Economic and Environmental Benefits of CHP-based District Heating Systems in Sweden

Abstract: Framtidens energisystem och därmed även klimatet påverkas av många faktorer, såsom energitillgångar, efterfrågan på energi, energipolicy och valet  av energitekniska lösningar. De framtida energisystemen står inför tre viktiga utmaningar: den ständigt växande efterfrågan på energi i världen, problemet med minskande energitillgångar samt den ökande koldioxidhalten i atmosfären och utsläppen av andra växthusgaser och deras påverkan på klimatförändring. Det blir alltmer angeläget att möta de nämnda utmaningarna med hållbarhetsbegreppet i åtanke, att agera för att öka energieffektiviteten och att välja ett energieffektivt energisystem som också är kostnadseffektivt. Fjärrvärme och fjärrkyla baserade på kraftvärme (CHP) kan i hög grad bidra till ökad effektivitet genom användning av energi som annars skulle gå till spillo.Syftet med denna studie är att öka förståelsen för hur CHP-baserad fjärrvärme och fjärrkyla som använder olika energikällor kan bidra till mer kostnadseffektiva energisystem som även ger minskade globala koldioxidutsläpp samt att belysa effekterna av vissa viktiga parametrar för svenska fjärrvärmesystem. Ett viktigt antagande i denna studie är beräkningarna av koldioxidutsläppen från elproduktion som är baserade på marginalelsperspektiv. På kort sikt antas marginalelen komma från koleldade kondenskraftverk, medan den på lång sikt utgörs av el som produceras av naturgas i gaskombi-kondenskraftverk. I beräkningarna antas den lokala elproduktionen ersätta marginalelsproduktionen. Det underliggande antagandet är en ideal, helt avreglerad, europeisk elmarknad där handelshindren är borta och det inte finns några begränsningar i överföringskapaciteten.Resultaten visar att elproduktion i kraftvärmeverk, speciellt i högeffektiva kraftvärmeverk med en kombination av ång- och gasturbiner med naturgas, kan minska den globala miljöpåverkan av energianvändningen avsevärt. Resultaten bekräftar också, genom de scenarier som presenteras i denna studie, att avfall utnyttjas fullt ut som bränsle i kraftvärmebaserade fjärrvärmesystem eftersom det har de lägsta driftskostnaderna. Resultaten visar också hur införande av ett biogasbaserat kraftvärmeverk i ett biogassystem bidrar till ett effektivt system för att minska koldioxidutsläppen och systemkostnaderna. Resultaten visar att det är kostnadseffektivt och klimatvänligt att byta ut eldrivna kompressorkylmaskiner mot värmedrivna absorptionskylmaskiner i ett CHP-system eftersom elanvändningen minskas och elproduktionen samtidigt kommer att öka. Resultaten av studien visar också att det finns potential att bygga ut fjärrvärmesystem till områden med lägre värmetäthet med både miljövinster och ekonomiska fördelar för fjärrvärmeföretagen.Resultaten visar att driften av ett studerat CHP-baserat fjärrvärmesystem där olika gränsvärden för utsläpp införs är mycket känsligt för hur koldioxidutsläppen redovisas, d v s som lokala koldioxidutsläpp eller utsläpp från marginalel. Resultatet visar hur elproduktionen ökar i marginalelsfallet jämfört med det lokala fallet för att minska de globala koldioxidutsläppen. Resultaten visade också att inte bara el- och bränslepriserna, utan också styrmedlen är viktiga för att främja kraftvärmebaserad fjärrvärme och fjärrkyla. Elcertifikat har t ex stor inverkan på införandet av biogasbaserad kraftvärme. En annan slutsats från modelleringarna är att de styrmedel som finns i dagens Sverige utgör starka incitament för kraftvärme och har en liknande effekt som att använda externa kostnader.