2. Varmedistribusjon

2.1 Generelt

Begrepet varmedistribusjon omfatter alle former for distribusjon av varme til praktiske formål. Dette kan være oppvarming av eneboliger eller større bygg, oppvarming av tappevann, varmebehov i industrien etc. Varmen kan genereres fra flere ulike energikilder. Kilden kan være en kjel som forbrenner avfall eller biomasse, fossile eller fornybare energigasser eller olje, eller en elektrisk kjel (el-kjel). Varmen kan også produseres ved hjelp av varmepumpe som henter varme fra for eksempel sjøvann. Varmen fra energikilden brukes til å varme opp et passende medium for transport/distribusjon (en energibærer). Vann er den vanligste energibæreren. Andre flytende medium eller vanndamp benyttes også i mindre grad, avhengig av temperatur og andre forhold. Det oppvarmede vannet transporteres fra varmekilden til sluttbrukeren, i rør. Hvor mye varme som går tapt under transporten, avhenger blant annet av hvor godt isolert systemet er, samt avstanden fra kilden til sluttbrukeren av varmen. Gjennom varmeveksler hos sluttbrukeren tilføres varmen sluttbrukernes interne vannbårne eller luftbårne distribusjonssystemer og utnyttes til romoppvarming, oppvarming av ventilasjonsluft og varmt tappevann.  

Varmedistribusjon forekommer i mange ulike former, fra store til små systemer, fra svært korte til lengre avstander. Vi kan i hovedsak skille mellom to systemtyper, 1) sentralvarme og 2) fjernvarme. Et typisk sentralvarmeanlegg er et vannbårent oppvarmingssystem i én bygning med en eller flere kjeler fyrt med energikilder som elektrisitet, olje, gass og biobrensel eller varmepumpe. Sentralvarmeanlegget består i tillegg av ventiler og rør, pumper, vannbehandling, ekspansjonsanlegg og varmeavgivende enheter som varmebatterier, gulvvarme, radiatorer og konvektorer. Fjernvarme omfatter systemer hvor en eller flere større varmesentraler distribuerer varme til flere brukere som i større grad er geografisk adskilt fra varmesentralen. Store anlegg kan utnytte energi som ellers ville gått til spille, som varmeenergi fra avfallsforbrenning eller industriell spillvarme, og utnytte energivarer eller kilder som kun er økonomisk i stor skala, som enkelte bioenergifraksjoner. Vann ved høyt trykk og temperatur distribueres gjennom et stort nett i nedgravde isolerte rør ut til energiavtakerne. Her kan avstandene og kompleksiteten i rørsystemet bli betydelig.

I tillegg til sentral – og fjernvarme, kan man snakke om nærvarme. Dette regnes gjerne som en mellomting av de to førstnevnte. Et nærvarmeanlegg er typisk et vannbårent varmesystem som omfatter to eller flere nærliggende bygg.


Dette kapitlet vil i hovedsak ha fokus på Fjernvarme. Informasjonen som følger er i hovedsak levert av Norsk Fjernvarme.

Bioenergi er en stadig viktigere energikilde for varmedistribusjon. For mer informasjon om ulike bioenergikilder, se kapittelet om bioenergi.


2.2 Fjernvarme

Et fjernvarmeanlegg er i praksis et sentralvarmeanlegg som forsyner en bydel eller flere bygg med energi til varmt tappevann og oppvarming. Anlegget benytter ulike energikilder, alt fra spillvarme, avfallsforbrenning, varmepumper, bioenergi og gass til oppvarming av vann.



I vinduet over kan du se en animasjonsfilm som gir en fin innføring i hvordan fjernvarme virker. Videoen er utarbeidet av Hafslund.

Distribusjon

Vannet distribueres til næringsbygg, offentlige bygg og boliger gjennom isolerte rør. Rørene legges i grøfter, ofte som annen infrastruktur som telelinjer og strømkabler, og har et gjennomsnittlig varmetap på kun fem prosent.

Infrastruktur hos kunde

Hos kunden er det installert en kundesentral med varmevekslere hvor energien overføres fra fjernvarmevannet til kundens varmeanlegg. Kundene har et vannbasert oppvarmingssystem med radiatorer, gulvvarme eller ventilasjonsanlegg med vannbasert varmebatteri. Kundene styrer varmen med termostater og forbruket registreres med energimålere, like enkelt som bruk av elektrisitet.

Stort potensial

I 2013 var produksjonen av fjernvarme 5,3 TWh.  Fjernvarme er bygget ut eller er under utbygging i 92 % av alle byer på mer enn 10 000 innbyggere. Dette er mulig med forsert utbygging og gode rammevilkår.

Fjernvarme til et bygg

Figuren nedenfor illustrerer hvordan en varmesentral leverer varme til et bygg (sluttbruker).


 

Prinsippskisse for et fjernvarmesystem (kilde: Hafslund)

 

Fjernkjøling

Fjernkjøling bygger på samme prinsipp som fjernvarme, med den forskjellen at det leverer kjøling og gir en svalere temperatur til bygget. Ved å benytte ressurser ingen andre etterspør, oppnår fjernkjølingsanlegg effekter som er mellom fem og ti ganger
høyere enn ved bruk av tradisjonelle aircondition-anlegg. Den viktigste ressursen som brukes til fjernkjøling er kaldt vann fra dype sjøer, innsjøer, hav og elver.

De nye kravene til lavenergibygg og passivbygg vil øke kjølebehovet i Norge. Bruk av fjernkjølingsanlegg kan bidra til å forhindre toppbelastninger på strømnettet på varme sommerdager, noe som er et økende problem i både nord og sør i Europa om sommeren.

Fjernvarmens Historie

Ideen om å produsere og distribuere varme basert på varmt vann og damp kan føres helt tilbake til 1622, da nederlenderen Cornelius Drebbel foreslo et fjernvarmesystem basert på ferskvannsleveranse.  Noen historikere hevder at fjernvarme eksisterte i England allerede i 1777. Og også i USA kan fjernvarmehistorien føres helt tilbake til slutten av det 18. århundret, da Benjamin Franklin solgte varme til flere bygg i Philadelphia.

Nesten 100 år etter, i 1877, designet Birdsill Holley det første kommersielle fjernvarmesystemet, basert på damp i Lockport, New York. Og i 1887 var 20 fjernvarmesystemer i USA etablert, ko-generering og fjernkjøling ble introdusert så tidlig som i 1890. I Russland ble det første gravitasjonsvarmeverket etablert i 1832. (Kilde: "District Energy trends, Issues and Opportunities, The World Bank Technical Paper No. 493").
 
I Norge ble det første varmekraftverket bygget i Oslo i 1936. Verket skulle sammen med annen eksisterende elektrisitet forsyne Oslo sentrum med strøm i overskuelig fremtid. Ved oppstarten var det installert tre dampkjeler hver på 40 MW med turbin. For å produsere strøm måtte de kjøle ned dampen, og det ble gjort med vann fra Pipervika. Men et varmekraftverk på den tiden hadde en virkningsgrad på bare 25 prosent, og noen kom på ideen med å utnytte overskuddsvarmen til fjernvarme. Da blir virkningsgraden 90–95 prosent, dersom du utnytter all kondensvarmen.
Blant de første som fikk fjernvarme fra varmesentralen i Prestegata, var Rådhuset, som ble offisielt åpnet i 1950. Omtrent samtidig med Rådhuset fikk også Nationaltheatret og noen av husene i Vika, fjernvarme.

 

Energikilder I Fjernvarme

Norsk Fjernvarme samler hvert år inn statistiske data fra norske fjernvarmeselskaper, som også sender detaljerte data til SSBs fjernvarmestatistikk. Hvis man slår sammen energikildene til alle Norges fjernvarmeselskaper, får man en nasjonal energimiks, som viser størrelsesforholdet mellom ulike energikilder i norske fjernvarmeanlegg.
 
Ingen enkelte fjernvarmeanlegg har en energimiks i nærheten av det nasjonale snittet (under). De fleste fjernvarmeanlegg bruker enten biobrensel, varmepumper, eller spillvarme fra avfallsforbrenning eller industri som grunnlast. De største anleggene kombinerer flere ulike energikilder enn de minste. Noen bruker kun fornybar energi, mens andre bruker mer fossil energi enn det nasjonale snittet. Norsk Fjernvarme er i ferd med å lansere en portal hvor lokale energimikser vises fram, men foreløpig må du ta kontakt med det enkelte selskap om den lokale energimiksen.

Slik så Norges statistikk over nasjonale tall ut i 2013:



For statistikk om fjernvarme, se Statistisk Sentralbyrå.

Den største kategorien, spillvarme, består av spillvarme fra avfallsforbrenning og industri. Dette er altså energi som hadde gått til spille hvis ikke den hadde blitt tatt vare på av fjernvarmen. Spillvarme regnes som en CO2-nøytral energikilde.

Nest størst er bio-kategorien, som omfatter alt av faste biobrensler og bio-olje. Bruken av det sistnevnte er økt de siste årene, ettersom stadig flere anlegg erstatter fossil spisslast om vinteren med fornybar bioenergi. Det meste av de faste biobrenslene er biomaterialer som blir til overs ved skogproduksjon, annen flis og returtre, samt pellets. Alt biomateriale regnes som fornybar energi.

Det brukes en del elektrisitet i fjernvarmen i form av el-kjeler. De aller fleste selskapene har elkjeler på utkoblingsbare tariffer - det vil si at de kan kobles ut på kort varsel hvis det er knapphet på el i nettet - og umiddelbart erstattes av andre energikilder. Elkjelene brukes dermed nesten utelukkende når strømprisene er lave og Norge har overskudd av fornybar elektrisitet, mens de ikke brukes når prisene er høye og Norge har behov for å importere kraft fra våre naboland. Slik sett er bruken av elektrisitet til fjernvarme fleksibel.

Omgivelsesvarme er en viktig del av fjernvarmen i Norge. Denne varmen hentes fra fjordvann, kloakkvann eller fra grunnen - ved hjelp av storskala, effektive varmepumper. I tillegg kan sol brukes i stor skala til fjernvarme. Foreløpig er det ett stort solfangeranlegg av denne typen i Norge, men Norsk Fjernvarme og Solenergiforeningen er i gang med å kartlegge potensialet for flere solfangeranlegg i fjernvarmen i Norge.

Fossil olje- og gass er tradisjonelt brukt som spisslast i fjernvarmeanlegg i Norge, altså til bruk når varmebehovet er stort vinterstid. I dag har de fleste fjernvarmeanleggene faset ut eller redusert sterkt behovet for fossile energikilder. I takt med dette har fossilandelen i den nasjonale fjernvarmemiksen stupt de siste årene. NVE pålegger samtidig fjernvarmeselskapene å ha beredskap tilgjengelig hvis den normale grunn- og spisslastproduksjonen skulle falle ut. Dette er på linje med annen type beredskap samfunnsinstitusjoner er pålagt å ha i tilfelle krisesituasjoner.

Norsk Fjernvarme har som mål at medlemmene innen 2020 utelukkende skal bruke CO2-nøytrale og fornybare energikilder i normalår. 

 

CHP / kraftvarme

Kraftvarme, eller CHP (Combined Heat and Power) heter det når elektrisitet og varme produseres samtidig. Varmeproduksjonen i et kraftvarmeanlegg går ut på å ta vare på den varmen som oppstår under elektrisitetsproduksjonen. På den måten er kraftvarmeproduksjon mye mer energieffektivt enn termisk elektrisitetsproduksjon alene. Der et kraftverk klarer å utnytte 40 - 60 % av energien fra brenslene, klarer et kraftvarmeverk å utnytte over 90 % av energien. Derfor er satsing på fjernvarme fra kraftproduksjonen ett av de viktigste energieffektiviseringstiltakene i Eus Energieffektiviseringsdirektiv.
 
Mange kraftvarmeverk på kontinentet bruker fossile brensler, som kull og gass. I Norge bruker kraftvarmeverkene i hovedsak avfall eller biobrensel.

Du kan lese mer om CHP-anlegg her

 

4. Generasjons Fjernvarme

Den første generasjonen fjernvarmeanlegg ble bygget i USA i 1880-årene, og brukte vanndamp som energibærer. I dag er dette en utdatert løsning, både på grunn av store varmetap og høy sikkerhetshensyn.
 
Andre generasjons fjernvarme ble bygget ut i perioden 1930-1970, og baserte seg på vann på under trykk som energibærer, typisk over 100 grader, men i flytende form på grunn av trykket.
 
Utbyggingen av tredje generasjons fjernvarme startet for fullt på 1980-tallet, og dette var systemer med vann på typisk 80 grader under trykk som energibærer.
 
Fjerde generasjons fjernvarme er de nye systemene som utvikles i dag, tilpasset energigjerrige bygg og behovet for smarte varmenett. De viktigste endringene i forhold til tredje generasjons-systemene er at energibæreren vann holder så lave temperaturer som 40-50 grader. Dette bidrar både til redusert tap i overføringsnettet, og til at det er enklere å koble inn "svake" nye fornybare energikilder inn på produksjonssiden, for eksempel overskuddsvarme fra bygg, overskuddsvarme fra fjernkjøleanlegget, solvarme, jordvarme og så videre.
 
En utfordring for den nye generasjonen fjernvarme er å tilpasse denne infrastrukturen til kombinasjonen av eldre bygg og nye energigjerrige bygg.  For å få til dette ser man for seg en kombinasjon av gamle og nye fjernvarmenett. I tillegg ser man for seg systemer med lavtemperaturnett, men med ekstra varmeleveranser med høyere temperaturer til gamle bygg deler av året.
 
En annen utfordring er å unngå utbredelse av legionellesmitte i vannet, siden dette nå skal sirkulere i systemet med temperaturer på under 50 grader. I dag jobbes det med ulike former for rensing av vannet, for å unngå legionellasmitte. I tillegg ser man på hvordan vannet sirkulerer i systemet, og mengden vann i rørene.
 
Fjerde generasjons fjernvarmesystemer vil ha en unik mulighet til å kommunisere med passivbygg, nullbygg og plussbygg. Konseptet vil redusere varmetapene i systemet. I tillegg tilbyr lavtemperatur varmesystemer en lav økonomisk og teknologisk terskel for introduksjon av nye fornybarteknologier i markedet. Og, ikke minst: Fjerde generasjons fjernvarme er det systemet som i størst grad ivaretar hensynet til forsyningssikkerhet og fleksibilitet i energiforsyningen i fremtiden.

Mer informasjon finner du på: www.4dh.dk


 

Fakta Om Fjernvarme I Norge

Produksjonen av fjernvarme i Norge er nå (2013) på ca. 5,3 TWh (5,3 milliarder kilowattimer). Produksjonen av fjernkjøling er på ca. 150 GWh.
 
Det er 91 fjernvarmebedrifter organisert i Norsk Fjernvarme, og 180 bedrifter registrert på næringskode fjernvarme i Brønnøysund. Omsetningen i de selskapene som er med i bransjeforeningen bransjen var i 2013 på ca. 2,7 milliarder kroner. Omsetningen på fjernkjøling var omlag 139 millioner kroner.
 
Utbygging av fjernvarme koster mellom 10 og 40 øre per kWh. Det er rimeligst i områder hvor det allerede finnes etablerte nett, Fjernvarme er nå etablert i alle større byer.
 
Det er ved utgangen av 2013 bygd ut 160 mil fjernvarmenett og 75 kilometer fjernkjølenett i Norge.
 
Fjernvarmeselskapene sysselsetter rundt 550 mennesker direkte, og bidrar i tillegg indirekte til ca. 2 800 arbeidsplasser i Norge.


Her finner du et kart som viser en oversikt over fjernvarmeanlegg i Norge. Kartet oppdateres av Enova.