Varmepumpen redder os ikke på en kold vinterdag

Fredag tager Energistyrelsen stilling til KL’s dødsliste. Men det politiske korstog mod affaldsforbrændingssektoren er baseret på urealistiske forventninger til en varmepumpeteknologi, som endnu ikke kan holde os varme på en kold vinterdag.
Brødtekst

Historien om varmepumpen er så god, at vi ikke kan lade være med at fortælle den.

En eldreven vidunderteknologi, som kan holde os varme på selv den koldeste vinterdag. Og fordi varmepumperne kører på strøm fra danske vindmøller, kan vi skrue op i stuerne uden at bekymre os om skadelige CO2-udledninger.

Når man hører en historie nok gange, begynder man til sidst at tro på den. Det gælder også de danske politikere, som sidste sommer besluttede, at den danske affaldsforbrændingssektor skal reduceres med 30 procent i 2030. Og på sigt helt udfases.

Problemet med gode historier er bare, at de ikke nødvendigvis er sande. Og i dette tilfælde ender eventyret om varmepumpen faktisk med at skade den grønne omstilling, hvis ikke politikerne vågner op.

Vi kan ikke undvære traditionel termisk energi

Pointen er simpel: Vi kan ikke undvære den traditionelle energi fra termiske forbrændingsanlæg i vores varmesystem. Det er ikke afgørende, hvorvidt energien kommer fra affald, biomasse eller andre kilder. Det afgørende er, at vi har en stabil forsyning fra anlæg, som kan supplere varmepumperne i de kolde vintermåneder. 

Varmepumperne kan ikke erstatte termiske forbrændingsanlæg i fjernvarmesektoren én til én. Og kan dermed ikke stå alene i den grønne omstilling. 

Tal fra Dansk Fjernvarme viser, at kapaciteten fra store kollektive varmepumper i 2020 blev øget med omkring 350 MW varme, så den ved indgangen til 2021 er på 454 MW varme. Altså mere end en firedobling. I alt er der nu 118 varmepumpeanlæg i fjernvarmesektoren, hvoraf de 77 blev etableret i løbet af 2020.

Langt hovedparten af de nytilkomne varmepumper til fjernvarmeformål er luft til vand-varmepumper. Energikilden til varmepumpen er her den atmosfæriske luft. I den kolde januar skulle disse anlæg for første gang stå deres prøve og har her vist problemer med manglende effekt og vigende virkningsgrad (COP-værdi). 

Jeg er uddannet maskiningeniør og har i mange år arbejdet med varmepumper og termiske processer hos blandt andet Haldor Torpsøe A/S og Sabroe Industry med flere. I dag rådgiver jeg som selvstændig konsulent fjernvarmeselskaber og industrivirksomheder om varmepumper og overskudsvarmeprojekter. 

Og jeg må sige: Resultaterne kommer ikke bag på mig. 

Dårligere virkningsgrad om vinteren

Såvel varmeeffekt som virkningsgrad (COP) er normalt angivet ved 0ºC. Begge parametre falder drastisk, når temperaturen nærmer sig 7-8 frostgrader. Varmepumpens ydelse falder helt ned til 75% af den nominelle effekt. 

Tabet af ydelse sker samtidig med, at de lave temperaturer øger behovet for varme i fjernvarmenettet. Hvis varmepumpen skal dække behovet hele året – inklusiv de koldeste dage – skal maskineriet kraftigt overdimensioneres. En større del af investeringen udnyttes hermed kun relativt få timer af året og med høje produktionsomkostninger til følge.

Mange af de større fjernvarmesystemer er dimensioneret til et relativt højt temperaturniveau i transmissions- og hovedledninger. Det hjælper til at minimere energitabet. Fremløbstemperaturer på op til 100°C i disse ledninger er ikke usædvanlige. Konventionelle varmepumper kan ikke løfte temperaturen til et tilstrækkeligt niveau i sådanne systemer.

Teoretisk kan man med kendt maskineri nå i nærheden af 90°C. I praksis er det dog svært kontinuert at producere fjernvarme over 80°C. Ved temperaturer over 80°C viser der sig begyndende problemer af forskellig karakter - samtidig stiger omkostningerne til service og vedligehold kraftigt. Maskineriet kan køre i området 80-90°C, men der er tale om så ekstreme konditioner, at selv mindre driftsforstyrrelser hurtigt kan lede til alvorlige havari.

Grøn men umoden teknologi

I Danmark samler vi i øjeblikket en masse værdifuld erfaring med drift af luft til vand-varmepumper til effektiv produktion af fjernvarme med anvendelse af grøn strøm. Det skal dog pointeres, at vi stadig er under ”indlæring”. 

En varmepumpe er i princippet et køleanlæg, som blot varmer i stedet for at køle. I Danmark har vi en lang tradition for design, produktion og drift af køleanlæg. Denne type anlæg har vi for længst lært at bygge, idriftsætte og drive helt uden nævneværdige problemer.  

Når man ser på de varmepumpeanlæg, som er realiseret og sat i drift, er der forbavsende få, som er nået helt i mål med problemfri opstart og drift. Desuden har mange anlæg haft svært med at præstere den forventede ydelse.

I fjernvarmesektoren er der også etableret en del varmepumper til udnyttelse af overskudsvarme fra industrien. Disse varmepumper er af mere begrænset fysisk størrelse og består ofte af en eller flere sammenbyggede og fabriksmonterede units. Opstart, indkøring og drift af denne type anlæg har vist sig væsentligt mindre problematisk end for luft til vand-varmepumperne. 

En ulempe ved udnyttelse af spildvarme til fjernvarme er forsyningssikkerheden. Leverandøren af spildvarme stopper måske sin produktion i weekender og ferier. Her er et anlæg til fuld back up nødvendigt.

Halvdelen af effekten skal komme fra termiske forbrændingsanlæg

Ser man på fjernvarmesystemer i de større byer, hvor der er dimensioneret for fremløbstemperaturer på op til 105-110 °C, vil elektrisk drevne varmepumper teoretisk kunne klare forsyningen i ni måneder om året. I de sidste tre måneder vil der være behov for højere fremløbstemperaturer end 80°C for at kunne forsyne med den nødvendige effekt.

I den ultimative spidslastperiode kunne varmepumpernes andel teoretisk udgøre ca. 60% af effekten, hvis deres effekt forblev konstant intakt i de koldeste perioder. Men med en stor del af varmepumperne baseret på luft til vand-princippet vil jeg ikke forvente, at varmepumper kan dække mere end 50 % af spidslast-effekten. 

De resterende 50 % skal ydes af termiske forbrændingsanlæg, som problemfrit kan løfte fremløbstemperaturen til det nødvendige niveau. Selv om op mod 50 % af effekten i de kritiske måneder er produceret ved forbrænding, bidrager denne varmemængde over året kun med 10-15 % af den samlede forsyning under disse teoretiske betragtninger. I den virkelige verden må det dog påregnes, at 15-20 % af energiforsyningen skal tilvejebringes ved termisk forbrænding.

Hurtig udfasning skader grøn synergi

Konklusionen er altså, at varmepumper på nuværende tidspunkt – trods den politiske historiefortælling - ikke er teknologisk modne til at afløse termiske forbrændingsanlæg drevet enten af affald, biomasse eller andet. Når det bliver rigtig koldt, kan varmepumperne ikke følge med. Det falder desværre sammen med, at varmebehovet i samme periode stiger. 

Og så har vi slet ikke berørt en anden vigtig del af den grønne omstilling: Nemlig sektorkoblingen. Hvis varmepumperne skal kunne bruges til at regulere efterspørgslen på den grønne vindstrøm, skal der stå et alternativ klar, som vi kan trække på, når vinden ikke blæser.

Her er termiske forbrændingsanlæg ideelle til at levere den nødvendige spids- og reservelast. Vi går med andre ord glip af grøn synergi, hvis vi forivrer os i jagten på at udfase affald og biomasse.

Og det ville jo ikke være så god en historie.

Varmepumpers dækningsgrad i graf

Varmepumpers typiske dækning af varmeforsyningen i større byer (teoretisk betragtning).

Illustration: Niels Ole Bach Sørensen