@energiforsk.se
