Vad kan industrin göra? Industrin som energislukare eller föregångare i omställningen mot en hållbar region?

Transkript

1 Vad kan industrin göra? Industrin som energislukare eller föregångare i omställningen mot en hållbar region? Simon Harvey Professor i industriella energisystem Industriella energisystem och -tekniker, Chalmers i samarbete med Per Åke Franck och Eva Andersson CIT Industriell Energi AB En sammanfattning av några slutsatser från projektet Bærkraftig bruk av energibærerne i KASK regionen

2 try. Industrial Energy Systems and Technnologies Koldioxidutsläpp och energianvändning i svensk industri Hallands län 4% Västra Götalands län 16% Energianvändning i svensk industri 2010 Sweden 80% Source: Swedish Energy Agency. Total energy use 168 TWh Koldioxidutsläpp i Sverige 2012 Total GHG emissions: 57.6 Mton CO 2,eq (biogenic CO 2 not included) Source: Swedish Environmental Protection Agency

3 Möjliga åtgärder för ökad energieffektivitet och minskad koldioxidutsläpp i industrin Öka energieffektivitet genom intern värmeåtervinning Använda de bästa tillgängliga teknologierna (BAT) Energiledning Samproduktion av el och värme (kraftvärme) CO 2 avskiljning för lagring eller återanvändning Använda överskottsvärme för t ex biomassatorkning eller elproduktion Exportera överskottsvärme till ett fjärrvärmenät Byte till bränslen eller råvaror med lågt C-innehåll

4 Utsläpp av fossil koldioxid från industri i KASK Sverige

5 Energieffektivisering vid Preems raffinaderi i Lysekil Arbete utfört av Per Åke Franck och Eva Andersson CIT Industriell Energi AB Towards a sustainable oil refinery. A research partnership between Chalmers and Preem. Funding provided by the Swedish Energy Agency and Preem

6 Nuläge (2012) Raffinaderikapacitet ca 11.5 Mton råolja/år Koldioxidutsläpp ca 1.7 Mton/år (CO 2 ekv) Utility förbrukning ca 3.6 TWh/år

7 Heat supply Industrial Energy Systems and Technnologies Processer med gas och vätskeströmmar: Energibesparingspotential kan fastställas mha pinchanalys Process Heat supply T Pinch Determined by T min 160 Minimum hot utility Raw material P r o c e s s Products El Heat balance Grafically T ( C) Hot streams Cold streams 20 Cooling 0 Minimum cold utility Q Cooling Maximal Internal Heat recovery

8 Stor processanläggning med många processenheter sätter gränser för värmeåtervinning

9 Tekniska energibesparingspotentialer Restriktioner för värmeåtervinning Besparingspotential Inga restriktioner 1785 GWh/år (50%) 1240 GWh/år (30%) Värmeåtervinning tillåts enbart inom samma processarea Värmeåtervinning mellan processareor tillåts men enbart genom befintliga värmare och kylare kopplade till utilitysystemet 485 GWh/år (15%)

10 Teknoekonomiska potentialer baseras på detaljerade studier av möjliga (realistiska) sätt att bygga om VVX-nätverket för att uppnå en del av den tekniska potentialen Tidshorisont Besparingspotential [GWh/år] CO 2 -reduktion [kton CO 2 -ekv/år] Kort sikt (2020) 200 (5.6 %) 50 Mellanlång sikt (2030) 620 (17 %) 192 På lång sikt blandning av ytterligare energibesparingsåtgärder + annat (bioråvaror, CCS, ) Tidigare CCS-studier har visat att utsläpp kan minskas med ca 1500 kton/år (kostnad ca 50 /ton CO 2 )

11 Kemikluster Stenungsund Industrial Energy Systems and Technnologies VHG utsläpp: ~950 kton CO2-ekv/år Processernas värmebehov: 442 MW (3870 GWh/år) 320 MW täcks av intern värmeåtervinning (2800 GWh/år) 122 MW produceras i befintliga pannor (1130 GWh/år)

12 Begränsad potential för kostnadseffektiv värmeåtervinning inom varje enskild anläggning men stor potential om värmeväxling mellan anläggningar införs Besparingspotential Värmeprod. i befintliga pannor: 122 MW Värmeproduktion i befintliga pannor kan teoretiskt minskas till 0 MW genom värmeväxling mellan anläggningarna Hur? Cirkulerande hetvattensystem C Harmonisering av ångnivåer Ombyggnad av ångvärmare för lågtrycksdrift Restgaser från processerna eldas på rätt ställe

13 Utformning av ett energisystem som sparar 20 MW System 20 Perstorp Current LP steam demand: 25.7 MW HW1 (79/55 C) 20.7 MW E Borealis PE E Heat sources 22.8 MW Heat sinks E Total investment: 199 MSEK Borealis Cracker Steam pipe Total hot utility savings: 20.7 MW 20.7 MW E-1608 E-1845 Hot water pipe Hot water pump Payback period: App. 3.2 years New HXs: 5 Losses: 2.1 MW System 20 can be pre-fitted for extension to System 50 (extra cost 19 MSEK)

14 Utformning av ett energisystem som sparar 50 MW System 50 Current LP steam demand: 25.7 MW 9x 56 Condensor 81,77,57,15, 72,50,31,2,13 49 Condensor Potential demand: 40.3 MW 47 flash steam Condensor Perstorp HW1 (79/55 C) 40.3 MW 24 MW E E E Borealis PE Heat sources Heat sinks 16 Cooler 65 Rx1 Cooler Rx2 Cooler 24 Reb Potential heat sink for excess utility Total investment: 598 MSEK (199) Total hot utility savings: 50,8 MW (20.7) Pay back period: App. 3.9 years (3.2) HW2 (97/75 C) Reboiler HTC, Air to spray dryer, Air to two dryers INEOS Current LP steam demand: 2.5 MW 4x 27.7 MW 2.2 MW Potential demand: 10.5 MW 5.5 MW 10.5 MW 26.8 MW Losses: 2.7 MW Fuel: 21 MW E MW Borealis Cracker E-1608 E-1845 E-1890 Preheat demin CT1701 cond E-1609 E-1802 E-1606Y Losses: 2.5 MW Fuel pipe Steam pipe Hot water pipe Hot water pump New HX: 32 (5)

15 Teknoekonomiska energieffektiviseringspotentialer Industrial Energy Systems and Technnologies Tidshorisont Kort sikt (2020) System 20 Mellanlång sikt (2030) System 50 Besparingspotential [GWh/år] CO 2 -reduktion [kton CO 2 -ekv/år] 181 (16 %) (40 %) 138 På lång sikt blandning av ytterligare energibesparingsåtgärder + annat (bioråvaror, CCS, ) Tidigare CCS-studier har visat att utsläpp kan minskas med ca 480 kton/år (kostnad ca 55 /ton CO 2 )

16 Sammanfattning för de utvalda anläggningar i KASK NO+SE På kort sikt (2020): energieffektivisering kan minska CO 2 -utsläpp med 2.5-6% jämfört med 2009 års nivå. Detta är otillräckligt för att uppnå EUs mål (20% minskning mellan 1990 och 2020) Norcem kan minska mer OM CCS implementeras

17 På mellanlång sikt (2030): energieffektivisering kan minska CO 2 -utsläpp med 5-15% jämfört med 2009 års nivå. Detta är långt ifrån EUs mål (40% minskning mellan 1990 och 2020) Energieffektivisering måste kombineras med andra åtgärder, t ex CCS Bättre användning av restvärme Byt till förnybara bränsle, råvaror och el Ny processteknik

18 Hållbar användning av industriell restvärme - avvägning mellan värmeåtervinning och export? Licentiatprojekt i samarbete med Chalmers (huvudhandledare: Prof Simon Harvey; bihandledare: Dr Matteo Morandin) ORC CCS Värmeåtervinning Bioraffinaderi Fjärrvärme Här endast studerat fjärrvärme

19 Fallstudie - Kemindustriiklustret i Stenungsund Största kemiklustret i Sverige 5 företag och 6 anläggningar

20 Restvärme definition i detta arbete Procesströmmar som kyls med luft eller vatten OBS! Möjligt att använda delar av detta till värmeåtervinning! Möjligt att på så vis också spara primär energi! Värmeåtervinning Internt användbar restvärme Bränsle Panna Råvara Ånga Process Externt användbar Restvärme restvärme Elektricitet

21 Potential för fjärrvärmeproduktion - antaganden Viss intern värmeåtervinning har åstadkommits 20 MW värme via hetvattenkrets mellan industrierna Förslag framtaget i tidigare doktorandprojekt (Roman Hackl) Dessa varma process strömmar exkluderade från analysen Tekniskt/ekonomiskt genomförbart att hämta värme från procesströmmar Bedömt av experter på varje anläggning Exkluderat svåra/dyra strömmar Temperatur i fjärrvärmenätet? 80 C 50 C Har stor betydelse för potentialen Generellt finns mer värme vid låg temperatur

22 SH2 Resultat - leveransmix

23 Slide 22 SH2 Du sa igår att du skulle ha lite underlag om att industriernas energisituation kan ändras och att vi har därmed tittat på olika fall med mer eller mindre intern energiåtervinning, samt nya råvaror/produkter/produktionsvolymer Simon Harvey;

24 Några slutsatser från projektet Västsvensk samverkan kring industriellt restvärme

25 Under mycket gynnsamma förhållanden kan ekonomin för en kulvert mellan Stenungsund och Göteborg bli sådan att en investering skulle kunna övervägas Gynnsamma förutsättningar är: Delar av dagens restvärmeleverans försvinner (2025) Nya restvärmeleverantörer i drift till 2050 Högre biomassapriser Högre avgifter för CO 2 -utsläpp Låg investeringskostnad för kulvert Låga förräntningskrav (intressant infrastruktur för Västsverige/Sverige?) Möjliga marknadsmodeller för att skapa incitament för en kulvert har ännu inte identifierats Ur klimatsynpunkt kommer en kulvert att bli gynnsam, förutsatt att marginella klimatgasutsläppen i elsystemet minskar

26 Andra hållbarhetsaspekter påverkas också, men inte kraftigt Viktigt hur framtida CO 2 -kostnader tas ut fiskalt I framtiden kommer en stor tillgång på restvärme att finnas i Västsverige Andra användningsområden? Exempel på andra användningsområden: Intern värmeeffektivisering Elproduktion Värmepumpning Biomassatorkning Algproduktion CCS (koldioxidinfångning och lagring)