Fjernvarme, varmepumper og energi-effektivisering kan bidra til å løse Norges effektutfordringer

Den pågående elektrifiseringen av transport og industri, sammen med etablering av ny kraftintensiv industri, krever rask og omfattende utbygging av både produksjon av fornybar elektrisitet og overføringskapasitet i strømnettet.

Slik utbygging er tidkrevende og kostnadsintensivt og fører til omfattende naturinngrep. Disse inngrepene kan delvis unngås gjennom bedre utnyttelse av eksisterende energiressurser og bruk av alternative energibærere, for eksempel til oppvarming av bygg.

Bygningssektoren dominerer etterspørselen etter elektrisitet i Norge. Kuldeperioder om vinteren og ineffektiv bruk av strøm til oppvarming er drivkraften for investeringer i kraftsystemet.

Energieffektivisering og mer utbredt bruk av vannbårne varmesystemer i bygg sammen med fjernvarme og varmepumper har et stort potensial for å redusere strømbehovet. Dermed blir ikke behovet for økning i produksjons- og overføringskapasitet i strømnettet like stort.

Fjernvarme kan samtidig bidra til effektavlastning i perioder hvor nettet er tungt belastet – gjennom fleksibel bruk av storskala elkjeler, varmepumper og termisk energilagring.

Dagens bruk av fjernvarme til oppvarming av bygninger i Norge er 5,6 TWh (terawattimer). Den totale energibruken i husholdninger og næringsbygg er 78 TWh, hvorav 53 TWh går til oppvarming. Fjernvarme dekker altså omtrent 10 prosent av det totale oppvarmingsbehovet.

Energikommisjonen anslår at økt energieffektivitet i bygninger har et realistisk energireduksjonspotensial på 15-20 TWh fra dagens nivå innen 2030 og at fjernvarmeproduksjonen kan økes med 2-4 TWh innen 2030 – og det dobbelte av dette innen 2040.

Det finnes flere estimater om reduksjon i totalt energiforbruk som følge av energieffektivisering og utbredt bruk av varmepumper i bygninger, blant annet fra Sintef-prosjektet FlexBuild.

Det er imidlertid lite kunnskap om hvordan bruk av vannbårne varmesystem og fjernvarme påvirker behovet for strøm, og da spesielt topplastbehovet om vinteren.

I forskningssenteret for nullutslippsnabolag, FME ZEN, har Sintef undersøkt potensialet for energieffektivisering sammen med økt bruk av vannbårne varmesystemer og fjernvarme for å redusere strømbehovet i Norge.

Det forventede energibehovet til den norske bygningsmassen i 2030 og 2050 ble modellert i fire ulike scenarier i forhold til energieffektivisering og valg av oppvarmingsteknologi, vist i tabell 1.


Tabell 1. Evaluerte scenarier for bygningsmassen i Norge med varierende grad av energieffektivisering av bygningsmassen og ulike oppsett for valg av oppvarmingsteknologi. Energibruket i disse scenariene ble beregnet med bruk av verktøyene RE-BUILDS og PROFet, utviklet av Sintef Community.

Bygningsmassen ble delt først i fem geografiske områder basert på inndelingen i strømregioner, og deretter i tre ulike grupper avhengig av befolkningstetthet: høy, medium og lav. Det ble antatt at fjernvarme er tilgjengelig i områder med høy og medium tetthet, men ikke i områder med lav befolkningstetthet.

For å se på effekten av ulike tiltak i energisystemet, inkludert bruken av ulike energikilder og fleksibiliteten som er tilgjengelig i produksjon av fjernvarme, ble resultatene fra modellering av bygningsmassen tatt inn i Integrate-verktøyet utviklet av Sintef Energi.

Figur 1 viser prinsippet for energisystemmodelleringen, med separate energiforsyningssystemer for de fem ulike strømregionene, og tre ulike grupper for bygningsmassen avhengig av befolkningstetthet.

For produksjonsmiksen i fjernvarme ble det benyttet tall fra Norsk Fjernvarme for 2021, med 50 prosent gjenvunnet varme (overskuddsvarme fra avfallsforbrenning eller industri), 10 prosent fleksible elkjeler, 10 prosent storskala varmepumper, 26  prosent biomasse og 4 prosent bio-olje til spisslast.

Figur 1. Prinsippet for energisystemmodellering: Separate energiforsyningssystem for de fem ulike strømregionene, og tre ulike grupper for bygningsmassen avhengig av befolkningstetthet. Fjernvarme var antatt å være tilgjengelig for områder med høy og medium tetthet. Merk at plassering av laster og kilder i kartet er ikke eksakt. Ill.: Sintef

Modellen velger den billigste produksjonsmiksen tilgjengelig til enhver tid, noe som førte til noen endringer i produksjonsmiksen satt som utgangspunkt: Andelen til varmepumper ble høyere (økning fra 10 til 20 prosent) og andelen biomasse lavere (reduksjon fra 30 til 20 prosent). Den totale andelen av strømbaserte kilder i fjernvarmeproduksjon var da omtrent 30 prosent, inkludert storskala varmepumper og elkjeler.

For å ta hensyn til fleksibilitet i fjernvarmeproduksjonen gjennom termisk lagring i akkumulatortanker og rørnettet i seg selv, ble grunnlasten (gjenvunnet varme) og elkjelene koblet til en akkumulatortank. Dette førte til en reduksjon i spisslastbehovet.

Fortsettelse av dagens praksis i forhold til energieffektivisering og valg av oppvarmingsløsninger vil føre til en økning på 7 prosent i total etterspørsel og 5 prosent i topplastbehov for elektrisitet på grunn av bygninger alene innen 2050.

Gjennom maksimal bruk av fjernvarme, med dagens praksis i forhold til energieffektivisering, vil det totale elektrisitetsbehovet forbli på 2020-nivå, mens topplastbehovet kan reduseres med 5 prosent innen 2050.

For virkelig å redusere både det totale strømbehovet og spesielt topplastbehovet, trengs det en kombinasjon av ambisiøse energieffektiviseringstiltak, maksimal bruk av fjernvarme i tettbebodde strøk og varmepumper i områder med lav beboertetthet.

I et slikt scenario er det mulig å redusere strømbehovet i bygg med 26 prosent innen 2050 sammenlignet med 2020-nivået. Topplastbehovet for strøm til bygg kan reduseres med hele 35 prosent innen 2050. Topplastbehovet som oppstår i de kaldeste periodene, reduseres altså relativt sett mer enn det totale behovet.

Solceller på tak vil kunne bidra mye til strømproduksjon om våren og sommeren, men for å avlaste nettet når behovet er høyest, kreves andre metoder. Hovedbudskapet i studien er at energieffektivisering og fjernvarme vil kunne redusere strømbehovet mest i de kalde periodene på vinteren når kraftnettet er mest anstrengt.

Massiv utvidelse av kraftproduksjon og overføringskapasitet kan dermed delvis unngås med sterkt fokus på energieffektivisering i bygg sammen med økt bruk av vannbårne varmesystemer og fjernvarme for oppvarming. Dette kan redusere de totale systemkostnadene for energiproduksjon og spare naturen for unødvendige inngrep.

Den beste kilowattimen er den som ikke blir brukt. Energieffektivisering er et konfliktfritt tiltak som frigjør kapasitet fra strømnettet til avkarbonisering av de sektorene som er avhengig av strøm for å nå klimamålene, som transport og industri.

Fjernvarme tillater energieffektivisering på systemnivå gjennom utnyttelse av energikilder som ellers ville gått til spille: overskuddsvarme fra industri og avfallsforbrenning. Andelen overskuddsvarmekilder i fjernvarmeproduksjonen er forventet å øke, blant annet grunnet økt antall datasentre og det nye kravet til kost-nytteanalyse for utnyttelse av spillvarme.

I tillegg tillater elkjeler og store varmepumper i fjernvarmesystem kombinert med varmelagring en økt fleksibilitet i kraftnettet gjennom muligheten til å produsere varme og lagre den når vinden blåser og solen skinner, for å så bruke varmen når varmebehovet er høyt. Dette kaller vi for systemsmart energibruk.

Kronikken ble første gang publisert i Teknisk Ukeblad 26. mai 2023, og gjengis her med tillatelse.