Småskalig kraftvärme med biobränslen

Transkript

1 Småskalig kraftvärme med biobränslen - förutsättningar inom Västra Götaland OPET Sweden Tel: Drottninggatan 50 Fax: Stockholm E-post: opet@stem.se

2 Varför? Biobränslebaserad kraftvärme Kraftvärme baserad på biobränsle är ett energieffektivt sätt att producera el och värme samtidigt. I ett kraftvärmeverk ökas verkningsgraden till ca 85-90% jämfört med annan elproduktion som t.ex. kondenskraft där verkningsgraden ligger på ca 40%. I Sverige har vi bra förutsättningar för att nyttja även värmeunderlaget från kraftvärmeproduktionen i våra fjärrvärmenät. Att öka andelen förnyelsebar energi genom att ersätta fossila bränslen med biobränslen i värmeverken minskar koldioxidutsläppen. I de flesta mindre energiverk produceras bara värme, eftersom det hittills har varit svårt att få småskalig elproduktion lönsamt. Elcertifikat I maj 2003 trädde den nya lagen om elcertifikat i kraft. Denna omfattar el producerad med förnyelsebara energikällor såsom vind, vatten, sol, biobränsle etc. Befintlig storskalig vattenkraft räknas dock inte med i systemet. Syftet med det nya systemet är att få ett nytillskott av förnyelsebar el i Sverige. I det första steget är målet ett årligt tillskott om 10 TWh till och med Ungefär hälften bedöms komma från utbyggnad av existerande produktion och hälften från nya anläggningar. Systemet hanteras av Svenska Kraftnät och är helt webbaserat. EU:s RES-e direktiv Det europeiska RES-e direktivet (electricity from renewable energy sources) syftar till att öka elproduktionen från förnyelsebara energikällor. Inom direktivet har EU satt det ambitiösa målet att öka andelen förnyelsebar el från 13,9% (1997) till 22% fram till Sveriges mål och åtagande är att öka vår andel till 60% år 2010 från 49,1% år För att nå de ambitiösa målen är det nödvändigt med investeringar i vindkraft, kraftvärme och andra tekniker på lokal nivå. EU:s CHP direktiv EU har under 2004 tagit fram ett direktiv för att främja högeffektiv kraftvärme. Syftet är att öka energieffektiviteten och förbättra försörjningstryggheten genom att skapa en ram för främjande och utveckling av högeffektiv kraftvärme. Direktivet fastslår att medlemsstaterna ska göra en analys av potential för kraftvärme inkl. mikrokraftvärme. Senast 21 februari 2007 ska en utvärdering av framsteg överlämnas till kommissionen.

3 Teknik Ett kraftvärmeverk producerar både el och värme. Tekniken ger en hög verkningsgrad och minst 90% av bränslets energiinnehåll kan utnyttjas. Mellan 30 och 50% blir el och resten värme. I ett vanligt s.k. kondenskraftverk, som bara producerar el, kyls värmen i ångan bort, dvs 60-70% av energin försvinner. Ångturbinprocessen är idag den dominerande kommersiella tekniken för fasta bränslen. Det pågår forskning, utveckling och demonstration, av befintlig teknik med fokus på bränsleflexibilitet, prestanda, kostnadseffektivitet och låga emissioner. Utvecklingen av ny (ännu ej introducerad) teknik syftar att öka elverkningsgraden med bibehållna eller förbättrade miljödata till en konkurrenskraftig kostnad. Merinvesteringen för att kunna producera el med ångturbin är ca 6-20 kkr/kw el beroende av pannstorlek, ny eller befintlig panna samt teknisk lösning mm. Hur funkar det? Kraftvärmeverkets ångpanna eldas med t ex flisat skogsbränsle eller avfall. Vattnet i ångpannan kokar till ånga med högt tryck och temperatur. Ångan leds till en turbin som roterar och driver en generator. Generatorn producerar sedan el. När ångan passerat turbinen sjunker trycket och temperaturen. I kondensorn blir ångan åter vatten när den kyls ner av fjärrvärmevattnet. Vattnet som tillgodogjort sig värmen i ångan skickas åter ut i fjärrvärmenätet. Den kondenserade ångan går tillbaka till ångpannan. Fördelar för Sverige Avlastning av de yttre elnäten Ökad elsäkerhet med fler elproducenter Ökat kunnande på teknikområdet Fördelar för värmeverket Egenproducerad grön el Intäkter genom elcertifikat Minskade elinköp och nätavgifter

4 Tekniska koncept VAPOREL -konceptet I Sverige är de flesta hetvattenpannor designade för ett tryck på 16 bar, men många körs vid 6-8 bar. Genom att höja trycket i befintliga pannor kan en del av hetvattnet konverteras till ånga och elenergi produceras. Med VAPOREL -konceptet kan el framställas från hetvattenpannor utan att de behöver byggas om, vilket ger en begränsad investeringskostnad. OilBox-konceptet För ett litet fjärrvärmeverk (10 till 15 GWh värme/år) kan OilBox-konceptet vara intressant. En anläggning som tillämpar OilBox-tekniken skiljer sig från anläggningar med konventionell ångpanna främst genom att ångproduktionen sker utanför pannan i en ånggenerator/överhettare. Värmetransporten mellan pannan och ånggenerator/överhettare sker med hjälp av hetolja. Ångeneratorn driver i sin tur en helt konventionell och enkel mottrycksångprocess med överhettning och utan avtappningar på turbinen. Ångdata till turbinen kan då anpassas till vilken turbintyp som är ekonomiskt mest fördelaktig. Temperaturen på ångan kan dock inte överstiga ca 300 ºC eftersom hetoljan har en temperaturbegränsning på max ca 340 ºC. PANNA ECO ÖH TURBIN Hetvattnet leds till en flashbox (ånggenerator) av direkt typ. Trycket sänks och en del av vattnet förångas. Ångan som producerats i flashboxen, leds till en Curtisturbin. Därefter följer en kondensor, varifrån värme återvinns och förs ut exempelvis till fjärrvärmenät eller virkestorkar. Elenergin framställs i en generator kopplad till turbinen. Alfa-värdet ligger på 8-15% och investeringen på 8-10 kkr/kw el beroende av storlek på pannan. Denna teknik finns demonstrerad sedan 1998 i Eksjö Energis värmeverk. För mer information kontakta S.E.P AB eller se deras hemsida: Elproduktionen blir ca 16 till 18 % av tillgängligt värmeunderlag med en enklast möjliga turbintyp. En mer avancerad turbin ger mer elproduktion till en högre investeringskostnad. Rätt turbintyp väljs med hänsyn till lönsamheten på investeringen. För mer information kontakta S.E.P AB eller se deras hemsida: KOKARE AVGAS ARE KONDENSOR

5 Västra Götaland En studie över Västra Götalands län visar att: Fjärrvärmen är väl utbyggd! Det finns ett väl utbyggt fjärrvärmenät inom 38 av Västra Götalands 49 kommuner. Uppbyggnad av fjärrvärmenät pågår i ytterligare två kommuner. Det inom fjärrvärmenäten levererades 6780 GWh Av detta tillfördes 2770 GWh eller 41% från biobränslen. Fjärrvärmen ökar! Utbyggnad av fjärrvärmenätet pågår nästan överallt. I de mindre tätorterna är ökningen procentuellt högre än i de större och där är heller inte fjärrvärmenäten så gamla. Enligt energibolagens prognos kommer fjärrvärmen i Västra Götaland att öka med 890 GWh (13%) inom de närmaste åren. Om den nytillförda energin kommer från biobränsleeldade anläggningar ökar biobränslens andel av den totala energitillförseln i fjärrvärmenäten till 48 %. Kraftvärme finns på flera platser! Biobränslebaserad kraftvärme finns redan idag till stor del i Västra Götaland. År 2001 så producerades totalt 431 GWh el varav 243 GWh var biobränslebaserad (dvs. ca 56 %). I dagsläget finns kraftvärme i fyra kommuner: Göteborg, Borås, Mariestad och Lidköping. Långtgående planer på nytillskott inom kraftvärme finns i Mark, Uddevalla, Skövde, Borås samt Göteborg (naturgas). Ekonomin förbättras! Tre av fyra utvärderade anläggningar har bra förutsättningar för att kunna producera el med god lönsamhet tack vare höjda elpriser och intäkter från elcertifikat. För mer information beställ rapporten från OPET Sweden. Västra Götaland Totalt värmeunderlag Varav biobränslebaserat värmeunderlag Elproduktion i kraftvärmeanläggningar 2001 Varav biobränslebaserad elproduktion i kraftvärmeanläggningar 2001 Biobränslebaserat värmeunderlag som redan idag nyttjas för elproduktion (alfavärde antaget till 0,4) Prognos för ökat värmeunderlag enligt kartläggningen Outnyttjat biobränslebaserat värmeunderlag befintligt inklusive prognos Potential för ny kraftvärme: baserat på biobränslebaserat värmeunderlag och alfavärde = 0,15-0,35 (småskalig kraft) GWh GWh 431 GWh 243 GWh 600 GWh 890 GWh 3060 GWh GWh

6 Möjligheter... Kungälv Kungälv Energi AB har två biobränslepannor om vardera 9,7 MW th som kan var intressanta för en eventuell ombyggnad till kraftproduktion. I studien framgår det att det går att få bra lönsamhet hos en turbinanläggning. Om en VAPOREL - installation kopplas till båda pannorna kan en effekt på ca 2 MW el erhållas Detta ger en nettovinst på upp emot 3,4 Mkr/år. Om man nöjer sig med att koppla turbinen till endast en av pannorna fås en årlig nettovinst på ca 1,8 Mkr/år. Den ombyggnad som ger högst elutbyte (>3 MW el ) är ombyggnad till ångpanna. Denna ombyggnad kan om investeringskostnaden antas vara 10 Mkr/MW el ge en årlig nettovinst på ca 4,1 Mkr/år. Skövde Skövde kommun har två biobränsleeldade pannor. Båda pannorna har effekten 20 MW th där den äldre har konstruktionstrycket 16 bar(g) och den yngre konstruktionstrycket 40 bar(g). Driftstrycket i pannorna är idag ca 16 bar(g). Värmeverket tillsammans med det intillliggande sjukhuset har en effektförbrukning på ca 4 MW el. Det vore önskvärt att producera åtminstone en del av denna el i värmeverket. Det går att få lönsamhet hos en turbinanläggning under förutsättning att det finns värmemässigt underlag för att köra turbinen. En kraftproduktionsanläggning kan bli lönsam oberoende vilken storlek som väljs inom området 1-3 MW el. Borgstena Sågverket Borgstena Timber AB omsätter en stor mängd värmeenergi främst i sågverkets virkestorkar. Torkarna är ur energisynpunkt ineffektiva då ångan från det borttorkade vattnet släpps ut utan värmeåtervinning. Företaget har haft planer på att bygga en ny panna på ca 12 MW th. Den lämpligaste metoden att generera el vid ett sågverk i denna storleksordning är att bygga en enkel ångprocess med mättad ånga med lågt tryck (16 bar(g)). Merkostnaden för ånggenerering blir då liten eftersom pannans konstruktion i princip är den samma. I studien framgår det att den årliga vinsten blir ungefär en miljon kr vid dagens priser på el och elcertifikat. En investering i en turbinanläggning skulle således vara en god affär för sågverket. Falköping Falbygdens Energi har vid produktionsanläggningen Marjarp en relativt nybyggd fastbränslepanna på 10 MW med 2,5 MW rökgaskondensering. Fastbränslepannan är en hetvattenpanna med helmurad ugn och vidhängande rökrörspanna, där fjärrvärmevattnet växlas mot varma rökgaser. Pannan har ett maximalt drifttryck på 16 bar och en maximal drifttemperatur på endast 160 C. För att möjliggöra elproduktion måste rökrörspannan bytas ut eller uppgraderas. Det går att få lönsamhet med kraftproduktion i Marjarp men investeringskalkylerna visar på en viss osäkerhet. Om elpriset skulle gå ner något kan vinsten bytas mot en förlust för anläggningen. En investering i elproduktion är därför tveksam i Falköping.

7 Exempel Katrinefors Kraftvärme AB Under 1993 startade fjärrvärmeutbyggnaden i Mariestad. Men för att bygga ut nätet behövdes ett nytt produktionssystem för fjärrvärmen. På den vägen togs de första stegen mot dagens kraftvärmeverk, KKAB. Den enda lämpliga placeringen var mitt i Mariestad, därför var ett samarbete med pappersbruket Metsä Tissue det mest optimala. Detta medförde att anläggningen var tvungen att kunna leverera ånga vilket gav förutsättningar för att bygga ett kraftvärmeverk. Ett gemensamt ägt bolag för energiproduktion, Katrinefors Kraftvärme AB bildades i november Våren 2002 överlämnades anläggningen som använder fiberslam från pappersbruket och skogsflis för att producera elkraft, ånga och fjärrvärme. Fiberslammet är en restprodukt som tidigare deponerades. Anläggningen bygger på väl beprövad teknik med panna, rökgaskondensering, turbin och generator och har bra driftsäkerhet. Anläggningen producerar ca 240 GWh/år, 105 GWh som ånga till pappersbruket 106 GWh till fjärrvärme 29 GWh el. Ca 55% av energin kommer från skogsflis, 23% från fiberslam, 18% från rökgaskondenseringen och endast 4% från olja. Anläggningen har medfört att m 3 olja ersätts med biobränslen. För mer information se: Fakta om anläggningen Fastbränslepanna: Rökgasrening Rökgaskondensering: Turbin: BFB, bubblande fluidiserande bädd Effekt: 36,9 MW, min last10 MW Ångdata: 480 C/80 bar Två slangfilter med vardera 70% kapacitet Aktivt kol kan tillsättas för att minska dioxiner Ammoniak tillsätts för att minska NOx-utsläpp Effekt till fjärrvärmenätet: 11 MW Eleffekt: 9,5 MW, lastområde: 1,6-9,5 MW Fjärrvärmeeffekt: 27,2 MW Bränsle: Trädbränsle, fukthalt 45-55% Returfiberslam, fukthalt 45-55% Investering: 200 Mkr

8 Mer info... Uppgifterna i denna broschyr kommer från rapporten Förutsättningar för småskalig kraftvärmeproduktion från biobränslen i Västra Götaland som gjorts inom projektet: OPET RES-e: El från förnybara energikällor. Andra bra informationskällor är: Energimyndigheten Elforsk Svensk Fjärrvärme Svensk Energi Svenskt Gastekniskt Center OPET är ett nätverk som består av ca 45 OPET-kontor i Europa, Asien, Afrika och Amerika. Ett av dessa kontor är OPET Sweden vid Energimyndigheten. OPET står för Organisation for the Promotion of Energy Technologies och har byggts upp genom EU:s direktorat TREN (Transport och Energi). OPET Swedens uppgift är att sprida, främja, öka tillverkningen och användningen av energitekniker mellan Sverige och deltagande länder i och utanför EU. OPET Sweden arbetar med projekt inom områdena förnybara energikällor och energieffektivisering. OPET Sweden skall betraktas som centrum för slutanvändare vad gäller internationellt utbyte av teknikinformation. OPET Sweden har också till uppgift att bemästra icke-tekniska hinder för att bana väg för ny energiteknik. För mer info se: