Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 Information@kau.se www.kau.se Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap
Miljö- och energisystem
Annica Sterner
Konvertering från direktverkande el i kommersiella lokaler
Ekonomisk och hållbar utveckling
Conversion from direct electricity heating in commercial premises
Economic and sustainable development
Examensarbete 22,5 hp
Högskoleingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik
Juni 2015
Handledare: Jens Beiron Examinator: Lena Stawreberg
Sammanfattning
Byggnader i världen står för 40 % av den totala energianvändningen. Klimatförändringar får allt större betydelse, men få är villiga att dra ner på sin levnadsstandard eller få högre kostnader för förändringarna. Genom att energieffektivisera det befintliga fastighetsbeståndet ges de största vinsterna ekonomiskt och miljömässigt.
Fastighetsbolaget Klövern AB förvaltar 46 fastigheter i Karlstad Kommun. Uppvärmning är den största utgiften av de totala driftskostnaderna för fastigheter. Stigande energipriser ökar behovet för Klövern AB att energieffektivisera och utreda alternativa värmekällor. Rapportens syfte är att undersöka alternativa värmekällor för Hammaren 21, en av Klöverns fastigheter som idag har direktverkande el. Ett nytt system utreds ur en ekonomisk och hållbarhetsmässig aspekt. Målet är att kunna presentera ett resultat som kan användas som beslutsunderlag hos Klövern AB.
Den ekonomiska analysen sker genom att beräkna totalkostnaden över 20 år med en LCC (LifeCycleCost) i nuvärde, vilket innebär att summan räkas om till dagens penningvärde.
Denna beräkning utförs med tre möjliga scenarier, där kalkylränta, inflation och prisökning på energi varieras utifrån ett normalfall, som anses som det mest troliga, samt låg- och hög prisutveckling.
Hållbarhetsaspekten analyserar koldioxidpåverkan samt resursåtgång med avseende på MWh bränsle.
Fastigheternas totala energibehov för värme är 228 000 kWh/år vilket motsvarar 117 kWh/m2. Kostnaden för uppvärmning och tappvarmvatten är 204 000 kr/ år. Fjärrvärme har en lägre investeringskostnad och en högre årskostnad jämfört med bergvärme, där det omvända gäller.
Det mest ekonomiskt lönsamma valet är att installera bergvärme, med en värmepump per fastighet. Detta ger en årlig besparing på 75 % av driftskostnaderna, och total kostnadsbesparing under 20 år mellan 800 000 och 2 700 000 kr. Bergvärmen kan även utnyttjas till att kyla lokalerna. Installation av fjärrvärme ger en årlig besparing av driftkostnaderna på 39 % och en total kostnadsbesparing över 20 år mellan 780 000 kr och 1 830 000 kr. Pay-off för fjärrvärme är 4 år och för bergvärme 7 år.
Fjärrvärme är bästa valet ur en hållbarhetsaspekt. Fjärrvärme ger ett minskat koldioxidutsläpp på 203 ton CO2/år och en minskad resursåtgång på 481 MWh bränsle. Motsvarande siffror för bergvärme är 173 ton CO2/år respektive 421 MWh bränsle.
Abstract
Buildings worldwide account for 40 % of the total energy use. Climate change is of increasing importance, but few are willing to reduce their standard of living or get a higher cost for the change. Energy efficiency of existing buildings gives the greatest benefit economically and environmentally.
The real estate company Klövern AB manages 46 properties in Karlstad. Heating is the major cost of the total operating costs of real estate. Rising energy prices increase the need for Klövern AB to improve energy efficiency and to investigate alternative sources of heat. The report's purpose is to explore alternative sources of heat for Hammaren 21, one of Klövern's properties that currently have direct electricity. A new system is investigated from an economic and sustainability aspect. The goal is to present a result that can be used as a basis for future investments to Klövern AB.
The economic analysis is done by calculating the total cost over 20 years with an LCC (Life Cycle Cost) in present value. This calculation is done by using three possible scenarios, where the discount rate, inflation and price rise of energy are varied from a normal case, which is considered as the most likely, and a low and a high price trend.
Sustainability analyzes the carbon impact and resource consumption with resect of MWh fuel.
The total energy demand for heating the properties is 231 000 kWh / year, which corresponds to 119 kWh / m2. The cost of heating and hot water is 206 000 SEK / year. District heating has a lower investment cost and a higher annual cost compared with geothermal heating, which has reversed costs.
The most economical option is to install geothermal heating, with one heat pump per property. It provides an annual saving of 76% of operating costs, and total savings during 20 years from 1 000 000 SEK to 2 920 000 SEK. Geothermal heating can also be used to cool the premises. Installation of district heating gives annual savings of 39% of operating costs and total cost savings over 20 years from 780 000 SEK to 1 830 000 SEK. Pay-off for district heating is 4 years and for geothermal 7 years.
District heating is the best choice from a sustainability aspect. District heating gives reduced carbon emissions of 203 tons of CO2 / year and a reduction in resource consumption by 481 MWh of fuel. The corresponding figures for geothermal heating are 173 tons of CO2 / year and 421 MWh of fuel.
Förord
Examensarbetet är utfört vid Institutionen för Ingenjörs- och Kemivetenskaper vid Karlstad Universitet och är ett avslutande moment i Högskoleingenjörsutbildningen Energi- och Miljöteknik. och är ett avslutande moment i Högskoleingenjörsutbildningen Energi- och Miljöteknik. Examensarbetet har redovistats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete. Examensarbetet är genomfört i samarbete med handledare Jens Beiron och Klövern AB åt Klövern AB i Karlstad.
Jag vill ge ett stort tack till Håkan Szasz, Mikael Larsson och Ingela Sundqvist på Klövern AB för möjligheten att skriva mitt examensarbete för företaget. Handledare Mikael Larsson och teknisk administratör Ingela, har varit till stor hjälp under processen. Tack för er hjälp med besök och rundvandring i fastigheterna, förklaringar om nuvarande system, hjälp med ritningar, underlag, insamlande av information och svar på mina tusen frågor.
Ett mycket varmt tack vill jag även rikta till Anders Rågård, ägare av Rågård Rör och Teknik AB. Dina kunskaper om installation och våra samtal om systemlösningar har gett mig mycket information och nya funderingar. Tack för snabba svar, prisuppgifter och att du tålmodigt lyssnat på mina funderingar och frågor.
Tack vill jag även ge min härliga familj, och extra mycket till Roger L för genomläsning, utvecklande frågor och korrigeringar.
Sist men inte minst vill jag rikta ett stort tack till min handledare på Karlstad Universitet, Jens Beiron. Jag uppskattar verkligen den tid du gett, respons på projektet, rådgivning vid
handledning och hjälp när frågor dykt upp.
Innehåll
Inledning ... 1
Energiförbrukning i bostäder och lokaler ... 1
Klövern ... 2
Hammaren 21 ... 2
Värmesystem ... 3
Direktverkande el ... 3
Fjärrvärme ... 4
Bergvärme ... 4
Miljöeffekter och energipris ... 5
Energimarknad, Norden ... 5
Koldioxid och resursåtgång ... 6
Syfte ... 7
Mål ... 7
Metod ... 7
Energi- och effektbehov i fastigheten ... 7
Utredning elabonnemang och användning ... 8
Intern värmealstring ... 9
Kyla ... 9
Tappvarmvatten ... 9
Dimensionering ... 10
System för tappvarmvatten ... 11
Konvertering till vattenburet värmesystem ... 11
Kulvert ... 11
Fjärrvärme ... 12
Bergvärme ... 12
Driftskostnader idag, elpanna ... 14
Ekonomisk analys ... 15
Elprisets utveckling från 1997-2014 ... 15
Fjärrvärmeprisets utveckling från 1997-2013 ... 15
Livscykelkostnad ... 16
Känslighetsanalys ... 17
Hållbarhet, Miljöeffekter ... 18
Koldioxid ... 18
Bränsle ... 19
Resultat ... 20
Energianvändning ... 20
Intern värmealstring ... 20
Verksamhetsel ... 20
Kostnad per kWh ... 20
Kylbehov ... 20
Tappvarmvatten ... 20
Energi – och effektbehov värme ... 20
Investeringar vid byte av värme- och kylsystem ... 21
Konvertering ... 21
Tappvarmvatten ... 21
Borrhål ... 21
Kulvert ... 21
Fortsatt drift elpanna och elradiatorer ... 21
Bergvärme ... 22
Fjärrvärme ... 22
Alternativ 1. En värmepump till tre hus ... 23
Alternativ 2. En värmepump placerad i varje fastighet... 24
Alternativ 3. En fjärrvärmecentral ... 25
Alternativ 4. En fjärrvärmecentral placerad i varje hus ... 26
Sammanställning ... 27
Miljöpåverkan ... 27
Koldioxidutsläpp ... 27
Bränsleåtgång ... 27
Diskussion ... 28
Bergvärme ... 29
Fjärrvärme ... 29
Slutsats ... 29
Rekommendationer om fortsatt arbete ... 30
Referenser ... 31
Tabell- och figurförteckning
Tabell 1. Beskrivning elabonnemang och användning ... 8
Tabell 2. Energiförbrukning datorer ... 9
Tabell 3. Antal datorer, typ och användning. ... 9
Tabell 4. Investeringskostnader varmvattenberedare. ... 11
Tabell 5. Fjärrvärmepriser 2015 ... 12
Tabell 6. Anslutningskostnad Fjärrvärme ... 12
Tabell 7. Priser bergsborrning ... 13
Tabell 8. Priser för olika effekter och leverantörer av bergvärmepumpar. ... 14
Tabell 9. Investeringskostnad frikyla ... 14
Tabell 10. Energipriser företag 2015 ... 14
Tabell 11. Känslighetsanalys LCC ... 17
Tabell 12. Innehåll i respektive ekonomisk analys ... 18
Tabell 13. Emissionsfaktor kg CO2/kWh ... 18
Tabell 14. Verkningsgrader el- och värmeproduktion ... 19
Tabell 15. Investeringskostnader konvertering ... 21
Tabell 16. Kostnader för borrhål ... 21
Tabell 17. Investeringskostnad för kulvert ... 21
Tabell 18. Sammaställning investeringskostnader Bergvärme alternativ 1-2. ... 22
Tabell 19. Sammaställning investeringskostnader Fjärrvärme alternativ 3-4 ... 22
Figur 1. Schematisk bild över Klövern AB ... 2
Figur 2. Foto över Hammaren 21, Gjuterigatan 27-29 Karlstad ... 3
Figur 3. Skiss över fjärrvärmesystem ... 4
Figur 4. Skiss över bergvärmesystem. ... 5
Figur 5. Schematisk bild över utbudet av elproduktion i Norden ... 6
Figur 6. Alternativ för konvertering till nytt system ... 7
Figur 7. Elabonnemang och användning, Hammaren 21 ... 8
Figur 8. Flygfoto över Hammaren 21, samt avstånd mellan hus ... 12
Figur 9. Energibrunnar i området kring Hammaren 21 . ... 13
Figur 10. Statistik elpris för industrikunder ... 15
Figur 11. Statistik fjärrvärmepris ... 16
Figur 12. Effektbehov total och per fastighet, effektbehov kyla delar av hus ... 20
Figur 13. Kostnader per år nuvarande system ... 22
Figur 14. Nuvärde beroende av livslängd, Alternativ 1 ... 23
Figur 15. Nuvärde beroende av livslängd, Alternativ 2 ... 24
Figur 16. Nuvärde beroende av livslängd, Alternativ 3 ... 25
Figur 17. Nuvärde beroende av livslängd, Alternativ 4 ... 26
Figur 18. Nuvärde beroende av livslängd, Jämförelse mellan system ... 27
Figur 19. Utsläpp av CO2 (ton/år) per värmekälla ... 27
Figur 20. Resursåtgång bränsle (MWh/år) per värmekälla ... 28
1
Inledning
Klimatförändringar får allt större betydelse, och de flesta av oss inser att vi måste hushålla bättre med jordens resurser för att få ett hållbart samhälle. Få är dock villiga att dra ner på sin levnadsstandard eller få högre kostnader på grund av förändringarna.
Vi lever i ett samhälle som är beroende av energi. Till bostäder och lokaler behövs energi för att värma eller kyla byggnaderna, till belysning samt apparater (Statens Energimyndighet 2013) . Världens byggnader förbrukar 32 % av jordens resurser och står för 40 % av den totala energianvändningen. Städer växer kontinuerligt, framför allt i de outvecklade delarna av världen. Dessa städer behöver förutom bostäder, flera byggnader för många olika funktioner, vilket gör byggnader till en viktig del i ett globalt energiperspektiv. För att minska påverkan på miljö och den påföljande effekten av global uppvärmning och klimatförändringar måste fastighetsbeståndet utvecklas (Bondareva 2005) .
Energiförbrukning i bostäder och lokaler
2013 var den slutliga energianvändningen i Sverige 373 TWh. Bostads- och servicesektorn följt av industrisektorn är de sektorer som använder mest energi. Kontors-, affärs- och offentliga lokaler står för ungefär 25 procent av Sveriges totala energianvändning för uppvärmning och varmvatten (Statens Energimyndighet 2013) .
När nya hus byggs kan upp till 75 % av den normala energiförbrukningen minskas, genom att påverka egenskaperna i husens klimatskal och husägarnas val av värme- och ventilationssystem (Blok et al. 2007) . Byggnationen kan även styras i riktning mot minskat energibehov genom att lämpliga styrmedel sätts in, men eftersom nyproduktionen av bostäder är ytterst liten jämfört med det befintliga bostadsbeståndet, blir påverkan av nybyggda bostäder liten på kort sikt (Elmberg et al. 1996) . I Sverige är det totala fastighetsbeståndet 3,2 miljoner fastigheter, nybyggnation är endast cirka 13 000 fastigheter per år (Lantmäteriet) . En byggnad förbrukar mest energi under sin brukstid, d.v.s. under den tid byggnaden kan användas. Byggnaders värmesystem utformas oftast efter hur energimarknaden ser ut när de byggs. Det medför att det ur energi- och miljösynpunkt finns många vinster med att effektivisera energianvändningen i det befintliga fastighetsbeståndet, då detta inte är anpassat till dagens höga energipriser (Elmberg et al. 1996) . Genom dessa förändringar ges även den största minskningen av koldioxid i atmosfären (Blok et al. 2007) .
Den genomsnittliga energianvändningen i kWh per m2 påverkas av lokalernas byggår.
Lokaler byggda mellan 1980 och 2000 förbrukar årligen i snitt ca 115 kWh/m2(Statens Energimyndighet 2014b) För en fastighetsägare innebär detta att energiförbrukningen är en viktig fråga då det finns ekonomiska skäl att minska denna kostnad. För kommersiella fastigetsägare finns det även en marknadsföringsfördel att av ekonomiska samt miljömässiga skäl försöka minska energi-användningen. Kostnader för uppvärmning är den största kostnaden för en fastighetsägare, och genom att minska energiförbrukningen ges en marknadsföringsfördel, då fastigheten är mindre känslig för energiprishöjningar, vilket gör det möjligt att hålla en attraktiv hyresnivå. För att minska energikostnaderna finns olika alternativ, och ett sätt är att se över och eventuellt byta värmesystem och/eller energikälla (Elmberg et al. 1996) . För att en kommersiell fastighetsägare ska investera krävs någon form av avkastning. Denna kan till exempel bestå av en årlig vinst, en förväntan om en värdestegring och/eller en ökad vinst vid försäljning (Alvebro & Sääf 2011) . Genom att energieffektivisera en byggnad ges god försäkran mot ökande energipriser i framtiden. Det
2 ger även möjligheter att få ett högre marknadsvärde, då driftkostnaderna blir lägre (Fastighetsägarna ).
Den här studien handlar om företaget Klöverns fastigheter på Hammaren 21. Fastighetsägaren överväger vilka effektiviseringsåtgärder som är lämpliga för dessa fastigheter, och inriktar sig på en eventuell konvertering av värmesystemet. Alternativen för uppvärmning av dessa fastigheter som ska utredas i rapporten är fjärr- och bergvärme.
Klövern
Klövern är ett fastighetsbolag med inriktningen kommersiella lokaler i tillväxtregioner. Sista kvartalet 2014 ägde Klövern 408 fastighter med en total uthyrningsbar yta på 2 792 tusen m2 och värdet 30,2 mdkr. I Karlstad förvaltar Klövern idag 46 fastigheter. Bolaget är organiserat med huvudkontor i Stockholm, servicekontor i Nyköping samt affärsenheter i prioriterade städer. Figur 1 visar en schematisk bild över Klövern AB.
Figur 1. Schematisk bild över Klövern AB
Klöverns vision är att skapa miljöer för framtidens företagande och deras motto är att var dag underlätta kundens vardag och erbjuda miljöanpassade lokaler, som utvecklas och förvaltas med minsta möjliga resursåtgång och miljöpåverkan. Fastighetsbeståndet förbrukar stora mängder energi och energieffektivisering är den viktigaste parametern i miljöarbetet. Klövern har som mål att minska värmeförbrukningen i sina fastigheter med 12 procent från 2013 till och med 2015.
Hammaren 21
Hammaren 21 består av tre byggnader på Gjuterigatan 27-29, byggår 1990, se figur 2. Den totala arean för fastigheterna är 1 946 m2. Samtliga byggnader använder idag direktel för uppvärmning. Fastigheterna benämns som A, B och C. Hammaren 21 har idag fyra hyres- gäster, benämnda som företag 1,2,3 och 4.
3
Figur 2. Foto över Hammaren 21, Gjuterigatan 27-29 Karlstad
Fastighet A
Fastighet A är totalt 1 071 m2. Idag finns två hyresgäster, företag 1 och 2.
Företag 1 hyr 774 m2 och är ett företag som har en stor intern värmealstring samt ett kylbehov året om. Idag finns ett ventilationssystem med värmeåtervinning samt ett vattenburet värmesystem som får sin värme från en elpanna. Kyla fås från uteluft oktober till april och från en kylmaskin under maj till september.
Företag 2 förfogar över 297m2 och har inte kunnat besökas. Enligt ritningar finns i dag ett vattenburet värmesystem och ett ventilationssystem med värmeåtervinning.
Fastighet B
Fastighet B är på 525 m2, och är i dagsläget ej uthyrd. Värmesystemet består av 6 elradiatorer samt 8 elvärmepaneler i tak. Där finns ett ventilationssystem med återvinning. Lokalen har flera stora portar och en öppen planlösning.
Fastighet C
Fastighet C har två företag som hyresgäster och är på totalt 350 m2.
Företag 3 hyr 280 m2. Värmesystemet består av 8 elradiatorer samt 4 elvärmepaneler i tak. En bilhall med stora portar finns. Ventilationssystemet har värmeåtervinning.
Företag 4 hyr 70 m2 och har inte kunnat besökas. Antagande görs att lokalen har 2 eltakpaneler samt 4 elradiatorer.
Värmesystem Direktverkande el
Direktverkande el är vanligt i hus och lokaler byggda under 70- och 80- talen. Direkt- verkande el valdes ofta då installationen är lätt och investeringskostnaderna låga. Med dagens höga energipriser ger direktverkande el höga driftkostnader och det finns begränsande möjligheter att minska dessa.
Idag har Hammaren 21 en elpanna i fastighet A med vattenburen värme samt direktverkande elradiatorer i fastigheterna B och C. Varmvatten fås från varmvattenberedare i varje hus. För
4 att kunna ersätta hela värmebehovet med ett annat energislag, som fjärr- eller bergvärme, krävs en installation av ett vattenburet värmesystem i fastighet B och C.
Fjärrvärme
Fjärrvärme är det idag vanligaste sättet att värma lokaler, vilket skiljer dessa från småhus, där el fortfarande är vanligast (45 %). (Statens Energimyndighet 2014b; Statens Energimyndighet 2014a)
Fjärrvärmesystemet får sin värme från vatten som blivit uppvärmt i ett värme- eller värmekraftverk. I ett värmeverk produceras endast värme och i ett kraftvärmeverk produceras el samtidigt som värme. Kraftvärme är ett mycket effektivt sätt att utnyttja bränsle. Efter det att kraftvärmeverket redan utvunnit mellan 90 och 93 procent av bränslets energiinnehåll kan ytterligare 10 till 35 procents värmeenergi tas ut genom att låta kyla rökgaserna med retur vattnet från fjärrvärmeverket, och på det sättet få ut kondesationsvärmen. Där är då möjligt att få ut en verkningsgrad på över 100 %.
I Karlstad finns ett kraftvärmeverk (Hedenverket), där värme och el fås från biobränsle, rester från skogsavverkning, sopor samt spillvärme från ett närliggande pappersbruk. För en fastighetsägare är fördelarna att en fjärrvärmecentral är relativt kompakt, den reglerar temperaturer på varmvattnet samt levererar värme till värmesystemet automatiskt. Systemet är driftsäkert och klarar köldknäppar bra. I Karlstad ingår all service samt byten och reparationer av fjärrvärmecentralen i priset, då centralen ägs av Karlstad Energi AB (Karlstad Energi 2014) . Installationskostnaderna för fjärrvärme är låga, jämfört med bergvärme. En nackdel med fjärrvärme är att det inte finns några möjligheter att välja leverantör i framtiden och att prisökningar då inte kan påverkas till exempel genom byte av leverantör. Fjärrvärmecentralen i byggnaden kräver el för att fungera, och påverkas därför av ett elavbrott.
Figur 3 visar en skiss över ett fjärrvärmesystem.
Figur 3. Skiss över fjärrvärmesystem (Södertörns fjärrvärme 2015)
Bergvärme
Bergvärme utnyttjar solenergi som lagrats i berggrund och grundvatten. Ett eller flera hål borras 50-250 meter ner i berget. Om det finns flera borrhål tätt intill varandra kan det inträffa att värmen från markytan inte räcker för att ”återladda” borrhålet. För en fastighetsägare med stort energibehov måste det därför finnas gott om utrymme runt fastigheten att borra på.
Borrhålen bör inte ligga närmare än 20- 30 meter från varandra för att den termiska energin i
Värme- eller kraftvärmeverk
5 berget inte ska bli för låg. Idealet är om byggnaden har ett kylbehov sommartid, då kyla kan tas från berget och värme återförs till berggrunden. Denna återföring av värme gör att borrhålet laddas inför vintern (Acuna et al. 2013) .
Årsvärmefaktor, SCOP (Seasonal Coefficient of Performance), visar hur många kWh värme som går ut från 1 kWh förbrukad el i värmepumpen. Energimyndigheten testade 2012 bergvärmepumpar och testet visade att årsvärmefaktorn på de märken som tagits med i rapporten låg mellan 4 och 5 (Statens Energimyndighet 2015) . Folksam har fört statistik över värmepumpsskador från 1999 och fram till idag. Statistiken visar att det uppskattningsvis handlar om 250 -300 miljoner kronor för fastighetsägare i rena självrisker och avskrivningar då många värmepumpar kräver reparationer efter bara några år. Anledningen tros vara att värmepumparna utrustas med billiga komponenter framför kvalitet (Folksam 2015) .
För en fastighetsägare är byggnadens geografiska placering en viktig faktor, då den påverkar avståndet mellan marknivå och berggrund. Om detta avstånd är stort kommer kostnaden för borrning att bli högre, eftersom mer borrning krävs. Jämfört med direktverkande el har bergvärme en låg driftkostnad vilket gör att inverkan av energiprishöjningar dämpas.
Systemet är driftssäkert och kan även användas till att kyla lokalerna. När detta görs fås en bättre effekt på vintern, eftersom berget återladdats med mer värme än vad som genereras naturligt. Installationen är dyr jämfört med andra alternativ, men den största kostnaden är borrningen i berget. Borrhål och kollektorslang har en mycket lång livstid, varför det endast är värmepump som ersätts efter ungefär 20 år. Nackdelar är att bergvärme medför ett
elberoende, dock med möjlighet att fritt välja elleverantör (Svenska kyl- och värmepumpsföreningen 2015) . Figur 4 visar en skiss över ett bergvärmesystem.
Figur 4. Skiss över bergvärmesystem. (Svenska kyl- och värmepumpsföreningen 2015)
Miljöeffekter och energipris Energimarknad, Norden
Norden (Sverige, Norge, Danmark och Finland) har en gemensam elmarknad med elutbyte mellan de nordiska länderna, Nord Pool. Det nordiska elsystemet integreras även med övriga Europa. Idag sker en begränsad daglig överföring, men i framtiden planeras en gemensam europeisk marknad. Det är av dessa anledningar mer relevant att titta på det nordiska eller det europeiska elsystemet istället för enbart det svenska nätet när prisbedömningar och miljöpåverkan ska analyseras.
6 Det nordiska elsystemet består av baskraft, reglerkraft samt intermittent/ icke reglerbar kraft.
Baskraften är kärnan i den nordiska elproduktionen och består av kärnkraft, vattenkraft samt bränslebaserad elproduktion. Reglerkraft består av vattenkraft, som varieras utifrån tillförsel av intermittent/ icke-reglerbar produktion och efterfrågan. Intermittent produktion är till exempel vindkraft.
Energiproduktionen varieras utifrån efterfrågan, och de anläggningar som är billigast i drift är de som används först. Det produktionsslag som används sist är dyrast och är därför också det första som stängs av vid minskad elanvändning. Denna el kallas marginalel. Marginalel i Norden produceras till stor del av kolkondensverk, men kommer troligen att ha ett stort inslag av naturgasbaserad elproduktion på lång sikt (Byman et al. 2009) . Den teknik som används för att skapa marginalel är den som sätter priset på energimarknaden (Statens Energimyndighet 2008) . Figur 5 visar utbudet av elproduktion i Norden.
Figur 5. Schematisk bild över utbudet av elproduktion i Norden (Statens Energimyndighet 2008) .
Hur miljöpåverkan ska analyseras utifrån fastigheters värmesystem och byte av dessa har inga tydliga rekommendationer. För elanvändning används oftast emissionsfaktorer som baseras på medelel eller marginalel. Medelel är en mix av den el som produceras i Norden och har ett lägre emissionsvärde än marginalel, som idag oftast kommer från kolkondensverk. När en värmekälla byts, och åtgärden innebär att energianvändningen påverkas, kan utsläppsfaktorer användas som tar hänsyn till hur hela energisystemet påverkas av förändringen. Det innebär att uppsläppsfaktorn ska motsvara den förändring i energisystemet som ändringen påverkat.
Vid en ökning eller minsking av elproduktion bör därför marginalel väljas (Statens Energimyndighet 2008) .
Koldioxid och resursåtgång
Växthuseffekten är avgörande för allt liv på jorden. Den påverkar balansen mellan inkommande solstrålning och utgående värmestrålning. De viktigaste växthusgaserna för denna naturliga växthuseffekt är vattenånga och koldioxid. Klimatfrågan idag gäller den förstärkta växthuseffekten, människans utsläpp av växthusgaser som ändrar atmosfärens sammansättning (SMHI 2014) . Koldioxid är den viktigaste växthusgasen som genereras av vårt sätt att leva (Nullis 2014) . Eftersom byggnader står för en stor del av energi- användningen är det en viktig sektor att påverka (Fastighetsägarna) . Resursåtgången, dvs. hur stor mängd bränsle som gått åt för att framställa den värmeenergi som behövs för värmesystemet, mäts i MWh bränsle/år.
7 Syfte
Syftet med projektet är att kartlägga energiförbrukningen på Klöverns fastighet Hammaren 21 samt att undersöka alternativa värmekällor (berg- och fjärrvärme), som kan ersätta dagens elpanna och direktverkande elradiatorer. Ett nytt system och konvertering ska utredas ur en ekonomisk och hållbarhetsmässig aspekt. Resultat ska kunna användas som beslutsunderlag hos Klövern AB.
Mål
Målsättningen för projektet är att beskriva vilket värmesystem, fjärr- eller bergvärme, som är det mest ekonomiskt lönsamma valet, i förhållande till direktverkande el, sett ur ett livscykelperspektiv med nuvärdesmetod. Målet är även att undersöka vilka konsekvenser en eventuell konvertering ger, sett ur ett hållbarhetsperspektiv med fokus på koldioxidpåverkan samt resursåtgång avseende bränsle.
Metod
I följande avsnitt beskrivs de beräkningar som gjorts för att kunna dimensionera ett nytt värmesystem. Dimensionering baseras på att dagens energiförbrukning, med en viss kompensation för det dolda värmebehov en stor intern värmealstring i hus A ger, täcker fastigtetens förluster genom ventilation och läckage. Energibehovet (kWh) är effektbehovet (kW) multiplicerat med effekt och den tid som den verkar (h).
Idag används samma elabonnemang till mer än värme, vilket leder till att även energibehov för verksamhetsel i hus C samt kyla och tappvarmvatten måste utredas. Vidare utreds två alternativ för ett nytt värmesystem. Det första alternativet är att installera ett enda stort system med en värmepump eller fjärrvärmecentral i ett av husen och en kulvert till de övriga för värme och ev. varmvatten. Det andra alternativet är att placera en fjärrvärmecentral eller värmepump i varje fastighet, och därmed slippa kulvertkostnaden. Alternativen visas i figur 6.
Ingenjörsmässiga antaganden har gjorts vid beräkningar vilka presenteras vid varje uträkning.
Figur 6. Alternativ för konvertering till nytt system
Energi- och effektbehov i fastigheten
Energibehovet i fastigheterna har bestämts genom att studera dokumenterad energi- förbrukning under åren 2011-2014 samt besök i fastigheterna för att reda ut elabonnemang, användning och viss internvärme. Delar av hus A och hus C har inte besökts då hyresgäster avböjt eller inte varit i lokalerna För energibehov värme används ett genomsnittligt behov
Hammaren 21
Bergvärme
Alt. 1 1 värmepump
Alt 2.
Tre värmepumpar
Fjärrvärme
Alt 3.
En central
Alt 4.
Tre centraler
8 baserat på indata från år 2011-2013. År 2014 har bortsetts ifrån, då en fastighet stått tom under detta år, och endast haft uppvärmning i våtutrymme. För energibehov kyla används indata från år 2011-2014. För vattenförbrukning används indata från år 2012-2014 , då det år 2011 fanns en hyresgäst som förbrukade betydligt mer vatten än de övriga åren.
Utredning elabonnemang och användning
Till fastigheten finns idag fyra olika elabonnemang, som går till uppvärmning, kyla, ventilation, varmvatten och verksamhetsel. Dessa abonnemang visas i figur 7 och beskrivs i tabell 1 med den genomsnittliga årsförbrukningen mellan år 2011-2013. Elabonnemangen benämns som El1, El2, El3, El4 och El5.
Figur 7. Elabonnemang och användning, Hammaren 21
Tabell 1. Beskrivning elabonnemang och användning
Elabonnemang Användning Genomsnittlig
förbrukning [kW/år]
El 1, Klövern AB Elpanna hus A
Elradiatorer hus B och C
Verksamhet C
Varmvatten hus A, B, C
Ventilation hus A, B, C
Kylmaskin hus A
242 000
El 2, Hus B, Tidigare hyresgäst
El till verksamhet, används som underlag för verksamhet hus C
22 000 El 3, Hus A, Hyresgäst El till verksamhet, används som underlag för
verksamhet hus C
12 000 El 4 + El 5, Hyresgäst El till verksamhet, används som underlag för
intern värmealstring, då förbrukningen går till stort antal datorer
71 000
Verksamhetsel
I El1 går en viss del till verksamhetsel för hus C. För att minska värmebehovet med denna energiförbrukning studeras de verksamheter som finns idag. Företagen i hus C antas använda lika mycket som företag 2 gör, det vill säga 40 kWh/m2 år. Energibehovet för verksamhet i hus C beräknas med ekvation 1, där AC är arean i hus C.
𝐸𝑣𝑒𝑟𝑘𝑠𝑎𝑚ℎ𝑒𝑡 = 40 ∗ 𝐴𝐶 [Wh/år ] (1)
9 Intern värmealstring
Företag 1 har en stor intern värmealstring som döljer ett verkligt värmebehov, som skulle funnits med en annan hyresgäst. Detta kompenseras genom att studera den interna värmealstringens del av elabonnemang 4 och 5. Genom att uppskatta antal datorer, typ, och användning fås det verkliga energibehovet genom att öka energibehovet för värme med den interna värmealstringen från ett stort antal datorer. Energiförbrukningen från dessa tas från tabell 2. ”Idle” är det läge då datorn är på men ej belastad. Antaganden om användning, datortyp samt antal visas i tabell 3. Den förbrukade energin avges som värme till fastigheten, och ligger sedan till grund för ekvation 2, och de antagande som görs.
Tabell 2. Energiförbrukning datorer (Vattenfall 2015)
Datortyp Maximum (kW) Idle (kW) Medelvärde(kW)
Avancerad dator CAD/CAM 380 320 350
Kontors PC 130 70 100
Tabell 3. Antal datorer, typ och användning.
Dagtid Dygnet runt
10 st. Avancerad 10 st. Avancerad
10 st. Kontors PC 10 st. Kontors PC
Den interna värmealstringen från datorer (Eint) som ska läggas till värmebehovet beräknas med ekvation 2, där 40 kWh/m2, antas vara normal verksamhetsel.
𝐸𝑖𝑛𝑡 = 𝐸𝑙4+5− (40 ∗ 𝐴𝐹1) [Wh/år] (2)
Där
El 4+5= Förbrukningen elabonnemang 4 och 5 [Wh/år]
AF1= Uthyrd area till företag 1 [m2]
Kyla
Kylmaskinen i hus C är i drift från maj till september.
1000 kWh samt hälften av El1 under maj och september antas gå till ventilation, varmvatten och ev. värme, resterade förbrukning till kyla. Under juni och juli antas 1000 kWh gå till ventilation och varmvatten, resterande till kyla. Detta ger ekvation 3, kylbehov.
𝐸𝑘𝑦𝑙𝑎 = (𝐸𝑙1,𝑗𝑢𝑛𝑖−𝑎𝑢𝑔− 1000) + (𝐸𝑙1,𝑚𝑎𝑗+𝑠𝑒𝑝𝑡2 − 1000) [Wh/år] (3)
Årskostnaden för kyla beräknas genom att multiplicera Ekyla med Klöverns pris (kr/kWh) för inköpt energi. Se avsnitt ”Driftkostnader idag ”.
Tappvarmvatten
Temperaturen i tappvarmvatten måste vara minst 50 °C vid tappstället, vilket innebär att temperaturen i en varmvattenberedare behöver vara över 60 °C. Idag fås varmvatten från varmvattenberedare. Förbrukningen har varierat beroende på verksamhet i lokalerna. I hus A fanns under en del av perioden 2011-2014 ett företag med bilrekonditionering och vattenförbrukningen var då högre än idag. Varmvatten antas vara hälften av den totala vattenförbrukningen (Energimyndigheten 2014) , och ett snitt på förbrukning mellan år 2012- 2014 används. För att beräkna energin som används till varmvatten används ekvation 4. Om
10 bergvärme väljs eller om nuvarande system behålls antas att de befintliga varmvattenberedarna byts ut.
𝐸𝑉𝑎𝑟𝑚𝑣 =𝑉∗𝜌∗𝐶𝑝∗(𝑇3600𝑉𝑉−𝑇𝐾𝑉 ) [Wh/år] (4)
Där
V= Volym varmvatten [m3/år]
ρ= densitet [kg/m3]
Cp = Specifik värmekapacitet [kJ/Kg °C]
Tvv= Temperatur tappvarmvatten [°C]
Dimensionering
Fastighetens totala energiförbrukning för värme (Euppv) beräknas genom ekvation 5, där Klöverns elabonnemang 1 ökas med det dolda värmebehovet från den interna värmealstringen i hus A och minskas med energibehov för verksamhet i hus C, kyla i hus A samt tappvarmvattenproduktion.
𝐸𝑢𝑝𝑝𝑣 = 𝐸𝑙1+ 𝐸𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛− 𝐸𝑣𝑒𝑟𝑘𝑠𝑎𝑚ℎ𝑒𝑡− 𝐸𝑘𝑦𝑙𝑎 − 𝐸𝑣𝑎𝑟𝑚𝑣 [Wh/år] (5)
Fastighetens effektbehov beräknas genom ekvation 6, därdet totala energibehovet för värme (Euppv) divideras med antal gradtimmar. Gradtimmar anger det specifika värmeenergibehovet, och är temperatursskillnaden mellan inne- och uteluft multipliceras med de antal timmar skillnaden råder. Antal gradtimmar bestäms genom tabell (Dahlbom & Warfvinge 2010) och tas fram av ortens normalårstemperatur och gränstemperaturen för uppvärmning.
Gränstemperatur är den temperatur där värmesystemet kan stängas av då den interna värmealstringen med ”gratisvärme” från personer och maskiner samt solinstrålningen täcker det resterande behovet. Här har en gränstemperatur på 17 °C och en årstemperatur på 6°C valts, vilket i tabell ger 99 500 °Ch/år.
𝑄𝑡𝑜𝑡 =𝐸𝑢𝑝𝑝𝑣𝐺
𝑡 [W/°C] (6)
Där
𝑄𝑡𝑜𝑡 = Fastighetens effektbehov [W/°C]
𝐺𝑡 = Antal gradtimmar [ °Ch/år]
Den dimensionerande värmeeffekten beräknas genom ekvation 7.
𝑃𝑑𝑖𝑚 = 𝑄𝑡𝑜𝑡∗ (𝐷𝐼𝑇 − 𝐷𝑉𝑈𝑇) [W] (7)
Där
𝑃𝑑𝑖𝑚 = Dimensionerande effektbehov [W]
𝐷𝐼𝑇 = Dimensionerande innetemperatur [C°]
𝐷𝑉𝑈𝑇 = Dimensionerande utetemperatur [C°]
DIT, den dimensionerande innetemperatur, styrs av verksamhet i lokalerna. Fastighetsägaren får sätta egna krav, så länge de uppfyller de lagar och regler som styrs av Boverket,
11 Arbetsmiljöverket samt Socialstyrelsen. Bostäder och lokaler ska minst klara de termiska minikraven i Boverkets byggregler BBR och rumsklimatet på arbetsplatser i Arbetsmiljö- verkets föreskrifter AFS 2000:42. Socialstyrelsen ger allmänna råd. Dessa råd finns i SOSFS 2005:15 ”temperatur inomhus”. För kontor ligger DIT på 20-23 °C. I projektet används DIT = 21°C.
DVUT är en trolig lägsta utetemperatur och beror på var fastigheten ligger och dess tids- konstant. DVUT är inte den lägsta utetemperaturen som kan inträffa utan en medeltemperatur under minst ett dygn. Tidskonstanten för fastighetheten är ett mått på byggnadens värmetröghet. I en lätt byggnad märks ett väderomslag snabbt och värme-systemet måste dimensioneras för att klara en låg utomhustemperatur, även för korta stunder. En tung byggnad reagerar saktare och kyla påverkar först efter en tid, Tidskonstanten ligger mellan 28 h för äldre hus och upp till 5 dygn för nyare hus, med god isolering, god lufttäthet och effektiv FTX ventilation. I projektet väljs en tidskonstant på 2 dygn, vilket i tabell ger DVUT -18°C (Dahlbom & Warfvinge 2010)
System för tappvarmvatten
I fjärrvärmecentralen sitter en varmvattenberedare och detta tappvarmvatten leds via en stor central ut till de övriga fastigheterna genom samma kulvert som används för värmerören.
Kulverten behöver ha plats för fyra rör totalt. Värmepumpar på en effekt på 17 kW och uppåt kräver en separat varmvattenberedare som kan kopplas till värmepumpen. Kostnaden för detta beror på storleken på värmepump samt varmvattenberedare. I en villavärmepump (mindre än 17 kW) finns det i de flesta fall en varmvattenberedare inkluderad. Ett annat alternativ är en eldriven varmvattenberedare i varje fastighet. Beroende på effektbehov och val av värmepump kommer alternativen att jämföras med kostnader för en eldriven varmvattenberedare i varje hus. I tabell 4 finns investeringskostnader för varmvattenberedare.
Tabell 4. Investeringskostnader varmvattenberedare.
Investering Á pris (kr exkl. moms, inkl. montering, ventiler m.
m )
Varmvattenberedare el (200l) 10 000
Koppla till mindre värmepump, Thermia duo 13 000 Koppla till stor värmepump > 40 kW 50 000
Konvertering till vattenburet värmesystem
Ett vattenburet system ersätter elpanna och elradiatorer. Kostnader för byte till nya radiatorer är ca 5000 kr exkl. moms per styck, inklusive rördragning. Där det är högt i tak är en fläktkonvektor att föredra. En fläktkonvektor är en vattenradiator med fläkt. Den kan avge lika mycket värme som tio elradiatorer (Energirådgivningen 2014) . Kostnaden för en fläktkonvektor inklusive rörarbeten är ca 10 000 kr exkl. moms1.
Kulvert
Från fjärrvärmecentralen eller bergvärmepumpen dras ledningar för varmvatten och värme- system. Fastigheterna ingår gemensamt i fastighetsbeteckningen och ägs och säljs som en enhet. Kostnad för en kulvert där rör för varmvatten och värme ryms beräknas kosta 1000 kr
1,2 Anders Rågård, Ägare Rågård Rör & Teknik AB, intervju 2015-03-11
12 per meter exkl. moms och grävarbete2. Längd på kulvert har antagits genom mätning på Google Earth, se figur 8.
Figur 8. Flygfoto över Hammaren 21, samt avstånd mellan hus
Fjärrvärme
Värmekostnaden för fjärrvärme från Karlstad Energi AB debiteras kunden utifrån uppskattad användning, och det görs en årlig kontrollberäkning av effektbehovet. Dygnseffekten fås fram genom att dividera dygnsförbrukningen (kWh) med 24 timmar. Om kontrollen visar en förändring större än fem procent korrigeras effekten nästkommande år. Fjärrvärmepriser väljs utifrån småhus/villa, flerbostadshus eller lokaler. Följande uppgifter är för lokaler och kommer från Karlstads energis hemsida. Fjärrvärmepriserna är beroende av effektområde.
Den abonnerade effekten fås fram genom att räkna ut ett medelvärde av de tre högsta dygnseffekterna under tolv månader. Priser för effektområde 41-250 kW visas i tabell 5.
Installationskostnad beror på installerad effekt, och framgår av tabell 6.
Tabell 5. Fjärrvärmepriser 2015, effektområde 41-250 kW
Avgiftstyp Exkl. moms
Fast avgift 7914 kr/år
Effektavgift 477 kr/ kW år
Energiavgift jan-feb 575 kr/MWh
Energiavgift mars-maj 309 kr/MWh
Energiavgift juni-aug 111 kr/MWh
Energiavgift sep-nov 309 kr/MWh
Energiavgift dec 575 kr/MWh
Tabell 6. Anslutningskostnad Fjärrvärme, 2015
Installationskostnad 3 Á pris (kr)
Anslutningseffekt 140 kW 90 000
Anslutning, villastorlek, för varje fastighet 44 000 kr
Bergvärme
Värmepumpsmarknaden är stor, och ett urval av pumpar har gjorts. Kostnader för installation av bergvärme beror på antal borrhål, djup på borrhål avstånd till berg samt val av bergvärmepump. På Gjuterigatan ligger idag inga bergvärmeanläggningar, men det ligger
3 Martin Rosén, Fjärrvärmesäljare Karlstad Energi, intervjun 2015-02-14
13 flera i direkt närhet. Dessa energibrunnar har använts till att uppskatta djup till berg samt borrhålets djup. Figur 9 (SGU 2015) visar närliggande energibrunnar. En ring markerar fastigheten Hammaren 21, de gröna fyrkanterna visar borrhålets totaldjup och markeringen bredvid visar avstånd till berg.
Figur 9. Energibrunnar i området kring Hammaren 21, cirkel markerar Hammaren 21, grön fyrkant visar brunnen/brunnarnas djup, markering bredvid visar djup till berg (SGU 2015) .
Avstånd till berg antas vara 50 meter och borrhålens totaldjup 200 meter. Enligt Energi- myndigheten kan 20-50 W per meter borrhål levereras. I projektet antas berget kunna leverera 35 W/m (Nibe 2015) . Kostnader för återställning av mark tas inte med i beräkningarna.
Priser för bergvärmepumpar har tagits från Thermia4, IVT5 och Nibe (Nibe 2015) . Tabell 7 visar priser för borrning 6 och tabell 8 visar priser (kr) för bergvärmepumpar med olika effekter. Dimensionering av en värmepump som inte är varvtalsstyrd görs utifrån att värmepumpen inte ska överdimensioneras då den kommer slå av och på ofta under varmare dagar, vilket sliter på kompressorn. Om värmepumpen underdimensioneras kommer den behöva extra tillskott av energi från till exempel en elpatron under kalla dagar. En varvtalsstyrd värmepump som anpassar sig efter huset effektbehov. Varvtalsstyrda värmepumpar dimensioneras efter 100 % av effektbehovet och resterande pumpar efter 90 % av effektbehovet och 95 % av energibehovet. I de fall ingen lämplig pump finns i mitt urval, väljs den större värmepumpen.
Tabell 7. Priser bergsborrning
Avgiftstyp Exkl. moms
Borrning ner till berg inkl. foderrör 500 kr/m Borrning i berg inkl. slang och kulvert till hus 300kr/m
4 Anders Rågård, Ägare Rågård Rör & Teknik AB, intervju 2015-03-11
5 Per Billros, Innesäljare fastighet, IVT telefonkontakt 150426
6 Anders Rågård, Ägare Rågård Rör & Teknik AB, intervju 2015-03-11
14
Tabell 8 Priser för olika effekter och leverantörer av bergvärmepumpar 7 ,8, (Nibe 2015) .
Samtliga priser är rekommenderade listpriser exkl. moms. *Varvtalsstyrd och behöver ingen tillsatsel, ** Innehåller varmvattenberedare, ***
I priset är en separat varmvattenberedare inräknat
Namn Effekt (kW) Kr exkl. moms
Thermia Mega 21- 84 148 000*
Thermia Robust Eco 42 107 000
Thermia Robust Eco 33 103 000
Thermia Robust Eco 26 100 000
Thermia Diplomat Duo Optimum G3 17 93 000***
Thermia Diplomat Optimum G3 13 80 000**
Nibe F1345 60 143 000
Nibe F1345 40 93 000
Nibe F1345 30 105 000
Nibe F1345 24 93 000
Nibe F 1145 17 68 000
Nibe F1255 4-16 71 000*, **
IVT9 Prem Line E17 17 80 000
IVT Prem Line E13 13 72 000**
IVT Geo 80 80 172 000
IVT Geo 54 54 132 000
Idag kyls delar av hus A med kylmaskin. Denna ersätts i kalkylerna med frikyla från borrhålen, förutsatt att värmepump placeras i hus A. Om alternativet med en värmepump i varje hus väljs, är kostnaden för att få kyla i dessa hus detsamma som för hus A. I dessa hus kopplas inte kylmaskinen till ventilationen utan fläktkonvektorer installeras för distribution av kyla. Investeringskostnad finns i tabell 9.
Tabell 9. Investeringskostnad frikyla kr exkl. moms
Investering Á pris (kr)
Frikyla från berg, per hus
Konvektorer eller koppla till ventilation
50 000
Driftskostnader idag, elpanna
Driftskostnaderna idag är beroende av elpriset, och påverkas av elpriset på Nordpol, förbrukning och effektuttag. Värden i tabell 10 är baserade på kostnader för företag 2015 och använts för att få fram ett ungefärligt pris i kr/kWh.10
Tabell 10. Energipriser företag 2015
Avgiftstyp Kostnad (kr)
Fast avgift 5180 kr/år
Elhandel 0,6911 kr/kWh
Effektavgift 225 kr/ kW år
Effektavgift höglast (nov- mars) 224 kr/kW år
Överföringsavgift 0,0540 kr/kWh
Ny elpanna 30 000 kr
7 Anders Rågård, Ägare Rågård Rör & Teknik AB, intervju 2015-03-11
8 Stefan, Höjdens Brunnsborrning, intervju och mailkontakt 2015-04-27
9 Per Billros, Innesäljare fastighet, IVT telefonkontakt 150426
10 Ingela Sundqvist, teknisk administratör Klövern, mailkontakt 2015-03-27
15 Ekonomisk analys
Detta avsnitt kartlägger tidigare prisändringar i el- och fjärrvärme pris för att kunna anta något om framtida priser. För att kunna jämför de alternativa energisystemens ekonomiska konsekvenser med det befintliga systemet behövs en investeringskalkyl. Pay-off är en enkel investeringskalkyl som visar hur lång tid (år) det tar för att få tillbaka den investerade summan. En LCC (Livscykelkostnad) med nuvärdesmetoden är en metod som räknar om alla förväntade utgifter och inkomster samt restvärde över flera år till dess värden idag. Kalkylen kan även ta hänsyn till inflation och prisändringar.
Elprisets utveckling från 1997-2014
Sverige har en avreglerad elmarknad där kunderna fritt väljer vilket elhandelsbolag de vill köpa el från. Distributörerna av el, de som äger och underhåller elnätet fram till konsumenten, har monopol på olika delar av nätet. Elnätsverksamheten regleras av Energimarknadsinspektionen. Priset på el beror på marknadspris på Nord pool, där efterfrågan och producerad mängd el bestämmer priset. Det slutliga elpriset som betalas av konsumenten består av elhandelskostnad (40 %), nätkostnad (20 %) samt skatter och avgifter (40 %) (Svensk Energi 2015) . Elpriserna har varierat lite upp och ner de senaste åren, men har ökat från 0,75 kr/kWh till 1,26 kr/kWh från 1997 till 2014, vilket ger en årlig procentuell ökning med 4 %. Priserna är ett genomsnittligt totalpris på el som betalas av industrikunder, med mindre än 400 MWh förbrukning, inklusive el, nät, elcertifikat och elskatt, omräknat till dagens prisnivå med konsumentprisindex (KPI). Priset anges i kr/kWh och visas i figur 10 (Statistiska Centralbyrån 2008; Statistiska Centralbyrån 2015) .
Figur 10. Statistik elpris för industrikunder med förbrukning <400 MW 1997-2014, omräknat till 2015 prisnivå med KPI (Konsumentprisindex).
Fjärrvärmeprisets utveckling från 1997-2013
Det finns ungefär 200 fjärrvärmeföretag i Sverige och priserna för anslutning och förbrukning har stora skillnader, det dyraste priset är mer än dubbelt så högt som det lägsta. Det finns olika förklaringar till skillnaderna. Priset påverkas av fjärrvärmebolagets prissättningsfilosofi, fjärrvärmeföretagets val av bränsle, kommunala beslut, tätortens storlek, markförhållanden, hur många kunder och deras förbrukning, om kunden eller fjärrvärmeföretaget äger fjärrvärmecentralen, fjärrvärmeföretagets behov av underhåll på anläggning och nät samt statlig energipolitik. För att kunna installera fjärrvärme krävs det att det finns nergrävda ledningar att ansluta till. Det finns ingen valfrihet att välja fjärrvärmeleverantör.
Fjärrvärmepriset har ökat från 0,58kr/kWh 1997till 0,89 kr/kWh 2013, vilket motsvarar en årlig ökning på 3 %. Figur 11 visar ett genomsnittligt fjärrvärmepris i kr/kWh, omräknat till 2015 prisnivå med KPI (Konsumentprisindex).
0 0,5 1 1,5 2
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
SEK/KWh
Elpris 1997-2014
Totalt elpris
16
Figur 11. Statistik fjärrvärmepris kr/kWh 1997-2013 , omräknat till 2015 prisnivå med KPI (Konsumentprisindex).
Pay- off
Metoden innebär att man beräknar hur lång tid det tar att tjäna in det investerade beloppet och räknas fram med ekvation 9. Man bortser från kalkylränta och ser endast till de årliga inbetalningsöverskotten.
𝑃𝑎𝑦 − 𝑜𝑓𝑓 𝑡𝑖𝑑 = 𝐺𝑎 [år] (9)
Där
G= grundinvestering [kr]
a= Besparing driftskostnad [kr/år]
Livscykelkostnad
En LCC tar hänsyn till investeringskostnad, drift och underhåll under produktens livstid. Den tar även hänsyn till kalkylränta, inflation och beräknade prisändringar. Kostnader och intäkter under olika år jämförs bäst om de räknas om till nuvärden, det vill säga vad värdet är idag.
Investering sker i nutid och anges med sitt nuvärde. LCC analysen grundas så långt som möjligt på verkliga kostnader framtagna från tidigare beräkningar och prisuppgifter nämnda under respektive stycke. Driftskostnader med påverkan av inflation och prisändring beräknas med ekvation 10. Värmepumpar beräknas ha en livstid på 20 år(Adalberth & Wahlström 2009) och energibrunnen beräknas ha ett restvärde som uppgår till hälften av investeringskostnaden. Restvärdet med påverkan av inflation beräknas med ekvation 11.
𝐷 = 𝑑 ∗ (1 + 𝑖)𝑛∗ (1 + 𝑝)𝑛 [kr] (10)
𝑅𝑉 = 𝑟𝑣 ∗ (1 + 𝑖)𝑛 [kr] (11)
Där
d= driftskostnad [kr/år]
n= Antal år i livscykeln [år]
i= Inflation [%]
p= Prisökning el, prisökning fjärrvärme [%]
rv=restvärdet [kr]
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
SEK/KWh
Fjärrvärme, pris 1997-2013
Fjärrvärme
17 Den totala livscykelkostnaden beräknas med ekvation 12
𝐿𝐶𝐶 = 𝐺 + 𝛴(𝑁 ∗ 𝐷) − 𝛴(𝑁 ∗ 𝑅𝑉) [kr] (12)
Där
G= Grundinvestering [kr]
N= Nuvärdesfaktorn (se ekvation 13)
D= Driftskostnad inkl. prisändring och inflation [kr/år]
RV= Restvärde med inflation [kr]
Nuvärdesfaktorn vid olika kostnader varje år ges av ekvation 13, där r står för en nominell kalkylränta.
𝑁 =(1+𝑟)1 𝑛 (13)
Känslighetsanalys
Känslighetsanalys av nuvärdet görs på samtliga investeringar för att få en så rättvisande bild som möjligt. Detta innebär att inflation, prisökning på energi, investeringskostnader samt kalkylränta varieras. Beräkningar har gjorts utifrån tre möjliga scenarier, Låg prisutveckling, Normal och Hög prisutveckling, där det normala anses vara det mest troliga utfallet. Följande variation på indata har valts:
Inflation antas i normalläget vara 1 %, vilket är ett medeltal sedan 1995 (Energimyndigheten 2015) . Vid hög prisutveckling antas inflationen ligga på Riksbankens mål 2 %, och i fallet med låg prisutveckling antas inflationen vara 0,5 %, mindre anses inte troligt.
Prisökning på energi antas vara lika för fjärrvärme och el och antas i normalfallet vara 2 %, dvs. något lägre än för de senaste 15 åren, då moms och elcertifikatkostnader påverkat prisökningen. Vid hög prisutveckling antas prisökningarna vara 3 %, och vid låg prisutveckling 1 %. Att energipriserna ökar anses troligt.
Kalkylräntan väljs i normalfallet till 5 %, vilket är den ränta Klövern AB använder i sina kalkyler, till 8 % för låg prisutveckling och till 3 % vid hög prisutveckling.
Investeringskostnader innebär en osäkerhet, och varieras mellan ett beräknat värde i normalfallet och en variation +/- 25 procent.
Värden för respektive antagande finns i tabell 11.
Tabell 11. Känslighetsanalys LCC
Ekonomisk parameter Låg prisutveckling Normal Hög prisutveckling
Inflation (i) 0,5 % 1 % 2 %
Kalkylränta (r) 8 % 5 % 3 %
Prisökning el (p) 1 % 2 % 3 %
Prisökning FJV (p) 1 % 2 % 3 %
Förändring i inv.
kostnad
Minskning 25 % - Ökning 25 %
18 Tabell 12 visar de investeringar och driftkostnader som ingår i respektive alternativs
ekonomiska kalkyl.
Tabell 12. Innehåll i respektive ekonomisk analys
Driftskostnad Nuvarande Alt 1
En värmepump
Alt 2 Tre värmepumpar
Alt 3 En central
Alt 4 Tre centraler
Värme x x x x x
Kyla från kylmaskin x - - x x
Frikyla - x x - -
Varmvatten x x x x x
Investering Nuvarande Alt 1 Alt 2 Alt 3 Alt 4
Borrning - x x - -
Värmepump - x x - -
Frikyla - x x - -
Fjärrvärmeinstallation - - - x x
Kulvert - x - x
Konvertering - x x x x
Varmvattenberedare el x x x - -
Varmvattenberedare till BV - - x - -
Elpanna x - -
Hållbarhet, Miljöeffekter
Hållbarhetsperspektivet begränsas till att ta hänsyn till koldioxidutsläpp och resursåtgång.
Koldioxid
Utsläppsfaktorn för en förändring i energianvändning bör antas utgöra 90 % marginalel och 10 % förnybar el (Statens Energimyndighet 2008) . I detta fall minskar elanvändningen, och baseras på marginalel.
Tabell 13 visar emissionsfaktorer av koldioxid (kg/MWh producerad el). Faktorerna inkluderar omvandlingsförluster och insatsenergier från utvinning av primärenergi fram till användningen av el. För att kunna värdera miljöpåverkan av den ökade fjärrvärmeproduktionen behövs en allokeringsmetod mellan el- och värmeproduktion. Med allokering menas att ett miljövärde fördelas mellan värme och el. Svensk Energi och Svensk Fjärrvärme rekommenderar alternativmetoden, vilken innebär att utsläppen fördelas mellan el och värme baserat på hur miljön hade påverkats om de producerats i separata produktionsanläggningar (Svensk Energi & Svensk Fjärrvärme 2015) .
Emissionsfaktorn för fjärrvärme med kraftvärme och alternativmetod för allokering finns i tabell 13. Emissionsfaktorn är baserad med antagande av kolkondens som marginal och biobränsle som koldioxidneutralt (Statens Energimyndighet 2008) .
Tabell 13. Emissionsfaktor kg CO2/kWh (Statens Energimyndighet 2008)
Teknik C (kg CO2/kWh)
Kolkondens inkl. 10 % förnybar elproduktion 1 Fjärrvärme, system bio
Flerbostadshus, alternativmetod
0,12
19 Koldioxidalstring beräknas med ekvation 14, där C är beroende av elproduktionsteknik. El till bergvärmepump och nuvarandesystem beräknas komma från kolkondensverk med 10 % förnybar el.
𝐶𝑎𝑙𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝐶 ∗ 𝐸𝑢𝑝𝑝𝑣 [kg CO2] (14)
Bränsle
Bränsleåtgång för dagens system beskrivs med ekvation 15 och förändringen av elförbrukning antas påverka produktion i ett fossilgaseldat kraftverk. Bränsleåtgång för fjärrvärme beräknas komma från ett värmekraftverk med 20 procents förluster i systemet. Verkningsgrader för olika system finns i tabell 14.
Tabell 14. Verkningsgrader el- och värmeproduktion
Värmekälla Verkningsgrad (ηel) Verkningsgrad (ηtot)
Fossileldat kraftverk 0,44
Värmekraftverk flis 0,29 1,12
𝐵𝑟ä𝑛𝑠𝑙𝑒𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣 𝑒𝑙 =𝐸𝑢𝑝𝑝𝑣 𝜂 [Wh] (15)
När efterfrågan på fjärrvärme ökas antas fjärrvärmeverket ha kapacitet att öka sin produktion.
Den ökade mängden bränsle i fjärrvärmeverket beräknas med ekvation 16.
∆𝑄𝑏𝑟 𝐾𝑉 = 𝐸𝑢𝑝𝑝𝑣
(𝜂𝑡𝑜𝑡−𝜂𝑒𝑙 )∗(1−𝑓) [Wh] (16)
Där
∆Qbr KV= Bränsleökning värmekraftverk [Wh]
Euppv= Energibehov i fastighet [Wh]
ηtot = Verkningsgrad totalt kraftvärmeverk ηel=Elverkningsgrad
f= Kulvertförluster [%]
KV= Kraftvärmeverk KK= Kolkondens kraftverk
När produktionen av fjärrvärme ökar, ökar även elproduktionen. Denna ökning beräknas med ekvation 17.
∆𝑄𝑒𝑙 = 𝜂𝑒𝑙,𝐾𝑉∗ ∆𝑄𝑏𝑟 𝐾𝑉 [Wh] (17)
Där
∆Qel= Mängd ökad elproduktion [W]
