El till vad och hur mycket i svensk industri

Transkript

1 El till vad och hur mycket i svensk industri ett projekt i Energimyndighetens forskningsprogram Allmänna energisystemstudier slutrapport Dag Henning Effektivisering Eltillförsel Elbehov Konvertering IKP Energisystem Linköpings universitet Linköping tel fax e-post daghe@ikp.liu.se Optensys ENERGIANALYS Optensys Energianalys Örngatan 8C Linköping tel e-post dag.henning@telia.com December 2005

2 Förord Detta är slutrapporten för forskningsprojektet El till vad och hur mycket i svensk industri som har bedrivits under de gångna två åren. Projektet har finansierats av Statens energimyndighets forskningsprogram Allmänna energisystemstudier (AES). Ett stort tack riktas till Energimyndigheten för att den ställt ekonomiska medel till förfogande som har gjort det möjligt att genomföra det här arbetet. Projektet behandlar vad el används till i svenska industrier, hur elanvändningen kan minskas genom effektivisering och konvertering till bränslen eller fjärrvärme samt hur eltillförseln skulle påverkas av den minskade elförbrukningen. För den senare delen av studien används en optimeringsmodell för Sveriges elförsörjning. En omfattande men översiktlig analys har genomförts under projektperioden. Frågeställningarnas komplexa karaktär innebär emellertid att ett mer fullständigt studium kräver mer än två års arbete. Denna studie bygger på tidigare genomförda analyser av energianvändning och möjligheter till energihushållning vid ett antal industriföretag. De analyserna genomfördes framförallt av forskningsingenjörerna Peter Karlsson och Göran Nilsson, civilingenjör Louise Trygg, teknologie licentiat Thomas Franzén, teknologie doktor Alemayehu Gebremedhin och professor Björn G Karlsson. Jag är mycket tacksam för att deras insatser gjorde detta arbete möjligt. Ett särskilt tack till Björn bl a för att han föreslog namnet El till vad och hur mycket i svensk industri som anspelar på boken Energi till vad och hur mycket (Steen m fl 1981). I detta projekt har forskningsingenjör Sven-Olof Söderberg på ett förtjänstfullt sätt sammanställt de tidigare genomförda analyserna för industrier i flera branscher där elanvändningen för olika tillverknings- och stödprocesser kan påverkas genom effektivisering och konvertering. Louise Trygg har medverkat till sammanställningen av företagens elförbrukning och elhushållning, bidragit med uppgifter om elproduktion och elhandel samt granskat beräkningsresultat. Resultaten från detta projekt kommer att utgöra en viktig del av hennes doktorsavhandling som ska läggas fram under Jag har emellertid själv genomfört huvuddelen av arbetet i detta projekt och är därmed även ansvarig för rapportens brister. Jag har utfört en stor del av arbetet i projektet på uppdrag av IKP Energisystem vid Linköpings universitet i egenskap av konsult i min firma Optensys Energianalys. Jag välkomnar alla synpunkter och frågor kring studien. Linköping i december 2005 Dag Henning i

3 Sammanfattning Denna rapport redovisar en systemanalys av elproduktion på den avreglerade elmarknaden och effektivare elanvändning i svensk industri, Studien belyser samband mellan energitillförsel och energihushållning. Den europeiska elmarknadens höga elpriser höjer de svenska elprisena. För att behålla konkurrenskraften behöver svensk industri minska elanvändningen per producerad enhet. Här beräknas möjlig reducering av industrins elanvändning genom effektivisering och konvertering. Kostnaderna för att tillgodose energiefterfrågan minimeras med en optimeringsmodell. Minskad elanvändning möjliggör ökad elexport som minskar kolkondensproduktion och CO 2 -utsläpp. Det är hela tiden ett samspel mellan eltillförsel och elanvändning i Sverige och omvärlden. Minskad elförbrukning och ökad elproduktion i Sverige minskar normalt driften och CO 2 -utsläppen vid koleldade kondenskraftverk på kontinenten eftersom de oftast är de dyraste kraftverk som är i drift i norra Europa. Utsläppsrätterna för koldioxid (CO 2 ) har gjort att sambanden uppmärksammats mellan elproduktionskostnaderna för fossileldade kraftverk i våra grannländer och svenska elpriser. Lägre elanvändning i svensk industri och ökad elproduktion i svenska kraftvärmeverk kan vara kostnadseffektiva bidrag till den sänkning av CO 2 -utsläppen inom EU som utsläppsrätterna syftar till. Tidigare energikartläggningar av ett stort antal industrier visar hur el används på företag i olika branscher. El utnyttjas både för tillverkning och stödprocesser, delvis för att producera värme för olika ändamål. I denna studie beskrivs elanvändningens tidsvariationer. El används i första hand under dagtid på vardagar och i sista hand under helgnätter på sommaren. Elförbrukning och förändringsmöjligheter varierar mellan olika branscher och processer. Elförbrukningen kan minskas genom effektiviseringsåtgärder som minskar den totala energianvändningen och konvertering där el, som används för att producera värme, ersätts av bränsle. Konvertering kan ske till fjärrvärme om den är tillgänglig och dess temperatur räcker. Åtgärderna förändrar inte nyttan av energianvändningen. I detta arbete beräknas hushållningens tidsberoende påverkan. Minskad elanvändning för tillverkning påverkar mest under vardagar dagtid. Stödprocesser (t ex ventilation) är ofta igång fast ingen verksamhet pågår. Stängs de av, minskar elbehovet väsentligt under kvällar och helger. Här behandlas branscherna livsmedel, trävaror, papper (delvis), pappersvaror, metallvaror, maskiner, elektro, tele, fordon och andra transportmedel. Därmed ingår 1/3 av svensk industris elanvändning (d v s 15% av Sveriges elbehov). Det som fattas är främst stål, kemi och massa. Underlaget till denna studie utgörs av 34 tidigare analyserade industrier. Där kan både elförbrukning och total energianvändning reduceras kraftigt. Elhushållningen antas i detta arbete kunna ske på samma sätt i hela branscherna som i de kartlagda industrierna för att visa hur elefterfrågan och elproduktion skulle påverkas av förändrad elanvändning i industrin. Elanvändning samt möjligheter till effektivisering och konvertering redovisas för stöd- och tillverkningsprocesser i de studerade branscherna. Mest el används för pumpning, ventilation, sönderdelning, belysning, tryckluft och värmning. ii

4 Genom tekniskt möjliga effektiviserings- och konverteringsåtgärder kan de studerade branschernas elbehov minska från 20 till 13 TWh/år. Effektiviseringsåtgärderna är något mer omfattande än konverteringen och rör främst stödprocesserna belysning, tryckluft och ventilation, dels genom effektivare utrustning (t ex belysningsarmaturer, direkt eldrivna verktyg ersätter tryckluftsverktyg) och dels genom mindre onödig drift utanför arbetstid. Konvertering från el för värmeproduktion kan ske till gas eller olja för tillverkningsprocesser där bara de energibärarna är möjliga alternativ. Biobränsle eller fjärrvärme kan utnyttjas vid konvertering av övriga tillverkningsprocesser samt lokaluppvärmning och tappvarmvatten. Konvertering av tillverkningsprocesser verkar främst under vardagar dagtid medan lokalvärme är säsongsberoende. Energisystemmodellen MODEST har använts för att studera samspelet mellan eltillförsel och förändrad elanvändning i Sverige. Bränslen, svenska elproduktionsanläggningar samt distributionsförluster ingår i modellen. Handeln på den nordiska elmarknaden och med kontinenten representeras av tidsberoende priser och överföringskapaciteter. Tidsvariationer under dygnet, veckan och året beaktas i modellen. Bl a beskrivs effekttoppar, anläggningars varierande tillgänglighet, vattenkraftens reglerbarhet och den tidsberoende påverkan av elhushållningsåtgärder. MODEST minimerar kostnaden för att tillgodose Sveriges totala elbehov med hjälp av optimeringsmetoden linjärprogrammering. Beräkningarna visar hur elproduktionen bör ske när elbehovet förändras. Ett referensfall utan hushållningsåtgärder speglar dagens eltillförsel. Marginalkostnaden för eltillförseln beräknas i genomsnitt vara 26 öre/kwh el både enligt optimeringsmodellen och en utbudskurva för svensk eltillförsel som konstruerats. Marginalkostnaden varierar inte så mycket under året eftersom vatten kan lagras mellan tidpunkter med låg och hög elförbrukning. Eftersom hushållningsåtgärderna bara rör en mindre del av Sveriges totala elbehov är påverkan på den totala elproduktionen begränsad. Effektiviseringen och konverteringen minskar elbehovet främst under höglasttid eftersom de till stor del rör processer som är i drift då. Om alla elhushållningsåtgärder vidtas behövs mindre elimport och kraftvärmeproduktion med dyra fossila bränslen. Mer el kan exporteras vilket ger en nettoexport. I de studerade branscherna kan ungefär 1 TWh el per år ersättas av fjärrvärme. Det berör delvis tillverkningsprocesser som är ganska jämnt spridda under året. Det är därför ett bra värmeunderlag för kraftvärme och fjärrvärmen produceras främst genom ny kraftvärmeproduktion med biobränsle som även genererar ca 300 GWh el per år. Konverteringen till fjärrvärme innebär därmed att 1,3 TWh el från andra källor frigörs för andra ändamål. Energihushållningsåtgärderna beräknas minska de rörliga kostnaderna för att täcka elbehovet från 28 till 26 miljarder kr per år när intäkter från elexport beaktas. Om all elimport och elexport påverkar kolkondenskraftverk minskar åtgärderna nettoutsläppen av koldioxid för att täcka Sveriges elbehov från sju till en miljon ton per år. Minskad svensk elförbrukning kan på så sätt bidra till att minska EU:s CO 2 -utsläpp. Utsläppsrätterna höjer elpriserna och gör fler åtgärder lönsamma. iii

5 Bränslepriser, styrmedel, elhushållning och villkoren för elhandel över gränserna har varierats. I rapporten presenteras ett extremfall med höga el- och bränslepriser samt stora möjligheter till hushållning och utrikes elhandel. Där sker ännu mindre kraftvärmeproduktion med dyr olja och gas. Höga bränslepriser gör att konvertering till olja och gas inte lönar sig men det sker ändå omfattande konvertering till främst biobränsle. Det möjliggör en betydligt större nettoexport av el vilket leder till negativa nettoutsläpp av CO 2 (5 Mton/år). Kostnaden för att täcka elbehovet kan i detta fall minskas med 25% genom energihushållningsåtgärderna. Fallet speglar även att utsläppsrätterna medför att det är bättre att använda effektiva kraftvärmeverk än kolkondenskraftverk med låg verkningsgrad och höga koldioxidutsläpp. Resultaten redovisas genom tabeller och stapeldiagram samt varaktighetsdiagram som visar variationerna under året för elproduktion, import och export och elhushållningsåtgärder. Rapporten visar möjligheter att sänka företagens energikostnader och minska CO 2 -utsläppen inom EU. iv

6 Abstract This report presents a systems analysis of electricity supply in the liberalised Nordic electricity market and reduced electricity use in Swedish industry. The integration of European electricity markets should raise Swedish electricity prices to a similar level as in continental Europe. Swedish industry must reduce electricity consumption per produced unit to remain competitive. How industrial electricity demand can be reduced through energy conservation and energy-carrier switching is calculated. The cost of satisfying energy demand now covered by electricity is minimised with an optimisation model. The performed systems analysis elucidated relations between energy supply and energy conservation. Reduced electricity consumption enables increased electricity export, which reduces power generation in coal-fired condensing power plants and their carbon dioxide (CO 2 ) emissions. There is continuos interplay among electricity supply and electricity use in Sweden and the surrounding world. Decreased electricity consumption and enhanced power production in Sweden normally reduces the operation of, and the CO 2 emissions from, coal-fired condensing power plants in continental Europe because such plants are mostly the units with highest operation costs that are committed in northern Europe. The emission allowances for CO 2 emissions, which were introduced in the European Union (EU) in 2005, has drawn attention to the relationship between electricity generation costs in fossil-fuelled power plants in neighbouring countries and Swedish electricity prices. Lower electricity use in Swedish industry and increased power production in Swedish combined heat and power (CHP) plants can be cost efficient contributions to the reduction of CO 2 emissions within the EU that the emission allowances aim at. Previously performed energy audits of several factories show how electricity is used in industries within various lines of business. Electricity is utilised for manufacturing as well as support processes and partially for heat production for various purposes. The time fluctuations of electricity use are described here. Electricity is in the first place consumed during daytime of weekdays and in the last place during weekend nights in summer. Electricity consumption patterns and possibilities to influence them vary among processes and lines of business. Electricity consumption can be decreased through energy conservation measures that reduce total energy use and energy-carrier switching, that is electricity, which is used for heat production, is replaced by fuel. Energy-carrier switching to district heating can also take place if district heating is available and if its temperature is sufficient. The measures do not decrease the benefit of energy use. The time-dependent impact of the measures is calculated in this project. Reduced electricity use for manufacturing primarily influences electricity consumption during weekdays daytime. Support processes (e.g. ventilation) are often in operation even then no work is going on. If such operation is switched off, the electricity consumption can be significantly decreased during nights and weekends. In this analysis, the following lines of business are treated: food, wood products, paper production (partially), paper goods, metal goods, machines, electronics, telecom equipment, vehicles and other means of transportation. These lines of business represent one-third of Swedish industrial electricity v

7 consumption, which is 15% of the total electricity use in Sweden. The most important lines of business not included are steel and pulp manufacturing and chemical industries. The foundation for this study is previously performed energy audits at 34 factories, where electricity and energy use can be substantially reduced. In this study, it is assumed that energy conservation and energy carrier switching can take place in the whole lines of business in the same way as in the audited factories. A purpose is to elucidate how electricity demand and power generation would be affected by changed electricity use in Swedish industry. Electricity consumption as well as possibilities for energy conservation and energy-carrier switching are shown for support and manufacturing processes in the lines of business under study. Most electricity consume the support processes pumping, ventilation, lighting and compressed air as well as the manufacturing processes decomposition and heating of goods. Through technically possible energy conservation and energy-carrier switching, the electricity demand in the studied lines of business can be reduced from 20 to 13 TWh per year. Energy conservation has a slightly larger impact than energy-carrier switching and concerns primarily the support processes lighting, compressed air and ventilation. The conservation takes partly place by means of more efficient equipment, such as light fittings and directly electricity-driven tools that replace compressed-air-driven ones, and partly through reduction of unnecessary operation during non-working hours. Energy-carrier switching from electricity for heat production can take place to gas or fuel oil for manufacturing processes where only these energy carriers are possible replacements. Biofuel or district heating can be used for the other manufacturing processes as well as for space heating and hot tap water. Energy-carrier switching of manufacturing processes takes mainly effect during the daytime of weekdays whereas space heating is season dependent. The energy system optimisation model MODEST was used to analyse the interplay between electricity supply and altered electricity use in Swedish industry. Fuels, Swedish power plants and distributions losses are included in the model. Time-dependent prices and transmission capacities represent electricity trade in the Nordic electricity market and with continental Europe. Time fluctuations during days, weeks and a year are reflected by the model. For example, peak demand, plant availability, control of hydroelectric power and the time-dependent impact of energy conservation are described. MODEST minimises the cost of satisfying the total Swedish electricity demand with the optimisation method linear programming. The calculations show how power supply should take place when electricity demand is changed. A reference case without electricity-conserving measures reflects current power supply. The marginal cost of electricity supply is calculated to SEK 260 per MWh with the optimisation model as well as in a supply curve for Swedish electricity supply. The marginal cost does just vary slightly during a year because water for hydroelectric power stations can be stored from periods with low electricity demand to occasions with high demand. vi

8 Because the energy-conservation and energy-carrier-switching measures only concern a small part of Swedish electricity demand, the impact on total power supply is limited. The measures primarily reduce electricity demand during high-load periods. If all considered measures are implemented, less electricity import and CHP production with expensive fossil fuel is required. More electricity can be exported, which results in a net export. Approximately 1 TWh of electricity can annually be replaced by district heating in the studied lines of business. The district heating would partially be used for manufacturing processes that are relatively evenly used throughout the year. That is therefore a favourable heat sink for CHP production and the district heating should primarily be produced in CHP plants that also generate 300 GWh of electricity a year. The switching from electricity to district heating thus makes 1.3 TWh of electricity from other sources available for other purposes. The energy conservation and energy-carrier switching measures would reduce the running costs for covering electricity demand from GSEK 28 to GSEK 26 per annum if revenues from electricity export are considered. If all foreign electricity trade influences operation of coal-fired condensing plants, the measures would reduce the net CO 2 emissions due to satisfying Swedish electricity demand from seven to one million tonnes per year. Hence, reduced Swedish electricity use can contribute to the decrease of CO 2 emissions in the EU. The emission allowances increase electricity prices and make more measures profitable. Fuel prices, policy instruments, electricity conservation possibilities and conditions for foreign electricity trade were varied. In this report, an extreme case, with high electricity and fuel prices and large possibilities for energy conservation, energy-carrier switching and foreign electricity trade, is presented. In that case, CHP production with expensive oil and gas is further reduced. The high fuel prices make energy carrier switching to oil and gas unprofitable but extensive switching to biofuel is made. It enables a substantially larger net export of electricity, which results in negative net CO 2 emissions of 5 Mton/year. The cost for covering electricity demand is here reduced by 25% by the measures. The case also reflects that the emission allowances bring about that it is better to use efficient CHP plants than condensing plants with low efficiency and high CO 2 emissions. The results are presented in tables and bar charts as well as duration diagrams, which show variations during the year for power generation, import and export as well as energy conservation and energy-carrier switching. The report shows how energy costs and CO 2 emissions can be reduced. vii

9 Innehåll 1. Inledning Bakgrund Genomförande Några liknande studier Elanvändning i studerade branscher Möjlig effektivisering och konvertering Elbehovens och elhushållningens tidsvariationer Metod för beräkning av energihushållningens tidsberoende påverkan Varaktighetsdiagram och tabeller för tidsvariationer Elbehov i alla samhällsektorer Analys av Sveriges elförsörjning Eltillförsel Optimeringsmodellen MODEST Några tidigare MODEST-studier MODEST-modell av svensk eltillförsel och energihushållning Resultat av modellberäkningarna Elproduktion utan hushållning Eltillförsel samt elhushållning i studerade branscher Ett extremfall Sammanställning av fall Reducerade koldioxidutsläpp Kostnadsminskning Utbud och efterfrågan för el Diskussion Slutsatser Förslag till fortsatt arbete Källor viii

10 1. Inledning Systemanalys ökar förståelsen av komplexa system och bidrar till en helhetssyn på energiförsörjningen. Syftet med detta projekt är att analysera hur svensk industris elanvändning kan förändras, genom effektivisering och byten av energibärare, p g a avregleringen av den europeiska elmarknaden samt hur elanvändningen samspelar med befintlig och ny elproduktion. Normalt är studier av energisystem på denna nivå tillförselorienterade medan detta projekt har energianvändningen i fokus. Denna studie visar hur energikostnaderna kan minskas till nytta för den svenska industrin. Samordningsvinster genom kombinationer av tillförselanläggningar och energihushållningsåtgärder påvisas. Några frågor som analyseras är hur de totala utsläppen av koldioxid (CO 2 ) påverkas av effektivare elanvändning i svensk industri samt i vilken utsträckning fjärrvärme och bränsle kan ersätta el för värme- och ångproduktion i industrin. Kortfattat består studien av Sammanställning av tidigare kartläggningar av elanvändning och energihushållningsmöjligheter i svenska industrier Uppräkning av förhållandena till hela branscher Analys av elhushållningens påverkan på elproduktionen Detta arbete visar hur man kan minska elanvändningen för olika processer i olika branscher. Först har en sammanställning av energikartläggningar gjorts, förhållandena på enskilda industrier har sedan räknats samman och skalats upp till att omfatta hela branscher och därefter har eltillförsel, elanvändning och möjligheter till energihushållning studerats med hjälp av optimeringsmodellen MODEST för att beskriva samspelet mellan elproduktion och effektivare elanvändning. Studien bygger på tidigare genomförda energikartläggningar och arbetet grundar sig på antagandet att elanvändningen ser ut på samma sätt i hela branschen som i de analyserade industrierna och att energihushållningen också kan göras på samma sätt i övriga företag i branscherna. Energihushållningsåtgärderna syftar till att minska elförbrukningen och omfattar effektivisering som minskar energibehovet och konvertering från el till bränsle eller fjärrvärme för värmeproduktion, vilket minskar elbehovet och ökar kraftvärmepotentialen. Nyttan av energianvändningen ska vara oförändrad efter åtgärderna. Effektivisering Eltillförsel Elbehov Konvertering Figur 1. Studien belyser samband mellan energitillförsel och energihushållning 1

11 Det analyseras därefter hur åtgärderna skulle påverka eltillförseln (figur 1) med hjälp av optimeringar av svensk elförsörjning med energisystemmodellen MODEST. Dagens elproduktionsanläggningar ingår i modellen och ny kraftvärmeproduktion kan ske för att leverera värme till industrier där konvertering skett från elvärme till fjärrvärme. Det beaktas därmed att vid byte av energibärare för värmeproduktion från el till fjärrvärme minskar elbehovet samtidigt som värmeunderlaget för kraftvärmeproduktion och möjligheterna till effektiv elgenerering ökar. Beräkningar med olika uppsättningar av indata görs eftersom framtida förhållanden är okända och förutsättningarna kan ändras snabbt på energimarknaden. Samtidigt måste arbetet begränsas till de parametrar som bedöms ha den största påverkan på resultaten. Följande parametrar varieras: bränslepriser, priser på importerad och exporterad el, överföringskapacitet till och från utlandet, möjligheterna till elhushållning samt styrmedel (skatter, miljöavgifter, elcertifikat och utsläppsrätter). Studien visar hur industrins energiförsörjning kan ställas om genom effektivisering och konvertering. Resultaten innehåller t ex hur elanvändningens tidsberoende förändras av de ändrade uttagsmönster som hushållningsåtgärderna ger upphov till. Samspelet mellan elkonsumtion och lämplig elproduktion avspeglas också. Det antas inte byggas nya fabriker och inte heller minskar tillverkningen. Det antas indirekt att verksamhet som motsvarar dagens omfattning fortsätter att bedrivas och att den alltså är lönsam även med högre el- och bränslepriser. Däremot är det ju centralt i studien att användningen av olika energibärare kan förändras för att åstadkomma samma mängd tillverkade varor. Mängden nyttig energi eller energitjänsten är oförändrad. Studien visar bl a möjligheter att minska energikostnaderna för näringsliv och samhälle. Analysen kan vara en hjälp för beslutsfattare på nationell, regional och lokal nivå bland politiker och myndigheter att vidtaga systemriktiga åtgärder. Resultaten bör stimulera aktörer hos industriföretag och energibolag att vidta åtgärder som bidrar till ett effektivt, ekonomiskt och ekologiskt uthålligt energisystem. Analyserna ska utgöra ett stöd för Energimyndigheten och andra beträffande hur omställningen av Sveriges energisystem kan genomföras. I nästa avsnitt beskrivs bakgrunden till studien; att vi nu har en europeisk elmarknad med högre elpris samtidigt som vi har hög elanvändning i svensk industri. För att svensk industri ska behålla sin konkurrenskraft behöver den därför minska sin elanvändning Bakgrund Sveriges elproduktion sker till största delen med vatten- och kärnkraft som har låga kostnader. Övriga EU använder mest dyrare fossilkraft. Därför använder vi mer el per person i Sverige. Nu har vi en europeisk elmarknad där de högre elpriserna på kontinenten torde höja våra elpriser och vi får anpassa elanvändningen. I och med införandet av en gemensam elmarknad inom EU har Sverige inte längre den komparativa fördel som ett lågt elpris innebar. 2

12 Internationella jämförelser visar att vi har mycket högre elförbrukning i Sverige än i länder med högre elpris. T ex visade en studie av Electrolux fabriker i Sverige, Danmark och England att elåtgången per tillverkad spis är lägre ju högre elpriset är (Nord-Ågren 2002). Liknande resultat framkom tidigare vid en analys av Volvos biltillverkning i Gent i Belgien och i Torslanda (Dag 2000). Bland bristerna i svensk industris elanvändning kan nämnas tryckluftssystem, vilka har låg verkningsgrad och ofta läcker samt överdimensionerade pumpar och fläktar. Det förekommer också systemfel som samtidig uppvärmning och kylning. Ibland är elanvändningen hög utanför produktionstid (tomgångsdrift). Lätt tillverkning, som i första hand behandlas i denna studie, är lättare att flytta mellan länderna. Om verksamheten ska forsätta bedrivas i Sverige är det väsentligt att företagens energianvändning anpassas till de villkor som nu gäller med en europeisk elmarknad. Många industriföretag har betraktat en harmonisering av elpriserna med kontinenten som avlägsen eller t o m osannolik och har därför inte heller vidtagit åtgärder för att möta de ökande elpriserna med minskad elanvändning. En del elhushållningsåtgärder genomförs inte eftersom de inte är lönsamma idag utan först vid ett högre elpris. Vissa företag med framförhållning eller där en förändring är aktuell av andra skäl vidtager emellertid elhushållande åtgärder som kanske inte är lönsamma med dagens förutsättningar men som blir det med ett sannolikt högre framtida elpris kwh/person,år Sverige EU (15) Import, netto Biobränsle Fossil Kärnkraft Vattenkraft Figur 2. Elanvändning per invånare och hur elen produceras (Energimyndigheten 2004c) 3

13 Svensk elproduktion sker till nästan 50% vardera med vatten- och kärnkraft och därtill kommer mindre andelar fossila och förnybara bränslen. Elen från biobränsle i figur 2 är till stor del kraftvärme som produceras samtidigt med fjärrvärme. Det finns goda möjligheter att öka denna elproduktion i Sverige. Det sker ständigt import och export av el mellan Sverige och våra grannländer. Det är hela tiden ett samspel mellan elanvändning och elproduktion i Sverige och omvärlden. Oftast påverkar därför förändringar av svensk elkonsumtion elgenereringen i andra länder (utom när all överföringskapacitet till utlandet är fullt utnyttjad). Den elproduktion som i första hand påverkas av den internationella handeln är koleldade kondenskraftverk som är det dominerande kraftslaget i vår omgivning. I Tyskland står t ex brunkolseldade kraftverk för drygt en fjärdedel och stenkolskraftverk för knappt en fjärdedel av elproduktionen (Schiffer 2005). De har ofta låg verkningsgrad och höga utsläpp av koldioxid per MWh producerad el. El som förbrukas i Sverige kan anses komma från koleldade kondenskraftverk eftersom de är de dyraste anläggningar som är i drift i Nordeuropa och de kraftverk som skulle minska sin elproduktion om elförbrukningen skulle minska eller elproduktionen skulle öka i Sverige. Sedan början av 2005 finns utsläppsrätter i EU. De fossila kraftverken, som dominerar på kontinenten, måste nu ha utsläppsrätter vilket påverkar elpriset i Sverige. Alla som släpper ut större mängder koldioxid måste ha en utsläppsrätt för varje ton koldioxid som släpps ut. Energiföretag och tung industri har fått rätter huvudsakligen baserat på deras tidigare koldioxidutsläpp. Den som har fler utsläppsrätter än vad som behövs kan sälja dem och den som vill släppa ut mer måste köpa fler rätter. Priset på utsläppsrätterna ökade under våren 2005 bl a p g a stigande priser på fossila bränslen. Utsläppsrätterna har drivit upp elpriset både på kontinenten och i Norden har därigenom tydliggjort sambandet mellan elproduktion och elkonsumtion i olika länder (jmf Energimyndigheten 2005b). Det finns en viss mängd utsläppsrätter i EU och koldioxidutsläppen från de företag som ingår i handeln med utsläppsrätter torde, förutsatt att systemet fungerar, hamna på den nivå som mängden rätter motsvarar. Koldioxidutsläppen från dessa samhällssektorer kan emellertid inte bli lägre än vad mängden rätter föreskriver. Åtgärder som minskar elanvändningen i Sverige minskar driften av kolkondenskraftverk och deras utsläpp men egentligen inte den totala mängden koldioxidutsläpp under de villkor som gäller nu. Men utsläppen måste minska och de förändringar som skisseras i denna studie visar på åtgärder som kan bidra till att minska koldioxidutsläppen inom EU och som i många fall är kostnadseffektiva lösningar Genomförande Elanvändningen i svensk industri beskrivs baserat på statistik och tidigare genomförda industrianalyser (Trygg 2002, Bohlin m fl 2004, Henning m fl 2004, Franzén 2005). Data om energianvändningen har samlats in och möjligheter till energihushållning har undersökts för många företag i de flesta branscher. Dessa studier visar möjlig omfattning av effektivisering samt byte av energibärare från el till t ex biobränsle för ång- och värmeproduktion (konvertering). I industrirapporterna redovisas normalt elanvändning och elhushållning för olika enhetsprocesser, vilka är av två slag: produktionsprocesser och stödprocesser. 4

14 En detaljerad beskrivning görs av elbehovet samt inverkan och möjlig omfattning för effektiviserings- och konverteringsåtgärder i svensk industri. Elbehovet beskrivs för olika industribranscher (t ex livsmedel, metallvaror) och användningsområden (processer, t ex sönderdelning, torkning, belysning). Olika stödprocesser och produktionsprocesser har varierande drifttid beroende på bransch och typ av process. Vissa processer pågår endast under arbetstid medan andra innebär en kontinuerlig elförbrukning. Uppvärmning och kylning av lokaler beror främst på klimatet och har därför i första hand en säsongsvariation. Energianalyser från många industriföretag utgör grunden för beskrivning av den tänkbara energihushållningen. En utgångspunkt är att el i första hand ska användas för elspecifika ändamål där elen inte, eller endast med svårighet, kan ersättas av andra energibärare. Endast åtgärder som ger bibehållen komfort och nytta för energibrukaren tas med. Den tidsberoende efterfrågan på el beskrivs för olika industribranscher och användningsområden. Effektivare energianvändning och konvertering beskrivs för olika branscher och processer. Det antas att åtgärder som identifierats som lämpliga för företag i en bransch kan genomföras i företagen i branschen. Det studerade energisystemet med anläggningar för eltillförsel och åtgärder som effektiviserar elanvändningen beskrivs i optimeringsmodellen MODEST (Henning 1999). Elhushållningsmöjligheternas tekniskt möjliga utsträckning och tidsberoende påverkan modelleras. Variationer i energibehov, effektivisering och konvertering under ett dygn, mellan vardag och helg samt mellan säsongerna speglas. Kostnaden för att tillgodose behoven av nyttig energi minimeras med metoden linjärprogrammering. Det bästa utnyttjandet av anläggningar för elproduktion och elhushållning beräknas Några liknande studier I nordledenprojektet gjordes många studier av Nordens energiförsörjning, bl a med optimeringsmodellen MARKAL (Rydén 2003), men möjligheterna att påverka energianvändningen behandlades sparsamt. I Portugal har utbyggnad av elproduktionskapacitet och åtgärder hos elanvändare optimerats med målen att minimera kostnader och miljöpåverkan (Antunes m fl 2004). Indonesiens elförsörjning och elhushållningsmöjligheter samt deras påverkan på koldioxidutsläppen har studerats med en optimeringsmodell (Shrestha och Marpaung 2002). 5

15 2. Elanvändning i studerade branscher Svensk tillverkningsindustri och utvinning av mineral delas in i ett antal branscher med olika s k SNI-koder (SNI92) ( gruvor och mineralutvinningsindustri 15,16 livsmedels-, dryckesvaru-, och tobaksindustri textil-, beklädnads-, läder- och lädervaruindustri 20 industri för trä och varor av trä, kork, rotting, ej möbler 20.1 sågverk och hyvlerier; träimpregneringsverk annan träindustri och varor av trä m.m. 21 massa-, pappers- och pappersvaruindustri massaindustri pappers- och pappindustri 21.2 industri för pappers- och pappvaror 22 förlag; grafisk och annan reproduktionsindustri 23 industri för stenkolsproduktion, raffinaderier, petroleumproduktion, kärnbränsle 24 kemisk industri 25 gummi- och plastvaruindustri 26 jord- och stenvaruindustri 27 järn-, stål- och metallverk 28 industri för metallvaror utom maskiner och apparater 29 maskinindustri som ej ingår i annan underavdelning 30 industri för kontorsmaskiner och datorer 31 annan elektroindustri 32 teleproduktindustri 33 industri för precisions-, medicinska och optiska instrument; ur 34 industri för motorfordon, släpfordon och påhängsvagnar 35 annan transportmedelsindustri övrig tillverkningsindustri Hur mycket el som används och vad den används till varierar kraftigt mellan branscherna (figur 3). Tillverkning av papper och papp (kartong) står för den största elförbrukningen. Stål- och metallverk samt kemisk industri har också en omfattande elanvändning medan t ex tillverkning av kontorsmaskiner, datorer och instrument förbrukar en blygsam mängd el. Detta arbete grundar sig på studier av 40 industrier i Oskarshamn (Trygg 2002), Östergötland (Franzén 2005), Ulricehamn (Bohlin m fl 2004) och Örnsköldsvik (Henning m fl 2004). Industrianalyserna i Ulricehamn och Örnsköldsvik ingick i Energimyndighetens program Uthållig kommun. De flesta större industrier i Oskarshamn analyserades. I Östergötland fick industrier anmäla sitt intresse av att vara med i studien. I Ulricehamn och Örnsköldsvik fick också intresserade företag anmäla sig. Representanter för IKP Energisystem vid Linköpings universitet och respektive kommun gjorde sedan ett urval grundat på att industrierna skulle ha varierande elförbrukning och energianvändning, tillhöra flera olika branscher samt visa engagemang. Industrierna utgör alltså inte ett urval med syftet att utgöra en heltäckande grupp för denna studie. 6

16 Sex av de studerade industrierna var mindre företag utspridda i olika branscher som inte bedömts kunna utgöra tillräckligt underlag för detta arbete. Därför bygger denna studie på analyser av 34 företag. Bransch Odefinierat 36,37 övrig tillverkning 35 andra transportmedel 34 motorfordon, släpfordon 33 medicin-, optikinstrument; ur 32 teleprodukter 31 annan elektro 30 kontorsmaskiner o datorer 0,03 29 övrig maskin 28 metallvaror, ej apparater 27 stål- och metallverk 7,9 26 jord och sten 25 gummi- och plastvaror 24 kemi 5,5 23 stenkol, raffinaderier, kärnbränsle 22 förlag; grafisk, annan reproduktion 21.2 pappers- och pappvaror papper och papp 17, massa 20 trä, varor av trä, kork, rotting textil, beklädnad, läder 15,16 livsmedel, drycker, tobak gruvor och mineralutvinning TWh/år 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 Figur 3. Elanvändning i svenska industribranscher i genomsnitt ( Tabell 1 visar de branscher som ingår i denna studie. I branscherna som har tagits med har företag kartlagts som representerar minst 0,5% av branschens elförbrukning (tabell 2). För bransch 35, andra transportmedel, har hela 12% av elanvändningen studerats. I bransch 15 ingår även bransch 16 och i bransch 36 ingår även bransch 37. I tabell 2 står också den genomsnittliga årsarbetstiden för företagen i varje bransch, vilken senare används vid beräkningen av elhushållningsåtgärdernas tidsberoende påverkan. 7

17 Tabell 1. Studerade industribranscher SNI-kod Bransch 15 Livsmedel 20 Trävaror Papper 21.2 Pappersvaror 28 Metallvaror 29 Maskiner 31 Elektro 32 Tele 34 Fordon 35 Andra transportmedel 36 Övrigt Antalet företag som denna studie grundar sig på varierar starkt mellan de olika branscherna (tabell 3). I bransch 28 metallvaror har hela nio industrier studerats och i livsmedelsbranschen fem företag medan endast ett företag ligger till grund för elanvändningen vid tillverkning av pappersvaror. Data är förstås mer tillförlitliga ju fler företag och ju större andel av elanvändningen i en bransch som utgör underlag för studien. Den här studien ska emellertid inte ses som den slutgiltiga beskrivningen av hur elförbrukning och möjligheter till elhushållning ser ut i varje bransch utan snarare som ett pilotprojekt som grovt beskriver vad elen används till och hur elanvändningen skulle kunna påverkas. Tabell 2. Studerade företags andel av branschens elanvändning samt genomsnittliga årsarbetstid SNI-kod Bransch Papper Pappers varor Livsmedel Trävaror Metallvaror Maskiner Elektro Tele Fordon Transportmedel Övrigt Andel 1,5% 0,9% 1,0% 0,5% 1,2% 1,0% 3,9% 3,5% 2,7% 12% 0,8% Arbetstid h/år I denna studie ingår omkring 1/3 av den svenska industrins elanvändning. De studerade branscherna representerar lätt, icke elintensiv industri förutom pappersindustrin som är energiintensiv processindustri. De studerade industrierna i pappersbranschen är inte ett tillräckligt underlag för att representera hela branschens stora elförbrukning. Den branschen har därför delats in i två av sina underavdelningar: tillverkning av själva pappret respektive av pappersvaror. En tredje undergrupp i bransch 21 är tillverkning av massa som inte alls behandlas här. Verksamheten vid ett företag kan delas in ett antal enhetsprocesser (tabell 4). Varje moment eller processteg utför någon av de funktioner som kallas tillverkningsprocesser (produktionsprocesser). Funktionerna ser naturligtvis mycket olika ut beroende på vilken typ av industri det gäller. Stödprocesser är sådana funktioner som inte direkt rör själva tillverkningen eller produkten men som behövs för att verksamheten ska kunna bedrivas. El används till både tillverkningsprocesser och stödprocesser. Det är ett praktiskt verktyg att dela in verksamheten i enhetsprocesser och sedan 8

18 tillordna vilken elförbrukning som beror av vilken process. Produktion av ånga klassificeras i denna studie som en stödprocess. Ångan kan sedan användas i tillverkningsprocesser (t ex värmning). Tabell 3. Studerade företag Bransch (SNI-kod) Företag Ort Svenska Foder Östergötland Hägges Finbageri Örnsköldsvik Polar-bageriet Örnsköldsvik Cloetta Ljungsbro Östergötland Cloetta Norrköping Östergötland Svensk Brikett Energi Ulricehamn Bohmans Fanerfabrik Oskarshamn LPAB Örnsköldsvik ABB Figeholm Oskarshamn ABB Fårbo Oskarshamn Fiskeby Board Östergötland Swedish Tissue Östergötland OP Kuvert Oskarshamn Elajo Mekanik Oskarshamn Oscar Strandberg Örnsköldsvik Profillack Örnsköldsvik Zinken Weland Ulricehamn OKG, serviceverkstaden CSV Oskarshamn AP & T Ulricehamn Emballator Ulricehamn Örnsköldsviks mekaniska verkstad Örnsköldsvik Hägglunds Drives Örnsköldsvik IRO Ulricehamn SAFT Oskarshamn 31 "Industri 1" Örnsköldsvik Sanmina Örnsköldsvik Ericsson/Flextronics Östergötland Alvis Hägglund Örnsköldsvik Scania Oskarshamn SAAB Östergötland Helge Nyberg Ulricehamn Samhall Brahe Oskarshamn Ekro Möbeldetaljer Ulricehamn Liljeholmens Stearinfabrik Oskarshamn Elanvändningen för de olika enhetsprocesserna har kartlagts för de studerade företagen. Elförbrukningen för en process har summerats för alla företagen i en bransch och processens andel av företagens sammanlagda elanvändning har beräknats. Elanvändningens fördelning på olika enhetsprocesser för de studerade företagen framgår av figur 4. Den fortsatta analysen bygger på antagandet att hela branschernas elanvändning fördelar sig på enhetsprocesserna på samma sätt som för de studerade företagen. Det är förstås osäkert men ger ändå en indikation på hur elen används. 9

19 Tabell 4. Enhetsprocesser Stödprocesser Belysning Ventilation Tryckluft Pumpning Lokalvärme Komfortkyla Tappvarmvatten Interntransport Ånga Tillverkningsprocesser Påläggning Formning Värmning Smältning Torkning, koncentration Förpackning Sönderdelning Blandning Avverkning Hopfogning Kylning, frysning I torkning ingår även annan koncentration och i frysning ingå även kylning av produkter eller i tillverkningsprocessen (figur 4). På en del företag har bara delar av elanvändningen kartlagts. Därför är en del av elanvändningen ospecificerad i vissa branscher. Den delen kan inte heller påverkas genom några hushållningsåtgärder i den här studien. Figur 5 är en kombination av de två föregående figurerna. Endast specificerad elförbrukning från figur 4 ingår. Därför motsvarar staplarnas längd t ex bara hälften av elanvändningen vid papperstillverkning och två tredjedelar av livsmedelsindustrins elförbrukning. En process som förbrukar mycket el (inte alltid mest) har markerats för varje bransch. I livsmedelsindustrin används exempelvis mycket el för ventilation och vid pappersillverknig går det åt mycket el till pumpning. Elanvändningens fördelning på de olika processerna i en bransch motsvarar hur elen används i de studerade företagen med ett undantag: elanvändningen i elångpannor för ångproduktion i pappersindustrin (SNI-kod 21.12). Beskrivningen av elanvändningen och möjligheterna till elhushållning för denna bransch grundar sig främst på företagen Fiskeby Board och Swedish Tissue i Östergötland. Fiskeby är ett rent pappersbruk utan egen massatillverkning. Där finns en elångpanna som har använts mycket på senare år eftersom alternativet är en oljeledad ångpanna och ångproduktion med olja har varit dyrare än med el. Mycket svensk papperstillverkning sker vid integrerade massa- och pappersbruk där biobränsle i olika former finns att tillgå. Att vid papperstillverkning endast ha alternativen olja och el bedöms inte vara representativt för branschen. När elångpannan används mycket står den för 60% av Fiskebys elanvändning och om hela branschens elanvändning skulle grundas på detta skulle över 9 TWh el användas för ångproduktion vid papperstillverkning varje år. Detta bedöms emellertid inte som korrekt. Under år 2000, då elpriset var mycket lågt, stod elångpannor för 9% av pappersindustrins elanvändning (Wiberg 2001). Elanvändningen för ångproduktion minskas här så att den motsvarar 3% av branschens elanvändning (0,5 TWh) grundat på bl a Wiberg Alla andra processer står därmed för en större andel av elanvändningen vid papperstillverkning. 10

20 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% SNI-kod Bransch Livsmedevaropevaror Trä- Pap- Metall- Maskiner Övrigt Pappersvaror Elektro Tele Fordon Transportmedel Ospecificerat Frysning Hopfogning Avverkning Blandning Sönderdelning Förpackning Torkning Smältning Värmning Formning Påläggning Ånga Interntransport Varmvatten Komfortkyla Lokalvärme Pumpning Tryckluft Ventilation Belysning Figur 4. Andel av elanvändningen i olika branscher som används till olika enhetsprocesser Figur 6 visar hur elanvändningen sker i de studerade branscherna som omfattar det mesta av lättare svensk industri. Tyngre elintensiv industri ingår inte. De viktigaste elanvändarna som inte finns med är stål, kemisk industri och massabruk samt delar av papperstillverkningen. Hälften av elen används till stödprocesser och hälften till själva tillverkningen. En del el används för att producera värme av olika slag. I de fallen kan man ofta konvertera till bränsle. 11