Heat Roadmap Europe ritar om kartan för EU:s energiförsörjning
Vid Högskolan i Halmstad bedrivs, i samarbete med Ålborgs Universitet i Danmark och Europa-Universität Flensburg i Tyskland, världsledande forskning inom värmemarknadsanalys och fjärrvärmeteknik. EU-projektet Heat Roadmap Europe, som efter tre års arbete avslutas i dagarna, har varit en riktig framgångssaga, och till hösten 2019 fortsätter arbetet i det nya EU-projektet sEEnergies.
När Europa nu står inför stora utmaningar och vill sänka sin totala energianvändning och sina utsläpp kan en utbyggnad av fjärrvärme i flertalet EU-länder vara en viktig framgångsfaktor.
Urban Persson, universitetslektor i energiteknik vid Högskolan i Halmstad, är en av krafterna bakom projektet Heat Roadmap Europe.
– Fjärrvärme är ett praktiskt och effektivt sätt att försörja byggnader med värme och varmt vatten. I Sverige, Danmark, Finland och de baltiska staterna är fjärrvärmenäten förhållandevis väl utbyggda, medan det på kontinenten används mest el och naturgas. När Europa nu står inför stora utmaningar och vill sänka sin totala energianvändning och sina utsläpp kan en utbyggnad av fjärrvärme i flertalet EU-länder vara en viktig framgångsfaktor. Redan i upptakten till projektet Heat Roadmap Europe kunde vi visa på att det skulle vara kostnadseffektivt att bygga ut befintliga nät ungefär trefaldigt. På det sättet skulle andelen uppvärmning som sker genom fjärrvärme kunna öka från dagens 20 % till så mycket som 60 % i befolkningstäta innerstadsområden, säger Urban Persson.
Fjärrvärme kan produceras på många olika sätt. I ett traditionellt kraftvärmeverk sker det genom att vatten hettas upp i en ångpanna. Upphettningen kan ske genom förbränning av till exempel biomassa eller hushållssopor, men värme kan också tillföras genom att något annat energislag används, till exempel solenergi. Det kan också ske med hjälp av så kallad restvärme, det vill säga värme som har blivit över någon annanstans ifrån, till exempel från en fabrik eller från ett tunnelbanetåg som bromsar.I kraftvärmeverket kyls värmepannan ned med matarvatten, varvid ånga skapas och samlas upp under tryck. Ångan tillåts att expandera genom en turbin, vars rörelse leder till generering av el i en generator. Den expanderade ångan, som kan ses som en biprodukt av elproduktionen, leds in i en kondensor där dess värme överförs via värmeväxling till fjärrvärmenätets framledning. Därifrån leds det varma vattnet ut i fjärrvärmenätet, där det via väl isolerade rör nedgrävda i marken så småningom når hushåll, företag och andra verksamheter.Varje byggnad som ska värmas upp med hjälp av fjärrvärme har som regel en värmeväxlare. I värmeväxlaren överförs vattnets värme, men inte själva vattnet, till byggnadens egna värmesystem. Slutligen leds det avkylda fjärrvärmevattnet tillbaka till fjärrvärmeverket, där det sedan värms upp och pumpas ut i fjärrvärmenätet igen.
Omfattande kartläggning av fjorton EU-länder
En stor del av projektet Heat Roadmap Europe har kommit att handla om spatial, det vill säga rumslig, analys och geografiska informationssystem, så kallat GIS. Tillsammans med den tyska forskaren och experten på geografiska informationssystem, Bernd Möller, tidigare verksam vid Aalborgs Universitet, och idag professor i energiplannering vid Europa-Universität i Flensburg, har Urban Persson varit delaktig i att utveckla nya metoder för kartläggning och geografisk analys av Europas värmesektor. Detta har möjliggjort nya perspektiv och gett tillgång till viktig kunskap, som har fungerat som en nyckel i det vidare arbetet med Heat Roadmap Europe.
– Vi har kartlagt EU:s landyta med avseende på värmebehov och värmetillgångar. Dessa geografiska data har vi sedan använt i kombination med nationella data för energiinfrastruktur i en applikation för energisystemmodellering, en modell som utvecklades av professor Henrik Lund vid Aalborgs Universitet redan på 1990-talet. Grundidén är att fjärrvärmenät, till skillnad från el- och gasnät, är lokala företeelser, och endast genom att kartlägga lokala förutsättningar och inkludera dessa i modelleringen kan fördelen med fjärrvärme åskådliggöras och kvantifieras. Modellen är dessutom temporalt, det vill säga tidsmässigt, högupplöst per timme, vilket i kombination med högupplöst spatial kartläggning per hektar, ger förutsättningar för oss att skapa detaljerade beskrivningar av alternativa lösningar för Europas energiförsörjning, förklarar Urban Persson.
En stor del av projektet Heat Roadmap Europe har kommit att handla om spatial, det vill säga rumslig, analys och geografiska informationssystem, så kallat GIS. Urban Persson och hans forskarkollegor har kartlagt EU:s landyta med avseende på värmebehov och värmetillgångar.
Att hitta ett sätt att leva i harmoni med naturen
Urban Persson har tagit en krokig väg genom karriären. Efter en hastigt avbruten akademisk bana inom socialantropologi arbetade han under 1990-talet som musiker. Nu är han sedan nästan 20 år tillbaka i den akademiska världen, men den här gången som ingenjör. Trots de många vändningar som livet har tagit tycker sig Urban Persson ändå se en röd tråd:
– Jag växte upp med en medvetenhet om internationella relationer och sociala orättvisor, och när jag studerade socialantropologi på Stockholms universitet intresserade jag mig för kolonialism och industrialism och hela den obönhörliga maskin som vår civilisation är. Då tänkte jag inte på hållbarhet ur ett energi- eller klimatperspektiv, utan snarare ur ett socialt perspektiv, berättar han, och fortsätter:
– Det som är hoppfullt när det gäller strävan efter hållbarhet är att man kan komma till den insikten från så många håll. Det behöver inte uteslutande vara från ett naturvetenskapligt eller ingenjörsmässigt perspektiv. Det kan vara från sociala studier eller från andra utgångspunkter, till exempel konstnärligt arbete eller politiskt engagemang. Det som är viktigt är att vi behöver hitta ett sätt att befinna oss på den här planeten på ett hållbart sätt. Nu jobbar jag ju från ett ingenjörsperspektiv, men den röda tråden är fortfarande att den här maskinen måste tyglas på något sätt! Vi måste hitta ett sätt att leva i harmoni med naturen, vilket i grunden betyder i harmoni med oss själva. Med en fortsatt växande världsbefolkning och vår mänskliga natur sådan den nu tycks vara är detta kanske ett enigma vi aldrig kommer att kunna lösa, men jag tror ändå att vi måste göra vårt bästa. Den strävan har varit med mig sedan jag var ung.
På väggen i Urban Perssons kontor sitter forskningsrapporter och artiklar i kronologisk ordning, som en installation över hans samlade forskning. "Snart är det fullt här", säger han med ett leende och fortsätter: "Då får jag hitta på något nytt sätt att arrangera det."
Intresset för energi väcktes när Urban Persson var på en resa till Kalifornien i början av 1990-talet. Under sin vistelse såg han för första gången en vindkraftspark. Runt den här tiden kom han också i kontakt med personer i Danmark, som låg i framkant när det gällde alternativa energitekniker, och som betraktade energisystemet ur ett mer holistiskt perspektiv.
– Jag kunde inte mycket om energiteknik då, men när jag såg vindkraftverken torna upp sig i siluett på en avlägsen sluttning i solnedgången förstod jag direkt att det var framtiden. På något sätt var det bara så. Det var som om en ny medvetenhet växte fram i mig, och jag tycker mig se den förändringen i andra också. Det är nästan som om en ny medvetandenivå håller på att födas, inte bara i oss som individer, utan i oss som art, och det är stort. Vi börjar inse att vi måste förändra vårt sätt att leva. även om det är i grevens tid, säger Urban Persson.
Det som är hoppfullt när det gäller strävan efter hållbarhet är att man kan komma till den insikten från så många håll. Det behöver inte uteslutande vara från ett naturvetenskapligt eller ingenjörsmässigt perspektiv. Det kan vara från sociala studier eller från andra utgångspunkter, till exempel konstnärligt arbete eller politiskt engagemang. Det som är viktigt är att vi behöver hitta ett sätt att befinna oss på den här planeten på ett hållbart sätt. Nu jobbar jag ju från ett ingenjörsperspektiv, men den röda tråden är fortfarande att den här maskinen måste tyglas på något sätt!
Forskning som påverkar EU-lagstiftning
Redan de förstudier som delvis lade grunden för projektet Heat Roadmap Europe väckte internationell uppmärksamhet, bland annat hos EU-kommissionen, det vill säga EU:s lagstiftande organ. En del av de skrivningar som används i Energieffektiviseringsdirektivet har sitt ursprung i forskningsresultat från en av dessa förstudier. Direktivet trädde i kraft år 2012, och har som mål att fastställa en gemensam ram för att främja energieffektivitet inom EU.
– Det finns olika sätt att beräkna hur tättbebyggt ett område är, men ett sätt är att räkna ut exploateringstalet, – e (på engelska kallat ”plot ratio”). När du använder dig av exploateringstalet tar du reda på hur mycket av en total landyta som är täckt av byggnadsyta. Förhållandet mellan byggnadsytan och landytan kallas för e. Ju högre e-värde ett område har, desto mer tättbebyggt är det. En stad som till exempel Malmö har i medeltal ett e-värde på ungefär 0,7, medan stadskärnan i Paris har ett värde som överstiger 2,0. Fjärrvärme lämpar sig bäst i tättbebyggda områden. I områden som har ett e-värde under 0,3 kan det vara svårt att uppnå lönsamhet i värmedistributionen. Därför säger Energieffektiviseringsdirektivet att alla EU:s medlemsstater är skyldiga att undersöka möjligheten att bygga ut fjärrvärme i områden som har ett e-värde som är högre än 0,3. Det här var ett delresultat i förarbetet till projektet och det snappades upp av EU-kommissionen, vilket så klart är jätteroligt, berättar Urban Persson.
Urban Persson är universitetslektor i energiteknik och en viktig kraft i Högskolans fjärrvärmegrupp.
En resa som går vidare
EU-projektet Heat Roadmap Europe kan beskrivas som en framgångsresa, men det faktum att projektet nu är inne i sin slutfas innebär inte att resan är över. Urban Persson och hans forskarkollegor i den så kallade ”fjärrvärmegruppen” vid Högskolan i Halmstad blickar framåt. Flera nya projekt ligger i startgroparna, bland annat det tidigare nämnda projektet sEEnergies, där potentialen för energieffektivisering i EU ska studeras utifrån metoder som liknar dem som har använts i Heat Roadmap Europe. Urban Persson samarbetar också med universitetslektor Kristina Lygnerud och doktorand Helge Averfalk, båda vid Högskolan i Halmstad, i EU-projektet ReUseHeat. I projektet undersöks EU-länders möjligheter att ta tillvara restvärme från lågtemperaturkällor som till exempel vattenreningsverk, datahallar och tunnelbanestationer. Även marknadsvillkor och affärsmodeller för sådan värmeåtervinning utvärderas. Restvärmen från de undersökta källorna kartläggs geografiskt och kvantifieras för att på så sätt uppskatta dess potential för att användas i produktionen av fjärrvärme.
– Fjärrvärmen har en viktig roll att fylla i framtidens smarta energisystem, inte bara för värmeförsörjning, utan även som systemkomponent för ökad flexibilitet och integration när andelen förnybar, intermittent (ojämn) elproduktion ökar. På detta sätt är energisystemforskning idag ett rikt och dynamiskt område där mycket återstår att undersöka och kartlägga. Det är inspirerande och givande att få vara en del av ett avancerande forskningsfält som engagerar många forskare runt om i Europa, och som berör några av vår tids mest centrala frågor och utmaningar. Det finns många goda krafter, och jag tror på att vi tillsammans kan hitta ett sätt att leva som är mer resurseffektivt, och som på det sättet bättre harmonierar med naturen. Det är min förhoppning att det här arbetet är ett steg på den vägen, avslutar Urban Persson.
TEXT: CHRISTA AMNELL
FOTO: REBECCA STAVER
GRAFIK: CHRISTA AMNELL