Termisk Smart Grid - Varme og køling fra de samme rør

I Danmark har vi talt meget om at vores elnet skal være et Smart Grid. Det handler om at vi skal have balanceret produktion og forbrug, så vi kan håndtere de store udsving, der er i elnettet. Udsving som f.eks. opstår ved at vindmøllerne kun producerer mens det blæser, mens forbrugerne efterspørger strøm på nogle bestemte tidspunkter af dagen. En komponent i et Smart Grid kunne eksempelvis sikre, at en elbil lades op, når der er et overskud af vindenergi i elnettet. En anden mulighed kunne være at få varmepumper i de danske hjem til at tage højde for vejrudsigten og elprisen, når de producerer varme. Derfor findes der i dag varmepumper, som er Smart Grid Ready.

Sammenhæng mellem el og varme

Når el forbruges bliver det til varme. Det er derfor mobiltelefonen bliver ekstra varm, når den via GPS fungerer som vejviser i bilen. El har en højere energikvalitet end varme, fordi el let kan konverteres til varme, mens det er sværere at konvertere varme til el. 

Med et gasfyr i huset bliver huset varmet op ved afbrænding af gas i et gasfyr. Gas har en nedre brændværdi på ca. 11 kWh. Med et gasfyr der har en virkningsgrad på 100% kan man altså tilføre sit hus 11 kWh varme, med én kubikmeter gas.
Med en elpatron, der yder 11kW kan man ved én times drift tilføre sit hus den samme mængde varme. De 11 kWh, der hentes fra elnettet kunne f.eks. være blevet produceret på et kraftvarmeværk ved afbrænding af naturgas.

Hvor én kubikmeter gas kan blive til 11 kWh varme i naturgasfyret, så bliver den samme mængde gas kun til ca. 5,5 kWh el, det resterende bliver til varme på kraft/varmeværket. At tilføre huset 11 kWh varme via en elpatron giver altså et gasforbrug der er dobbelt så stort som at have et gasfyr. I stedet kan de 5,5 kWh el fra kraftværket anvendes i en varmepumpe. Har varmepumpen en virkningsgrad på 3, kan den for hver 1 kWh el hente 2 kWh i jorden. Dermed kan huset med en varmepumpe tilføres 16,5 kWh varme med 1 kubikmeter gas (mens spildvarmen på kraft/varmeværket kan afsættes i fjernvarmenettet).

I dag har vi kraft/varmeværker som sender den producerede el ud på elnettet, og varmen ud i fjernvarmenettet. Men efterhånden som en større del af strømmen kommer fra vindmøller og solenergi, hvor varme ikke er et restprodukt, skal vi til at tænke mere på hvordan vi bruger energien.

Opvarmning og køling

I det danske klima har vi ganske få perioder af året, hvor vi døjer med varmen. Vi er derfor vant til at betale en varmeregning, mens vi ikke tænker ret meget på køling. Opvarmning og køling er dog to sider af samme sag. Hvis et rum er for koldt, og skal varmes op, så kræver det energi. Hvis et rum er for varmt, og det skal køles ned, kræver det også energi.

Et godt eksempel er et køleskab, her tilføres der el for at kunne trække varmen ud af køleskabet (og madvarerne). Den varme der trækkes ud, samt den el der er tilført, bliver afsat på bagsiden af køleskabet og bidrager dermed indirekte til opvarmning af huset. Det samme gør sig gældende hos virksomheder, der har et kølebehov. Her afsættes varmen typisk i en ventilationsenhed, der udleder varmen til luften. Det kaldes også for "spildvarme" eller "overskudsvarme".

I Danmark skelner vi ofte mellem opvarmning og køling.

  • Vi har f.eks. en faggruppe, der kaldes VVS'ere, der tager sig af opvarmning, mens en anden faggruppe, der kaldes køleteknikere, tager sig af køling.
  • Vi har en lov til at regulere varmeforsyning, og vi har en anden lov til at regulere fjernkøling. 
  • De steder der tilbydes fjernkøling har man typisk et sæt rør til at lavere kølingen og et andet sæt rør til at levere varmen.

Selvom vi er bedre til kollektive forsyningsløsninger end mange andre lande, kan det godt forekomme i Danmark, at én virksomhed har en luft/vand varmepumpe på taget til at producere varme til virksomheden, mens nabovirksomheden har en kølekompressor på taget til at producere køling.

Et mere almindeligt eksempel er et serverrum, hvor der tilføres en masse el hele året rundt, men hvor overskudsvarmen sendes ud i luften, i stedet for at blive anvendt til at opvarme resten af bygningen.

Energibalance med et termisk smart grid

Jordvarmeboringer giver mulighed for at placere overskudsvarme i jorden, og anvende den senere til opvarmning. Det giver en god energibalance mellem opvarmning og køling. Det er dog de færreste steder, at der er fuldstændig balance mellem varmebehov og kølebehov.

Ved at lave et kollektivt lodret jordvarmeanlæg, vil det være muligt at bruge undergrunden til at udligne varmebehov og kølebehov mellem forskellige bygninger. Det betyder at virksomheder, der har behov for at køle, kan aflevere overskudsvarmen i de samme boringer, som private husstande kan bruge til at udtrække varme fra med en varmepumpe. 

Et termisk smart grid svarer i nogen grad til et helt koldt fjernvarmenet, hvor temperaturen ligger på 4-12 grader i stedet for 70-90 grader. Det betyder at de samme rør kan bruges til køling og opvarmning. Fordi temperaturen er så lav, bliver det også langt nemmere at transportere overskudsvarme end det er i dag. Når man tænker over det, er der mange steder, hvor overskudsvarmen i dag går til spilde: 

  • Kølerum i dagligvarebutikker
  • Varmen fra den lokale bagers ovn
  • Landmandens stalde, hvor dyrene producerer en masse varme
  • Forskellige produktionsprocesser
  • Serverrum og datacentre
  • Kontorbygninger med mange ansatte
  • Butikker med store belyste udstillinger

Samtidig er der også områder, hvor vi slet ikke indtænker køling i dag, fordi vi forudsætter at kølingen ikke er til rådighed, eller er dyr i anskaffelse.
Det gælder f.eks. nybyggede huse, hvor 25% af beboerne oplyser at de oplever problemer med at husene bliver for varme om sommeren.
Med et termisk smart grid har vi også muligheden for at udjævne perioder med et overskud af el, ved at lade store elpatroner aflevere varme til det termiske smart grid. Det vil bevirke at varmepumperne yder bedre i perioder med et underskud af strøm, og derved medvirke positivt til at udligne udbud og efterspørgsel efter el. 

Fremtidsudsigter

Med de ambitioner Danmark har på energiområdet, er der ingen tvivl om, at der bliver installeret flere varmepumper i fremtiden. I øjeblikket er der fokus på at få store varmepumper ind i fjernvarmenettet, mens der er lidt mindre fokus på at få varmepumper op i områder uden fjernvarmen, og næsten ingen fokus på køling.

Omvendt oplever vi hos GeoDrilling et stigende fokus på lodret jordvarme til både opvarmning og køling fra danske virksomheder. Vores samarbejdspartnere på markeder hvor lodret jordvarme er mere udbredt, oplever at man forsøger sig med kollektive løsninger. I Danmark kender vi allerede til kollektive løsninger, det er helt naturligt for os, men vi har endnu ikke taget varmepumperne helhjertet til os.

Skal vi i Danmark beholde "den grønne føretrøje", er vi nødt til at sammentænke vores elektriske smart grid med et termisk smart grid.

Vi er på udkig efter samarbejdspartnere, som vil være med til at demonstrere, hvordan et termisk smart grid kan fungere i praksis. Interesserede kan skrive på mail@geodrilling.dk