I dag har energiproduktionen inom fjärrvärmesektorn fokus på produktion och leverans av värme, vilket sätter elproduktionen i andra hand. Vad blir effekten om fokuset är det omvända? Värme går att lagra både billigare och enklare än el. Om behovet av att balansera elnätet prioriterades, skulle fjärrvärmeoperatörerna kunna producera el och värme i kraftvärmeverk då elbehovet är stort, respektive konsumera el för värmeproduktion i värmepumpar då det istället finns god tillgång på el. Den värme som eventuellt överproduceras, det vill säga saknar direkt värmelast, lagras i storskaliga värmelager till värmekonsumtion vid senare tillfälle. I vissa fall kan det till och med vara motiverat med säsongslagring till de kalla månaderna, visar simuleringarna i avhandlingen.
Samspel mellan produktion och konsumtion
I avhandlingen beskrivs hur Sverige kan använda fjärrvärmesystemen till att stärka elsystemet med så kallade kraftbalanserade tjänster. Med detta menas dels produktion av el i kraftvärmeverken när elproduktion från sol- och vindkraft är låg, dels konsumtion av el när det råder hög tillgång på el från dessa. Detta förutsätter därmed att fjärrvärmeproduktionen planeras utifrån elbehovet istället för utifrån värmebehovet som i dag.
Det finns även en lokal aspekt kring de studerade systemen. I dagsläget finns cirka 500 fjärrvärmesystem i Sverige, varav ett drygt 100-tal har kraftvärmeverk som kan producera både värme och elektricitet. Alla fjärrvärmesystem finns i urbana miljöer med tillräckligt högt värmeunderlag vilket också gör dem lokala. Urbanisering och ökade elektrifiering har gjort att till exempel Stockholm, Uppsala och Malmö har kapacitetsbrist i överföringen i elnäten in till städerna. Vissa tider behöver städerna mer än vad elnäten kan leverera. Fjärrvärmesystem med kraftvärmeverk kan då fylla en viktig lokal kraftförsörjande funktion genom ett förflyttat fokus från värme till el.
Storskaliga värmelager som buffert
Även på nationell nivå finns en funktion att fylla. Exempelvis vid topplasttimmen, den timme när elbehovet var som störst under 2021*, producerade kraftvärmeverken i Sverige endast 34 procent av sin toppkapacitet. Under hela året producerade fjärrvärmesektorn bara cirka 5 procent av Sveriges elbehov. Enligt studierna i avhandlingen kan hela fjärrvärmesektorns kapacitet öka så att den finns tillgänglig vid elnätets topplasttimme och den totala elproduktionen dubbleras genom att använda storskaliga värmelager som buffert för uppvärmningen. På så vis bidrar fjärrvärmesystemen till att minska kapacitetsbrist och till ökad nätstabilitet.
Avhandlingen bygger på ett antagande om den framtida energiförsörjningen. I modellen står vindkraft för 60 procent (i dag 20 procent) och solenergi för 10 procent (i dag mindre än 1 procent) relativt elkonsumtionen. Eftersom marknaden är i en omställningsfas är det svårt att säga vad vi kommer se i framtiden, men Tyskland har i dag redan över 10 procents solenergi och Danmark har över 50 procents vindkraft relativt elkonsumtionen. Höga andelar av variabel elproduktion innebär också krav på hög flexibilitet i det övriga energisystemet. Systemstudierna i avhandlingen pekar på potentialen hos fjärrvärmesystemen att bidra till integreringen av sol- och vindkraft. Men för att uppnå de synergieffekter som avhandlingen visar på krävs det också just stora andelar variabel elproduktion. Elöverskott främjar billig värmeproduktion i värmepumpar som i sin tur ersätter bränslebehov i pannor för ren värmeproduktion.
Inhemska möjligheter en del av en säkerhetspolitisk lösning
Det finns aspekter av energisäkerhet i detta också. Sverige är tydligt beroende av omvärldens energisystem. Kärnkraft exempelvis är beroende av import av uran. Vindkraftverkens konstruktioner är beroende av komponenter, till exempel neodym och andra sällsynta jordartsmetaller från Kina. Att bättre nyttja inhemska möjligheter kan vara en del av en säkerhetspolitisk lösning för att minska beroendet.
Omställningen av driften av fjärrvärmesystemen till att följa elbehovet innebär även att en ansenlig del av värmeproduktionen kommer ske via värmepumpar**. Detta kommer också att minska behovet av biomassa som bränsle, som är det vanligaste bränslet i dag i både kraft- och värmeverk. Biomassa är en konfliktfylld resurs som också används inom många andra områden, bland annat konstruktion, pappersmassa, substitut inom petrokemi, batterier, drivmedel och kläder. Till fjärrvärmen används dock främst restprodukter från andra verksamheter. Det största problemet med biomassa är det industriella skogsbruket som försämrar biodiversiteten. Monokulturer, som industriell trädplantering ofta innebär, saknar all form av ekologisk mångfald. Det här påverkar förstås Sveriges möjligheter att nå uppsatta miljömål. Nyttjandet av biomassa har potentialen till att ge negativa CO2-utsläpp genom koldioxidavskiljning från rökgaserna i kraftvärmeverket, men lika viktigt är att den biomassa som används till bränsle används så effektivt som möjligt, det vill säga i kraftvärmeanläggningar som producerar både el och värme.
Sammanfattningsvis visar resultaten i avhandlingen att fjärrvärmesektorn kan leverera betydande mängder kraftbalansering om systemoperatörerna planerar produktionen utifrån ett systemtänk där kraftbalanseringstjänsterna omfattar både produktion och konsumtion av el, möjliggjort genom tillgång till ett värmelager som agerar flexibel värmelast. Dessutom visar resultaten att andelen solkraft i energimixen är avgörande för att uppnå en minskad efterfrågan på biomassa för värmeproduktion, vilket i sin tur understryker behovet av storskaliga värmelager med möjlighet till långsiktig lagring.
* Topplasttimmen vintern 2020/2021 inträffade 12 februari kl. 8–9 då den svenska elförbrukningen uppgick till 25 500 MWh/h. Föregående vinter, som var mycket mild, var den högsta elförbrukningen 2 300 MWh/h lägre.
** Värmepumpar har använts i stor skala i Sveriges fjärrvärmesystem sedan mitten på 80-talet.
Svante Monie (2022 avhandling): Balancing variable renewable electricity generation using combined heat and power plants, large-scale heat pumps, and thermal energy storages in Swedish district heating systems
