Åtgärd 4. Effektivare energiproduktion genom rökgaskondensering

Transkript

1 Åtgärd 4. Effektivare energiproduktion genom rökgaskondensering Effektivare energiproduktion genom rökgaskondensering i Kristineheds kraftvärmeverk Sammanfattning Åtgärden syftar till att effektivisera energiproduktionen på Kristineheds kraftvärmeverk i Halmstad. Genom att ta tillvara på energi som i nuläget släpps ut genom skorstenen kommer fjärrvärmeproduktionen att kunna ökas med omkring 7 MW. Eftersom det rör sig om en effektivisering kommer varken bränsleförbrukningen eller utsläppen att öka på grund av denna effekthöjning. Värmen kommer att utvinnas ur rökgasen genom rökgaskondensering, vilket innebär att vattenånga kondenseras och ångbildningsvärmen avges. Kondenseringen sker med hjälp av en värmeväxlare som placeras i rökgången. För att utnyttja den utvunna värmen ytterligare kombineras rökgaskondenseringen med en värmepump, detta steg är inte nödvändigt men brukar vara fördelaktigt. Den producerade värmen används sedan till fjärrvärme. I åtgärden kommer för övrigt att användas teknik som redan finns på marknaden. Eftersom effekten höjs utan att utsläppen ökar kan den producerade energin betraktas som helt ren. För att kvantifiera minskningen av koldioxid har vi räknat med de bränslen som kan förväntas ersättas av effektiviseringen i fjärrvärmenätet. Till en början kommer den nya värmen främst ersätta en fliseldad panna i fjärrvärmenätet vilket innebär att detta bränsle sparas. Ännu större blir miljövinsten om fjärrvärmen kan ersätta andra uppvärmningsformer, som el- och oljepannor. Fjärrvärmeomsättningen i Halmstad ökar stadigt och det finns framtida planer på utbyggnader av nätet vilket gör att man kan hoppas att just så kommer att bli fallet. Bakgrund Åtgärden kommer att vara placerad till Halmstads Renhållnings AB:s avfallsförbränningsanläggning på Kristinehed i Halmstad. Halmstads Renhållnings AB är ett kommunägt bolag som genom sin avfallsförbränning i nuläget står för ca 80 % av fjärrvärmeproduktionen i Halmstad. Under kommer andelen att minska, till ca 67 %, då en ny panna tas i bruk i fjärrvärmenätet. Övrig fjärrvärme kommer då att komma från biobränslen (22 %, varav 12 % kraftvärme), naturgas (7 %), olja (1 %) samt industriell spillvärme (2 %). Förbränningsanläggningen består av tre pannor, två hetvattenpannor vilka betecknas P1 och P2 och en kraftvärmepanna vilken betecknas P3. P1 och P2 har vardera en panneffekt på 13 MW. P3 har en panneffekt på 43 MW, av vilket ca 10 MW blir el och 30 MW fjärrvärme. Avfallsbränslet består till ca 60 % av hushållsavfall och 40 % av industri- och träavfall. Eftersom bränslet till större delen utgörs av hushållsavfall omfattas inte anläggningen av handeln med utsläppsrätter. 1

2 Syfte Syftet med installationen är att effektivisera värmeproduktionen genom att tillvarata kondensvärmen i rökgaserna från P3. Mål Målet är att öka fjärrvärmeproduktionen från anläggningen genom att installera rökgaskondensering i processen. Detta kommer att göras utan nämnvärda ökningar av utsläppen från anläggningen. Metod Rökgaskondensering kommer att installeras i anslutning till P3, i samband med rökgasreningen. Rökgaskondensering innebär att energi från rökgaserna tas till vara genom att vattenångan i gasen kondenseras och därmed avger ångbildningsvärmen. Detta sker i en kondenseringsskrubber. Förmodligen kommer dessutom en värmepump att användas för att öka värmeproduktionen ytterligare. Den producerade värmen tillförs fjärrvärmenätet. Den här typen av teknik är etablerad på marknaden och finns i olika former på flera anläggningar idag. Efter förbränningen i P3 renas rökgaserna i flera steg. Först går rökgasen genom ett elektrofilter där stoft avskiljs. Därefter följer två skrubbrar där rening av saltsyra, fluorväte och kvicksilver respektive svaveldioxid sker. Efter skrubbrarna följer ett textilfilter för dioxinrening och därefter ett steg för katalytisk reduktion av NO x. Rökgaskondenseringen är tänkt att placeras direkt efter de befintliga skrubbrarna, där rökgasen är mättad på ånga. Rökgasen leds först in i en fyllkroppsskrubber där den sprayas med vatten varpå det mesta av ångan i gasen utkondenseras. Fyllkropparna i skrubbern gör att kontaktytan mellan gas och vätska ökas. Vätskan från skrubbern pumpas därefter genom två värmeväxlare. Den första är kopplad direkt till fjärrvärmesystemets returledning och den andra är kopplad till en värmepump som kan utvinna ytterligare av värmen. Efter värmepumpen tillförs värmen returvattnet från fjärrvärmesystemet, vars temperatur därmed höjs med C, beroende på vilken temperatur det har från början. Värmepumpen kommer att vara av absorbatortyp, vilket innebär att processen drivs av varmvatten eller ånga, istället för el som i en kompressorvärmepump. Varmvattnet kommer i första hand att tas från P1 och P2, i andra hand kan ånga från P3 användas. Steget med värmepumpen är inte nödvändigt men ökar den mängd energi som kan nyttiggöras. Vilken effekt som kan fås ur rökgaskondenseringen beror i stor utsträckning på returtemperaturen i fjärrvärmenätet. I nuläget ligger denna temperatur runt 50 C, vilket ger en effekt på 6,3 MW. Temperaturen planeras dock att sänkas inom de närmsta åren och kommer när sänkningen är klar att ligga mellan C. Detta ger i sin tur en förbättrad effekt till 7,4-8,8 MW. Används inte absorbatorvärmepumpen kommer effekten istället att bli 3,9-7,0 MW mellan 50 och 40 C. Vi har baserat våra uträkningar på 45 C som den mest troliga temperaturen, men även räknat på fall med 40 respektive 50 C. Anläggningen planeras tas i drift sommaren 2008 om KLIMP-bidraget beviljas. I så fall kan nämligen anläggningen beställas tidigast då beskedet kommer, dvs. maj 2007 vilket är för sent för att den ska hinna levereras till sommarens årliga revision. 2

3 Monteringen kräver att anläggningen tas ur drift och för att undvika onödig avställningstid knytas nyinstallationen till tidpunkten då anläggningen ändå står stilla för normalt underhåll. Installationen får pga leveranstiden därför skjutas upp till efterföljande år dvs. sommaren En liten del av kostnaden betalas vid beställning men huvuddelen är bundet till olika leveransmål och drifttagning och när anläggningen väl är klar är projektet avslutat och den normala driften tar över. Därför kommer investeringarna att ske under ett enda år bortsett från den lilla andelen som betalas vid beställning. Miljöeffekter Det absoluta koldioxidutsläppet från anläggningen kommer inte att minska. Däremot det relativa, eftersom värmeproduktionen ökar utan att mer bränsle behöver förbrännas. Vi får alltså ett minskat koldioxidutsläpp i kg/kwh. Primärt kommer den nyproducerade värmen att ersätta andra bränslen inom fjärrvärmenätet. Vi har räknat med att vi ersätter bränslen motsvarande den nuvarande bränslemixen för fjärrvärmeproduktion. Delar av denna mix utgörs av biobränslen vilket inte ger någon direkt minskning av koldioxid när det ersätts. Detta bränsle kan ju dock användas på annat håll där det gör bättre nytta, och kanske i det steget ersätta fossila bränslen. Ännu större miljövinster fås om fjärrvärmen ersätter andra uppvärmningsformer, som el- och oljepannor. Det finns planer på framtida utbyggnader av fjärrvärmenätet i Halmstad och därför finns det anledning att hoppas att så blir fallet. Vi har gjort beräkningar över utsläppsminskningen dels med en prognos för fjärrvärmeproduktionen och dels med en för , båda gjorda av Energiverken i Halmstad AB. Enligt prognosen kommer fjärrvärmeproduktionen mellan dessa tidsperioder totalt att öka med cirka 100 GWh/år. Andelen biobränsle beräknas samtidigt öka, vilket gör åtgärdens påverkan på koldioxidutsläppen minskar något. Utsläpp av koldioxid före investeringen ( ) Energislag/bränsle/drivmedel Mängd Enhet Koldioxidutsläpp (ton) Energimängd (kwh) Bränsle - Hushållsavfall osorterat ,30 kwh 1 610, ,30 Bränsle - Skogsbränslen oförädlade ,10 kwh 0, ,10 Bränsle - Eldningsolja ,72 kwh 5 787, ,72 Bränsle och drivmedel - Naturgas ,63 kwh 876, ,63 Energislag - Spillvärme ,25 kwh 0, ,25 Förändrade koldioxidutsläpp resp. energimängd ( ) ton CO2 kwh ,

4 Utsläpp av koldioxid före investeringen ( ) Energislag/bränsle/drivmedel Mängd Enhet Koldioxidutsläpp (ton) Energimängd (kwh) Bränsle - Hushållsavfall osorterat ,97 kwh 1 448, ,97 Bränsle - Skogsbränslen oförädlade ,81 kwh 0, ,81 Bränsle - Eldningsolja ,32 kwh 5 401, ,32 Bränsle och drivmedel - Naturgas ,45 kwh 1 148, ,45 Energislag - Spillvärme ,44 kwh 0, ,44 Förändrade koldioxidutsläpp resp. energimängd ( ) ton CO2 kwh , Övriga effekter Utöver växthusgaser kommer även de resterande utsläppen från anläggningen att minska. Vi har räknat på några av utsläppen och ställt upp hur dessa förändras i förhållande till den producerade energin. Lägg märke att vi i det här fallet endast tar hänsyn till utsläppen från den här anläggningen och inte de från andra anläggningar inom fjärrvärmenätet. Förändrad miljöbelastning Relativa utsläpp (kg/kwh) Miljöeffekt Före Efter Förändring Utsläpp svavel (S) 0,70 0,42 0,28 Utsläpp Stoft 0,08 0,05 0,03 Utsläpp NOX 1,40 0,84 0,57 Utsläpp koloxid (CO) 0,86 0,51 0,35 Kostnader och bidrag Åtgärden kommer ej att erhålla några andra offentliga bidrag utöver Klimp-bidraget. De kostnader som inte täcks av bidraget tas från bolagets ordinarie budget. Konkurrensen på fjärrvärmeområdet utgörs framförallt av ett annat kommunalägt bolag, Energiverken i Halmstad. Eftersom de båda ägs av kommunen finns alltså ingen egentlig konkurrens och konkurrenssituationen kommer inte att påverkas av bidraget. De båda bolagen kommer dessutom att gå ihop under hösten En mindre del av fjärrvärmeproduktionen kommer från spillvärme från glastillverkaren Pilkingtons processer. Alternativkostnaden i nätet beräknas vara 130 kr/mwh vilket ligger till grund för inkomstberäkningen. Därtill kommer pengar från återbetalning av NOx-avgift, vilken vi satt till 9 kr/mwh. Leverantören av anläggningen har givit en prisindikation på kr för hela leveransen, inklusive värmepump. I detta ingår design, konstruktion, materialleverans, montage, idrifttagning och dokumentation. 4

5 Utöver detta tillkommer kostnad för den byggnad som måste uppföras för att inrymma värmepumpen. Vi har uppskattat denna kostnad till kr. Den ökade effekten kommer att kräva en ny pumpstation vars kostnad uppskattats till kr. En mer exakt uppgift angående pumpen kommer att kunna ges i ett senare skede. Lönsamhetskalkylen visar att för att få investeringen att betala sig på 10 år krävs ett bidrag på kr, vilket utgör 28,6 % av den totala investeringskostnaden vid de antagna förhållandena, och då framförallt en returtemperatur på 45 C. Utan bidrag ligger pay-off tiden på 14 år. Utan bidrag tar det alltså 14 år för investeringen att betala sig och det är för lång tid för att det ska genomföras. Med ett beviljat bidrag sänks kostnaden för företaget och avskrivningstiden kan sättas till 10 år vilket är gränsen för att berättiga investeringen Ett bidrag är därför nödvändigt för att investeringen ska kunna göras och inte något som endast tidigarelägger investeringen. Lönsamhetskalkyl och nödvändigt bidrag Returtemperatur FJV C Effekt rökgaskondensering 8,4 7,4 6,3 MW Extra årsproduktion 39,5 34,8 29,6 GWh Årlig inkomst kr kr kr Pay-off* 11,5 14,0 18,7 år KLIMP Nödvändigt bidrag kr kr kr Nödvändigt bidrag 12,7% 28,6% 46,1% * Pay-off tiden är baserad på när lönsamhet skulle uppnås utan bidrag. Kostnader AVP+VVX Lokaler Extra FJV-pumpar Total investering Kostnad för drift & underhåll kr kr kr kr * kr/år Drifttid 5000 h/år Tillgänglighet 94% Drifttid 54% NOX-återbetalning 9 kr/mwh Alternativkostnad 130 kr/mwh Realräntesats 4,5% Avskrivningstid 10 år *2% av investeringskostnaden 5

6 Kostnader per år 2007 Beställning 2008 Resterande kostnad Lokaler Extra FJV-Pumpar Totalt (2008) * kr ** kr kr kr kr * 5% av kostnaden betalas vid beställning ** 95% av kostnaden betalas vid leverans och drifttagning Kostnads- och bidragseffektivitet* KE1 KE3 BE11 BE13 * baserad på 4%s ränte och 10års livslängd 0,2229 kr/kg CO2 0,0302 kr/kwh 0,3080 kr/kg CO2 0,0417 kr/kwh Observera att den tekniska livslängden på anläggningen är satt till samma som den ekonomiska livslängden. Detta är naturligtvis inte fallet i verkligenheten men det går inte att bedöma livslängden tillräckligt exakt för att det ska vara någon mening med att använda de siffrorna istället. Uppföljning Åtgärden följs upp kontinuerligt. Mätpunkter runt om i kraftvärmeverket ger varje minut värden på temperaturer och utsläpp. Dessa minutvärden sammanställs till dygns- och månadsrapporter. Om rökgaskondenseringen inte fungerar som förutsett kommer det snabbt att uppmärksammas och åtgärdas. Spridning Erfarenheter från projektet kommer att kunna spridas via Svenska renhållningsverksföreningen, RVF, så att andra avfallsförbränningsanläggningar kan dra nytta av dem. Projektet är delvis ett examensarbete och rapporten till detta kommer att finnas tillgänglig via Mälardalens högskola. Kontaktuppgifter Bidragsmottagare: Halmstads Energi- och Miljö AB (Hem AB) Organisationsnummer: Bidragsmottagarens kontaktperson Namn: Lars Jacobsson Adress: Box 31, Halmstad Telefon: