KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

Klima-, Energi- og Forsyningsudvalget 2019-20
KEF Alm.del Bilag 205
Offentligt

Smart-hybridvarme til bygningsopvarmning

Projekt under Klima-, Energi- og Forsyningsministeriet

(j.nr. 2017-3449)

Projektrapport

Februar 2020

Dansk Gasteknisk Center a/s • Dr. Neergaards Vej 5B • 2970 Hørsholm • Tlf. 2016 9600 • www.dgc.dk • [email protected]

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

Kolofon

Titel:

Rapportkategori:

Forfatter:

Dato for udgivelse:

ISBN-nr.:

Sagsnummer:

Sagsnavn:

Emneord:

URL:

Arkivering:

Smart-hybridvarme til bygningsopvarmning

Projektrapport

Karsten V. Frederiksen, DGC

17.02.2020

Dansk Gasteknisk Center a/s

978-87-7795-416-0

745-45

Smart Hybrid varmevirksomhed, bygningsopvarmning

Smart Grid, sektorkobling, hybridvarme, gas, el

https://www.dgc.dk/publikationer/soeg

H:\745\45 Smart Hybrid varmevirk\Slutrapport\Slutrapport feb2020_final.docx

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Indholdsfortegnelse

Side

1. Forord .......................................................................................................................................... 4

2. Resumé, konklusion og indstillinger ........................................................................................... 5

3. Smart Grid, sektorkobling og gashybridvarmepumper ............................................................... 7

4. Demonstration af anlæg på Gredstedbro Skole ........................................................................... 9

4.1.

4.2.

4.3.

Gredstedbro Skoles hovedbygning ...................................................................................... 9

Andre mindre gashybridanlæg ........................................................................................... 14

Central styring .................................................................................................................... 16

5. Systemydelser og perspektiver for forsyningsvirksomheder ..................................................... 18

5.1.

5.2.

Systemydelser .................................................................................................................... 18

Aggregatorrolle .................................................................................................................. 20

6. Økonomiberegninger for hybridvarme ...................................................................................... 21

6.1.

6.2.

6.3.

6.4.

Brugerøkonomi .................................................................................................................. 21

Samfundsøkonomi ............................................................................................................. 23

Følsomhed CO

-priser........................................................................................................ 24

Fordele ved afbrydelighed ................................................................................................. 24

7. Sammenfatning .......................................................................................................................... 29

8. Referencer .................................................................................................................................. 32

Bilag 1: Forudsætning for økonomiberegninger ........................................................................... 33

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

1. Forord

Denne rapport er udarbejdet af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) med input fra projektpartnere i

el- og gasbranchen som en del af projektet

Smart-hybridvarmevirksomhed til bygningsopvarmning

med støtte fra Klima-, Energi- og Forsyningsministeriet (tidligere Energi-, Forsynings- og Klimami-

nisteriet). Projektet er gennemført over to år med start primo 2018.

Ønsket med projektet har været at afklare, om et Smart Grid-varmeforsyningskoncept (sektorkob-

ling mellem el og gas) baseret på ekstern styring af mange varmeinstallationer i bygninger med gas-

fyr og elvarmepumpe (gashybridvarme) med fordel kan implementeres i danske bygninger.

Varmeforsyning af bygninger kan herved ændres, så elvarmepumper leverer i størrelsesorden 80-

90 % af varmen og gasfyret resten, og det vil være muligt at styre disse to enheder, så samfundet

opnår optimal energiudnyttelse af grøn energi fra vind, sol og grøn gas.

Nærværende rapport giver svar på, om et sådant koncept kan fungere rent teknisk, og der kan fast-

lægges en forretningsmodel, som vil være økonomisk og miljømæssig attraktiv for en varmevirk-

somhed/aggregator, den enkelte bygningsejer og samfundet. Med andre ord om det vil være god ide

at fremme sådanne Smart Grid-løsninger fremover, og om der bør gennemføres implementering af

et sådant koncept i stor skala. Rapporten munder også ud i en indstilling til et videre forløb.

Projektets partnergruppe består ud over aktører fra forsyningsarterne el og gas også af rådgivere og

en installatør. Følgende har deltaget i udførelsen af arbejdet og bidraget med input til rapporten:

•

Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) v/ Karsten V. Frederiksen som projektleder

SEAS-NVE v/Ole Alm

StarVVS v/Peter Wagner Holst

Evida (tidligere Dansk Gas Distribution (DGD)) v/Kristian Nielsen og Bjarne Koch

O&J CTS v/Brian Sørensen (underleverandør).

Esbjerg Kommune v/Kjeld Nissen

Syd Energi - SE Rådgivning A/S (SE) v/John Terpollari Madsen

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

2. Resumé, konklusion og indstillinger

Projektets formål har været at afklare, om et Smart Grid-varmeforsyningskoncept med fordel kan

implementeres i mange danske bygninger. Varmeforsyningskonceptet baserer sig på en kobling

mellem el- og gassektorerne ved central styring af gashybridvarmeanlæg (gasfyr i kombination med

elvarmepumpe).

Projektet har ved demonstration på et skoleanlæg i Esbjerg Kommune vist, at hybridvarmepumper

ikke blot nedbringer energiregningen gennem effektivisering af energiforbruget. Hybridvarmepum-

per kan også levere et meget fleksibelt elforbrug og derved øge anvendelsen af grøn strøm og ned-

bringe anvendelse af gas til bygningsopvarmning. Dvs. at det via central styring nu er muligt på kort

tid at øge og sænke elforbruget i en hybridvarmepumpe. Gassen bidrager altså med fleksibilitet og

med at sikre varmeforsyning, når der ikke er vind, og når der i fremtiden kan opstå kapacitetsudfor-

dring i de lokale eldistributionsnet med langt flere elbiler og varmepumper. Der er dog fortsat behov

for udvikling af en mere enkel styreløsning. Specielt i forhold til villamarkedet skal løsningen både

være mere enkel og billigere.

Hybridvarmepumpeløsningen, der har indgået i demonstrationsprojektet, er i forløbet installeret på

Gredstedbro Skole i form af fem METRO THERM varmepumper á 20 kW og et 50 kW Bosch gas-

fyr, der samlet siden efteråret 2018 har forsynet hovedbygningen på 2.388 m

med varme og varmt

vand. Hovedbygningen er opført 1938 og renoveret i 2011.

Konvertering af hovedbygningen har samlet set reduceret gasforbruget fra 18.500 m

i 2017 til ca.

1000 m

i 2019 (dvs. ca. 5 % af det oprindelige forbrug) ved stort set samme varmebehov. Resten af

opvarmningen kommer nu fra el – ca. 67.000 kWh (35 %) og energi optaget fra luften (60 %). CO

emissionen fra opvarmning af hovedbygningen er reduceret med ca. 26 tons om året, hvilket er en

reduktion på 70 %.

Gassen kan være en billigere opvarmningsform for skolen om vinteren, når udetemperaturen er lav,

og der er penge at spare ved at kunne vælge den billigste opvarmningsform, uden at det går ud over

komforten. Varmepumperne har mulighed for at deltage i regulermarkedet, men skolen alene har en

minimal fordel ud af det. Brugerøkonomi ved hybridvarmepumpeløsningen er dog bedre end den

rene elvarmepumpeløsning. Ved samfundsøkonomiske beregninger er gasfyr markant bedre end hy-

bridvarmepumpe og varmepumpe. CO

-prisen skal opnormeres med en faktor 3,6 for at sidestille

hybridvarmepumpe med gasfyr.

Der kan dog være en større økonomisk besparelse, hvis en aggregator ejer anlægget og leverer

varme til skolen. Besparelsen opnås ved både at være fleksibel (Smart Grid-effekter), men også ved,

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

at aggregatoren som ejer af anlægget kan sænke en stor del af elafgiften og dermed levere billigere

varme.

Uden for projektet, men undervejs i forløbet, er yderligere et fritliggende stuehus (boligareal på 222

) lidt øst for Esbjerg og seks mindre bygninger på Gredstedbro Skole (hver på mellem 311-404

) forsynet selvstændigt med hver sin gashybridvarmepumpeunit af fabrikat Daikin. Disse anlæg

er fuldt markedsmodne og indeholder en luft/vand-varmepumpe på 5 kW og et gasfyr på 33 kW. En

aula i en skolebygning på 1168 m

forsynes også af en sådan løsning suppleret med to elvarmepum-

per af samme fabrikat.

Hvis disse anlæg implementeres i stor skala, og hvis det i projektet nævnte Smart Grid-varmeforsy-

ningskoncept benyttes, vil et optimalt samspil mellem el- og gassektor være etableret.

Indstillinger fra projektet

Tiden er således moden til nu at gennemføre implementering i stor skala. Herved forventes alle led i

værdikæden at kunne overbevises om, at denne løsningsmodel gavner alle, og at den har potentiale

til at gøre bygningsopvarmning 100 % grøn.

På vegne af skolen har Esbjerg Kommune v/Kjeld Nissen været anlægsvært i projektet og deltaget i

projektgruppen. Han udtaler, at gashybridløsninger egner sig fint til kommunale bygninger, men der

mangler bedre økonomiske rammer, hvis de skal udbredes i større skala. Egnetheden skyldes, at an-

lægsinvesteringen er lavere end rene varmepumpeløsninger, elstikledning har den fornødne kapaci-

tet, større forsyningssikkerhed samt mulighed for højere fremløbstemperatur ved ældre varmeanlæg.

Flere initiativer til fremme af gashybridvarme er allerede igangsat for at engagere produktleveran-

dører, installatører, energiselskaber, kommuner og andre interessenter. Specielt kommunerne har

ressourcerne og en rolle lokalt til at bane vejen for, at flere vil vælge Smart Grid-gashybridløsnin-

ger. Men de bør understøttes af myndighederne i form af tilpassede rammebetingelser, så de doku-

menterer, at gashybridløsningen er mere rentabel end gasfyr.

Der er flere forhindringer for udbredelse, men den største enkeltstående er, at de nuværende ramme-

betingelser for kommunerne er, at de ikke kan få elrabat til bygningsopvarmning ved køb af en

gashybridvarmepumpe - i lighed med boligejere. Alene ved en sådan ændring ville kommunerne

kunne finde økonomisk fornuft i gashybrid og derved forsvare at vælge denne løsning og bane ve-

jen for Smart Grid og 100 % grøn bygningsopvarmning med vind, sol og biogas, hvor gasnettet ind-

går som energilager og bidrager til forsyningssikkerheden.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

3. Smart Grid, sektorkobling og gashybridvarmepumper

Smart Grid-varmeforsyningskonceptet kan med fordel implementeres i mange danske bygninger,

både i villa- og større installationer. Varmeforsyningskonceptet baserer sig på en kobling mellem el-

og gassektorerne ved central styring af gashybridvarme (samspil mellem gasfyr og elvarmepumpe)

[1-7]. Figur 1 viser et eksempel på gashybridvarme i en almindelig dansk husstand. Anlæg findes

også som unitløsning, hvor det kondenserende gasfyr og varmepumpens indedel (hybridmodulet) er

bygget sammen og ikke kræver ekstra plads i bryggerset.

Figur 1

Skitse af gashybridvarme, hvor et gasfyr kombineres med en elvarmepumpe og leverer

varme til et varme- og varmtvandsanlæg.

Traditionel opvarmning med gas kan herved ændres, så

elvarmepumper leverer i størrelsesorden 70-90 % af varmen, og når varmepumpens energi-

effektivitet falder, og komforthensyn kræver det, leverer gasfyret resten [1-5, 8].

samtidig vil det være muligt at styre enhederne fra centralt hold, så samfundet opnår optimal

udnyttelse af den grønne energi fra vind, sol og grøn gas (sektorkobling mellem el og gas)

[6-7].

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

central styring muliggør, at et varmeforsyningsselskab kan tilbyde systemydelser i form af

op- og nedregulering af elforbruget hos de varmekunder, der ønsker at deltage. Er elprisen

eksempelvis høj, kan den bruges som styringsfaktor for forsyningsvirksomheden, som æn-

drer driften af hybridanlægget til forsyning med grøn gas, hvorved forbrugerne får den bil-

ligste og mest miljøvenlige varmeforsyning, og elnettet aflastes, ikke mindst i det lokale di-

stributionsnet, der i fremtiden bliver kapacitetsudfordret af langt flere elbiler og varmepum-

per [8].

I projektet er det derfor blevet undersøgt, om konceptet fungerer teknisk, og om der kan sammen-

sættes en forretningsmodel, som vil være økonomisk og miljømæssigt attraktiv for både varmevirk-

somheder (aggregatorer), den enkelte bygningsejer og samfundet. Hertil kommer, om komforten er

sikret, ved at det relativt billigere gasfyr leverer varmeforsyningen ved stort forbrug, og når det er

koldt udenfor, i stedet for installation af varmepumper, der er overdimensionerede i den største del

af året.

I nærværende projekt beskrives, hvordan en centralt styret gashybridløsning er blevet demonstreret

på Gredstedbro Skole i Esbjerg Kommune.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

4. Demonstration af anlæg på Gredstedbro Skole

Demonstrationsforløbet har haft fokus på Gredstedbro Skoles hovedbygning.

Følgende kompetencer har indgået i arbejdet:

•

4.1.

Dansk Gasteknisk Center a/s (projektleder – ekspert i varmeforsyningsteknologier)

SEAS-NVE (el- og gashandelsselskab – ekspert i energiforsyningskoncepter)

StarVVS (installation og servicefirma - ekspert i projektering, installation og service)

Evida det tidligere Dansk Gas Distribution (gasdistributør – ekspert i gasnettet)

O&J CTS (ekspert i styrings- overvågningsløsninger)

Esbjerg Kommune (bygningsejer – deltager som anlægsvært)

SE Rådgivning A/S (rådgiver - ekspert i elnettet)

Gredstedbro Skoles hovedbygning

Gashybridanlægget blev etableret i 2018, og opsamling af driftsdata fra anlægget (ekstern overvåg-

ning) startede i september 2018. Gashybridanlægget består af et gasfyr og fem luft/vand-varmepum-

per (se Figur 2), som leverer rumvarme og varmtvand til skolens hovedbygning på 2388 m

, som

blev opført i 1938 og renoveret i 2011. Figur 3 viser, hvordan anlægget er opbygget på skolen, hvor

de største komponenter er de fem varmepumpe-units, varmebuffertank, gasfyr og varmtvandsveks-

ler. Anlægget er grundlæggende styret, således at varmepumperne leverer basisvarmebehovet ved

en given setpunktstemperatur, der også afhænger af udetemperaturen. Kedlen booster kun, når

fremløbstemperaturen er tilstrækkeligt høj. Herved får varmepumperne de bedste driftsbetingelser.

Anlægget har nu været i drift i lidt over 1�½ år, og der er opnået mange spændende erfaringer. En af

de vigtigste er, at skolens klimaaftryk er mindsket betragteligt ved at gå fra opvarmning med ren

gas til opvarmning med en hybridløsning.

Figur 4 viser en sammenligning af energikilderne til opvarmning af hovedbygningen fra før til efter

installation af anlægget. Ved stort set samme varmebehov i 2017 og 2019 er gasforbruget nemlig

reduceret fra 18.500 m

i 2017 til ca. 1000 m

i 2019 (dvs. ca. 5 % af det oprindelige forbrug). Re-

sten af opvarmningen kommer fra el – ca. 67.000 kWh (35 %) og energi optaget fra luften (60 %).

Den årlige reduktion af CO

er estimeret til ca. 26 tons per år, hvilket er en reduktion på 70 %

. Ved

smart styring kan anvendelse af grøn gas og grøn strøm yderligere bidrage til reduktion af CO

De anvendte emissionsfaktorer er fra Energistyrelsens udgivelse ”Samfundsøkonomiske beregningsforudsætninger for

energipriser og emissioner, oktober 2018”

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Figur 2

Gashybridanlæg ved Gredstedbro Skoles hovedbygning (fem luft/vand-varmepumpers

udedele).

Figur 3

Komponenttegning af anlægget (hovedbygningen) på Gredstedbro Skole fra det eksterne

overvågningssystem.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Figur 4

Sammenligning af energikilder til opvarmning af Gredstedbro Skole før og efter installa-

tionen af gashybridanlægget.

At gasforbruget er faldet til ca. 5 % i ovennævnte periode er meget i forhold til de 10-30 %, som

tidligere erfaringer og standardværdigkataloget angiver [1-5, 8]. Det tilskrives en mild vinter i

2018/2019 og forholdet mellem rumvarme og varmt vand er forholdsvis stort sammenlignet med

boliger.

På Figur 5 ses varmepumpernes energieffektivitet (COP-værdier) for anlægget samt udetemperatu-

ren (3 dages gennemsnit). Anlæggets COP ligger samlet på ca. 2,9 for perioden 25. sept. 2018 til

24. sept. 2019. Nulværdierne fra sommerperioden indgår ikke som følge af måleusikkerheden (for-

klares nedenfor). En smule lavt i forhold til andre fieldtest [2-4, 8]. Det skyldes, at varmeanlægget

har behov for en forholdsvis høj fremløbstemperatur. Kedlens boosterfunktion afhjælper det dog

delvist.

Det ses, at COP-værdierne for varmepumperne stiger som forventet med stigende udetemperatur. I

sommerperioden, hvor varmebehovet er lavt, kører varmepumper kun sporadisk, og de målte COP-

værdier er uinteressante for denne periode og vil ikke kunne bruges som grundlag for optimering og

Smart Grid-styring. Årsagen skal findes i, at sommer COP-værdierne målt med korte tidsintervaller

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

er behæftet med stor måleusikkerhed. Specielt temperaturforskellen mellem frem og retur fra var-

mepumperne bliver meget lille om sommeren. En algoritme for installationen baseret på ugeværdier

bør bruges om sommeren når måleusikkerheden bliver for stor.

Figur 5

COP-værdier (3 dages gennemsnit) for anlæg og udetemperatur i perioden sept. 2018-

dec. 2019.

En vigtig parameter for projektets succes har været at vise, at der via central styring hurtigt kan skif-

tes fra drift på varmepumper til gasfyr og tilbage igen, når elprisen stiger og giver dårlig driftsøko-

nomi. Gasprisen ændrer sig ikke meget og har således ikke indgået som styringsparameter.

O&J CTS har lavet en styreløsning, der baserer sig på CTS-teknologi, som fungerer fint, men bedst

passer til større bygninger, både teknisk og økonomisk. I forhold til boliger og mindre bygninger

passer styreløsningen fra Flexgas I og II nok bedre [6,7].

Dette er især interessant for energiforsyningsvirksomheder, der med en pulje af kunder med gashy-

bridløsninger vil kunne tilbyde systemydelser til elmarkedet ved enten at op- eller nedregulere el-

forbruget for deres pulje af kunder [6]. Ligeledes vil gas kunne anvendes til spidsbelastning, hvor-

ved investeringer i forstærkning af elnettet kan undgås [8]. Dette vil også have en relativt stor værdi

for ejerne af elnettet.

Det er blevet demonstreret ved at følge et opstartsforløb og moduleringsforløb, at den ønskede eks-

terne styring af gashybridløsningen er mulig. Rent praktisk er der sendt signal til anlægget om at

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

stoppe de fem varmepumper og starte gasfyret, hvor reaktionstiden er blevet registreret. Efterføl-

gende er samme øvelse udført, hvor varmepumperne tændes igen, og gasfyret slukkes. Et eksempel

på dette kan ses på Figur 6.

Kl. 9:31 bliver der sendt et signal til anlægget om at omlægge driften fra varmepumperne til gasfy-

ret. Det ses, at inden for 1 minut er gasfyret startet og i stabil drift. Varmepumperne reagerer straks

og aftager ikke el efter ca. 2 minutter. Kl. 10:07 bliver der igen sendt et signal til anlægget om at

omlægge driften, og reaktionstiden observeres til ca. 2 minutter, før gasfyret er stoppet. Varmepum-

perne reagerer igen straks, men der går ca. 4 minutter, før varmepumperne aftager 50 % af ønsket

elforbrug, og ca. 13 minutter før stabil drift er opnået.

Figur 6

Demonstration af anlæggets reaktionstid på ændring fra drift på varmepumper til gasfyr.

Varmepumperne har altså en lille tidsmæssig begrænsning i reaktionstiden, og hertil kommer, at

den enkelte varmepumpeenhed skal hvile et tilsvarende tidsrum, hvis den nødvendigvis må stoppes.

Der skal gå i størrelsesorden 15 min., før kølemidlet er klar til genstart - er omdannet fra damp til

væskefase. Hvis en aggregator har aftale med mange anlægsejere og om central styring af mange

gashybridenheder på en gang, kan disse køre/hviletidskrav dog løses med en passende styringsstra-

tegi.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Den relativt korte reaktionstid kombineret med styringsstrategien for kaskadeløsningen eller en

større pulje af gashybridanlæg gør det muligt for energiforsyningsvirksomheder at tilbyde system-

ydelser til elnettet (fx regulermarkedet). Dvs. at der kan spares penge ved ikke at købe strøm i de

dyreste timer på spotmarkedet for el og i stedet anvende gas til varmeforsyningen [9].

For deltagelse i regulerkraftmarkedet er kravet til reaktionstid nemlig på 15 minutter, og det kan

ovennævnte anlægsløsning umiddelbart overholde. For deltagelse i frekvensmarkedet er kravet �½

minut, og ved ovennævnte puljestyringsløsning kan anlægget også indgå i dette marked.

Et andet krav er at aggregatoren kan levere mindst 0,3 MW i regulering. Det betyder, at aggregato-

ren skal råde over ca. 63 kunder som Gredstedbro Skole eller lidt over 1.100 villakunder med hver

sin hybridløsning – dette er dog under forudsætning af, at man kan ind- og udkoble varmepumpens

fulde kapacitet. Hvis man i stedet forudsætter, at der kun kan reguleres svarende til varmepumpens

halve kapacitet (svarende til gennemsnitligt varmebehov for den slags bygninger i fyringssæsonen),

skal aggregatoren råde over styringen af en hybridløsning i 126 skoler eller hos 2.200 villakunder.

4.2.

Andre mindre gashybridanlæg

Esbjerg Kommune har med inspiration fra nærværende projekt yderligere etableret seks Daikin-hy-

bridvarmepumpeløsninger i øvrige pavillonbygninger (hver på 311-404 m

) på Gredstedbro Skole

(se Figur 7 og Figur 8). Hver hybridløsning indeholder en luft/vand-varmepumpe på 5 kW og et

gasfyr på 33 kW. En bygning med aula på 1168 m

forsynes også af en sådan Daikin-løsning sup-

pleret med to Daikin elvarmepumper á 16 kW. Disse er endnu ikke koblet på den centrale styring

som beskrevet ovenfor ift. hovedbygningen.

Det interessante ved Daikins løsning i villastørrelsen er, at den sælges som unitløsning, hvor inde-

delen til varmepumpen er bygget sammen med gaskedlen. Målene på løsningen passer godt ind i et

standard 60 cm skab i et bryggers. Udedelen kan enten være med beskyttende kabinet eller uden.

Det skal bemærkes, at der også findes andre fabrikater end ovennævnte, både som pakkeløsning el-

ler add-on-løsninger, hvilket fremgår af hjemmesiden ”hybridvarme.nu”. [11].

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Figur 7

Daikin gashybridvarmepumpe placeret i en af skolens pavilloner med gasfyr og varme-

pumpens indedel bygget sammen i én unit.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Figur 8

Udedel til Daikin gashybridvarmepumpen med beskyttende kabinet, placeret uden for pa-

villonen.

Ud over det omtalte anlæg ved hovedbygningen på Gredstedbro Skole er der i forbindelse med pro-

jektet også etableret et mindre Daikin gashybridanlæg i et fritliggende stuehus i Glejbjerg ved Es-

bjerg. Det har været i drift siden april 2019, og på samme vis som ovenfor har der været fjernover-

vågning på dette anlæg.

4.3.

Central styring

Mht. den centrale styring har arbejdet vist, at det ikke er en avanceret CTS-teknologi, der i fremti-

den bør styre Smart Grid på anlæg i de private hjem, men en mere simpel løsning [6, 7]. I de større

anlæg som på Gredstedbro Skole, hvor det i forvejen indgår i overvågning/styring af energiforbrug,

kan det dog give god mening.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Styringen skal i virkeligheden blot leve op til et enkelt krav. Det skal kunne modtage information

om, at elprisen er dyr eller billig. Dette kan evt. distribueres ud til forbrugeren som et simpelt

on/off-signal, der tilsluttes varmepumpestyringen som så igen tilsluttes gaskedlen.

Det kunne være via forbrugerens intelligente elmåler, hvor der kan føres et signal ud til et simpelt

on/off-relæ, der føres til varmepumpen som jo også styrer gaskedlen. Informationen kunne også

komme fra internettet, men her er der selvfølgelig en risiko for, at nettet kan være nede, når signalet

sendes, så man mister en omstilling.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

5. Systemydelser og perspektiver for forsyningsvirksomheder

Når opvarmningsformen benytter to energikilder, eller energibærere, er der muligheder for at skifte

mellem disse efter pris, CO

-aftryk eller fx belastning af elnettet. I det følgende er der kun set på

prisen.

På Figur 9 ses, hvor meget det koster pr. kWh leveret varme via enten gasfyret eller varmepum-

perne (kr./kWh). I beregningerne indgår dagsprisen for naturgas (inklusive transport og afgift) og

gasfyrets effektivitet (100 %) samt spotprisen i DK1 (gennemsnitspris pr. døgn og inklusive trans-

port og afgift) og den gennemsnitlige COP pr. dag.

Figur 9

Varmepris pr. kWh leveret varme via enten gasfyret eller varmepumperne.

Som det ses på figuren, vil det de fleste vinterdage kunne betale sig at benytte gasfyret, mens det

resten af året er billigst at opvarme med varmepumpen. Det skyldes både, at elpriserne har været

høje om vinteren, gasprisen lav, og at COP-værdierne falder, når udetemperaturen falder.

5.1.

Systemydelser

Der er flere måder at være fleksibel på. Ovenstående er et eksempel på mulighederne for besparel-

ser, når man kender elprisen og udetemperaturen 24 timer i forvejen. Det kræver meget lidt teknik,

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

og det er en service, som mange kan tilbyde, og derfor er indtjeningen ikke særlig stor. Men det er

ikke altid, at vejret, produktion og forbrug arter sig på den måde, som det var planlagt. Der sker der-

for reguleringer i løbet af dagen, inden for timen og nogle gange helt ned på sekundet. Og grundreg-

len er, at jo hurtigere eller med kortere reaktionstid dit anlæg kan reagere på et ønske om op- eller

nedregulering af et forbrug (eller produktion) – jo flere penge er der at tjene. Dette er illustreret på

næste figur.

Figur 10 Krav og indtjening på de forskellige elmarkeder [9].

Som det tidligere er vist (se Figur 6), kan varmepumperne på Gredstedbro Skole reagere (tænd/sluk)

på under 30 sekunder, efter der er modtaget et signal, og det er derfor muligt at deltage på frekvens-

markedet. Dog under forudsætning af at anlægget indgår i en større pulje med andre hybridanlæg og

dermed indgår i en central styring, der sikrer op- og nedregulering efter behov. Nedenstående Figur

11 fra Energinet viser, hvor meget der kan tjenes pr. MW pr. måned for at stå til rådighed som en

frekvensstyret reserve.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Figur 11 Indtjening pr. MW pr. måned for at stå til rådighed som en frekvensstyret reserve [9].

Som det ses, varierer rådighedsbetalingen meget over tid. På Gredstedbro Skole er der installeret

100 kW varmepumper, så på de bedste måneder kan der være helt op til knap 30.000 kr. at tjene for

at stå til rådighed for det hurtige regulermarkedet. I gennemsnit er det dog noget lavere, omkring 2-

3.000 kr. pr. måned, og i realiteten vil det være endnu lavere. Det skyldes, at buddet som man afgi-

ver, skal være symmetrisk, det vil sige, at man skal kunne tilbyde lige store mængder op- og nedre-

gulering. Man skal derfor have lige så mange varmepumper kørende, der kan slukkes for, som man

har varmepumper, der kan tændes for – eller varmepumperne skal kunne procentvis reguleres på

deres ydelse, fx fra 40 til 60 %.

Ovenstående beløb gælder, hvis varmepumpen står til rådighed 24 timer i døgnet, og det kræver, at

den enten er slukket 24 timer i døgnet (og er klar til en opregulering) eller tændt i 24 timer i døgnet.

Da det ikke er tilfældet, og slet ikke om sommeren, hvor forbruget er minimalt, vil der være en me-

get begrænset fortjeneste ved at være på regulermarkedet.

5.2.

Aggregatorrolle

En aggregator kan dog have flere skoler i sin portefølje og kan derfor opnå en fordel ved at pulje de

forskellige små fortjenester på de enkelte skoler. Hvis aggregatoren samtidig ejer installationen på

skolen, kan denne, modsat skolen selv, opnå reduktion af elafgiften af den del af forbruget, som be-

nyttes til varmepumpen. Derved kan aggregatoren levere endnu billigere varme til skolen, end sko-

len selv kan opnå.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

6. Økonomiberegninger for hybridvarme

Der er beregnet bruger- og samfundsøkonomi for tre forskellige varmeløsninger for hovedbygnin-

gen på Gredstedbro Skole.

I efteråret 2018 blev der som sagt tidligere installeret et hybridvarmepumpeanlæg bestående af fem

METRO THERM varmepumper og en Bosch gaskedel. I de følgende beregninger benyttes en var-

mepumpeeffekt pr. stk. på 20 kW og en kedeleffekt på 50 kW.

Esbjerg Kommune, der er anlægsejer, har en politik om, at gasfyr i kommunale bygninger ved endt

levetid udskiftes med varmepumper, hvis fjernvarme ikke er mulig. Den alternative løsning for sko-

len ville derfor have været en ren varmepumpeløsning. En ren varmepumpeløsning ville bestå af 6

METRO THERM varmepumper af samme type som i hybridvarmeprojektet.

Hvis kommunen ikke havde ovennævnte politik for udskiftning, kunne en ny gaskedel have været

en løsning. Gaskedelløsningen kunne være baseret på to gaskedler af samme type som installeret i

hybridløsningen.

Der er beregnet bruger- og samfundsøkonomi på disse tre alternative løsninger med de i Bilag 1 an-

givne forudsætninger.

6.1.

Brugerøkonomi

Af Figur 12 nedenfor fremgår den brugerøkonomiske beregning af det installerede hybridvarme-

pumpeanlæg med fuld indfasning af reduceret elafgift i 2025, hvor afgiften er reduceret til 77,4

øre/kWh for almindeligt elforbrug, der er afgiftssatsen, som gælder for elopvarmning af offentligt

ejede bygninger.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Figur 12 Brugerøkonomi for alternative varmeforsyninger.

Det ses, at hybridløsningen kun er en smule billigere end den rene varmepumpeløsning, og at gas-

løsningen er væsentligt billigere end de to varmepumpeløsninger. Gasløsningen er således 38

t.kr./år billigere end hybridløsningen og 61 t.kr./år billigere end varmepumpeløsningen. Det vil sige,

at hybridløsningen er 28 % dyrere end gaskedelløsningen. Forskellen er begrundet i de store for-

skelle i investeringer. Gasløsningen kan etableres for blot 151 t.kr. mod 1 mio. kr. for hybridløsnin-

gen og 1,2 mio. kr. for varmepumpeløsningen. Samtidig er service på en gasløsning væsentligt billi-

gere end på en varmepumpeløsning. Samlet set er de årlige driftsomkostninger større på gasløsnin-

gen end på de to andre løsninger, men investeringsforskellene trækker den indregnede årlige ydelse

på investeringen op for de to varmepumpeløsninger, så de samlet set bliver væsentligt dyrere end

gaskedelalternativet.

Brugerøkonomien tilsiger, at kommunen vælger gaskedelløsningen frem for de to varmepumpeba-

serede alternativer.

Der er i Figur 13 regnet en alternativ brugerøkonomi med samme elvarmeafgift, som private betaler

i 2022, hvor PSO-betalingen er bortfaldet, og nedsættelsen af afgift på elvarme er fuldt indfaset.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Figur 13 Brugerøkonomi for alternative varmeforsyninger med elafgift som for private.

En anvendelse af samme afgift på elvarme som private opnår ved den fulde indfasning i 2022, for-

bedrer økonomien i de to varmepumpeløsninger markant. Elprisen sænkes således med 61,9

øre/kWh og forbedrer økonomien så meget, at hybridløsningen nu bliver billigste løsning og varme-

pumpen den dyreste. Hybridløsningen bliver 12 t. kr. /år billigere end gas og 17 t. kr. /år billigere

end varmepumpeløsningen. Brugerøkonomien på de tre alternativer ligger væsentligt tættere ved

samme afgiftsbetaling som private end under de nuværende afgiftsforhold for kommunale bygnin-

ger.

6.2.

Samfundsøkonomi

Der er regnet samfundsøkonomi for de samme tre alternative opvarmningsformer. Samfundsøkono-

mien er beregnet i overensstemmelse med Energistyrelsens retningslinjer og samfundsøkonomiske

priser. 95 % af varmeleverancen i hybridløsningen er elbaseret, og der er derfor indregnet det fra-

drag i elprisen, som Energistyrelsen giver forbrug med en sådan fleksibilitet.

Samfundsøkonomien er beregnet som nutidsværdien af varmeproduktionsomkostningerne inkl. in-

vesteringen over en tyveårsperiode, der svarer til den anslåede levetid for anlæggene.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Investering (kr.)

Levetid (år)

Varmebehov (MWh)

COP

Elforbrug (kWh/år)

Gasforbrug (m3/år) - 5%

Drift og vedligehold (kr./år)

Nettoafgifstfaktor

Skatteforvridning

Samfundsøkonomisk kalkulationsrente

Hybridvarmepumpe Varmepumpe

Gaskedel

800.000

1.136.559

120.750

186

2,92

2,87

1,00

59.766

64.727

1.046

16.908

12.218

3.338

1,325

0,1

Nutidsomkostninger inkl. nettoafgiftsfaktor for en 20 års periode

Investering

1.019.231

Energi

602.069

Drift og vedligehold

220.012

CO2 og anden forurening

11.924

Skatteforvridning

164

Samfundsøkonomisk omkostning

1.853.073

Merbetaling ift. billigste alternativ

445.644

1.448.020

605.858

220.012

1.277

2.272.622

865.193

153.840

999.592

60.101

192.620

1.277

1.407.429

Figur 14 Samfundsøkonomi for tyve år (2019-2038).

Som det fremgår af Figur 14, er gasløsningen det billigste samfundsøkonomiske valg som følge af

lave omkostninger til investeringer og billig drift og vedligehold.

6.3.

Følsomhed CO

-priser

En øgning af CO

-prisen med en faktor 3,6 over den 20-årige planperiode ligestiller omkostningen

mellem hybridvarmepumper og gaskedel på en omkostning på 1,9 mio. kr. Hybridløsningen er ved

dette niveau af CO

-pris stadig billigere end den rene varmepumpeløsning. Det indebærer en gen-

nemsnitlig CO

-pris på 1.113 kr./ton over perioden på 20 år.

Det er en stor stigning i CO

-prisen, der kun er basis for hvis 70 %-målet i 2030 ikke kan nås ved

lavere CO

-priser. Hvis det samfundsøkonomisk skal være fornuftigt at investere i hybridvarme-

pumper svarende til det undersøgte koncept, bør der ske væsentlige reduktioner i installationspriser

og i omkostninger til drift og vedligehold, med mindre der er andre fordele ved hybridløsningen.

6.4.

Fordele ved afbrydelighed

Hybridvarmepumpen kan netop tilbyde andre fordele i form af Smart Grid-effekter gennem dens

afbrydelighed. Afbrydeligheden er undersøgt i projektet, og det er konstateret, at hybridvarmepum-

pen kan afbrydes og startes via en fjernstyring. Dermed er det muligt at tilpasse elforbruget efter

nettariffer, spotpriser, regulerkraftpriser og frekvensreguleringspriser.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Spotpriser

Gredstedbro Skole indkøber strøm til 22 øre/kWh på fastpris. Det er en særdeles lav pris, og

SEAS/NVE har vurderet, at prisen ved en genforhandling bør forventes at være ca. 10 øre/kWh dy-

rere. Vi har derfor anvendt en pris på 32 øre/kWh i beregningen af brugerøkonomien.

Det er beregnet, ved hvilke priser på el det er billigere at overgå til ren gasdrift.

Den anvendte elpris inkl. distributionstariffer og afgifter ligger på 1,26 kr./kWh – heri er indregnet

den fulde afgiftslempelse for elforbrug i offentligt ejede bygninger i 2025 og det nævnte tillæg på

10 øre/kWh, der kompenserer for lav nuværende elpris.

Denne pris giver for hele 2019 anledning til en gennemsnitlig varmeproduktionspris på 43 øre/kWh,

der er beregnet som 1,26 kr./kWh divideret med COP for året på 2,92. Produktionsprisen for varme

fra gaskedlen findes ved at omregne gasprisen på 6 kr./m

til en pris pr. kWh. Det vil sige 55

øre/kWh. Der forudsættes en virkningsgrad på 100 % på gaskedlen.

Vi har døgnmålinger for COP og der er beregnet en gennemsnitlig COP pr. måned (se Figur 15). På

dette grundlag er der beregnet en balancepris for el – forstået som den elpris, der er råd til at betale,

før det er lige så billigt at producere varmen på gaskedlen.

Gennemsnitligt

døgnforbrug (kWh)

457

318

231

135

122

256

315

Gennemsnitligt

timeforbrug (kWh)

Gennemsnitlig COP

2,46

3,01

3,37

3,38

3,40

3,06

2,81

3,25

3,19

3,61

3,15

3,04

Balancepris el ctr. Gasdrift

(kr./kWh)

0,347

0,632

0,824

0,826

0,835

0,659

0,530

0,759

0,727

0,947

0,706

0,647

Januar

Februar

Marts

April

Maj

Juni

Juli

August

September

Oktober

November

December

Figur 15 Balancepris for valg af gasdrift frem for eldrift.

Balanceprisen er herefter sammenlignet med spotpriser på el på månedsbasis, hvis man vælger

driftsstrategien at skifte til gasdrift, når elprisen på spotmarkedet overstiger balanceprisen. Herved

opnår man en besparelse på den samlede energiregning beregnet som elforbrug gange med det, som

spotprisen overstiger balanceprisen.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Af nedenstående figur fremgår, hvor mange timer der har været til forskellige elpriser i januar må-

ned 2019.

Antal timer fordelt på priser for januar 2019

-360

-220

-110

-70

-40

130

160

190

220

270

300

330

360

390

420

450

480

510

540

570

600

630

660

700

730

820

Total

Figur 16 Antal timer, der har været til forskellige elpriser i januar måned 2019.

Balanceprisen er for januar 2019 beregnet til 347 kr./MWh, og det betyder, at hvis man køber

strømmen til spotpris, vil der være en økonomisk fordel ved at skifte til eldrift i de 584 timer, der er

dyrere end denne pris.

Samlet set er der beregnet en potentiel besparelse for januar på 895 kr. ved denne strategi. I øvrige

måneder ligger COP’en (virkningsgraden for varmepumpen) bedre, og balanceprisen bliver derfor

højere. Samtidig er der ikke lige så høje spotpriser på el i de andre måneder. Derfor er det faktisk

kun i januar og en enkelt time i juli, at der kan være fordel ved at skifte fra el- til gasdrift som følge

af priser på spotmarkedet.

Der var i 2019 for få timer med høje priser på spotmarkedet for el i Vestdanmark, til at der var en

reel fordel ved at styre elforbruget efter priser på spotmarkedet.

Frekvensstyrede normaldriftsreserver

Energinet indkøber frekvensstyrede normaldriftsreserver. Elforbrugere eller elproducenter kan opnå

indtjening ved at stå til rådighed med et elforbrug eller en elproduktion, der kan regulere fuldt ud

inden for 150 sekunder. Der er mange aktiveringer, men moderate energimængder.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Vi har downloadet en tidsserie for 2019 på priser på op- og nedregulering fra Energinets hjemme-

side.

Vi antager, at det er muligt at levere opregulering, når der forbruges mindre end 75 % af ydelsen på

fire af de fem varmepumper. I 27 dage er forbruget så stort, at der ikke efter det opstillede kriterie

kan leveres opregulering. Og det antages, at det er muligt at levere nedregulering, når der forbruges

mere end 25 % af ydelsen på fire af fem varmepumper. I 185 dage er forbruget så lavt, at der efter

det opstillede kriterie ikke kan leveres nedregulering. Den femte varmepumpe anses som reserve.

Det er indregnet, at der kan leveres en gennemsnitlig regulering i ovennævnte timer på halvdelen af

effekten af de fire varmepumper. Maks.-effekten i forbrug fra fire varmepumper er på 21,3 kW, og

halvdelen heraf er 10,7 kW.

Effekten på 10,7 kW er ganget igennem med Energinets timepriser for ned- og opregulering i de ti-

mer, der opfylder ovenstående kriterier. Energinets priser for opregulering har i 2019 varieret fra 15

til 889 kr./MW pr. time med et gennemsnit på 275,7 kr./MW pr. time. For nedregulering har pris-

spændet været fra 0 til 626 kr./MW pr. time med et gennemsnit på 26,2 kr./MW pr. time.

Regnestykket for 2019 giver en indtægt for at stå til rådighed for opregulering på 25.021 kr. og på

1.281 kr. for at stå til rådighed for nedregulering; det vil sige i alt 26.302 kr. En indtægt på 28 % i

forhold til den årlige omkostning til indkøb af el på 94 t.kr. og på 15 % i forhold til den totale årlige

varmeomkostning på 172 t.kr. for skolen ved hybridløsningen, jf. Figur 12.

Merprisen i forhold til en ren gaskedelløsning reduceres dermed til knap 12 t.kr. om året. Hvis sko-

len afgiftsmæssigt behandles som private, forøges den brugerøkonomiske fordel ved hybriden fra

12 t.kr. til 38 t.kr. om året. Der skal dog fratrækkes omkostninger forbundet med at stå til rådighed

for frekvensreguleringsmarkedet. Disse omkostninger formodes kun dækket af en større pulje af an-

læg som hybridanlægget på Gredstedbro Skole.

Regulerkraft

Energinet indkøber regulerkraft fra balanceansvarlige aktører, der repræsenterer elforbrug og/eller

elproduktion. Regulerkraften indkøbes for at skabe balance mellem elproduktion og elforbrug.

Efter samme kriterier, der ovenfor er opstillet, for at Gredstedbro Skole kan stå til rådighed for fre-

kvensreguleringsmarkedet, er der regnet økonomi for at stå til rådighed for og levere til reguler-

kraftmarkedet til de priser, som Energinet har offentliggjort for 2019.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Samlet set vil der kunne opnås en indtægt på 1.825 kr. i 2019 for Gredstedbro Skole. Det er en lille

indtægt, og det vurderes derfor ikke, med de priser der har været til stede i 2019, at det er besværet

værd at byde ind på regulerkraftmarkedet.

Opsamling afbrydelighed

Samlet set vurderes det på grundlag af driften i 2019 og priser fra Energinet på spot-, reguler- og

frekvensreguleringsmarkederne, at det kan være relevant at byde ind på frekvensreguleringsmarke-

det for en aktør, der har en portefølje af anlæg som Gredstedbro Skole. Der kræves en minimumsef-

fekt 0,3 MW for at byde ind på det mest attraktive frekvensreguleringsmarked; det vil sige 30 enhe-

der af den indregnede størrelse for Gredstedbro Skole, som vi har indregnet med en effekt på 10,7

kW.

Hvis man etableret et setup til at byde ind på frekvensreguleringsmarkedet vil man også være i

stand til at byde ind på regulerkraftmarkedet og styre elforbruget efter spotpriser på el. Vi forventer

kun begrænsede ekstra omkostninger ved også at udnytte fleksibiliteten på disse markeder, når man

allerede har styringen og beregningsapparatet. Dermed kan man være klar, når og hvis priserne på

disse to markeder bliver mere gunstige.

Mulighederne for at opnå indtægter ved salg af afbrydelighed til netvirksomheden er ikke undersøgt

i dette projekt. I takt med at elbiler og elvarmepumper udrulles, øges kravene til kapacitet i elnettet,

og Dansk Energi har således udmeldt, at der forventes investeringer i størrelsesorden 20 til 50 mia.

kr. til forstærkning af elnettet ved en fuld elektrificering. Det er muligt, at hybridvarmepumper gen-

nem afbrydelighed kan være med til at reducere eller udskyde investeringsbehovet i elnettet.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

7. Sammenfatning

Målet med arbejdet har som nævnt været at afklare, om et Smart Grid-varmeforsyningskoncept med

fordel kan implementeres i mange danske bygninger. Varmeforsyningskonceptet baserede sig på et

ønske om en sektorkobling mellem elforsyning og gasforsyning ved central styring af gashybridvar-

mepumpeanlæg (samspil mellem gasfyr i kombination med elvarmepumpe).

Det kan være relevant at øge elforbruget, når der er meget vind i stikkontakten, og sænke det, når

der er mangel på grøn strøm, og elpriserne er høje. Via denne løsning kan en aggregator udnytte

prisvariationer på spotmarkedet for el og sælge regulerkraft og frekvensregulering til Energinet.

Gaspriserne er ret stabile, så det handler om at udnytte prisforskelle på elmarkedet.

Projektet har vist, at hybridvarmepumper ikke blot nedbringer energiregningen gennem effektivise-

ring af energiforbruget. Hybridvarmepumper kan også levere et meget fleksibelt elforbrug og der-

ved øge anvendelsen af grøn strøm og nedbringe anvendelse af fossile brændsler til bygningsop-

varmning.

Projektet har ved demonstration på Gredstedbro Skole i Esbjerg Kommune demonstreret, at det via

central styring er muligt på kort tid at øge og sænke elforbruget i en hybridvarmepumpe – det viser

altså, at hybridvarmepumper kan være med til at forstærke sektorkoblingen mellem el og gas.

Hybridanlægget, der er blevet installeret og idriftsat på Gredstedbro Skole, består af fem METRO

THERM varmepumper á 20 kW og et 50 kW Bosch gasfyr, der forsyner hovedbygningen på ca.

2.388 m

Komforten er sikret ved, at et relativt billigt gasfyr leverer varmeforsyningen ved stort forbrug, og

når det bliver meget koldt udenfor. Dette i stedet for at installere varmepumper, der er overdimensi-

onerede i den største del af året. Idet udetemperaturen ikke har været under -3 °C i forsøgsperioden,

er dette dog ikke dokumenteret.

Hybridvarmeanlægget ved hovedbygningen kan nu styres centralt på en måde, så en aggregator kan

tjene eller spare penge på at styre el- og gasforbruget efter temperaturforhold og priser på elmarke-

derne, men også på salg af aflastning af elnettet, når der er brug for det. Med andre ord kan elselska-

berne i et eller andet omfang undlade eller udskyde udbygning af det lokale elnet (netforstærkning)

fremover.

Resultatet er, at man med fordel kan etablere et Smart Grid-gashybridvarmeanlæg (inkl. styringsløs-

ning) baseret på en simplificeret version af et CTS-anlæg. Tests konkluderer, at det er muligt at

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

fjernstyre disse anlæg i praksis. Løsningen egner sig dog bedst til større bygninger, da man herved

får nogle stordriftsfordele.

Hybridløsningerne på Gredstedbro Skoles hovedbygning har samlet set reduceret gasforbruget fra

18.500 m

i 2017 til ca. 1000 m

i 2019 (dvs. ca. 5 % af det oprindelige forbrug). Resten af opvarm-

ningen kommer nu fra el – ca. 67.000 kWh (35 %) og energi optaget fra luften (60 %). CO

-emissi-

onen fra opvarmning af hovedbygningen er reduceret med ca. 26 tons om året.

Uden for projektet er yderligere et fritliggende stuehus øst for Esbjerg og seks mindre bygninger

(pavilloner) på Gredstedbro Skole (hver på 311-404 m

) forsynet selvstændigt af hver sin Daikin

hybridvarmepumpe, der indeholder en luft/vand varmepumpe på 5 kW og et gasfyr på 33 kW. En

bygning med aula på 1168 m

forsynes af en sådan Daikin-løsning suppleret med to Daikin elvar-

mepumper á 16 kW.

Der er gennemført drøftelser og analyser af de forretningsmæssige muligheder og de økonomiske

rammer ved brug af den slags Smart Grid-hybridanlæg.

Disse analyser viser, at gas kan være en billigere opvarmningsform for skolen om vinteren, når ude-

temperaturen er lav, og der er penge at spare ved at kunne vælge den billigste opvarmningsform,

uden at det går ud over komforten. Varmepumperne har mulighed for at deltage i regulermarkedet,

men skolen alene har en minimal fordel ud af det. Der kan dog være en større økonomisk bespa-

relse, hvis en aggregator ejer anlægget og leverer varme til skolen. Besparelsen opnås ved både at

være fleksibel, og ved at aggregatoren kan sænke en stor del af elafgiften - og dermed levere billi-

gere varme. På frekvensreguleringsmarkedet vil man kunne tjene ca. 26 t.kr. om året, svarende til

15 % af den totale varmeudgift. Det vurderes, at det giver basis for en forretningsmodel, hvis en ak-

tør kan være aggregator for en større pulje hybridanlæg. Dette naturligvis under forudsætning af at

frekvensreguleringsmarkedet kan give indtægter nogle år fremover.

Økonomien for kommunen ved hybridvarmepumpeløsningen er altså kun god, hvis de kunne få

samme elafgiftsrabat som private, men dog bedre end en ren elvarmepumpeløsning. Ændring af an-

lægsloftet for kommunerne, harmonisering af krav til årlige serviceintervaller på hybridanlæg og

uddannelse af egentlige gashybridvarmepumpeinstallatører vil gavne brugerøkonomien. Aftager-

pligten i projektbekendtgørelsen for naturgasbaserede blokvarmecentraler er også en forhindring for

at etablere hybridløsninger i de større kommunale bygninger.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Gasfyr slår dog fortsat både hybridvarmepumpe og varmepumpe eftertrykkeligt i den samfundsøko-

nomiske beregning, hvilket svarer meget godt til andres erfaringer [10]. CO

-prisen skal opnorme-

res med en faktor 3,6 for at sidestille hybridvarmepumpe med gasfyr.

På baggrund af ovennævnte resultater og erfaringer giver det god mening nu at arbejde videre med

et implementeringsforløb, hvor flere aktører fra alle led i værdikæden indgår. Dvs. produktleveran-

dører, installatører, el- og gasselskaber, aggregatorer, kommuner og andelsboligforeninger. Gerne i

stor skala med et større antal gashybridvarmepumpeinstallationer i en pulje, så aggregatorfunktio-

nen også kan udnyttes.

Målet bør være at fremme ovennævnte model for etablering af gashybridvarmpumpeteknologier til

bygningsopvarmning, hvor man starter med de kommunale bygninger og derved inspirerer de nært-

liggende boligområder. Resultaterne fra Esbjerg-projektet og -anlægget kan bruges som inspiration.

Dette kan på relativt kort sigt sikre energioptimal udnyttelse af grøn elproduktion og grøn biogas-

produktion, samtidig med at gasnettets rolle som energilager kan bidrage til forsyningssikkerhed.

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

8. Referencer

[1] Varmepumpe kombineret med kondenserende kedel. Se følgende link:

https://www.energiforsk-

ning.dk/da/projects/detail?program=All&teknologi=All&field_bevillingsaar_va-

lue=&start=&slut=&field_status_value=All&keyword=345-058&page=0

. [Senest hentet eller vist

den 27.01.2020].

[2] J. Hoen, »Demonstration af Vaillant-hybridanlæg, Gaskedel og varme-pumpe (komplet løsning)

på en villainstallation,« DGC, Hørsholm, 2016.

[3] K.V. Frederiksen, »Gas og vedvarende energi, Gaskedel og add-on varmepumpe på en villain-

stallation,« DGC, Hørsholm, 2016.

[4] »Demonstrationsprojekter om forskellige typer varmepumper,« Teknologisk Institut og DGC,

2013-2015.

https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Energibesparelser/feltmaalinger_paa_gashybridvarme-

pumper_foreloebig.pdf

.[Senest hentet eller vist den 27.01.2020].

[5] Standardværdikataloget. [Online].

https://ens.dk/ansvarsomraader/energibesparelser/energisel-

skabernes-energispareindsats/standardvaerdikatalog

. [Senest hentet eller vist den 27.01.2020].

[6] K.V. Frederiksen og Ianina Mofid, »Flexgas - Fleksibelt energiforbrug med elpatron i villaga-

skedler,« DGC, EUDP-projekt (journalnr. 63014-0123), 2014-2016. Se følgende link:

https://www.energiforskning.dk/node/7923

. [Senest hentet eller vist den 27.01.2020]

[7] K.V. Frederiksen og Ianina Mofid, »Flexgas II- Villagaskedel i samspil med luft/luft-varme-

pumpe eller luft/vand varmepumpe,« DGC, EUDP-projekt (journalnr. 641017-0551), 2017-2020.

[8] Per G. Kristensen, »Belastning af lokale eldistributionsnet ved indfasning af varmepumper

og elbiler,« DGC-notat, 26.09.2019. DGC-projekt 747-79 Forsyningssikkerhed v. konvertering af

gasvarmekunder, fase 1.

[9] Henning Parbo, »Gashybridvarme og mulighederne for levere systemydelser til elsiden, «

Energinet Indlæg fra de gastekniske dage 2019.

[10] Flere indlægsholder, Roadmap for udfasning af naturgas til rumvarme, Workshop, 19 dec.

2019.(overhead nr.35).

[11] Hybridvarmehjemmesiden. [Online].

https://www.hybridvarme.nu/

KEF, Alm.del - 2019-20 - Bilag 205: Materiale fra Peter Wagner Holst om anlæg med hybridvarmepumper og gas ifm. foretræde for udvalget

DGC-rapport

Bilag 1: Forudsætning for økonomiberegninger

Hybridvarmepumpe Varmepumpe

Gaskedel

Beskrivelse

HVP baseret på regning fra Star VVS, varmepumpe opnormering

af VP-delen på regningen og gaskedel opnormering af kedeldel

af regningen.

120.750

Teknologikatalog anvender 20 år for både gaskedler og

varmepumper i denne størrelse

COP er beregnet på grundlag af data for 2019 for

Gredstedbroskolen for hybridløsningen, Varmepumpedelen er

beregnet som en korrektion af HVP-COP'en, således at Vpen

også dækker gaskedlens timer med en COP på 2 (samråd med

Kjed Nissen). Gaskedlen er skønnet til en virkningsgrad på 100%

1,00

i samråd med (Karsten Frederiksen)

HVP faktisk installeret, VP opnormering af HVP i samråd med

Kjeld Nissen,

Faktisk målt på HVP for 2019 og opjusteret herfra til VP

16.908

Faktisk målt for HVP og opnormeret til gaskedel

Faktisk målt for HVP og opnormeret til VP

Faktisk regning opnormeret med 10 øre/kWh, da Ole Alm

mener, at prisen er ret billig. Afgiftsniveau 2025 hvor

afgiftslettelse på almindeligt elforbrug som kommuner betaler

er fuldt indfaset. Anvendes kun i brugerøkonomiske

beregninger

5,75

Skøn på pris ud fra opslag på gasprisguiden.dk

For HVP og VP er anvendt Teknologikatalogets skøn for

3.338

varmepumper. For gaskedel Teknologikatalogets skøn.

Der er anvendt den rente som forsyningsselskaber kan låne til

med kommunegaranti. Det er vurderet, at denne rente svarer til

6.577

den kommunale rente inkl. et forsigtighedstillæg.

Afgiftslempelse for almindeligt elforbrug fuldt indfaset i 2025

Afgiftslempelse for privates brug af elvarme fuldt indfaset i

2022, hvor PSO også bortfalder.

Ganges på alle faktorpriser i beregningen af samfundsøkonomi,

1,325 jf. Energistyrelsens vejledning

Belaster de løsninger, der ikke leverer det største

afgiftsprovenu med 10% af forskellen mellem løsningens

afgiftsprovenu og det maksimale afgiftsprovenu i en anden

0,1 løsning.

Den officielle samfundsøkonomiske kalkulationsrente fra

Finansministeriet og Energistyrelsen. Består af langsigtet rente

4% plus et risikotillæg på 1 pct. pro anno.

Investering i alt

Levetid (år)

800.000

949.592

COP

Effekt varmepumper (20 kW pr. stk)

Elforbrug (kWh/år)

Gasforbrug (m3/år) - 5%

Energiproduktion VP (kWh)

2,92

100

59.766

1.046

174.480

2,87

120

64.727

185.986

Elpris brugerøkonomi (kr./kWh)

Gaspris brugerøkonomi (kr./m3)

Drift og vedligehold (kr./år)

1,26

6,00

12.218

1,26

6,00

12.218

Rente til brugerøkonomi

Elafgift 2025 for offentlig bygninger

Elafgift 2022 for ikke offentlige bygninger

Nettoafgiftsfaktor

43.577

0,774

0,155

1,325

47.480

0,774

0,155

1,325

Skatteforvridningsfaktor

0,1

Samfundsøkonomisk kalkulationsrente