05. maj 2021 Orientering

Varmepumper

De store varmepumper er på vej til at blive grundsten i fjernvarmeproduktionen. De er effektive, kan udnytte overskydende vindmøllestrøm og er dermed centrale i den stigende elektrificering af fjernvarmen. 

Danmarks ambitioner mht. klimareduktioner, energieffektivisering samt ressourceforbrug medfører at fjernvarmesystemet i Danmark på sigt skal omstilles fra et brændselsbaseret energisystem baseret på varme fra kraftvarmeanlæg til et vedvarende og grøn energisystem. Vedvarende varmekilder er bl.a. kendetegnet ved at de findes i vore nærområder og ved at de ofte forefindes i en tilgængelig temperatur ikke umiddelbart anvendelig for fjernvarme. For at kunne udnytte vedvarende varmekilder fra luft, vand, undergrund samt spild fra virksomheder, køleanlæg og bygninger er det ofte nødvendigt at indsætte varmepumper som via et drivmiddel (elektricitet eller varme) kan udvinde denne lavtemperaturvarme og fremstille fjernvarme i en ønsket og nødvendig temperatur.

Varmepumper er konverteringsanlæg men kan tillige anvendes til samproduktion af køling og varme.

Antallet af idriftsatte varmepumper har udviklet sig kraftigt i løbet af de senere år, særligt i 2020 er der etableret mange varmepumper, hvilket dels skyldes muligheden for at få tilskud men lige så væsentligt faldende afgifter på elektricitet over de senere år. 

Link: Varmepumpedata.dk

Teknik

Kompressionsvarmepumper er den mest almindelige type varmepumpe, som via en eldrevet kompressor øger tryk og temperatur i et kølemedie, hvorefter energien kan udtages via en veksler, hvorefter trykket i kølemedie sænkes og temperaturen falder til et niveau under den varmekilde som nu via en veksler igen kan opvarme kølemediet før det returneres til kompressoren. Elektricitet er drivmidlet men der er i Danmark eksempler på at kompressoren drives af f.eks. en gasmotor som både fremstiller varme samt driver en kompressionsvarmepumpe.  Effektiviteten af processen måles ud fra hvor meget nyttiggjort varme der fremkommer i forhold til anvendt elektricitet – ”Coefficient of performance” (COP). Kollektive varmepumper anvendt i fjernvarmesystemer har typisk system COP værdier mellem 3 og 8 afhængig af temperatur på varmekilde samt den temperatur der skal leveres til. Kollektive kompressionsvarmepumper kan anvendes til utallige formål og det er primært temperaturkrav, økonomi samt adgangen til gode varmekilder som sætter begrænsningerne.
 
Absorptionsvarmepumper drives af varme. I den ene side hentes energi ud af en lavtemperaturside hvor varmekilden køles ved opvarmning af en vand som derved fordamper under vakuum. Energien i den fordampede vand absorberes af varmesiden og vandet kondenseres ved tilsætning af en flydende salt litiumbromid (LiBr). Den kondenserede væske indeholdende salt og litiumbromid føres til en generator som drives af damp eller varmet vand og som får vandet til at fordampe og litiumbromid til at koncentreres. Det fordampede vand i generatoren kondenseres igen via køling med vandet fra varmesiden som slutopvarmes i generatoren. Det nu kondenserede vand kan nu føres tilbage til starten af processen og sættes under vakuum. Den koncentrerede litiumbromid kan tilsvarende føres tilbage til absorptionen. For hver enhed energi der tilføres generatoren leveres typisk 1,5 – 1,7 varme på varmesiden samt en køling på 0,5 – 0,7 gange tilført varme. Absorptionsvarmepumper anvendes primært i de tilfælde der er en billig varmekilde tilstede, f.eks. fra røggas i en kedel eller motor omkring 140 °C alternativt damp eller varmt vand over 90 °C ’’
 
Drift og vedligehold
 
Kompressionsvarmepumper er teknisk velafprøvet. Fjernvarmen møder de største udfordringer i forbindelse med vekslere og varmeoptagere. Hvor isdannelse kan være et problem for luft/vand varmepumper, til kalkning for vandvarmepumper og tilstopning af vekslere i havvandsvarmepumper mv.
 
Udsving i temperaturerne kan give kondens i varmepumpen, og dermed væskeslag i kompressoren, hvilket kan ødelægge den.
 
Da varmepumper er mekaniske anlæg kan alle former for slid forekomme. Især kompressor er en vigtig komponent pga. høje tryk og derfor stilles store krav til sliddele og mekanisk design uanset type og fabrikat.
 
Absorptionsvarmepumper er meget følsomme overfor utætheder som kan ødelægge vakuum forholdene.

Økonomi

Varmepumper installeres primært med det formål at opnå lav varmepris. Det er afgørende at finde en god varmekilde og sikre sig et optimalt anlægsdesign.
 
I løbet af de kommende år vil der være en gradvis reduktion af el-varmeafgiften og PSO-afgiften. Elvarmeafgiften er sænket fra 40 øre/kWh i starten af 2018 til 0,4 øre/kWh i 2021 for at få mere el ind i opvarmningen, og samtidig udfase fossile brændsler. PSO-afgiften vil gradvist blive udfaset frem mod 1. januar 2022.
 
Omkostningsfordelingen til et eldrevet varmepumpeanlæg over en periode på 15-20 år, vil typisk være 25 % til investering, 5 % til drift og vedligeholdelse, 75 % til elforbrug. Derfor er en høj energieffektivitet afgørende for en god løsning. (kilde: Drejebog til store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet)
 
Nederst på denne side er der et beregningsværktøj der kan give et groft estimat over økonomien i den indledende fase af et varmepumpeprojekt. (kilde: Drejebog til store varmepumpeprojekter i fjernvarmesystemet)

Tilslutning til elsystemet 

Tilslutning til elsystemet aftales med det lokale el distributionsselskab som bør følge de vejledende standard tilslutningsbetingelser som er udarbejdet af Dansk Energi. Det er vigtigt at have styr på aftalen med netselskabet. Omkostninger og betingelser aftales med det enkelte netselskab, da mulighederne kan variere fra sted til sted, det afhænger af tilslutningspunkt, belastninger og infrastruktur i det lokale elnet.

Da den ledige kapacitet i elnettet kan være begrænset, vil det i nogle tilfælde være nødvendigt at indgå aftaler om ”begrænset netadgang” eller afbrydelighed, for at undgå overbelastning af elnettet. Der vil være størst sandsynlighed for at blive afbrudt når der er stor efterspørgsel på el, på de tidspunkter vil varmepumperne formentlig alligevel være afbrudte, på grund af høje elpriser. Disse aftaler vil ofte indgås med en reduceret tilslutningsbetaling.

I de tilfælde hvor der er begrænset netadgang kan det være en fordel at have et varmelager, det muliggør at der kan produceres varme når der er tilstrækkelig kapacitet på elnettet eller når elprisen er lav.

Anvendelse af el

Kollektive varmepumper kan være med til at skabe balance i elnettet. El købes på spotmarked, prisen varierer afhængigt af udbud og efterspørgsel. Varmepumper i fjernvarmesystemer er ofte store elforbrugere som kan reducere omkostningerne til elkøb, såfremt elektriciteten købes billigst muligt i forhold til spotprisen. Dansk Fjernvarme har derfor udviklet værktøjer til beregning af marginale elpriser (Kippriser) for varmepumper og som justeres løbende i takt med ændrede afgifter og tariffer mv. 

Elsystemet bliver i højere grad domineret af fluktuerende elproduktion, og svingende elpriser, i takt med udvidelse af vind og solenergi. Fjernvarmen er en nøglespiller i udviklingen af fremtidens grønne energisystem, der kan balancere svingende i elproduktion og elforbrug. Kollektive varmepumper, Elkedler, Kraftvarmeanlæg samt varmelagre giver reguleringskapacitet og en fleksibilitet som ingen andre tilsluttet elsystemet kan bidrage med og derfor er det vigtigt at prissætte og optimere økonomien i disse anlæg ved at deltage i de markeder der tilbydes samt være opmærksom på muligheder som ellers måske forpasses. Dansk Fjernvarme tilbyder kurser og afholder temadage om disse emner.

Kurser og temadage

System integration

Samspillet med det øvrige energisystem samt fjernvarmeværkets øvrige teknologier kan være  afgørende for en god investering. For nogle værker kan sommerdriften være dækket af solvarme, eller affaldsforbrænding. I andre tilfælde vil varmepumpen være grundlast og en biomassekedel eller gasmoter/gaskedel vil være mellemlast i vinterperioden som optimerer varmepumpens effektivitet og leverer spidslast kapacitet. Derfor er rettidig omhu samt løbende optimeringer i forhold til de teknologier det enkelte fjernvarmeværk besidder essentiel for fjernvarmeværkets samlede økonomi og varmeprisen.
 
Fjernvarme kan levere stor fleksibilitet og integration med det øvrige energisystem herunder el, gas, industri og kølesektorerne, og det er denne evne der skal skabe det moderne 4. generations fjernvarmesystem som binder det Dansk energisystem sammen.

Projektbekendtgørelsen

Projektbekendtgørelsen blev 1. januar 2019 ændret, hvilket betyder at fjernvarmeområder med en leveret varmemængde under 500 TJ pr. år, fritages for kraftvarmekravet og brændselsbinding. Samme områder får begrænsninger i investeringer i biomasseprojekter.
 
Da elektricitet ikke er et brændsel kan eldrevne varmepumper etableres uanset kraftvarmekrav og brændselsbindinger (Gælder fra 2021 i centrale områder også).

Myndighedsbehandling

I forbindelse med etablering af varmepumper skal der udarbejdes et projektforslag, der skal laves en VVM-screening, desuden skal lokalplanen/kommuneplanen undersøges og det skal afklares med kommunen om der skal søges byggetilladelse. 
 
For udnyttelse af naturlige energikilder fra hav, søer, åer samt undergrund må der påregnes længere sagsbehandlingstid pga. manglende viden hos kommuner samt standarder for hvad kan tillades.

Projekt/etablering

Når er fjernvarmeselskab overvejer at etablere en varmepumpe, er et af de første skridt at identificerer hvilke varmekilder der er til rådighed umiddelbart i nærheden af distributionsnettet. Varmekildernes potentiale skal identificeres ved at se på tilgængelighed, temperatur, energimængde og variation over året. Nedenstående figur kan bruges til at identificere varmekilder, start øverst i venstre hjørne. Næste skridt kan være at lave overslagsberegninger med beregningsværktøjet nederst på denne side, eller gå i dialog med en rådgiver der har erfaring på området.
 
I forbindelse med tilbudsindhentning bør de samlede levetidsomkostninger være en del af tildelingskriteriet. Varmepumpens ydelse er afgørende for den samlede økonomi, derfor er det en god idé at bygherre og rådgiver definerer en ydelsestest med økonomisk motivation, som en del af kontrakten. I forbindelse med ydelsestesten skal metoden, samt tolerancer og acceptable grænser være defineret.

Mere viden

For en dybere gennemgang af forholdene ved etablering af store varmepumper i fjernvarmesystemet henvises til nedenstående dokumenter. Målgruppen for drejebogen og inspirationskataloget er primært fjernvarmeværker og varmeplanlæggere i kommunerne, men kan også være et nyttigt værktøj for rådgivere, leverandører af energianlæg og andre med interesse for varmepumper.
 
Drejebogen er en praktisk håndbog i forbindelse med de første overvejelser om etablering af en stor varmepumpe i fjernvarmesystemet. Drejebogen indeholder en gennemgang af mulige varmekilder, varmepumpetyper, myndighedsgodkendelse, økonomi, tariffer, udbud, valg af leverandør og test af ydelse/aflevering. Desuden er der eksempler på sammenspillet med EL-markedet og systemintegration i forhold til det eksisterende varmeproduktionsanlæg, se i øvrigt nedenstående beregningsværktøj.
 
Tryk her og download filen ”Drejebog for store varmepumper.pdf”
 
Inspirationskataloget kan bruges til af finde referenceprojekter. Kataloget indeholder en gennemgang af 20 varmepumpeprojekter. I gennemgangen er der bl.a. redegjort for varmepumpernes tekniske data, varmekilde, økonomi og drift.
 
Tryk her og download filen ”Inspirationskatalog for store varmepumper.pdf”
 
Beregningsværktøj til beregning af varmepumpens marginalpris og simpel tilbagebetalingstid ved etablering af en ny stor varmepumpe i tilknytning til et fjernvarmesystem. Beregningen er baseret på fjernvarmeværkets eksisterende varmeproduktion og forbrug, samt teknisk data og økonomi ved etablering og drift af en ny varmepumpe.
 
Tryk her og download filen ”Opdateret simpelt beregningsprogram.xlsx”