1. No category

Elanvendelse i fjernvarmen
store eldrevne varmepumper,
elkedler, og elmarkeder
Workshop Dansk Fjernvarme 4. februar 2014
11. FEBRUAR 2014
PROGRAM OG UNDERVISERE
Morten Boje Blarke
Civilingeniør PhD
ENERGIANALYSE.DK
Niels From
Civilingeniør
Planenergi
Jørgen Morild
Regionsansvarlig
EnergiDanmark
Elanvendelse i fjernvarmen
Status og teknologi indenfor store
varmepumper og elkedler, nyt om
afgifter.
Workshop Dansk Fjernvarme
11. FEBRUAR 2014
Udfordringen fra vindkraft
2008 (20 % vind)
2025 (50 % vind)
Men det går stærkere end de fleste havde forestillet sig
57,4 % af elforbruget dækket af vind i december 2013
Vindkraft, Decentral Kraftvarme, Elforbrug
Vindkraft, Decentral Kraftvarme, Elforbrug
Vindkraft, Decentral Kraftvarme, Elforbrug
Elspot, Decentral Kraftvarme
Relativt responsiv, omend ikke
på nedregulering?
Den decentrale kraftvarme giver efter for vind
Share of total electricity generation (%)
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
1972
1976
1980
1984
1988
1992
Total share of distributed generation
1996
2000
2004
Distributed cogen
2008
Wind
2012
Ambitiøse historiske planer for eldrevne varmepumper
450 MWe
3-400 MWe
238 MWe
Men det bliver ikke på den måde man her forestiller sig (nedregulering)
Nye standardløsninger
CompHEAT (Advansor)
HEATPac (Johnson Controls/Sabroe)
N AT U R L I G E K Ø L E M I D L E R :
CO2, NH3, NH3/H2O
H Y B R I D , I S O B U TA N
HØJ AFGANGST E M P E R AT U R O G H Ø J C O P
( E F F E K T FA K TO R ) L E V E R E S
AF FLERE LEVERANDØRER
COP AFHÆNGER AF
VA R M E K I L D E . F. E K S .
SØ/JORD: 2,5- 3,5
NeatPump (ICS Energy/Star Alliance)
INVESTERINGSOMKOSTNING MELLEM DKK
3,5 OG 4,5 MIO. PER MW
VA R M E I N K L . VA R M E S I D E .
- MEN EXCL. KØLESIDE.
Elkedlers og eldrevne varmepumpers udbredelse 2013
295 MWe
28 MW‐varme (ca. 7 MWe)
Elkedler
den aktuelt eneste aktive
SmartGrid teknologi
Elkedler
Varmepumper
Lavspænding (400 V) og højspænding (10 kV)
300
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
Plants sorted from lowest to highest capacity
Boiler Capacity [MW]
Aggregated Capacity [MW]
30
35
Aggregated Capacity [MW]
Boiler Capacity [MW]
Fordeling på installeret kapacitet
Investeringsomkostning per MW (samlet projektomkostning)
150.000
140.000
Low voltage investment = ‐13852 ln(x) + 129591
High voltage investment = ‐68626 ln(x) + 234242
Specific project investment costs [€ per MW]
130.000
120.000
110.000
100.000
90.000
80.000
70.000
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Electric boiler capacity [MW]
13
14
15
16
High Voltage [€/MW]
Logaritmic trend High Voltage [€/MW]
Low Voltage [€/MW]
Logaritmic trend Low Voltage [€/MW]
17
18
19
20
Tilfredshed
100%
4%
9%
17%
90%
80%
9%
9%
5%
15%
9%
4%
14%
43%
59%
70%
39%
60%
10%
36%
74%
64%
67%
61%
57%
73%
65%
50%
Meget utilfreds
Overvejende utilfreds
40%
Overvejende tilfreds
22%
30%
Meget tilfreds
57%
27%
10%
0%
45%
41%
20%
22%
26%
26%
30%
24%
18%
20%
Baggrunden for udviklingen: Incitamenter til “smart” elanvendelse
A. Elpatron-ordningen introduceret i 2005
ligestiller elanvendelse med andre brændsler
og fastlægger et fælles øvre energiafgiftsniveau
- beregnet ud fra varmeproduktionen
B. Nedsættelse af elafgift i 2013 for anvendelse
til opvarmningsformål.
C. PSO-fritagelse for elforbrug til
fjernvarmeproduktion
D. Ny forsyningssikkerhedsafgift på fossile
brændsler (og biomasse)
Elpatronloven eller ny elafgift?
Elpatronlov en: Den del af afgiften,
der overstiger 18,1 øre pr. kWh
fjernvarme ab værk tilbagebetales
=> Effektive varmepumper sparer
mindst! Alm. elafgift er billigere
end elpatronafgift når
varmepumpens COP var over 3,5
Nye afgiftsregler markerer et
markant forbedret økonomisk
grundlag for varmepumpedrift =>
Effektive varmepumper (høj COP)
sparer mest. Alm. elafgift billigere
når COP er over 1,8.
*PSO fritagelse, variationer i
distributionsbetaling
Afgiftsbetaling
El
Energieffektivisering
Tillæg
Energispar
Eldistribution
I alt
Tilbagebetaling
Nettoafgift
2014
65,8
6,6
6,3
0,6
4
83,3
42
41,3
2015
67,1
6,6
6,4
0,6
4
84,7
42,9
41,8
Netbetaling
PSO*
Transmission
System
Distribution*
I alt
I alt uden PSO
2014
19
4,2
2,7
10
35,9
16,9
2015
19
4,2
2,7
10
35,9
16,9
Elomkostning
ENS fremskrivning
Afgift, net, excl. PSO
I alt
2014
36,7
58,2
94,9
2015
34,6
58,7
93,3
Konkurrencedygtige produktionspriser
KONKLUSIONER
A. Store eldrevne varmepumper er rentable, de ser godt
ud, men er de ”smarte”? (tja - afbrydelige)
B. Eldrevne varmepumper kan med fordel:
A. Erstatte naturgasmotorer og –kedler ($$$)
B. Supplere og effektivisere eksisterende anlæg, også
biomasse, biogas ($-$$)
C. Være nødvendige for integration af solvarme og
sæsonlagring ($)
C. I et ”smart” systemperspektiv skal varmepumper
(afbrydelig grundlast) ikke overraskende driftes i
samspil med elkedler (spidslast, reservelast, og
balancekraft)
D. Øget elanvendelse er CO2 neutral efter kvotemetoden
hvilket gør omlægning fra gas til el i fjernvarmeproduktionen målopfyldende, også grundlast
Elanvendelse i fjernvarmen
Hvilken varmepumpe skal vi
vælge?
Sammenligning af leverandører og
løsninger
Workshop Dansk Fjernvarme
11. FEBRUAR 2014
Nye standardløsninger
CompHEAT (Advansor)
HEATPac (Johnson Controls/Sabroe)
N AT U R L I G E K Ø L E M I D L E R :
CO2, NH3, NH3/H2O
H Y B R I D , I S O B U TA N
HØJ AFGANGST E M P E R AT U R O G H Ø J C O P
( E F F E K T FA K TO R ) L E V E R E S
AF FLERE LEVERANDØRER
COP AFHÆNGER AF
VA R M E K I L D E . F. E K S .
SØ/JORD: 2,5- 3,5
NeatPump (ICS Energy/Star Alliance)
INVESTERINGSOMKOSTNING MELLEM DKK
3,5 OG 4,5 MIO. PER MW
VA R M E I N K L . VA R M E S I D E .
- MEN EXCL. KØLESIDE.
District cooling
Eldrevne varmepumpe konfigurationer
Flue gas waste heat
recovery
Cold
Storage
High pressure
heat pump
District heating
Condenser/
Gas cooler
Hot
Storage
Expansion
Compressor
Evaporator
Geothermal
Solar heat
(direct or
indirect)
Electricity grid
Teknisk‐økonomisk datablad
Højtryks NH3
Parameter
Capacity
COP at +2°C
COP at +8°C
COP at +15°C
COP at +30°C
Investment
Annual O&M
Unit
MW heat
M€ per MW heat
€ p.a.
2010
2020
2030
2050
0.5 to unlimited
1.7 - 2.6
2.7 - 3.3
3.2 - 3.4
3.5 - 4.5
0.5 - 0.6
0.4
0.4
0.3
2 – 3 % of investment
1 – 2 % of investment
Varmeoptag
Heat source
Ground source3
Sea/waste/ground water
Geothermal1
Flue gas incl. Cold Storage.2
Source temp.
2 - 8°C
0 - 15°C
30°C per km
25 – 60°C
Unit
M€ per MW heat-4
M€ per MW heat4
M€ per MW heat4
M€ per MW heat4
2010
2020 2030
1.0
0.5
0.7 per km
0.4
2050
K O M B I N AT I O N E N A F L AV
F O R D A M P N I N G S T E M P E R AT U R
OG HØJ
A F G A N G S T E M P E R AT U R K A N I
DAG LEVERES AF FLERE
ANLÆGSLEVERANDØRER
VÆLG MELLEM
KØLEMIDLERNE CO2, NH3,
NH3/H2O HYBRID OG
I S O B U TA N
D R I F T S K R AV G I V E R
A N L E D N I N G T I L AT F O R V E N T E
EN COP ML. 2,5 OG 3,0
INVESTERINGSOMKOSTNING
MELLEM DKK 3 OG 4 MIO. PER
M W VA R M E I N K L . VA R M E S I D E ,
EXCL. KØLESIDE
PRODUKTIONSFORHOLD ML
K Ø L I N G O G VA R M E E R
KOMPLEKST OG AFHÆNGER
AF LØSNING.
Funktionsprincipper: Kompression og absorption
Kompression Absorption
Drivmiddel: El
Drivmiddel: Varme
Kompressor sammenligning
Kilde: Industriel varmegenvinding med CO2‐ og NH3‐baserede varmepumper
Michael Mølgaard Markussen og Stefan Wuust Christensen, DTU
11. FEBRUAR 2014
COP sammenligning
Kilde: Industriel varmegenvinding med CO2‐ og NH3‐baserede varmepumper
Michael Mølgaard Markussen og Stefan Wuust Christensen, DTU
11. FEBRUAR 2014
Kølemidler sammenligning
Refrigerant Global warming potential (GWP 100 years) Toxicity Flammability Materials Pressure Availability Familiarity HFC 
1300‐1900 





HCs 
3‐5 





Natural NH3 
0 





CO2 
1 





11. FEBRUAR 2014
Elanvendelse i fjernvarmen
Introduktion til hvordan vi vurderer rentabilitet for eldreven varmepumpe og elkedel i lyset af markedsudviklingen på el og gas – og et bud på en enkel systemanalyse (vindvenlighed)
Workshop Dansk Fjernvarme
11. FEBRUAR 2014
SELSKABSØKONOMI =
SAMFUNDSØKONOMI + STATSFINANSER
* I princippet
Konkurrencedygtige produktionspriser
El‐ og gaspriser: Markant usikre
70
Elspot med store timevariationer.
Ligger aktuelt under langsigtet
fremskrivning.
60
40
Uvægtet elspot marts 2013
Neutral gasspot marts 2013
30
20
Gasspot med daglige variationer (marts 2013
middel 25% højere end februar). Ligger
aktuelt over langsigtet fremskrivning
10
Electricity Spot Unweighed Annual Average [€/MWh]
Gas Annual Average [€/MWh]
2035
2034
2033
2032
2031
2030
2029
2028
2027
2026
2025
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
0
2013
€ per MWh
50
Rentabilitet ift. naturgasfyret kraftvarme 2013‐2032
Hvordan måler vi ”vindvenlighed”?
Hvordan måler vi ”vindvenlighed”?
Hvordan måler vi ”vindvenlighed”?
Hvordan måler vi ”vindvenlighed”?
Varmepumpe øger vindvenligheds‐koefficienten
Intermittency-Friendliness Coefficient Mean
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
Blarke, Morten Boje; Lund, Henrik, The effectiveness of storage and relocation options in renewable energy systems, Renewable Energy, Volume 33, Issue 7, July 2008, Pages 1499–1507
0,2
0,15
0,1
0,05
Reference CHP
Reference CHP-HP-GS 6X
Options
Send jeres elproduktionsprofil (tidsserie) til [email protected] så får I en gratis kort rapport retur med systemanalytiske nøgletal, inkl. fortrængt CO2 og vindvenlighed.
Elanvendelse i fjernvarmen
Konklusion
Workshop Dansk Fjernvarme
11. FEBRUAR 2014
To strategiske modeller for integration af vindkraft
Indenlandsk integration
(Smart Grid)
Unikt globalt
eksperiment
Fra vind
mølle succes
til vind
system
succes
Transnational udbygning
(Super Grid)
Indenlandsk
integration Transnational
udbygning
Lokal
innovation,
beskæftigelse,
og ressourcer
Kendt teknologi
Mainstream
operatører,
markeder, og
producenter
System
integration
To arketyper for fremtidens grønne decentrale energianlæg?
Elproducent og system‐
tjenesteudbyder
•
•
•
•
•
Biogas og forgasning
Gas i gasmotor/turbine
Elkedel
Absorptionsvarmepumpe
Biobrændselsproducent
Elforbruger og VE‐producent
•
•
•
•
•
Solvarme
Biomasse, affald
Kompressions‐varmepumpe
Absorptionsvarmepumpe
Fjernkøling
Ét eksempel på fremtidens fleksible og effektive forsyningsanlæg
Konklusioner
•
•
•
Elkedler har som forventet fundet indpas i kraftvarmen (ca. 300 MW) –
men markedet er på standby
Gode erfaringer med absorptionsvarmepumper har i kraftvarme og geotermi
Kompressionsvarmepumper har manglet fodfæste og er med de nye afgifter snarere et alternativ til kraftvarme end til elkedler
Elkedler
•
•
•
•
Varmepumper er kerneteknologi i komplekse og høj‐optimerede energianlæg
Ideel anvendelse af varmepumper er til kombineret varme og kuldeproduktion
Positive driftsøkonomiske udsigter
Danmark bør være på forkant med at høste erfaringer på Smart Grid teknologier, det tjener det decentrale og lokalt forankrede energisystems fremtid
Varmepumper