Bliv skarp i varmepumpens ABC

I fremtiden bliver en større andel af varmen til fjernvarmeforbrugerne produceret med store eldrevne varmepumper og elkedler. Det giver en række fordele for både forbrugerne, for fjernvarmeselskabet og for det samlede energisystem. Samtidig har de store varmepumper i fjernvarmen sine begrænsninger, der på bestemte tidspunkter gør andre løsninger mere velegnede, når målet er billig, grøn og forsyningssikker energi.

Denne artikel går i detaljer med, hvordan en varmepumpe er skruet sammen, og hvorfor den er en af fremtidens energikilder.

Varmebehovet kan opdeles i ”grundlast”, ”mellemlast” og ”spidslast”. Grundlast er det varmebehov, der er hele året, det vil sige også om sommeren, hvor der er brug for varme til at opvarme vandet i vandhanerne og bruseren. I mellemlast har produktionsenheden/anlæg  typisk lidt færre driftstimer, og laver derfor oftest varme fra efterår, igennem vinteren og ind i foråret. Spidslast er det behov, der er på de koldeste vinterdage, hvor efterspørgslen efter varme er størst.

En varmepumpe vil ofte bruges som grundlastenhed, og i nogle tilfælde som mellemlast. Den er forholdsvis dyr i anskaffelse, da det er en avanceret maskine. Til gengæld er den oftest billig i drift, da den kan udnytte energi fra luft, havvand, overskudsvarme og lignende kilder, som oftest er gratis, og der desuden blot skal suppleres med el, hvor prisen dog kan variere.

Den høje anskaffelsespris og de lave driftsomkostninger gør, at når først et fjernvarmeselskab har brugt de forholdsvist mange penge på at anskaffe sig den, skal den køre så meget som mulig. Det gør den velegnet som grundlast og i nogle tilfælde mellemlast. Her er det muligt at udnytte de lave driftsomkostninger til fulde.

Til gengæld er der andre løsninger end varmepumpen, der er langt bedre og billigere til spidslasten, hvor der blot skal produceres varme nogle få dage eller timer i træk. Det er derfor meget sjældent muligt at dække et helt selskabs varmebehov med varmepumper alene. Det vil gøre investeringsomkostningerne for høje og varmen unødig dyr for forbrugerne.

Robuste varmekilder

Varmepumpen drives af el og er et forholdsvist avanceret anlæg, som består af flere elementer blandt andet en kompressor og en energioptager, hvilket gør, at varmepumpen ofte fylder en del.

Kompressoren kan betragtes som ”hjertet” i anlægget. Den ligner en stor motor, og det er den, som arbejder for at producere varme. Kompressoren drives af el og bruges til at hæve temperaturen fra varmekilden.

Varmepumpen har en høj virkningsgrad for eksempel på 4. Det betyder, at hver gang den bruger 1 mængde el, kan den levere 4 mængder varme. Det er også det, man kalder COP-værdi (coefficient of performance).

Mange fjernvarmeselskaber har flere forskellige produktionsanlæg. Nogle af dem er, som beskrevet, relativt dyre at investere i, men er billige i drift. Andre anlæg er billige at investere i, men dyre i drift. Når fjernvarmeselskaberne benytter forskellige produktionsanlæg, bliver fjernvarmeselskaberne mere robuste overfor de svingende priser på energikilder.

Et typisk fjernvarmeselskab kan derfor godt have både en store eldreven varmepumpe, en elkedel, solvarme, biomasse eller andet som del af sin varmeproduktion. Når solen skinner leveres varmen oftest fra solvarme, når elprisen er lav, leveres varmen fra varmepumpen eller elkedlen og så videre. Sådan veksler fjernvarmeselskaberne fra time til time ud fra, hvad der er mest billigt og grønt.

Det er noget anderledes, end hvis man som boligejer alene har et fyr til træpiller, et gasfyr, eller hvis man har en lille varmepumpe. Her er man anderledes afhængig af prisen på sin energikilde, hvad enten det er dagsformen på træpiller, naturgas eller prisen på el.

Balance i energisystemet

De mange store varmepumper og elkedler i fjernvarmen har også en effekt på det samlede energisystem, og for behovet for investeringer i det samlede energisystem.

I og med at varmepumper og elkedler er fleksible, kan de derfor også anvendes til at balancere elsystemet, da elproduktionen fra vindmøller er fluktuerende.

Når vinden blæser og solen skinner, er der høj elproduktion baseret på vedvarende energi og derfor oftest billig el. Der kan de store varmepumper og elkedler bruge den grønne og billige strøm til varmeproduktion.

Det kan de uanset, om der er efterspørgsmål efter varmen her og nu,  fordi varmen kan lagres i store tanke (varmelagre og akkumuleringstanke) og i fjernvarmerørene under jorden.

Fleksibilitet er afgørende

Netop fordi fjernvarmen kan lagre energien, kan sektoren også skrue ned eller helt slukke for elforbruget, fx når efterspørgslen på el, og dermed også prisen, er meget høj, fordi fjernvarmen kan trække på den lagrede fjernvarme.

Det er ikke kun på timebasis, at elkedlerne har sin berettigelse. Elsystemet er hele tiden påvirket af at produktionen af vedvarende energi fra sol og vind er meget varierende, derfor skal der skabes balance hvert sekund.

Her spiller elkedlerne en central rolle, fordi elkedlerne kan reagere enormt hurtigt på ændringer i elsystemet og dermed tænde og slukke afhængig af behovet. Balancering af elsystemet er afgørende for el-forsyningssikkerheden i hele landet. Derfor er elkedlerne både til gavn for det lokale fjernvarmenet, men i særdeleshed også til gavn for det nationale energinet.

Den forventede elektrificering af fjernvarmen vil føre til, at fjernvarmeselskaberne bliver blandt de største elforbrugere i Danmark sammen med datacentre og PtX-anlæg. På sigt vil varmeselskaberne gå fra at være nettoproducenter af el fra kraftvarme til at blive nettoforbrugere af el via elkedler og varmepumper og den samlede kapacitet af el-løsninger i fjernvarmen tæt ved tredoblet.

I Energistyrelsens analyseforudsætninger til Energinet for 2024 forventer styrelsen, at der i 2027 vil være installeret varmepumper med en samlet elkapacitet på cirka 670 MW. Det svarer til en varmekapacitet på cirka 2.300 MW. Styrelsen forventer samtidig, at der vil findes elkedler med en samlet elkapacitet på cirka 3.300 MW.