IVL Swedish Environmental Research Institute

Hur kan det integrerade fjärrvärme- och byggnadssystemet kostnadseffektivt möta mål om minskade CO2-utsläpp och fossilbränsleutfasning? Hur påverkas fjärrvärmeproduktionssystemet av olika teknikval för energieffektivisering i stadens byggnader?

Det pågår just nu omfattande renoveringar av befintlig bebyggelse i Sverige. I samband med dessa renoveringar sker även energibesparande åtgärder av byggnadernas el- och värmebehov. Energieffektiviseringsåtgärder har effekter på såväl tillförsel- som användarsidan av energisystemet. Ett systemperspektiv är därför av stor vikt. Denna studies övergripande fokus är att med ett integrerat systemperspektiv på produktionssidan och användarsidan i en stads fjärrvärmesystem undersöka vägar för att nå framtida miljömål.

Analysen använder ett fallstudie- och modellbaserat angreppssätt där Malmö stads fjärrvärmesystem och byggnadsbestånd ligger till grund. Arbetet inkluderar en kartläggning av byggnadsbestånd och fjärrvärmeproduktion i Malmö, identifiering av teknikåtgärder inklusive renoveringspaket för energieffektivisering, energisimuleringar på byggnadsnivå, utveckling av energisystemmodell för tillförsel- och användarled i fjärrvärmesystemet och, slutligen, modellkörningar och analys av resultat.

Den utvecklade energisystemmodellen över Malmös energisystem, TIMES_Malmö, bygger på det internationellt etablerade modellgeneratorn TIMES. Modellen är en optimeringsmodell som beräknar den över tid kostnadsoptimala utvecklingen av det studerade systemet. Studien har en långsiktig tidshorisont och har 2050 som slutår för analysen.

Resultaten visar bland annat att hur stadens miljömål definieras har en viktig betydelse för vilka teknikval och investeringar som är kostnadseffektiva i systemet. Miljömål där stadens påverkan på CO2-utsläpp utanför den egna stadens gränser inkluderas ger ett annat utfall än om fokus för miljömålen är på utfasning av fossila bränslen inom staden.

Mål om ”fossilfrihet”, som fokuserar på minskning av fossila bränslen inom staden, leder i modellresultaten till en hög andel värmepumpar i fjärrvärmeproduktionen. Mål om ”CO2-neutralitet”, som tar hänsyn till effekter på elsystemet i det för staden omgivande systemet (marginalel), gynnar istället en högre andel kraftvärmeproduktion i fjärrvärmeproduktionen.

Enklare teknikåtgärder för energieffektivisering i byggnadsbeståndet visar ofta samhällsekonomisk kostnadseffektivitet. Omfattande klimatskalsåtgärder ger en större energibesparing, men medför också en högre systemkostnad. Energieffektiviseringsåtgärder som minskar el- och värmeanvändning under årets kallare del då den totala efterfrågan är hög ger fördelar ur ett systemperspektiv. Åtgärder som främst minskar behovet av fjärrvärmens baslastproduktion ger i många fall begränsade fördelar ur ett systemperspektiv.

Hur kan det integrerade fjärrvärme- och byggnadssystemet kostnadseffektivt möta mål om minskade CO2-utsläpp och fossilbränsleutfasning? Hur påverkas fjärrvärmeproduktionssystemet av olika teknikval för energieffektivisering i stadens byggnader?

Det pågår just nu omfattande renoveringar av befintlig bebyggelse i Sverige. I samband med dessa renoveringar sker även energibesparande åtgärder av byggnadernas el- och värmebehov. Energieffektiviseringsåtgärder har effekter på såväl tillförsel- som användarsidan av energisystemet. Ett systemperspektiv är därför av stor vikt. Denna studies övergripande fokus är att med ett integrerat systemperspektiv på produktionssidan och användarsidan i en stads fjärrvärmesystem undersöka vägar för att nå framtida miljömål.

Analysen använder ett fallstudie- och modellbaserat angreppssätt där Malmö stads fjärrvärmesystem och byggnadsbestånd ligger till grund. Arbetet inkluderar en kartläggning av byggnadsbestånd och fjärrvärmeproduktion i Malmö, identifiering av teknikåtgärder inklusive renoveringspaket för energieffektivisering, energisimuleringar på byggnadsnivå, utveckling av energisystemmodell för tillförsel- och användarled i fjärrvärmesystemet och, slutligen, modellkörningar och analys av resultat.

Den utvecklade energisystemmodellen över Malmös energisystem, TIMES_Malmö, bygger på det internationellt etablerade modellgeneratorn TIMES. Modellen är en optimeringsmodell som beräknar den över tid kostnadsoptimala utvecklingen av det studerade systemet. Studien har en långsiktig tidshorisont och har 2050 som slutår för analysen.

Resultaten visar bland annat att hur stadens miljömål definieras har en viktig betydelse för vilka teknikval och investeringar som är kostnadseffektiva i systemet. Miljömål där stadens påverkan på CO2-utsläpp utanför den egna stadens gränser inkluderas ger ett annat utfall än om fokus för miljömålen är på utfasning av fossila bränslen inom staden.

Mål om ”fossilfrihet”, som fokuserar på minskning av fossila bränslen inom staden, leder i modellresultaten till en hög andel värmepumpar i fjärrvärmeproduktionen. Mål om ”CO2-neutralitet”, som tar hänsyn till effekter på elsystemet i det för staden omgivande systemet (marginalel), gynnar istället en högre andel kraftvärmeproduktion i fjärrvärmeproduktionen.

Enklare teknikåtgärder för energieffektivisering i byggnadsbeståndet visar ofta samhällsekonomisk kostnadseffektivitet. Omfattande klimatskalsåtgärder ger en större energibesparing, men medför också en högre systemkostnad. Energieffektiviseringsåtgärder som minskar el- och värmeanvändning under årets kallare del då den totala efterfrågan är hög ger fördelar ur ett systemperspektiv. Åtgärder som främst minskar behovet av fjärrvärmens baslastproduktion ger i många fall begränsade fördelar ur ett systemperspektiv.

Det pågår just nu omfattande renoveringar av befintlig bebyggelse, särskilt inom de så kallade miljonprogramsområdena i Sverige. I samband med dessa renoveringar sker även energibesparande åtgärder av byggnadernas el- och värmebehov. Denna studie använder ett integrerat systemperspektiv för att undersöka hur byggnaden, fjärrvärmesystemet, och system för el- och bränsletillförsel hänger samman och påverkar varandra.