Den (varme) elefanten i rommet: Det enorme potensialet for kraft-varme sektorkobling for å frigjøre fleksibilitet

Medforfatter: Stian Backe

Omtrent halvparten av Europas totale energiforbruk brukes til oppvarming. Mesteparten av denne energien er dedikert til romoppvarming i bygninger, som utgjør 27 % av Europas energibehov¹. I tillegg står industrielle prosesser for 16 % av kontinentets energibehov. Mens produksjon av elektrisitet er på vei over til renere kilder, er varmeproduksjonen fortsatt tungt avhengig av fossile brensler, med naturgass som den dominerende varmekilden i Europa. Det er derfor et akutt behov for avkarbonisering av varmesektoren.

Sluttbruk av energi per sektor i EU28, og fordeling av energibruk
knyttet til oppvarming og kjøling (H/C)¹.

Samtidig krever den økende andelen av væravhengige fornybare energikilder – som vind og sol – et mer fleksibelt energisystem. I 2023 produserte vind mer elektrisitet enn gass i EU for første gang², og omtrent en fjerdedel av alle timer i 2023 hadde mindre enn 25 % av elektrisiteten fra fossile brensler. Følgelig opplevde Europa en eksplosjon av negative strømpriser i 2023³, noe som krever fleksible teknologier som kan justere strømforbruket for å tilpasse seg tilgjengeligheten av rikelig fornybar kraft.

Ved å avkarbonisere varmeforsyningen gjennom bruken av varmepumper og elkjeler, skaper vi en kobling mellom varme- og kraftsektoren. Integrering av disse teknologiene med termisk energilagring åpner for et enormt fleksibilitetspotensial.

Disse to utfordringene kan delvis møtes med den samme løsningen. Ved å avkarbonisere varmeforsyningen gjennom power-to-heat-teknologier, dvs. varmepumper og elkjeler, skaper vi en kobling mellom varme- og kraftsektoren. Integrering av disse teknologiene med termisk energilagring åpner for et enormt fleksibilitetspotensial. Når sluttbruken er i form av varme, er termisk energilagring langt mer kostnadseffektiv og miljøvennlig sammenlignet med lagring i batterier. Når sluttbruken er i form av varme, er termisk energilagring langt mer kostnadseffektiv og miljøvennlig sammenlignet med lagring i batterier.

Potensiale for fleksibilitet

Kjernen i FLXenabler-prosjektet ligger i å se på forbindelsen mellom kraft- og varmesektoren på ulike geografiske nivå og demonstrere det underliggende fleksibilitetspotensialet. Hypotesen er at ved å koble kraft- og varmesektorer, sammen med integrering av termisk energilagring, vil overgangen til et fossilfritt energisystem akselerere og bli mer kostnadseffektiv. For å bevise dette vil prosjektet bruke energisystemoptimaliseringsmodeller for å kvantifisere effekten av fleksible varme- og kjøleløsninger på forskjellige nivåer i energisystemet. Prosjektteamet består av forskere fra SINTEF og Equinor, TU Wien i Østerrike, samt NREL og US Geological Survey fra USA.Fleksibilitetspotensialet for storskala varmepumper og termiske energilagringsenheter koblet til fjernvarmesystemer er spesielt stort. Som en del av prosjektets innledende oppgaver har vi kvantifisert hvor stor del av Europas varmebehov som kan dekkes gjennom fjernvarme. Denne informasjonen er blitt brukt i den storskala energisystemmodellen GENeSYS-MOD. I tillegg til romoppvarmingssektoren er også industriell prosessvarme på forskjellige temperaturnivåer inkludert i modellen. Prosjektet tar sikte på å gi en omfattende vurdering av hvordan kobling av kraft- og varmesektorer påvirker investeringer i overgangen til et fullstendig avkarbonisert energisystem, både i Europa og USA.

Åpne verktøy

Prosjektet vil utnytte åpne verktøy for energisystemmodellering på forskjellige geografiske skalaer, og benytte algoritmer som kan justere skalaen på analysen – oppskalering og nedskalering. Oppskalering innebærer å ta funn fra mindre energisystemer, som lokale energisamfunn, til energisystemanalyser på nasjonalt eller kontinentalt nivå. For eksempel jobber det østerrikske teamet med hvordan fleksible termiske energiressurser i energisamfunn kan fange verdi i fleksibilitetsmarkedene i en større sammenheng. Nedskalering innebærer å raffinere innsikter fra storskala modeller, for eksempel endringer i den nasjonale energimiksen, for å forstå lokale effekter. Det østerrikske teamet har eksempelvis arbeidet med hvordan avkarbonisering av det Europeiske energisystemet kan påvirke utvikling av fjernvarmesystemet i Oslo⁴.

Det amerikanske teamet arbeider for å forstå potensialet til geotermiske fjernvarme- og kjølesystemer for å bidra til avkarbonisering av energiforsyningen i USA. De har identifisert byer og områder i USA som har det høyeste potensialet for geotermisk energi. Prosjektet vil også utvikle simuleringsverktøy spesifikt designet for geotermisk termisk energilagring. Disse verktøyene lar oss utforske muligheten og effekten av å lagre overskuddsvarme eller kulde i geotermiske reservoarer.

Oppsummert har FLXenabler-prosjektet som mål å kvantifisere effektene av sektorkobling gjennom å utvikle modelleringsverktøy med åpen kildekode, og utforske innovative løsninger som geotermisk energilagring. Med dette vil prosjektet avdekke fordelene ved å integrere fleksible varme- og kjøleløsninger i et energisystem for å få til en mer kostnadseffektiv overgang til en fossilfri energiforsyning.

[1] Heat Roadmap Europe (2017) .Heating and Cooling facts and figures.

[2] European Electricity Review 2024 | Ember (ember-climate.org)

[3] ACER: Explosion of negative electricity prices in EU in 2023 (balkangreenenergynews.com)

[4] Is the decarbonization of the European energy system driving district heating in Norway? | IEEE Conference Publication | IEEE Xplore