Simuleringar av Borlänges fjärrvärmenät och de fyra fiktiva fjärrvärmenäten ger en mycket förenklad bild av hur en omställning till 4GDH kan bidra till positiva effekter som minskade kostnader, minskade CO2-utsläpp
och ökad tillförseltrygghet. Den beräknade lastkurvan i ett 4GDH-scenario baseras på lastkurvan för ett enda år som sedan modifierats baserat på beräkningar kring mindre värmeförluster och effektivare rökgaskondensering. Således tar lastkurvan inte hänsyn till andra effekter en omställning till 4GDH kan ha som till exempel att fler kunder väljer att ansluta sig till fjärrvärmenätet eller att användare blir mer flexibla tack vare ökad andel intelligent mätutrustning. Dessutom antas lastkurvorna vara samma i Borlänge som i de övriga fallen vilket innebär att skillnader i fjärrvärmenätens storlek, geografiska plats och karakteristik inte tas hänsyn till.
Produktionsanläggningarna i Borlänge och de fyra fiktiva fjärrvärmenäten antas vara oförändrade från dagsläget till det att en omställning till 4GDH sker i simuleringen. Baserat på bakomliggande litteraturstudie är ökad integrering av solvärme, geotermisk värme, storskaliga värmepumpar och värmelager samt ökade leveranser av spillvärme en stor del av det som definierar 4GDH och således är det troligt att de tillgängliga värmeproduktionsanläggningarna i de simulerade fallen kommer att vara annorlunda vid en omställning till 4GDH jämfört med i dagsläget. En annan viktig del som definierar 4GDH är ökad integration med bland annat elsystemet och fjärrkylesystem, simuleringen tar dock endast hänsyn till effekter som uppstår i fjärrvärmesystemet. För att göra en heltäckande analys av de effekter en omställning till 4GDH kan ha i de olika fallen bör således även andra system tas hänsyn till där till exempel elproduktion i KVV baserat på elpris i stunden och möjlighet för fjärrvärmekunder att sälja överskottsvärme istället för att behöva kyla bort den undersökas.
Studeras resultaten av simuleringarna är det tydligt att produktionsmixen har en stor påverkan på hur fördelarna med 4GDH artar sig ur ett fjärrvärmeproduktionsperspektiv. I Borlänge visar simuleringen på ökade kostnader medan kostnadsbesparing erhålls i alla de fiktiva fallen. Samtidigt blir de undvikta CO2-utsläppen större i
Borlänge jämfört med de fyra fiktiva fallen. Att de undvikta CO2-utsläppen blir större kan förklaras av att en
omställning till 4GDH innebär att många drifttimmar undviks i P6 som använder avfall som bränsle vilket har en relativt hög emissionsfaktor, jämförs detta med undvikta drifttimmar av värmeproduktionsanläggningar som står för stora CO2-utsläpp i de övriga fallen så undviks fler drifttimmar i P6. Man blir även oberoende av
att nyttja oljepannor i Borlänge vid en omställning till 4GDH vilket har betydelse för att CO2-utsläpp minskar.
Att de totala kostnaderna för produktionen i Borlänge ökade vid simulering av 4GDH, jämfört med i de övriga fall där de minskade, kan förklaras av att Borlänge i dagsläget nyttjar mycket lite fossila bränslen samt en relativt stor andel avfall i fjärrvärmenätet. I de övriga studerade fallen nyttjas spetspannor som drivs av dyra bränslen som olja eller bioolja i större utsträckning än i Borlänge samt att avfall endast nyttjas i ett av fallen. Vid en omställning till 4GDH i dessa nät undviks drift av spetspannor och i tre av fallen förloras inga intäkter kopplat till avfallshanteringen, vilket således förklarar de större kostnadsbesparingarna. Att spetspannorna i princip aldrig behöver köras indikerar dock på en mycket god försörjningstrygghet i Borlänges fjärrvärmenät då fjärrvärmeproduktion aldrig behöver köras på maximal kapacitet, dessutom finns möjlighet att importera fjärrvärme från Faluns fjärrvärmenät i de fall produktionsanläggningarna inte skulle kunna möta fjärrvärmebehovet. Detta indikerar på att 4GDH bidrar till en mer socialt hållbar fjärrvärmetillförsel i Borlänge då risken minskar att kunder kommer stå utan fjärrvärme vid högt behov.
Studeras de fyra fiktiva fallen så är de minskade CO2-utsläppen störst för typnät 4 där i princip all drift av den
oljeeldade spetspannan undviks vid omställning till 4GDH och fjärrvärmebehovet kan nästan hela året mötas av fjärrvärme producerad i fliseldad hetvattenpanna. Samma gäller i typnät 2 där driften av oljeeldad spetspanna blir mycket liten jämfört med tidigare. De undvikta CO2-utsläppen blir dock avsevärt mindre
jämfört med typnät 4 då typnät 2 redan från början nyttjar oljepannan färre timmar än typnät 4 samtidigt som man har spillvärme som basproduktion vilket innebär att minskat behov av basproduktion inte medför några minskade CO2-utsläpp. Studeras typnät 1 och typnät 3 finns en tydlig skillnad i undvikta CO2-utsläpp där
simulering av typnät 1 visar på att undvikta CO2-utsläpp är nästan lika stora som för typnät 4 och drygt tre
gånger så stora som för typnät 3. Denna skillnad uppstår trots att typnät 1 och 3 har värmeproduktionsanläggningar för spets- och mellanlast som är nära identiska, det som skiljer näten åt är att typnät 1 har ett avfallseldat KVV medan typnät 3 har ett KVV som nyttjar sekundära biobränslen och att typnät 1 har något större produktionskapacitet i sin pelletspanna. Både typnät 1 och 3 nyttjar bioolja för produktion av fjärrvärme som möter spetslasten medan typnät 2 och 4 nyttjar olja. Trots detta blir de undvikta CO2-
utsläppen större för typnät 1 än typnät 2 vilket tillsammans med den stora skillnaden mellan typnät 1 och typnät 3 indikerar att det inte endast är undviken spetsproduktion som påverkar hur stora CO2-utsläpp som undviks
vid en omställning till 4GDH utan undvikt produktion för bas- och mellanlast spelar även en betydande roll. Studeras simulerade kostnadsbesparingar i de fyra typnäten uppstår störst kostnadsbesparingar i typnät 3 medan minst kostnadsbesparingar uppstår i typnät 1. Detta visar återigen på att basproduktionen spelar en betydande roll för fördelar med en omställning till 4GDH, då främsta skillnaden mellan dessa nät är att typnät 1 nyttjar avfall för basproduktion medan typnät 3 nyttjar sekundära biobränslen för basproduktion. Det som gör att typnät 1 erhåller betydligt mindre kostnadsbesparingar än övriga nät grundas i förlorade intäkter då avfallsförbränningen minskar. Typnät 2 och 4 har kostnadsbesparingar som är mindre än typnät 3 trots att simulering av 4GDH i dessa nät innebär att användandet av fossila bränslen för spetsproduktion minskar kraftigt, något som grundas i att typnät 3 använder biobränsle som basproduktion och att priset på detta är högt. Även detta belyser vikten av att inte endast rikta fokus mot undvikt spetsproduktion utan även undersöka hur basproduktionen förändras vid omställning till 4GDH. I samtliga fall ökar tillförseltryggheten vid en omställning till 4GDH då driften av spetspannor blir mycket begränsad och inget av typnäten någonsin behöver köra alla värmeproduktionsanläggningar på maximal kapacitet för att möta fjärrvärmebehovet. En risk är dock att de produktionsanläggningar som körs mycket sällan inte kommer vara ekonomiskt lönsamma att ha tillgängliga för drift vilket då gör försörjningstryggheten för fjärrvärme avsevärt sämre. För att undvika att detta sker skulle alternativa värmekällor som solvärme och geotermisk värme kunna introduceras i fjärrvärmenätet för att ge ytterligare försörjningstrygghet samtidigt som man gör sig oberoende av de anläggningar för fjärrvärmeproduktion vid spetslast som nyttjas i dagsläget.
Beroende av produktionsmixen har vissa nät större kostnadsbesparingar vid en omställning till 4GDH medan andra nät istället främst drar nytta i form av minskade CO2-utsläpp, något som exemplifieras om typnät 3 och
4 jämförs. I typnät 4 görs stora vinster med avseende på kostnader då drift av den oljeeldade spetspannan kan undvikas. I typnät 3 minskar både mängden olja och även mängden pellets som används i nätet, eftersom pellets är ett dyrare bränsle än flis som används som basproduktion i typnät 4 erhålls en större kostnadsbesparing. Beroende på om kostnadsbesparing eller minskade CO2-utsläpp är det huvudsakliga målet
med omställning till 4GDH kan olika typer av nät vara olika väl lämpade för 4GDH. Det är dock faktorer som i viss utsträckning går hand i hand eftersom bränsle som genererar stora utsläpp tenderar att vara mer beskattade. Policys och styrmedel är något som generellt sätt påverkar utvecklingen av fjärrvärmenät, genom att de används för att skapa incitament till att uppnå en mer resurseffektiv och hållbar värmesektor i Sverige. Framtida policys kan därför tänkas ha en avgörande inverkan på förutsättningarna för en omställning till 4GDH, speciellt med avseende på avfallsförbränning.
Beroende på utformningen av policyer kan angreppsplaner för fjärrvärmenät utformas olika, exempelvis kan en större beskattning på vissa bränslen skapa incitament hos vissa fjärrvärmebolag att se över alternativa energikällor i ett tidigare skede. Därför kan det tänkas att angreppsplanerna för en omställning till 4GDH kan se relativt lika ut grundat i liknande tekniska och ekonomiska barriärer, men att prioriteringsordningen för de olika stegen kan skilja sig något åt beroende på lokala förutsättningar som byggnadsbestånd, anläggningar för fjärrvärmeproduktion och tillgänglig restvärme. Borlänge Energis fjärrvärmenät och dess lokala förutsättningar anses dock vara representativa för svenska fjärrvärmenät då både bränslemixen, byggnadsbeståndet och nätets standard har stora likheter med det svenska genomsnittliga fjärrvärmenätet. Detta är något som återigen indikerar vikten av en ökad materialåtervinningsgrad och en förändring av policyer styrmedel för att en omställning 4GDH generellt sätt ska vara ett ekonomiskt lönsamt alternativt.
8 Slutsatser
Vilka tekniska förutsättningar krävs för att en kund ska kunna vara ansluten till 4GDH? Vilka kunder är tekniskt lämpade för 4GDH i Borlänge?
Idag går byggnader mot att vara mer energieffektiva och därav möjliggörs lågtempererad fjärrvärme i allt högre utsträckning. Huruvida kunder är lämpade för 4GDH avgörs av dess byggnadstekniska förutsättningar som byggnadsår, helst ska de vara byggda efter år 1980 (alternativt genomgått omfattade energirenoveringar) och en värmeanvändning under 90 kWh/m2 är att föredra. Ytterligare förutsättningar som krävs är att
uppvärmningssystem möjliggör god avkylning som ger returtemperaturer nära byggnaders komforttemperatur och därmed har ett uppvärmningssystem med förhållandevis stor värmeavgivande area. Även den omgivande infrastrukturen påverkar en byggnads förutsättningar att anslutas till 4GDH, där närhet till omgivande fjärrvärmenät är en viktig faktor och om kunden är belägen i ett område som är tätbebyggt eller ej kan vara betydande för implementering av 4GDH. Närhet till lågtempererade värmekällor är även en viktig faktor, som exempelvis närhet till en befintlig returledning med relativt gott flöde alternativt lågtempererad industriell restvärme.
Utifrån de byggnadstekniska förutsättningarna, med avseende på omgivningen kombinerat med de ekonomiska lönsamhetskalkylerna, kan det konstateras att det i Borlänge är mest lämpat med implementering av 4GDH i samband med nybyggnationer, alternativt i byggnader som har låga temperaturkrav och goda förutsättningar sett till omgivningen. Det är också avgörande var i Borlänge byggnaden är belägen, exempelvis kan det vara svårt att implementera 4GDH i enskilda byggnader i periferin av fjärrvärmenätet då flödet ofta är en begränsande faktor för att nyttja sekundära lösningar. Möjligheten till att implementera lågtemperade sekundärnät om även närliggande byggnader kan nyttja lågtemperad fjärrvärme. Närhet till SSAB är något som kan vara fördelaktigt eftersom det är en industri med relativt stora mängder outnyttjad lågtempererad restvärme och därför finns det god potential att nyttja denna som värmekälla. Ett hinder till att få bostadsbolag att nyttja lågtempererad fjärrvärme vid nybyggnationer är att det inte premieras över vanlig fjärrvärme vid energiredovisning enligt BBR. Detta kan begränsa möjligheterna att få bidrag från Boverket för energieffektivt byggande som möjliggör lågtempererad fjärrvärme.
Vilka tekniska hinder finns för en omställning till 4GDH i Borlänges fjärrvärmenät? Hur kan dessa överbryggas på ett hållbart vis?
Det finns ett antal hinder som behöver överbryggas för att erhålla en tillförseltemperatur på 50 °C och en returtemperatur under 25 °C. Bland annat utgör BBR:s krav på en temperatur över 50 °C i VVC för att motverka tillväxt av legionella en barriär för 4GDH, något som man i andra länder har lyckats komma runt grundat i att lagstiftningen är utformad annorlunda. Ytterligare ett stort hinder är att samtliga fjärrvärmecentraler som används i dagsläget behöver uppdateras för att möjliggöra användandet av fjärrvärme med de temperaturer som är målet för 4GDH, vilket är en kostsam åtgärd och kräver incitament från exempelvis policyer eller styrmedel. Utöver det krävs det även att uppvärmningssystem på användarsidan utformas på ett sådant sätta att tillräckligt låga returtemperaturer kan genereras, vilket är något som är svårt för fjärrvärmebolag att påverka.
Ett hinder i två av de studerade fallen var att tillgängligt returflöde i närliggande ledningar var för litet för att tillräcklig mängd returvärme skulle kunna nyttjas för att erhålla en ekonomiskt lönsam investering. Således kan slutsatsen dras att det tillgängliga returflödet är ett tekniskt hinder som kan behöva överbryggas vid implementering av 4GDH i enskilda byggnader. Detta kan göras genom att istället för att sänka temperaturen till enstaka byggnader implementera större sekundärnät där returflöde från stora distributionsledningar används för implementering av lågtempererad fjärrvärme i större områden. För att detta ska vara möjligt krävs dock att samtliga byggnader i ett område kan nyttja lågtempererad fjärrvärme för att möta uppvärmnings- och tappvarmvattenbehovet. Således kan investeringen för att lokalt sänka nättemperaturer delas på en större mängd kunder. Skulle enstaka byggnader i det lågtempererade området inte kunna nyttja lågtempererad fjärrvärme kan värmepumpar nyttjas för att boosta temperaturen vid dessa byggnader.
Vilka ekonomiska, sociala och miljömässiga fördelar kan 4GDH leda till i Borlänge? Hur stora bränslekostnader och CO2-utsläpp kan undvikas?
Baserat på de studerade kundfallen finns endast ett fall där 4GDH är en tydlig ekonomiskt lönsam lösning. I ett antal andra fall kan ekonomisk lönsamhet finnas men det kräver att externa aktörer gör investeringar vilka då måste gynna dessa. För att främja en omställning till 4GDH spelar policys och styrmedel en betydande roll då storskalig implementering av 4GDH kräver att kunder genomför investeringar som möjliggör att uppvärmnings- och tappvarmvattenbehovet kan mötas med lågtempererad fjärrvärme.
Genom att på sikt påbörja en omställning av hela Borlänge Energis fjärrvärmenät till lågtempererad fjärrvärme kan främst miljömässiga vinster göras sett till reducerade CO2-utsläpp, men även social och ekonomisk nytta
kan erhållas. Lägre temperaturer i näten leder till att mer el kan produceras i kraftvärmeverket, något som genererar ökade intäkter på omkring 13 000 kr och minskade CO2-utsläpp motsvarande 19 ton CO2-eq årligen
per °C tillförseltemperaturen sänks. Även effekten från rökgaskondensering kan ökas med sänkta temperaturer i nätet. Utifrån beräkningar kan det konstateras att omkring 600 000 kr och 168 ton CO2-eq kan sparas in
årligen per sänkt °C av returtemperatur, med avseende på att rökgaskondensering ersätter fjärrvärme producerad i samma anläggning. Sänkt tillförsel- och returtemperatur med 1 °C leder även till minskade värmeförluster från nätet. Utifrån beräkningar kan det leda till minskade produktionskostnader på cirka 49 000 kr och minskade utsläpp på omkring 61 ton CO2-eq årligen.
Att nyttja lågtempererad fjärrvärme hos enstaka kunder kan även det bidra till sänkta returtemperaturer i nätet och även till ett minskat behov av bränsle. Att fjärrvärmenätet blir mer resurseffektiva är positivt då dess försörjningstrygghet ökar och beroendet av avfall och biobränslen kan minskas.
Simulering av Borlänges fjärrvärmenät visar på att en fullständig implementering av 4GDH kan leda till ett oberoende av fossila bränslen och minskat behov av avfallsförbränning för fjärrvärmeproduktion. I dagsläget innebär det stora undvikta CO2-utsläpp på 8 600 ton CO2-eq årligen samtidigt som bränslekostnaderna ökar
med 1 300 000 kr årligen i och med att avfallsförbränning i dagsläget ger en intäkt. Detta belyser att 4GDH först är lämpligt i Borlänge vid en högre materialåtervinningsgrad i samhället där avfallsförbränning inte är lukrativt och att en utveckling mot 4GDH kräver att policys och styrmedel utformas för att ge Borlänge Energi en ekonomisk drivkraft till att uppnå en hållbar fjärrvärmeförsörjning.
Finns det generellt förutsättningar för att ställa om till 4GDH i svenska fjärrvärmenät? Om så är fallet, hur kan en generell arbetsmetodik för att påbörja ett arbete mot 4GDH se ut?
Oavsett bränslemix som nyttjas i näten kan fördelar påvisas med en omställning till 4GDH, något som möjliggör att fjärrvärme kan fortsätta vara ett konkurrenskraftigt uppvärmningsalternativ på marknaden. Simuleringar visar på att fördelarna med 4GDH kan visa sig olika beroende på bränslemix som nyttjas i fjärrvärmenätet. Detta kan påverka hur styrmedel måste nyttjas för att motivera en omställning. Simuleringarna visar att fjärrvärmenät där biomassa eller spillvärme utgör en majoritet av fjärrvärmeproduktionen erhåller stora kostnadsbesparingar men begränsade undvikta CO2-utsläpp vid en omställning till 4GDH. I fjärrvärmenät
där avfall nyttjas primärt leder 4GDH istället till större minskade CO2-utsläpp men mindre kostnadsbesparingar
eller till och med ökade kostnader.
Ett arbete mot 4GDH i svenska fjärrvärmenät kan generellt initierats genom att nyttja följande metodik: - Identifiera och kvantifiera långsiktiga fördelar med 4GDH i dagens fjärrvärmenät. Beroende på
fjärrvärmenätets karaktär kommer olika fördelar att erhållas men vanliga fördelar är: mindre värmeförluster, ökad elproduktion i KVV, effektivare rökgaskondensering, minskade driftkostnader för pumpar och ökad tillgång till restvärme. Baserat på fördelarna, simulera hur fjärrvärmenätet påverkas av en omställning till 4GDH och undersök möjligheter med nya värmekällor, värmelager samt ökad integrering med andra delar av energisystemet.
- Inventera byggnadsbeståndet i fjärrvärmenätets närhet för att utvärdera möjligheterna till arbete mot 4GDH. Viktiga aspekter att ta hänsyn till återfinns under frågeställning 1 och 2. Eftersträvansvärt är att initialt implementera större sekundärnät där lågtempererad fjärrvärme nyttjas men i vissa fall kan även lösningar för enstaka fastigheter vara aktuella.
- Ta fram tekniska lösningar som lämpar sig väl för utvalda områden eller fastigheter där lågtempererad fjärrvärme kan nyttjas. Utvärdera ekonomisk lönsamhet och miljönytta genom att både inkludera direkta
fördelar som minskad bränsleanvändning men även långsiktiga fördelar med 4GDH i kalkyler. Undersök behovet av nya prismodeller för att tekniska lösningar ska gynna både producent och kund.
- Initiera samtal med andra aktörer för att kommunicera det värde 4GDH kan leda till för dem. Med ett flertal aktörer involverade kan arbete mot 4GDH bli en samordnad process där utveckling på produktionssidan går i takt med utveckling på användarsidan. Aktörer som generellt berörs av 4GDH är fjärrvärmekunder, bostadsbolag, industrier eller andra aktörer med restvärme samt beslutsfattare som kommuner eller myndigheter. Undersök tillsammans med dessa aktörer hur policys och styrmedel, likt EU:s klimattaxonomi, kan främja ett arbete mot 4GDH.