För att undersöka vilka fördelar 4GDH medför för olika typer av fjärrvärmenät har simuleringar genomförts i Microsoft Excel där fyra typiska svenska fjärrvärmenät undersökts utöver Borlänges fjärrvärmenät.
Programmet är inte specifikt anpassat till beräkningar på fjärrvärmenät utan simuleringarna byggde på att modellen fick byggas från grunden på egen hand. De fyra typnäten togs fram utifrån följande referenser Hagberg et al. (2017, sid 20-24), Werner, (2017a, sid 126, 419-429) och i samråd med en expert från fjärrvärmebranschen för att på bästa sätt representera olika typer av svenska fjärrvärmenät. Värmeproduktionsanläggningarna i de fyra typnäten presenteras i Tabell 31 i 6.2. I de fyra typnäten antogs värmebehovet vara samma som i Borlänge både i dagsläget och när 4GDH har implementerats.
Scenarioanalysen bygger på att Borlänges lastkurva från 2020 modifierats utifrån hur mycket effektivare rökgaskondensering och hur mycket mindre värmeförluster det blir vid en tillförseltemperatur på 50 °C och en returtemperatur på 20 °C i fjärrvärmenätet. Detaljerad beskrivning av hur lastkurvan modifierades återfinns i 10.5 i Appendix. För att kunna ta hänsyn till den effektivare rökgaskondenseringen beräknades rökgaskondenseringen i varje mätpunkt vid 4GDH baserat på fjärrvärmeproduktionen i anläggningarna med rökgaskondensering i samma mätpunkt innan 4GDH, samt tidigare beräkningar om hur mycket mer effektiv rökgaskondenseringen blir vid lägre nättemperaturer. Det extra tillskottet från rökgaskondenseringen subtraherades sedan från lasten på de befintliga värmeproduktionsanläggningarna. De minskade värmeförlusterna subtraherades även det från lasten på de befintliga värmeproduktionsanläggningarna. De modifierade lastkurvorna visar således inte hur fjärrvärmebehovet förändras vid en omställning till 4GDH utan hur driften av de befintliga fjärrvärmeproduktionsanläggningarna förändras.
Baserat på att lastkurvan i dagsläget och den nya lastkurvan nyttjades samtidigt som värmeproduktionsanläggningarna alltid antogs köras i en strikt ordning, vilket baserades på anläggningarnas driftskostnader kunde mängden levererad energi per värmeproduktionsanläggning och år beräknas. Detta möjliggjorde kvantifiering av undvikta bränslekostnader och CO2-utsläpp vid implementering av 4GDH i de
olika typnäten. När Borlänges fjärrvärmenät undersöktes anpassades värmeproduktionsanläggningarnas tillgänglighet efter vilka timmar de faktiskt kördes under 2020. I de övriga typnäten antogs värmeproduktionsanläggningarna alltid vara tillgängliga att köras på maximal effekt.
5 Borlänges fjärrvärmenät
I detta avsnitt presenteras information om Borlänges fjärrvärmenät, dess produktionsanläggningar och kunder.
Fallstudien har genomförts på Borlänge Energis fjärrvärmenät, se Figur 16Error! Reference source not found. för översiktlig nätkarta. Nätet består i huvudsak av ett stort nät som även är anslutet via en drygt 18 kilometer lång ledning till Faluns fjärrvärmenät. Nätet tillgodoser idag omkring 6 300 kunder med värme (Energimarknadsinspektionen, 2020). Borlänge Energi har även två mindre fjärrvärmenät i Ornäs och Torsång med egna produktionsanläggningar.
Borlänge kommun har upprättat tre delmål kring energieffektivisering fram till 2030 som alla tre direkt eller indirekt påverkar Borlänge Energis fjärrvärmenät och dess konkurrenskraft (Borlänge Kommun, 2020). Målen är att alla kommunkoncernens nybyggnationer ska vara noll- eller plusenergihus mellan 2021 och 2030, energianvändningen ska halveras vid renovering av befintliga byggnader samtidigt som övriga byggnader ska sträva efter 20 % minskad energianvändning till 2030 och förluster i fjärrvärmenätet ska vara under 11,5 % år 2030.
Figur 16. Borlänge Energis fjärrvärmenät.
I det stora fjärrvärmenätet finns tre anläggningar som vanligtvis tillgodoser nätet med värme: KVV vid Kvarnsvedens pappersbruk (Stora Enso), SSAB och Bäckelund. Information om kapacitet, årlig tillförsel och bränsle för de olika anläggningarna återfinns i Tabell 5. SSAB levererar restvärme från sina värmekrävande produktionsprocesser till fjärrvärmenätet. I Kvarnsvedens pappersbruk förbränns biobränslen i ett KVV med rökgaskondensering som tillgodoser både deras egna produktionsprocesser med värme och samtidigt levererar värme till fjärrvärmenätet. I Bäckelund KVV, som ägs av Borlänge Energi, produceras värme med en hetvattenpanna (P6) med rökgaskondensering och en kraftvärmepanna (P7) utan rökgaskondensering. För att kunna tillgodose nätet även vid topplast finns fem mindre oljepannor (P1-P5). I Hagbäcken, vid Stora Enso och Romme finns även mindre reservpannor, kallade yttre pannor.
Tabell 5. Bränsletyp och kapacitet för produktionsanläggningarna i Borlänges fjärrvärmenät. Turbinkapaciteten i Stora Ensos kraftvärmeverk tas ej hänsyn till eftersom påverkan på dess elproduktion har exkluderats från studien.
Produktions-
anläggning
Bränsletyp Installerad kapacitet
[MW]
Turbinkapacitet [MW]
P1-P5 Olja 125 -
P6 Avfall 15 -
P7 Avfall KVV 30,5 6,7
Stora Enso Biobränsle KVV 5–90 -
SSAB Industriell restvärme 10 -
Från Figur 17 kan det avläsas att kraftvärmepannan P7 tillsammans med spillvärmen från SSAB används kontinuerligt under hela året, medan hetvattenpannan P6 och värmen från Stora Enso används mer då värmebehovet är högt. De yttre oljepannorna och pannorna P1-P5 körs endast vid yttersta nödvändighet under kalla perioder med högt värmebehov. De har använts totalt 1,4 MWh samt 40 MWh vardera.
Figur 17. Hur de olika produktionsanläggningarna körs för att leverera effekt till Borlänge Energis fjärrvärmenät. Med FJV FEV till BE avses mängden levererad effekt från Falun till Borlänge.
I Borlänge Energis distributionsnät finns det totalt rör motsvarande 386 kilometer. Rören är av varierande karaktär då nätet har byggts ut i omgångar. Både singel- och twinrör av stål är vanligt förekommande men det finns även medierör av koppar. Isoleringen utgörs av polyuretan eller mineralull. Mantelrören är i stor utsträckning av polyeten men även asbest, PVC, papp och betong förekommer. Genomsnittlig tillförseltemperatur var under 2020 79,02 °C och returtemperaturen var 46,60 °C.
0.00 10,000.00 20,000.00 30,000.00 40,000.00 50,000.00 60,000.00 E ff ekt [ M W ]
Tillförd effekt till Borlänge Energis fjärrvärmenät
Studeras Figur 18 kan det ses att mängden såld värme från Borlänges fjärrvärmenät är störst till flerbostadshus, dit cirka 40 GWh mer värme årligen levereras än till småhus. Det kan även ses att ungefär lika mycket värme levereras årligen till lokaler som till småhus.
Figur 18. Redogör för mängden såld värme till olika typer av byggnader anslutna till Borlänge Energis fjärrvärmenät år 2019 (Energimarknadsinspektionen, 2020).