Av Silke van Dyken, Kristian Stray, Arne Fredrik Lånke, Rambøll Energi

Transkript

1 Av Silke van Dyken, Kristian Stray, Arne Fredrik Lånke, Rambøll Energi Sammendrag Nye energiregler i byggeforskriftene vil kunne påvirke dimensjoneringskriterier for lokal nettutvikling. Valg av oppvarmingsløsninger vil kunne ha betydning for brukstid og bruksmønster for nettkomponenter og dimensjonerende effekt. Samtidig vil disse faktorene kunne påvirkes av endret anvendelse av tradisjonelle elektriske apparater, økt utbredelse av nye energieffektive løsninger og av nye effektkrevende belastninger. Rapporten belyser hvordan nye energiregler og innføring av passivhusnivå vil kunne endre påkjenningen på kraftnettet. Dette er forklart ved hjelp av eksempler. Konsekvenser for sammenlagring og betydning av plusskundeordningen diskuteres. I stortingsmeldingene om henholdsvis klima- og bygningspolitikk varsles innføring av passivhusnivå i byggeforskriftene fra 2015 og nesten nullenerginivå fra 2020 [1], [2]. Nivåene er per i dag ikke definert, men det er grunn til å forutsette at passivhusnivå må innebære en signifikant reduksjon i beregnet energibehov sammenlignet med dagens regelverk, og at nesten nullenerginivå må innebære en ytterligere innstramning. Rambøll har i samarbeid med Link Arkitektur utarbeidet et sett med anbefalinger på oppdrag fra Direktoratet for byggkvalitet (DiBK) [3] for hvordan slike regler kan utformes i teknisk forskrift til plan- og bygningsloven (TEK). Rambølls forslag vil gi økt frihet med tanke på tekniske løsninger og i større grad muliggjøre lokal tilpasning av 279

2 fremtidens bygg sammenlignet med modellen som anvendes i dagens forskrift. Nye energiregler vil kunne påvirke de økonomiske og tekniske rammene for hensiktsmessig nettutvikling i et lokalt perspektiv. Nye apparater og smarte nettjenester vil også ha stor betydning. Maksimalt effektbehov er et sentralt dimensjoneringskriterium som vil kunne berøres av nye byggeforskrifter. Brukstid og således utnyttelsen av nettet vil også bli påvirket. Lokale elektrisitetsnett er i en overgangsfase til mer aktive og intelligente nett med tilknytting av nye komponenter både på produksjonsog forbrukssiden. Innføring av AMS vil åpne for nye nettjenester som f.eks. laststyring med flytting av makseffekt og nye muligheter med tanke på nettplanlegging. Også moderne bygg vil i større grad bli utstyrt med intelligente interne styringssystem for å kunne oppfylle nye standarder som krever lavt energiforbruk. Dette er illustrert i Figur

3 Tilknytting av nye apparater og eventuelt eksport av energi fra bygg i et visst omfang, kan gi utfordringer på ulike spenningsnivå. Nye apparater som induksjonstopper, elbiler og direkte oppvarming av vann har andre bruksmønstre og effektbehov enn klassiske belastninger i boliger og yrkesbygg [4] som kan forringe driftsbetingelsene for nettet pga. høye effekttopper. En netteier vil være interessert i høy utnyttelsesgrad av nettkomponenter. Pålitelig nettdrift må opprettholdes til enhver tid. En byggeier ønsker maksimal komfort til lavest mulig kostnad, og vedkommende kan være interessert i å kunne tilby fleksibel energibruk for å oppnå kostnadsreduksjon. For å bedre muligheten for samspill kreves det nye markedsmodeller og håndtering og standardisering av data ved koblingspunktet mellom nett og bygg [5]. Tradisjonelt har energireglene i byggeforskriftene hatt et fokus på å begrense den totale energibruken i bygget over året. Energibruken over året er ikke direkte førende for dimensjonering av nettet, men tiltak for å begrense byggets energibehov kan påvirke effektetterspørselen. Nye byggeforskrifter vil kunne gi insentiver til alternative energiforsyningsløsninger, noe som kan ha betydning for effektuttaket fra kraftnettet. Dagens forskrifter er delvis funksjonsbaserte, dvs. det kan velges mellom ulike tiltak for å tilfredsstille forskriftene. Det antas at dette videreføres og utvides i nye regler for å fremme valgfrihet. Vesentlig i vurderingene er om det gis mulighet til omfordeling mellom energiforsyningsløsning og tiltak på bygningskroppen. Dette vil si at investeringer i bygningskroppen som sørger for lavt varmetap, f.eks. høyisolerende vinduer, kan veie opp for en mindre energieffektiv oppvarmingsløsning og omvendt slik at forskriftskravene kan oppfylles på ulike måter. I praksis kan dette innebære at beregningspunktet for energirammene endres fra dagens netto energibehov til levert energi til bygget. For å kunne sammenligne og kreditere ulike oppvarmingsløsninger er det mulig å anvende primærenergifaktorer 1 eller andre vektingsfaktorer. 1 Primærenergi er energi i sin opprinnelige form. Primærenerenergi kan omdannes og transporteres til sluttbruker i form av sekundær energi som f.eks. elektrisitet eller varme. En primærenergifaktor (PEF) defineres som det energimessige forholdet mellom primær- og sekundær energi og 281

4 De energieffektiviseringstiltak som i dag krediteres for oppfyllelse av rammekrav i forskriften er i utgangspunktet egnet til å redusere byggets varmetap og dermed redusere effektbehovet. Imidlertid vil ikke alle effektiviseringstiltak føre til redusert effektetterspørsel. Eksempelvis vil bruk av elektrisk direkteoppvarming av tappevann istedenfor bruk av varmtvannstank føre til redusert varmetap og energibruk, men samtidig kunne øke effektuttaket forholdsvis kraftig. Dagens forskrifter gir ikke særskilte insentiver til effektivisering innen formål som belysning, oppvarming av tappevann (kun isolasjonskrav) og annet teknisk utstyr. Disse inngår som faste verdier i beregningene. Inkluderes insentiver til reduksjon av energibruk knyttet til ovennevnte formål i nye forskrifter vil effektbehovet kunne endre seg avhengig av valgt oppvarmingsløsning. Redusert varmetilskudd fra elektriske internlaster 2 fører til at en større del av byggets varmebehov må dekkes av oppvarmingsløsningen. Skjer dette ved hjelp av elektrisk oppvarming vil dette ikke endre effektbehovet. Dekkes det reduserte varmetilskuddet ved hjelp av andre energikilder enn elektrisitet vil effektuttaket fra kraftnettet reduseres. Dette kan være av betydning på kalde vinterdager der effekttopper inntreffer. Det er tenkelig at en innføring av insentiver for effektivisering av internlaster i nye byggeforskrifter også medfører mulighet for omfordeling mot tiltak som reduserer varmetapet. Velges det da energieffektive apparater vil kravene til bygningskroppens varmetap i praksis være mindre strenge. Dette vil medføre økt varmetap sammenlignet med om effektiviseringen har fokus på bygningskroppen. På den måten vil insentiver til effektivisering av internlaster kunne øke byggenes effektuttak til oppvarming. Det oppfattes allikevel som overveiende sannsynlig at nye energiregler vil sikre et minimumsnivå for byggets varmetap som er strengere enn dagens nivå. beregnes gjerne ved å dividere energiinnholdet i primærenergi med energiinnholdet i sekundær energi [6]. 2 Varmeavgivelse fra belysning og utstyr i driftstiden. Eksempel [7]: For kontorbygget er det regnet på et typisk kontorrom (primærareal) som har en bærbar PC (35 Watt), en flatskjerm (40 Watt) og en skriver (25 Watt i snitt). Med en 10 m² stor kontorcelle, utgjør dette 10 W/m². Verdiene er definert i NS , tillegg A: Beregning av bygningers energiytelse - Metode og data. 282

5 Dagens regelverk inneholder egne krav til valg av energiforsyningsløsning. For bygg over 500 m 2 er det krav til 60 % dekning av varmebehov med annen energiforsyning enn såkalt direktevirkende elektrisitet eller fossile brensler. Denne delen av regelverket gir insentiv til energifleksible distribusjonssystemer i bygget der vannbårne løsninger vanligvis er påkrevet for større bygg. Det antas at luft-til-vann varmepumper er markedets foretrukne løsning i bygg med vannbåren varme ettersom denne løsningen gjerne er den rimeligste som alene kan tilfredsstille kravene. Varmepumper som utnytter energi fra uteluft kan redusere energibruken til oppvarming betydelig, men uten nødvendigvis å redusere det maksimale effektuttaket på den kaldeste dagen. En økning i antall luftbaserte varmepumper på bekostning av andre alternative energiforsyningsløsninger fører til stadig mer ekstreme effekttopper i kuldeperioder og redusert prisfølsomhet på sluttbrukersiden på tross av at energibruken for øvrig flater ut eller reduseres. Et alternativ til dagens energiforsyningskrav er å stille rammekrav basert på vektet energi, eksempelvis primærenergi som er beskrevet i EUs reviderte bygningsenergidirektiv [8]. Anvendelse av vektingsfaktorer for ulike energivarer kan styres politisk og vil kunne fremme bruk av ønskede energiforsyningsløsninger. Dette kan omfatte robuste varmepumpesystemer, bioenergi og fjernvarme. Eksempelvis kan energiforsyningens virkningsgrad og omregningsfaktorer da inkluderes i kontrollberegning mot forskriftskravet (rammekrav), noe som kan åpne for omfordeling mellom energiforsyning og tiltak på bygningskroppen. Slik økt fleksibilitet vil fremme større mangfold av energiløsninger. Blant annet vil det kunne gi et økonomisk insentiv til å velge energiforsyningsløsninger som dekker høyere andel av varmebehovet enn dagens minimumskrav. Dette fordi investeringer i energiforsyning kan omfordeles mot investeringer i andre energitiltak. Samtidig vil det kunne åpne for løsninger med lavere dekningsgrad dersom det ikke stilles et minstekrav til dette. Dersom man antar at løsninger basert på luft-vann varmepumper i svært liten grad bidrar til å redusere effektuttaket fra kraftnettet vil løsninger med både høyere og lavere dekningsgrad medføre et lavere maksimalt elektrisk effektbehov til oppvarmingsformål enn i dag. Ta- 283

6 bell 1 illustrerer hvordan en eventuell omfordeling mellom energiforsyningsløsning og energitiltak som begrenser byggets varmetap vil påvirke effektuttaket. A Solfanger dekker 30 % av behov for varmt tappevann B Solfanger dekker 50 % av behov for varmt tappevann C Luft-vann varmepumpe dekker 60 % av netto varmebehov D Bioenergi dekker 80 % av netto varmebehov E Fjernvarme dekker 100 % av netto varmebehov 64 kwh/m 2 Varmetap bygningskropp «Nesten null energinivå» «Passivhusnivå» «Lavenergi/ TEK 10- nivå» 0,08 0,10 0,15 0,15 0,15 0,07 0,08 0,13 0,13 0,13 0,70 0,75 0,75 1,00 1,20 0,12 0,15 0,15 0,18 0,18 0,90 0,85 0,85 0,82 0,80 0,30 0,40 0,50 0,50 1,50 Samlet effektbehov 16,9 18,7 20,1 22,2 26,3 el. effektbehov Varme- el. effektbehov pumpe 16,9 18,7 20,1 11,1 0,0 284

7 Beregningene viser at et leilighetsbygg 3 som tilfredsstiller passivhusstandarden NS 3701 og har en luft-vann varmepumpe med 60 % dekning av varmebehovet vil ha et energibehov til oppvarming beregnet som levert energi til bygget tilsvarende ca. 64 kwh/m 2. Dette antas her å representere passivhusnivå. Med utgangspunkt i energibehovet på 64 kwh/m 2 er det gjort beregninger der ulike energiforsyningsløsninger (løsning A-E) sammenlignes. For ulike energiløsninger er det anvendt U-verdier for bygningskomponenter slik at bygget som helhet vil kunne representere passivhusnivå målt som levert energi korrigert for energivare. Det er i eksempelet for enkelhets skyld anvendt en felles omregningsfaktor på 0,4 for bioenergi og fjernvarme (1 kwh bioenergi/fjernvarme = 0,4 kwh elektrisitet). En enkel vektingsmodell er beskrevet i [3]. Beregningsresultatene i Tabell 1 viser at et bygg med 60 % dekning av varmebehov basert på luft-vann varmepumpe vil medføre høyest maksimalt behov for elektrisk effekt til oppvarmingsformål av de undersøkte løsningene. På dette grunnlaget kan det argumenteres for at energiregler som åpner for omfordeling mellom energiforsyningsløsning og tiltak som påvirker byggets varmetap vil kunne bidra til reduksjon av effektbehovet fra individuelle bygg. Som plusshus defineres bygninger som gjennom driftsfasen genererer mer energi enn det som ble brukt til produksjon av byggevarer, oppføring, drift og avhending av bygget [9], eksempelvis bygg utstyrt med solpanel på tak eller vegger. NVEs plusskundeordning 4 støtter denne modellen og forenkler håndteringen av overskuddskraft fra sluttbrukere som produserer en begrenset mengde kraft som de ønsker å mate inn i nettet. Dersom energireglene åpner for at egen elforsyning, fortrinnsvis basert på sol, gir anledning til omfordeling vil investeringer i bygningskroppen teoretisk sett kunne bli nedprioritert, noe som vil medføre bygg med høyere effektbehov. Denne utviklingen kan forsterkes hvis energireglene eksplisitt krediterer eksport av ener- 3 Eksempelbygget har et oppvarmet gulvareal på 900 m 2. Bygningsmodellen er en såkalt «Sintefboks» tilsvarende det som er anvendt ved beregning av energirammene i TEK. Beregningene er gjort i Simien og Oslo-klima er lagt til grunn

8 gi. Fremtidig utvikling av plusskundeordningen og nye tariffmodeller vil kunne påvirke utformingen av fremtidige bygg. En overgang fra varmtvannstanker til direkte oppvarming av tappevann kan bidra til å senke byggets energibehov. Hvordan dette påvirker effektuttaket kan til en viss grad bli styrt av hvordan insentiver og muligheter til omfordeling inkluderes i nye forskrifter. Svært effektkrevende apparater er en utfordring for kraftnettet og den største usikkerheten er antagelig hvorvidt det er mulig å begrense samtidig bruk av slike apparater. Nettet dimensjoneres etter antatt høyest effekt. Integrasjon av nye apparater med høy effekt kan skape utfordringer og føre til at kostbare nettforsterkninger blir nødvendig. Nettutbygging kan unngås ved å forskyve effekttopper. Det er imidlertid ikke lagt til rette for å motivere kunder til å flytte eget forbruk da nettleien i dag beregnes etter energiforbruk per år og ikke maks effektuttak. Nord-Trøndelag Energiverk (NTE) og Fredrikstad Energi Nett (FEN) har startet en pilotfase i forbindelse med eksisterende SmartGrid Demo prosjekt der effekttariffer testes ut for å jevne ut strømforbruket og unngå nye og kostbare nettutbygginger [10]. En introduksjon av effekttariffering vil føre til økt fokus på alternative løsninger til elektrisitet for oppvarming. Bygg oppført etter kommende forskrifter vil ha lavere varmetap og må antas å ha større varmelagringsevne. De kan derfor klare seg lengre uten varmetilskudd (bl.a. avhengig av termostatens arbeidsområde). Mulighet for omfordeling mellom bygningsmessige tiltak og energiforsyning oppfattes å kunne gi større diversifisering med tanke på energiforsyningsløsninger, og således bidra til en utjevning av makseffekt. Et slikt bidrag vil imidlertid være underlagt geografiske premisser i forhold til mulige lokale energiforsyningsløsninger, slik at mekanismen i størst grad vil vises i høyspent distribusjonsnett og videre på høyere nettnivå. 286

9 Mer fleksible energiregler vil i større grad gi mulighet for stedlig tilpasning blant annet basert på tilgjengelige energibærere og energiforsyningssystem. Økt fleksibilitet og rammevilkår for å tilfredsstille nye energikrav til bygg, slik som omfordeling mellom tiltak på selve bygningskroppen, vil også kunne gi et større utfallsrom i forhold til hvordan ulike bygg konstrueres. Dette vil påvirke det maksimale effektuttaket både hos enkeltkunder og i kraftsystemet for øvrig. Sett i forhold til mulige fremtidige krav til energibruk i bygninger, vil fremdeles det maksimale effektbehov oppstå når det er kaldest, under forutsetningen at elektrisitet i noen grad benyttes til oppvarmingsformål og kommer som et tillegg til øvrige belastningen. Som vist i Tabell 1 vil effektbehovet knyttet til elektrisk romoppvarming den kaldeste dagen i året ha et utfallsrom fra 0 20,1 kw for ett typisk leilighetsbygg avhengig av energiforsyningsløsning til oppvarming. Til sammenlikning utgjør dette i størrelsesorden 6 stk. 1-fase 16 A elbilladere. Sett i en slik sammenheng vil en redusert effekt til oppvarmingsformål i bygg være en klar driver for å redusere den samlede belastningen i kraftnettet. I den grad nye bygningsforskrifter krediterer eksempelvis direkteoppvarming av tappevann grunnet lavere energibruk, oppfattes utbyggers risiko knyttet til mulig fremtidig effekttariffering og timespriser for elektrisk energi å ville være en demper for storstilt utbredelse. Med økt fleksibilitet i byggsektoren vil det være rom for å agere i forhold til slike markedsmekanismer og teknologisk utvikling. Et større utfallsrom i byggsektoren oppfattes å øke usikkerhet i den fremtidige nettplanleggingen, i det at eksempelvis husholdningskunder vil kunne få dekket sitt energibehov til oppvarming på ulike måter. Å fastlegge riktige belastningsstørrelser for hensiktsmessig dimensjonering vil kunne kreve en tettere oppfølging fra nettselskapene, i det at typiske sammenlagringsfaktorer og brukstider bør revideres. 287

10 [1] Miljøverndepartementet (2012). Meld. St. 21 ( ) Norsk klimapolitikk, vol. 21. [2] Kommunal- og regionaldepartementet (2012). Meld. St. 28 ( ): Gode bygg for et bedre samfunn, vol. 28. [3] Rambøll AS (2013). Energiregler 2015 Forslag til endringer i TEK for nybygg. Til direktoratet for byggkvalitet. Rambøll AS, Trondheim. [4] Seljeseth, H., Sand, K., Solvang, T. (2012). Håndtering av utfordrende elektriske apparater som tilknyttes elektrisitetsnettet, TR A7203, SINTEF Energi AS, Trondheim. [5] SmartGrids Model Region Salzburg (2013). Results & Findings from the Smart Grids Model Region Salzburg, oads/sgms_results_findings_ pdf (sitert ) [6] Adapt Consulting (2012). Vekting av elektrisitet i energipolitikken. På oppdrag fra Energi Norge. [7] Dokka, T.H., Klinski, M., Haase, M., Mysen, M. (2009). Kriterier for passivhus- og lavernergibygg yrkesbygg. SINTEF Byggforsk, Prosjektrapport Nr. 42, Oslo. [8] Official Journal of the European Union, DIRECTIVE 2010/31/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL on the energy performance in buildings, Official Journal of the European Union, pp , 2010 [9] Norby, K. (2009). Plusshus. Zero i samarbeid med Tekna, Oslo. [10] Teknisk Ukeblad (2013). Effekttariffer Slik vil nettselskapene holde nettleia oppe i fremtiden. (sitert ) 288