I den nya studien från Mistra har Joel Bertilssson, doktorand i energisystem vid Chalmers, jämfört hur sex svenska städer kan lösa sitt el- och värmebehov till 2050 på det billigaste och mest effektiva sättet – både investerings- och driftsmässigt – utan att bidra med koldioxidutsläpp.
För att lösa det har Joel Bertilsson byggt en optimeringsmodell där han stoppat in ett antal ”kvalificerade” antaganden, bland annat att det krävs stora nyinvesteringar i elproduktion och laddinfrastruktur och att efterfrågan från biomassa kommer öka kraftigt från industrier och raffinaderier.
Resultatet av denna dataoptimering är att el skulle kunna stå för 70–85 procent av värmeproduktionen i fjärrvärmenätet, beroende på stad (se faktaruta nedan). Detta kan jämföras med dagens nivåer som ofta ligger under 20 procent eller till och med noll.
Elen ska användas vid rätt tillfälle
Elen ska används för att driva storskaliga värmepumpar som utnyttjar värmekällor som datacenter eller avloppsvatten när det finns överskott av el från sol- och vindkraft. Och när elbehovet är högt ska man använda värmelagren.
- Det är en överraskande slutsats att vi ska göra värme av el, men det viktiga är att det görs vid rätt tillfälle. De här värmepumparna ska inte köras vid höglasttimmar då efterfrågan på el är hög. Då väljer modellen att använda värmelager för att täcka värmebehovet, vilket kan kompletteras med biogaspannor vid behov, säger Joel Bertilsson.
Värmelagren som används i modellen är inga storskaliga bergslager, utan har samma storlek som många bolag har redan i dagsläget med en kapacitet på några GWh. Finns det möjligheter till större bergslager ser kalkylen än bättre ut, enligt Joel Bertilsson.
Ökad flexibilitet är en förutsättning
En förutsättning för denna värmemodell är dock att flexibiliteten i energisystemet ökar så att producenter och användare anpassar både produktion och användning i större utsträckning, till exempel genom smarta vehicle to grid-lösningar där elbilarnas batterier kan hjälpa till att balansera systemet.
Den mängd som behövs för uppvärmning är totalt sett en ganska liten del. Det behövs ungefär 0,25 TWh el för att producera 1 TWh värme.
Modellen bygger även på att de berörda kommunerna kan importera el från det regionala elnätet.
– Om man drar ned på importkapaciteten blir kalkylen annorlunda. Då blir det mer lönsamt med biobaserad förbränning. Men man får straffa systemet ganska hårt för att det inte ska bli lönsamt med värmepumpar, säger Joel Bertilsson.
Men hur går denna ökning av elbehovet ihop med att alla andra sektorer också behöver mer el fram till 2050?
– Den mängd som behövs för uppvärmning är totalt sett en ganska liten del. Det är medräknat i de antaganden som vi har gjort. Det behövs ungefär 0,25 TWh el för att producera 1 TWh värme, säger Joel Bertilsson.
Viktigt att bli mer resurseffektiva
Ulf Hagman, avdelningschef för strategi och innovation på Göteborg Energi som är ett av flera energiföretag inom Mistra Electrification, tycker att studien är intressant men tror att även ökande elefterfrågan och krav på försörjningstrygghet kommer att påverka i hur stor utsträckning fjärrvärmeföretag kommer använda eldrivna värmepumpar.
– Ska Sverige klara att elektrifiera både industrin och transportsektorn är det en fördel om inte elbehovet för uppvärmning ökar samtidigt. Oavsett det blir det allt viktigare för fjärrvärmeföretag att bli mer resurseffektiva, så att utnyttja restvärme från industrin så långt som möjligt innan värmepumpar eller andra uppvärmningskällor används bedömer vi är en nyckel, säger Ulf Hagman.
Så här kan fjärrvärmen lösas i de sex städerna i studien
Stockholm
– 85 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på cirka 1 000 MW för värmeproduktion.
- Värmelager på cirka 10 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
Göteborg – lågt behov av värmelager
- 75 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 440 MW och som även utnyttjar restflöden av värme från industrin.
- Värmelager på cirka 2 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
Malmö – solceller i kombination med elbilar en viktig del
- 80 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 130 MW.
- Värmelager på cirka 1,6 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
–Solceller på cirka 180 MW, där elbilar utnyttjar solcellernas produktionstoppar, blir en del av den optimala lösningen. Malmö är den stad som visar störst potential för solel.
Skellefteå – mycket restvärme från smältverket Rönnskär
- 70 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 60 MW.
- Värmelager på cirka 0,8 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
- Smältverket Rönnskär i Skelleftehamn ger restvärme med höga temperaturer, vilket minskar behovet av värmepumpar.
Luleå – fossilfri stålproduktion bidrar till flexibilitet
- 75 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 120 MW.
- Värmelager på cirka 1,5 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
- Har störst behov av värmelager av städerna på grund av stora svängningar av utetemperaturen vilket ger variationer i efterfrågan av värme.
Norrköping – 85 procent av värmen produceras av el
- 85 procent av värmen i fjärrvärmenätet produceras med el, främst från storskaliga värmepumpar, med en kapacitet på 300 MW.
- Värmelager på cirka 1 GWh hanterar variationer i elpris och efterfrågan.
Läs hela studien ”The impact of energy-related city properties on optimal urban energy system”
Johan Wickström
