Kronik: Vigtigere at udbrede varmepumper end at koble dem til varmelagre

Vindkraft spiller en nøglerolle i planerne om at udfase fossile brændsler i det danske energisystem, og det er målet, at vindkraftandelen skal øges til 50 pct. allerede i 2020. En storskala-implementering af individuelle varmepumper kan være et vigtigt skridt i retning af at understøtte en effektiv indpasning af vindkraft.

Det er ikke lige så afgørende, om varmepumpernes elforbrug gøres fleksibelt via varmelagre. Det er et af analyseresultaterne i et ph.d.-projekt, jeg for nylig har gennemført ved Afdelingen for Systemanalyse, DTU Management Engineering.

I ph.d.-studiet er udført modeludvikling, der gør det muligt at repræsentere varmepumper i samspil med en række forskellige mekanismer til lagring af varme: 1) Intelligent varmelagring i bygningskonstruktionen; både for huse med radiatorvarme og huse med gulvvarme, 2) Akkumuleringstanke til rumvarme samt 3) Beholdere til varmt brugsvand.

I modellen optimeres det samlede el- og varmesystem, hvor varmepumperne og varmelagrene indgår som en integreret del. Ved optimeringen minimeres de samlede omkostninger i systemet, og modellen optimerer både investeringer i kapaciteter samt driften time for time (inkl. elhandel med nabolande).

Analyserne peger på, at det i et dansk systemperspektiv mod 2030 er fordelagtigt at installere varmepumper i boliger uden for fjernvarmeområder. Den øgede elektrificering kan fremme udbygningen med vindkraft svarende til en betydelig stigning i vind-elproduktionen. Samtidig kan brændselsforbruget og omkostningerne for systemet reduceres væsentligt, når varmepumperne vælges frem for de nærmeste konkurrenter – naturgasfyr og træpillefyr. Derved kan varmepumperne bidrage til at udfase fossile brændsler i varmeforsyningen og samtidig mindske presset på de begrænsede biomasseressourcer.

Forklaringen bag varmepumpernes systemfordele skal dels findes i deres høje energieffektivitet og samfundsøkonomiske konkurrencedygtighed. Derudover har de selv uden fleksibel drift en elbehovsprofil, som gør dem velegnede til at integrere vindkraft: Varmepumpernes drift er fordelt over mange timer i døgnet og i kolde perioder er både varmebehov og vindkraftproduktion ofte høj.

Det står i modsætning til f.eks. elbiler, der i en situation uden intelligent ladning typisk vil have et elforbrug, der er koncentreret i de få timer, hvor elsystemet er mest belastet. Den politisk besluttede udfasning af kul på danske kraftværker mod 2030 giver desuden særligt gode forudsætninger for at anvende vindkraft til at dække elforbruget til varmepumperne (suppleret af termisk produktion).

Med varmelagre kan driften af varmepumperne prioriteres efter timer med lave elpriser, og spidserne i elforbruget kan udglattes. Den største fordel ved dette er, at behovet for spids- og reservelastkapacitet kan reduceres – i Danmark med op til 300-600 MW svarende til et stort kraftværk. Samlet set er der dog kun identificeret moderate systemgevinster ved varmelagrene: Vind-elproduktionen kan øges marginalt og reduktionen i brændselsforbrug og systemomkostninger er også til at overse.

Resultaterne indikerer, at det er vigtigere at realisere en storskala-implementering af varmepumperne end at sørge for fleksibel drift af dem. Således er det vigtigere at sikre, at varmepumperne er privatøkonomisk attraktive for forbrugerne end at fremme anvendelsen af varmelagre.

Ph.d.-afhandlingen, ”Wind power integration with heat pumps, heat storages, and electric vehicles – Energy systems analysis and modelling” er offentlig tilgængelig. Både model og resultater er publiceret i peer-reviewede internationale tidsskrifter. Karsten Hedegaard er i dag Energianalytiker ved Ea Energianalyse A/S.