– I dag premierar energibolagen värmeproduktion och elen kommer i andra hand. I min forskning har jag vänt på detta. Värme går att lagra i mycket större utsträckning än el, säger Svante Monie, forskare på Uppsala universitet.
Hans avhandling bygger på ett antagande om hur vår framtida energiförsörjning ser ut. I simuleringarna står vindkraft för 60 procent och solkraft för 10 procent. Svante Monie tror att vi inom tio år kommer kunna se de siffrorna, och han jämför med Tyskland som redan har över 10 procents solkraft, och Danmark som har över 50 procents vindkraft relativt elkonsumtionen.
För att fjärrvärmesektorn ska kunna stärka elnätets stabilitet utgår han från att all produktion planeras utifrån elnätets balanseringsbehov. Det betyder att kraftvärmen producerar el (och värme), då elproduktionen från sol- och vindkraft är låg, medan värmepumpar konsumerar el (för produktion av värme), vid överproduktion av el från sol- och vindkraft. Eftersom värmen som produceras från dessa enheter inte nödvändigtvis sammanfaller i tid med värmebehovet krävs storskaliga värmelager som kan agera flexibel värmelast.
Kraftvärmen kan ta en mer framskjuten position
Anledningen till att Svante Monie vänt på perspektivet att låta kraftvärmeverk prioritera el är förändringen i den svenska elproduktionen – som tillsammans med en rejält ökad efterfrågan på el leder till flera stora utmaningar, bland annat ojämn tillgång till el, kapacitetsbrist mellan olika elprisområden och in till urbana områden. I de urbana områdena finns fjärrvärmesystem och dessa system borde kunna ta en mer framskjuten position när det gäller kraftbalanseringstjänster, menar Svante Monie. Det gäller lokalt i städerna, men även på en nationell nivå.
Vid topplasttimmen 2021, producerade de svenska kraftvärmeverken endast 34 procent av sin toppkapacitet och sett till hela året producerade fjärrvärmesektorn endast omkring 5 procent av Sveriges elbehov. Enligt avhandlingen kan det öka så att hela fjärrvärmesektorns elkapacitet (ca 3,5 GWl) finns tillgänglig vid elnätets topplasttimme och då kan den totala elproduktionen dubbleras genom att använda storskaliga värmelager som buffert för uppvärmningen.
Storskaliga värmelager som buffert
Svante Monie har i sin avhandling undersökt vad som sker om energibolag använder storskaliga värmepumpar, så att de kan konsumera överskottsel som en balanseringstjänst. På motsvarande sätt har han tittat på kraftvärme där energibolaget ändrar fokus från värmeproduktion till elproduktion. I studien utgår man också från att all värme ska användas antingen direkt eller lagras. Ingen värme får spillas bort.
En viktig anledning till att energibolag idag prioriterar värme före el är att bolagen har ett värmeeffektansvar gentemot sina värmekunder. Något motsvarande finns inte på elsidan.
– För att kunna fortsätta klara kravet med värmeeffektansvar så ser vi att energibolagen kan förse kunderna med värme från storskaliga värmelager när värmen som produceras från kraftvärmen eller värmepumparna inte räcker till, säger Svante Monie.
I sitt forskningsarbete har Svante Monie undersökt hur detta skulle fungera i praktiken utifrån tre olika fall – i ett närvärmesystem med villor, över hela SE3 samt nationellt. Det har skett genom datasimulering utifrån verkliga siffror som bygger på befintliga kraftvärmeanläggningar, men han har också undersökt potentialen om befintliga värmeverk konverteras till kraftvärme.
– Då får man en konkurrenssituation mellan kraftvärme och värmepumpar. Vad man väljer beror på vad man främst eftersträvar. Om det är mest relevant att reducera all överskottsel så kommer det att trycka tillbaka kraftvärmen om man inte kan hitta nya områden för värme, vilket man få genom bland annat bio-CCS och nya industriprocesser.
– Där är det övergripande värmebehovet det som begränsar. Men om man däremot hittar avsättning för värmen är det till fördel för kraftvärmen.
”Se över ersättningsmodellen”
Studien visar också att en hög relativ andel elproduktion från sol främjar värmepumpar, vilket då leder till att bränsleanvändningen minskar i kraftvärme. Det motiverar en säsongsbetonad drift av storskaliga värmelager, medan elproduktion från vind matchar med hög kapacitet i kraftvärmeverk, ger ökad bränsleanvändning och motiverar kortsiktig drift av storskaliga lager.
– Resultaten visar att det finns en stor teknisk potential att producera mer el från fjärrvärmesektorn. Men det finns samtidigt en ekonomisk farhåga, för ett kraftvärmeverk är dyrt och om man styr mot värme har man 5 000-6 000 drifttimmar per år, medan om man går mot en elprofil som är kraftigt volatil så halveras antalet driftstimmar.
– Då blir det väldigt relevant vad man får för ersättning för den el man levererar. Om man enbart får betalt för den faktiska elen eller om man även kan få kraftbalanseringstjänstersättning för att öka stabiliteten i elnätet. Det är en springande punkt, för ska man motivera energibolagen att lägga om sin produktionsstrategi i kraftvärmeverket måste man se över ersättningsmodellen, avslutar Svante Monie.
Läs avhandlingen: Balancing variable renewable electricity generation using combined heat and power plants, large-scale heat pumps, and thermal energy storages in Swedish district heating systems.
Ann-Sofie Borglund
