Metode for timesoppløst marginal utslippsprofil og anvendelse i klimagassberegninger for Nyhavna

Abstract

Utviklingen av smarte byer og nullutslippsområder (ZENs) skal bidra til lokal produksjon av fornybar energi og effektiv energibruk. Gjennom Forskningssenter for nullutslippsområder i smarte byer (FME ZEN) har ZENs blitt et voksende satsningsområde for å nå kommunale og nasjonale klimamål. Trondheim kommune er partnere i FME ZEN, og har som ambisjon at byutviklingsprosjektet Nyhavna "skal være et foregangseksempel for utviklingen av fremtidens nullutslippssamfunn".

Beregning og drøfting av netto null klimagassutslipp er utfordrende. Et tilbakevendene spørsmål i denne sammenhengen er valg av utslippsfaktor for elektrisitet: Kreves det tidsoppløsning på timesnivå for å nøyaktig beregne energirelatert påvirkning og unngå suboptimaliserte systemløsninger? Skal man bruke attribusjonelt (gjennomsnittlige utslippsfaktorer) eller konsekvensielt (marginale utslippsfaktorer) analyseperspektiv i livsløpsvurderinger, og skal det benyttes symmetriske (like) eller asymmetriske (ulike) utslippsfaktorer for importert og unngått elektrisitet?

Utvikling av livsløpsmodeller til å bruke tidsvarierende marginale utslippsfaktorer krever metodikk for å finne konsumbasert timesoppløst marginal utslippsprofil. Dette er beregningsmessig komplisert. Eksisterende metodikk har begrensninger som lav tidsoppløsning; være tilpasset fossile energisystem; utelate import eller anta fast innfyringsrekkefølge for produksjonsteknologier.Denne studien tilfører litteraturen en ny betraktning for å finne konsumbasert timesoppløst marginal utslippsprofil for et land eller en region.

Deretter utvides eksisterende litteratur for hvordan utslippsfaktor for elektrisitet påvirker klimagassberegninger for ZENs. Studien finner utslippsintensiteter for et utvalg energikonsept, og gjør totale klimagassberegninger for Nyhavna med fire tilnærminger for elektrisitet: timesoppløst gjennomsnittlig utslippsprofil; årsgjennomsnittet gjennomsnittlig utslippsfaktor; timesoppløst marginal utslippsprofil og årsgjennomsnittet marginal utslippsfaktor. Resultatene viser at tidsoppløsning har liten betydning i det attribusjonelle perspektivet, men at årsgjennomsnittet verdi vil underestimere totale klimagassutslipp med 7% i den marginale betraktningen. Videre finner studien at metodiske valg for analyseperspektiv vil påvirke valg av termisk energiløsning for Nyhavna. Avslutningsvis er det vist at asymmetriske utslippsfaktorer som favoriserer eksport gjør det lettere å nå målet om netto nullutslipp. Studien understreker med dette hvordan valg av analyseperspektiv, tidsoppløsning og kompenseringsgrunnlag vil kunne påvirke klimagassberegninger og valg av systemløsninger for et område.

The development of smart cities and zero emission neigbourhoods (ZENs) aims to enhance local renewable energy production and ensure efficient use of energy. Due to the Research Center for Zero Emission Neigbourhoods in Smart Cities (FME ZEN) there is an increasing emphasis on developing ZENs as a mitigation strategy to achieve local and national climate targets. Trondheim Municipality is partner in FME ZEN, and aims to develop Nyhavna as "a precedent for developing future zero emission neigbourhoods".

Calculations and considerations of zero net emissions is challenging and depends on assumptions for the emission intensity of electricity. In the context of ZENs, the emission facor for used and replaced energy must be considered. This matter poses several questions: Is it necessary to use hourly emissions factors to accurately quantify energy related impact and to avoid suboptimized energy solutions? Should average or marginal emission factors be used, and should symmetrical (equal) or asymmetrical (different) emission factors for imported and avoided electricity be used?

Development of LCA models to use time-varying marginal emission factors requires methodology for finding the consumption-based hourly marginal emission profile of a region. This a complicated task. Existing methodologies have limitations such as low time resolution; being suitable for fossil-based energy systems; and excluding import and operational variation. This study contributes to the existing litterature by proposing a method for finding the consumption-based hourly marginal emission profile.

A case study of Nyhavna illustrates the significance of the emission factor for electricity. Emission intensities for energy carriers and overall emissions are calculated for Nyhavna using a) hourly average; b) yearly average; c) hourly marginal; and d) yearly marginal emission factors for electricity. The results show that temporal resolution has little significance when using average emission factors. For marginal emission factors, the yearly average value will underestimate total greenhouse gas emissions by 7%. Thereafter, the study finds that using marginal instead of average emission factors will change wich thermal energy solution that has lowest climate impact. Finally, it is found that using asymmetric emission factors wich favors local energy production will make it easier to achieve the goal of net zero emissions for Nyhavna. The study emphasizes how the choice of average versus marginal factors, time resolution and compensation mechanisms can affect emission calculations and decision making for a ZEN.