Förutsättningar för förnybar energi i svensk växthusodling

Transkript

1 Institutionen för teknik och samhälle Miljö- och energisystem Förutsättningar för förnybar energi i svensk växthusodling Mikael Lantz, Gunnel Larsson och Torbjörn Hansson Rapport nr 57 Februari 2006 Adress Gerdagatan 13, Lund Telefon (vxl) Telefax Internet

2 ISRN LUTFD2/TFEM--06/3048--SE + (1-99) ISBN Mikael Lantz, Gunnel Larsson och Torbjörn Hansson, 2006

3 Dokumentutgivare, Dokumentet kan erhållas från LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA vid Lunds universitet Institutionen för teknik och samhälle Avdelningen för miljö- och energisystem Gerdagatan Lund Telefon: Telefax: Dokumentnamn Rapport Utgivningsdatum Februari 2006 Författare Mikael Lantz Gunnel Larsson Torbjörn Hansson Dokumenttitel och undertitel Förutsättningar för förnybar energi i svensk växthusodling Sammandrag Den svenska växthusbranschen använder idag stora mängder fossil energi, framförallt olja, för produktion av värme och koldioxid. Syftet med denna studie har varit att analysera vilka förnybara alternativ den svenska växthusbranschen har till den utbredda oljeanvändningen. För de alternativ som bedömts som mest relevanta har en fördjupad analys av de ekonomiska konsekvenser en utfasning av olja skulle kunna få på företagsnivå också genomförts. De alternativ till olja som beskrivs i studien är flis, pellets, halm, spannmål, rapsolja, RME, biogas och olika former av värmepumpar. För att på företagsnivå undersöka de ekonomiska konsekvenserna av en utfasning av olja konstruerades fyra stycken typföretag: Två tomatodlingar på respektive m 2 och två prydnadsväxtodlingar på respektive m 2. För dessa typföretag har ekonomiska kalkyler gjorts för att jämföra flis, halm, pellets, biogas och grundvattenbaserade värmepumpar med olja. I kalkylerna undersöktes också betydelsen av vilken effekt ( W/m 2 ) som installeras. Resultaten från kalkylerna visar att flertalet av de olika alternativa energislagen och effektstorlekarna ger ett positivt resultat jämfört med att använda olja. Resultaten skiljer sig något åt mellan de olika typföretagen men generellt kan det konstateras att flis eller värmepump ger kortast återbetalningstid (3,2 4,7 år) och att återbetalningstiden är som kortast för de lägre effektalternativen. Nyckelord Växthus, energianvändning, förnybar energi Sidomfång 99 ISSN Intern institutionsbeteckning Rapport nr 57 Språk Svenska Sammandrag på engelska ISRN LUTFD2/TFEM--06/3048--SE + (1-99) ISBN iii

4 iv

5 Organisation, The document can be obtained through LUND UNIVERSITY Department of Technology and Society Environmental and Energy Systems Studies Gerdagatan 13 SE Lund, Sweden Telephone: int Telefax: int Type of document Report Date of issue February 2006 Authors Mikael Lantz Gunnel Larsson Torbjörn Hansson Title and subtitle Conditions for the Use of Renewable Energy for Greenhouse Cultivation in Sweden Abstract In Sweden, the agricultural sector using greenhouses consumes large quantities of fossil fuel, mainly oil, for the production of heat and CO 2. The aim of this study was to analyse the renewable energy sources available today for replacement of fossil oil. For those alternative sources which are considered to be the most interesting, the economic consequences of oil replacement in commercial undertakings is also assessed. The alternatives to fossil oil described in this study are wood chips, pellets, straw, grain, rapeseed oil, RME, biogas and various types of heat pumps. To investigate the economic consequences of replacing fossil oil in a commercial context, four cases were modelled: two greenhouses for the cultivation of tomatoes, and m 2 in area, and two greenhouses of and m 2 for the cultivation of ornamental plants. For these 4 cases calculations were done to compare the economic outcome of heating the greenhouses with wood chips, straw, pellets, biogas and heat pumps based on groundwater with that for fossil oil. These calculation also consider the impact of the magnitude of the effect ( W/m 2 ) for which the heating system was installed. The results show that most of the alternatives are economically advantageous in comparison with fossil oil. The results of the calculations for the four cases vary, but in general the installation of wood chip burners and heat pumps give the shortest pay-off ( years). Keywords Greenhouse, use of energy, renewable energy Number of pages 99 ISSN Department classification Report No. 57 Language Swedish, English abstract ISRN LUTFD2/TFEM--06/3048--SE + (1-99) ISBN v

6 vi

7 Förord Den svenska energipolitiken har en tydlig inriktning mot att begränsa koldioxidutsläppen, bland annat inom ramen för Kyotoavtalet, och att stärka de förnybara energikällornas ställning i det svenska energisystemet. Gröna näringens riksorganisation (GRO) har uttalat att växthusnäringen bör medverka i ansträngningarna att uppfylla det nationella miljökvalitetsmålet om en begränsad klimatpåverkan genom att reducera sina utsläpp av koldioxid vid förbränning av fossila bränslen. Då den svenska växthusodlingens energiutnyttjande i huvudsak baseras på fossila bränslen behövs stora förändringar i företagens energistrategi. På initiativ av energigruppen inom GRO har projektet Studie av förnybara energikällors förutsättningar att tillgodose växthusodlingens behov av konkurrenskraftig energi kommit till stånd. Syftet med projektet, där växthusodlingens särskilda produktionsförhållanden och förutsättningar för alternativt energiutnyttjandet redovisas, är att få underlag till framtida energisatsningar inom växthusodlingen. Projektet har genomförts i samarbete mellan Miljö- och energisystem, Lunds Tekniska Högskola (LTH), och LRF Konsult AB. Projektgruppen har bestått av docent Pål Börjesson och doktorand Mikael Lantz, LTH samt hortonom Torbjörn Hansson och hortonomekonom Gunnel Larsson, LRF Konsult. Projektet har finansierats med medel från Trädgårdsnäringens Utvecklingsfond inom Stiftelsen Lantbruksforskning (SLF). Lund, februari 2006 Christer Wohlström Näringspolitisk chef, GRO Pål Börjesson Docent, Miljö- och energisystem, LTH vii

8 viii

9 Sammanfattning När det gäller energianvändningen i svenska växthus kan det konstateras att förbrukningsmönster och total energianvändning varierar beroende på ett antal faktorer så som produktionsinriktning, eventuell koldioxidgödsling, förekomst av vävar och odlingssäsongens längd med mera. Det kan också konstateras att växthus har behov av tillförlitliga värmesystem som kan möta snabba temperaturförändringar. I kombination med ett förmånligt skattesystem har detta fram till idag lett till en nästintill fullständig dominans av fossila bränslen som naturgas och olja inom växthusbranschen. Syftet med föreliggande studie är att analysera vilka förnybara energialternativ den svenska växthusbranschen har till den mycket utbredda oljeanvändningen. För de alternativ som bedöms som mest relevanta är syftet dessutom att utreda vilka ekonomiska konsekvenser en utfasning av olja som energibärare skulle kunna få på företagsnivå. De alternativ till olja som behandlas i föreliggande rapport är flis, pellets, halm, spannmål, rapsolja, RME, biogas och olika former av värmepumpar. De olika alternativen skiljer sig åt betydligt vad gäller förbränningsegenskaper, lager och logistik med mera. Att introducera förnybar energi i växthusbranschen innebär därför att två förhållandevis komplexa och varierande system ska passas samman. Det finns därför inga generella lösningar utan varje växthusföretags specifika situation måste analyseras för sig för att hitta en lösning som passar just det företaget. Föreliggande rapport presenterar därför inga allmängiltiga lösningar. För att illustrera hur en övergång från olja till något av de olika alternativen kan påverka ett växthusföretag, i första hand ekonomiskt, har fyra stycken typfall konstruerats. De olika typfallen är dels två tomatodlingar på respektive m 2 och dels två prydnadsväxtodlingar på respektive m 2. Studien visar att flertalet av de olika alternativa energislagen ger ett positivt resultat jämfört med olja. Även om resultaten skiljer sig något åt mellan de olika typfallen kan det också konstateras att generellt ger flis eller grundvattenbaserad värmepump kortast återbetalningstid (3,2 4,7 år). Det kan också konstateras att återbetalningstiden är som allra kortast för de lägre effektalternativ som undersökts. I tabellen nedan sammanfattas de fyra typföretagen med avseende på vilka alternativ som ger de kortaste återbetalningstiderna för förnybar produktion av värme. I de fall återbetalningstiden är som kortast för grundvattenvärmepumpen redovisas också alternativet med näst kortast återbetalningstid då grundvattenvärme inte är tillgängligt för alla växthusföretag. Dessutom redovisas hur mycket olja som respektive alternativ bedöms kunna ersätta. Sammanfattning av alternativen med kortast återbetalningstid för de fyra typföretagen Typföretag Alternativ Ersatt olja (%) Återbetalningstid (år) Tomatodling m 2 Värmepump 3,5 75 Flis 4,6 Tomatodling m 2 Flis 75 3,2 Prydnadsväxtodling m 2 Värmepump 3,6 75 Flis 4,7 Prydnadsväxtodling m 2 Värmepump 75 3,4 Flis 95 4,4 ix

10 x

11 Innehållsförteckning 1 INLEDNING BAKGRUND SYFTE METOD OCH AVGRÄNSNINGAR VÄXTHUSBRANSCHEN STRUKTUR SVENSK VÄXTHUSODLING GEOGRAFISK BELÄGENHET ENERGIANVÄNDNING I VÄXTHUS ENERGIKOSTNADENS BETYDELSE FÖR VÄXTHUSFÖRETAGET Rörlig energikostnad och beskattning Energikostnadens betydelse Energieffektivisering Förnyelse och lönsamhet i svensk växthusbransch FÖRNYBAR ENERGI BIOBRÄNSLEN Fasta biobränslen Rapsolja och RME Biogas Sammanfattning biobränslen SOLVÄRME FÖRNYBAR ELPRODUKTION Kraftvärme från förnybara bränslen Småskalig vindkraft Småskalig vattenkraft Solel VÄRMEPUMPAR BERGVÄRME- OCH GRUNDVATTENVÄRMEPUMP YTJORDVÄRME- OCH YTVATTENVÄRMEPUMP LUFTVÄRMEPUMP ACKUMULATOR FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR TYPFALLSBERÄKNINGAR TYPFÖRETAG EFFEKTBEHOV OCH ENERGIFÖRBRUKNING Värme Koldioxid Energibehov Ackumulator EKONOMISKA PARAMETRAR Investeringsnivåer och kapitalkostnader Energikostnader Drift och Underhåll TYPFALL TYPFALL 1 TOMATODLING TYPFALL 2 PRYDNADSVÄXTODLING SAMMANFATTNING TYPFALL DISKUSSION OCH SLUTSATS REFERENSER BILAGA A BRÄNSLEEGENSKAPER BILAGA B INVESTERINGSNIVÅER xi

12

13 1 Inledning 1.1 Bakgrund Under de senaste decennierna har utsläppen av fossil koldioxid och dess påverkan på växthuseffekten och jordens klimat uppmärksammats i allt större utsträckning. I Kyotoprotokollet som trädde i kraft den 16 februari 2005 har till exempel flertalet av de industrialiserade länderna i världen förbundit sig att minska utsläppen av fossil koldioxid med drygt 5 % under perioden jämfört med utsläppsnivåerna För Sveriges del innebär dessa åtaganden dock att utsläppen tillåts öka med 4 % under samma period. Trots detta har Sverige på nationell nivå beslutat att minska utsläppen med 4 % (Naturvårdsverket, 2005). I praktiken innebär detta att användningen av olja, naturgas och kol måste minska till förmån för alternativ som inte bidrar till växthuseffekten. En sådan utveckling bidrar också till att diversifiera bränsleanvändningen och minska beroendet av importerade fossila bränslen. Detta lyfts också fram som en önskvärd utveckling inom EU som bland annat har som mål att fördubbla andelen förnybara energikällor från 5,2 % år 1995 till 12 % senast år 2010 (EU, 2004). För att nå de nationella såväl som de internationella målen är det viktigt att olika förbrukare av fossil energi ser över sin energianvändning och undersöker möjligheterna att ersätta fossil energi med förnybar. Eftersom en stor del av växthusföretagens energianvändning idag utgörs av fossila bränslen bedöms det här finnas en stor potential att minska utsläppen av fossil koldioxid genom en ökad användning av förnybar energi. Detta är också viktigt ur ett nationellt perspektiv då växthusbranschen år 2002 svarade för 1,3 % av Sveriges totala oljeförbrukning exklusive transportsektorn (SCB, 2003; STEM, 2003). Energin utgör också en av de största kostnadsposterna i ett växthusföretag vilket de senaste årens oljeprisutveckling ytterligare har förstärkt. Ett högt energikostnadsläge och en osäker prisbild innebär att det finns ett ekonomiskt intresse hos växthusföretagare att finna andra alternativ än olja. Då erfarenheterna av förnybara bränslen i växthusbranschen är begränsade behövs det därför en samlad kunskap om möjliga alternativ med fokus på de förhållanden som råder i branschen. 1.2 Syfte Syftet med denna studie är att analysera vilka förnybara energialternativ den svenska växthusbranschen har till den idag utbredda oljeanvändningen. För de alternativ som bedöms som mest relevanta är syftet dessutom att utreda vilka ekonomiska konsekvenser en utfasning av olja som energibärare skulle kunna få på företagsnivå. Resultaten från studien ska kunna fungera som hjälpmedel för vidare projektering på enskilda företag. 1.3 Metod och avgränsningar Studien utgår från de specifika förhållanden som råder i växthusbranschen och begränsas till att behandla produktion av värme som sker lokalt vid växthusföretaget och för växthusföretagets interna behov. Därmed behandlas till exempel inte fjärrvärme eller liknande lösningar. Förutom olika förnybara energikällor inkluderas också värmepumpar i studien. För läsarens information inkluderas dessutom ett avsnitt om förnybar produktion av elektricitet trots att detta inte ligger inom studiens syfte. De ekonomiska konsekvenserna av en utfasning av olja analyseras med traditionella investeringsberäkningar som annuitet och återbetalningstid (pay-off). För denna analys konstrueras teoretiska exempel på växthusföretag (typföretag). Dessa typföretag konstrueras för att vara representativa för branschens produktion och energianvändning vilket inte nödvändigtvis är det samma som branschens sammansättning vad gäller företagsstorlek. 1

14 2

15 2 Växthusbranschen Genom att bedriva odling i växthus möjliggörs en längre växtsäsong liksom produktion av växter som annars inte hade gått att odla i vårt klimat. Växthusodling kan beroende på kultur förekomma under hela året eller mera säsongsbetonat och då framförallt med inriktning på vårproduktion. Trädgårdsproduktion i växthus omfattar ett flertal olika kulturer. Huvudinriktningar i svenska växthusföretag är prydnadsväxter (krukväxter, utplanteringsväxter, blomsterlök och snittblommor) samt grönsaker och bär. Exempel på stora krukväxtkulturer är pelargon, julstjärna, begonia, krysanthemum, cyklamen, saintpaulia och kalanchoe. Utplanteringsväxter är till exempel penséer, petunia, tagetes och lobelia. I blomsterlöksodling dominerar hyacinter och tulpaner till snitt. De viktigaste grönsakskulturerna är gurka, tomat och sallat. Även produktion av sticklingar och småplantor samt kryddgrönt förekommer. 2.1 Struktur svensk växthusodling Sedan flera år tillbaka i tiden samlas det vart tredje år in uppgifter om produktionen från företag som bedriver yrkesmässig trädgårdsodling i Sverige. Inventeringen omfattar företag som har minst 200 m 2 växthusyta eller minst m 2 frilandsodling av trädgårdsväxter. Enligt trädgårdsinventering för 2002 fanns det då företag i vilka det bedrevs växthusproduktion av trädgårdsväxter. Den totala växthusarealen uppgick till m 2 och medelarealen var m 2 växthusyta per företag. Sveriges sammanlagda areal av växthusyta har varit relativt konstant under perioden 1981 till och med 2002 men antalet företag har minskat och storleken på företagen har ökat, se Tabell 2:1. Tabell 2:1 Antal företag och arealer med växthusodling (SCB, 2003) Total yta (1000 m 2 ) Antal företag (st) Medelareal (m ( ) Strukturen på företagen är sådan att det finns en stor andel företag med en liten växthusyta samtidigt som det finns ett mindre antal stora företag. Grovt räknat står 30 % av företagen för cirka 80 % av produktionen, se Tabell 2:2. Tabell 2:2 Storleksstruktur svenska växthusföretag med uppvärmning avseende år 2002 (SCB, 2003) Intervall växthusyta Total växthusyta Antal företag Genomsnittlig yta (m 2 ) (1 000 m 2 ) (%) (st) (%) (m 2 ) > Totalt En stor del av svenska växthusföretag är att betrakta som små. Växthusföretag med en produktionsyta på m 2 växthusyta eller mindre sysselsätter i normalfallet mindre än motsvarande två årsanställda. Under högsäsong kan antalet anställda dock vara betydligt större. Oavsett storlek så är svenska växthusföretag normalt familjeföretag. 3

16 2.2 Geografisk belägenhet Växthusproduktion förekommer i hela Sverige men en stor del av ytan finns i södra Götaland, Östergötland samt runt Stockholm och Göteborg. Av Sveriges totala växthusyta finns ungefär hälften i Skåne. Speciellt odling av gurka och tomat är koncentrerad till Skåne där cirka 75 % respektive 65 % av odlingsytan finns. För den icke ätliga delen av växthusproduktionen, det vill säga kruk- och utplanteringsväxter, lökblommor samt sticklingar och småplantor av prydnadsväxter finns knappt 40 % av växthusytan i Skåne. Beaktat kulturinriktning har företag med produktion av grönsaker en större areal per företag än de med prydnadsväxtproduktion. Det kan även konstateras att sett till företagsstorlek så finns de största företagen i södra Sverige. Tabell2:3 Växthusyta i Sverige respektive Skåne år 2002 (SCB, 2003) Växthusyta (m 2 ) Antal l företag (st( st) Genomsnittlig yta (m 2 ) Sverige totalt Därav köksväxter* Därav prydnadsväxter* Skåne totalt Därav köksväxter* Därav prydnadsväxter* * vissa ytor används till båda kulturinriktningarna Växthusföretag kan förekomma både på landsbygden och i tätort. I flera fall kan man också se att växthusföretag från början legat på landsbygden, men då tätorten vuxit ut har man kommit att hamna inom eller i utkant av tätort alternativt har växthusen konkurrerats ut. 2.3 Energianvändning i växthus Den svenska växthusodlingen bedrivs idag framförallt i uppvärmda växthus, men det förekommer också kallhusodling på ungefär 10 % av den totala ytan (SCB, 2003). Viktiga klimatförhållanden som kan kopplas till växthusföretagets energianvändning är: Ljus Temperatur Koldioxidhalt i växthusluften Luftfuktighet För de flesta växter gäller att mera ljus betyder bättre tillväxt. För att uppnå goda naturliga ljusförhållanden väljs smäckra byggnader med låg skuggverkan liksom täckmaterial med god ljusgenomsläpplighet. Nackdel med detta är att byggnaden får en dålig värmehållande förmåga och att inneklimatet snabbt påverkas av klimatet utomhus. Detta innebär att växthusodlaren för att hålla önskvärda växthustemperaturer inte kan förlita sig på enbart solenergi utan måste tillföra energi på annat sätt också. Förutom temperaturreglering så nyttjas även energi för att reglera fukthalten i växthusluften och för att belysa odlingen. Behovet av assimilationsbelysning beror på kultur och odlingsperiod. I krukväxtodlingar med helårsproduktion ges normalt tillskottsljus under oktober till mars. I tomat- och gurkodling används i normalfallet belysning under plantuppdragning men inte i själva kulturen. Vid fotosyntesen förbrukar växter koldioxid och i de flesta tomat- och gurkodlingarna tillförs detta odlingen. Vanligt är att koldioxid tillverkas genom förbränning av naturgas, propan eller eldningsolja miljöklass 1 (EO MK1) vilket också ger värme. 4

17 2.3.1 Energikällor som nyttjas i svensk växthusodling År 2002 stod eldningsolja, och då framförallt tunnolja (EO 1), för 58 % av den totala energianvändningen i svenska växthus. Samtidigt svarade biobränslen för cirka 4 %, se också Figur 2:1 (SCB, 2003). Figur 2:1 Energibärare som används i svensk växthusodling, 2002 (SCB, 2003) fjärrvärme 10% elenergi 11% övrigt 2% naturgas 15% eldningsolja 58% biobränsle 4% Även tidigare har tunnoljans ställning varit stark och användningen av biobränslen liten. Förändringar under perioden 1987 till och med 2002 redovisas i Tabell 2:4. Tabell 2:4 Växthusföretagens energianvändning (SCB 1988, 1994, 2000, 2003) Energibärare Energianvändning (GWh Wh) Andel av total förbrukning (%) EO EO övriga Bark, flis och spån Ved Pellets och briketter Övriga biobränslen 2 Gas Biogas 7 1 Naturgas Gasol Kol och koks Övriga bränslen 2 0 Fjärrvärme Elektricitet Totalt Anm. Indelning i olika energibärare har förändrats något mellan de två senast angivna årtalen och de två första. Före 1999 redovisades till exempel gas som en källa. Från och med 1999 särredovisas naturgas, biogas och propan. Pellets och briketter särredovisas från och med Skillnaderna i redovisning har dock enbart marginell betydelse. 5

18 Som ett led i att minska beroendet av olja bytte många växthusföretagare från olja till kol under slutet av 70-talet och början av 80-talet. Denna förändring innebar stora investeringar och mera skötselarbete men samtidigt en kraftigt sänkt rörlig energikostnad stod kol för ungefär 1/3 av energiförsörjningen i växthus. I dag förekommer det nästan ingen koleldning över huvud taget, bland annat beroende på svavelbeskattningen. I gengäld har utbyggnaden av naturgasnätet inneburit att många skånska växthusföretag använder naturgas. För tomat- och gurkodlare har detta samtidigt inneburit en möjlighet att lösa behovet av CO 2. Naturgasanvändningen är av naturliga skäl begränsad till nätets utbyggnad och olja används fortfarande i stor utsträckning även i Skåne Faktorer som påverkar växthusföretagets energianvändning Det enskilda företagets energianvändning (tillförsel av extern energi) beror av en lång rad faktorer. Eftersom växthuset får betraktas som en solfångare kommer det yttre klimatet såsom instrålning, temperatur, vind och nederbörd att ha en direkt påverkan på värmebehovet i växthuset och följaktligen på energianvändningen. Det yttre klimatet varierar med årstiderna och kan också variera kraftigt från dag till dag liksom från år till år. Växthusanläggningens geografiska belägenhet i landet och placering i den nära omgivningen (utsatthet för vind, kyla, växthusens placering i förhållande till vegetation och byggnader) har stor betydelse för energianvändningen. Växthus som ligger öppet i terrängen och som på så vis kan fånga maximalt med ljus är till exempel mera utsatt för vindar, vilket medför en ökad energianvändning. Växthusens tekniska utformning, utrustning och kondition har också stor betydelse och större samlade block av växthus kräver mindre energi per växthusyta än motsvarande yta med friliggande växthus. Växthusens allmänna kondition när det gäller till exempel täthet kring luckor, spröjs och dörrar har betydelse för värmeförlusternas storlek. Förekomst och användning av isolerande material såsom dubbla täckmaterial, olika slag av energioch mörkläggningsvävar, plastfolier och isolerskivor gör det möjligt att begränsa energiförbrukningen på ett betydande sätt. Pannans storlek, kondition och styrning samt hur distributionen ut till växthusen sker har även den stor påverkan på den totala energianvändningen. En väl intrimmad och rengjord panna som sotar minimalt ger till exempel en hög verkningsgrad och minskad energiåtgång. Av största betydelse för energianvändningen är hur produktionen i företaget ser ut. Vad som odlas och när under året odlingen sker. Det är till exempel stor skillnad i energiåtgång mellan en vinteromgång av begonia och en våromgång av pelargon. En gurkkultur som startar i mitten av mars i stället för i början av februari kräver cirka 25 % mindre energi. Hur effektivt odlingsytorna i de olika växthusen utnyttjas påverkar också i hög grad energibehovet. Kan man till exempel vänta med en glesning som gör att ett växthus inte behöver tas i anspråk lika tidigt, så innebär det lägre energiåtgång. En annan viktig faktor som påverkar energianvändningen är vilka strategier som tillämpas vid klimatregleringen. Vad önskar man uppnå för klimat, vilken klimatutrustning används och hur väljer man att låta den arbeta för att uppnå det önskade klimatet. Enbart klimatreglering för att hålla fuktigheten under kontroll kan till exempel under en fuktig sommar stå för nära halva energiåtgången i en tomatodling under den aktuella perioden. 6

19 2.3.3 Energianvändningens storlek och fördelning över året Som en följd nämnda faktorer så kommer energianvändningen att variera kraftigt mellan olika växhusföretag. I Tabell 2:5 anges medelårsanvändning av energi från ett antal krukväxtodlingar med helårsproduktion respektive tomatodlingar med lång odlingsperiod (jan/feb okt). Variationen mellan företagen är stor men det finns också en årsvariation som kan uppgå till cirka 50 kwh/m 2. Som en storleksjämförelse kan nämnas att den årliga tillförseln av strålning från solen vid våra breddgrader uppgår till kwh/m 2 (Kjellson, 2004). Tabell 2:5 Årlig energiförbrukning mätt i kwh/m 2 (brutto) (LRF Konsult, 2005) Produktionsinriktning Energiförbrukning, inkl. el (kwh/m 2 ) Variation Krukväxtodling (helår) Tomatodling (jan/feb okt) Att energianvändningen i allmänhet är lägre inom krukväxtodlingen trots att man bedriver odling under årets alla månader kan till stor del förklaras av att man har högre grad av isolering (dubbelmaterial i tak och väggar samt dubbla vävar). Inom krukväxtodlingen är användningen av växtbelysning betydande och det gör att den energi som ska tillföras med värmesystemet från pannanläggningen är mindre än i en grönsaksodling. Hur energibehovet varierar under året har stor betydelse för hur olika energilösningar bör utformas. I Figur 2:2 visas exempel på hur energiåtgången (exklusive elektricitet) fördelar sig under olika perioder under en odlingssäsong inom en tomatodling respektive en krukväxtodling. I en tomatodling finns det största värmebehovet under februari och mars, medan värmebehovet i en krukväxtodling är som störst under december januari. Under perioden maj augusti är energianvändningen avsevärt lägre i en krukväxtodling jämfört med en tomatodling. Detta kan förklaras med att man i en tomatodling har en förhållandevis stor energiåtgång för att reglera fuktigheten genom så kallad aktiv klimatreglering. Dessutom har man en kontinuerlig tillförsel av koldioxid, som vanligen tillverkas genom förbränning av gas, propan eller olja vilket ger upphov till ett värmetillskott. Figur 2:2 Energiförbrukning exklusive elektricitet i krukväxt- resp. tomatodling (LRF Konsult, 2005) Tomat Krukväxter kwh/m veckorsperiod 7

20 I Figur 2:3 illustreras hur energianvändningen kan se ut i en tomatodling från dag till dag under odlingsperioden (vinterperiod utan plantor är ej medräknad). Odlingen är utrustad med energiväv och tillför koldioxid från naturgasförbränning. Som framgår av diagrammet varierar dygnsförbrukningen avsevärt under året från cirka 3,3 kwh/m 2 och dygn som mest till 0,3 kwh/m 2 som lägst. Figur 2:3 Dygnsbaserad energiförbrukning i en tomatodling under 2005 (LRF Konsult, 2005) 4,0 3,5 3,0 kwh/dygn och m 2 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 01-feb 10-feb 19-feb 28-feb 09-mar 18-mar 27-mar 05-apr 14-apr 23-apr 02-maj 11-maj 20-maj 29-maj 07-jun 16-jun 25-jun 04-jul 13-jul 22-jul 31-jul 09-aug 18-aug 27-aug 05-sep 14-sep 23-sep 02-okt 11-okt 20-okt 29-okt Energianvändningen under ett enskilt dygn varierar kraftigt och har ett maximum kring gryningen då det vanligen är som kallast utomhus och temperaturen ska börja höjas i växthuset. Det är också då som energiväven börjar dras av och det finns en stor köldmassa i växthuset ovanför väven som ska värmas upp. Även under sommarperioden kan utetemperaturen vara så pass låg på morgonen att det krävs ett stort energitillskott från värmesystemet i huset. Mitt på dagen under soliga dagar är värmebehovet mycket begränsat och inte sällan lika med noll. I Figur 2:4 visas ett exempel på hur effektbehovet kan se ut i en odling under ett dygn i juni då värmebehovet mycket tydligt styrs av den aktuella instrålningen. Det visar också hur snabbt förändringar i effektbehovet kan uppträda. Motsvarande bild även från andra tider på året, när energibehovet är större, är viktig att ha som underlag vid dimensionering av pannstorlekar och ackumulatortankar. 8

21 Figur 2:4 2 Effektbehov under en junidag i en tomatodling på m 2 (LRF Konsult, 2005) kw Klockslag Värmedistribution och effektbehov Den vanligaste formen av värmedistribution i svenska växthusanläggningar är vattenburen värme. Värmen produceras i en värmecentral försedd med en eller flera pannor. Härifrån sker distributionen av värmen i grova rör till de olika växthusen och slutligen fördelas värmen med rörslingor i varje enskilt växthus. Speciellt inom grönsaksodlingen återförs rökgaserna efter rening och kylning i en rökgaskylare till växthusen som koldioxidgödsling. Då naturgas används är det vanligt förekommande med värmelager i form av större ackumulatortankar vilka bland annat utnyttjas för att ta vara på den värme som uppstår vid koldioxidtillverkningen. Ackumulatortanken ökar möjligheten att hålla en jämn belastning på pannorna och medför också att spetsbelastningen kan kapas. Luftburen värme förekommer främst i mindre anläggningar, i anläggningar med kort odlingssäsong eller som ett komplement till vattenburen värme. Distribution av värmen sker då via plastkanalsystem i växthuset eller så sker det en förbränning direkt i växthuset från en centralt placerad brännare. Ett riktvärde vid beräkning av effektbehovet är att det ska gå att hålla en temperaturdifferens på grader mellan ute- och innetemperatur. Ju kallare beläget som växthuset befinner sig desto större bör differensen ute-inne vara. Eftersom förändringarna i uteklimatet återspeglas direkt i växthuset är det viktigt att det finns en tillräcklig snabbhet i värmesystemet. Tunna rör medger snabbare förändringar än grövre rördimensioner som är mera tröga och till exempel kan ge lång eftervärme. För att klara temperaturkraven under de kallaste dagarna och klara av stora variationer i effektbehovet har man sedan länge tillämpat en tumregel att dimensionera värmesystemet för W/m 2. Tack vare omfattande energibesparingsåtgärder har effektbehovet dock kunnat minska i många växthusanläggningar och man hamnar idag snarare i intervallet W/m 2. 9

22 2.3.5 Koldioxidproduktion Försök och erfarenhet visar att en höjning av koldioxidhalten från cirka 375 ppm som är den nuvarande koncentrationen i luften till ppm kan öka tillväxten med så mycket som % (Norén, 2002). Tillväxtökningen är i stort sett oberoende av vilken kultur som odlas, men särskilt inom gurk- och tomatproduktion är koldioxidgödsling vanligt förekommande. Koldioxidgödsling sker enbart under dygnets ljusa timmar eller för kulturer som belyses då lamporna är tända. Tillförseln av koldioxid rör sig idag för grönsaker om 7-20 gram CO 2 /m 2 växthus och timma. Koldioxiden kan tillföras i ren form från tank där den lagras flytande och efter förångning leds in i växthuset. Ett vanligare sätt att ge koldioxid är dock att låta rökgaser från förbränning av olika bränslen ledas in i växthusen. För att detta ska var möjligt krävs det att rökgaserna innehåller mycket låga emissioner varför naturgas och propan ofta används som bränsle. Det är också vanligt att citydiesel eller eldningsolja av hög miljöklass (EO MK1) används. Förbränning för koldioxidproduktion innebär också värmeproduktion. Eftersom effekten av koldioxid tilltar med ökad instrålning kan det under soliga dagar innebära att det inte finns något direkt värmebehov när koldioxiden ska tillföras. Den värme som produceras kan överföras till ett värmelager (ackumulatortank) vilket gör att det går att få ett bra energiutnyttjande vid koldioxidtillverkningen. För koldioxidbrännare som placeras direkt ute i växthuset finns inte denna möjlighet, vilket gör att värmen kommer att tillföras växthuset direkt. I Tabell 2:6 redovisas mängden koldioxid som kan produceras genom förbränning av olika bränslen. Tabell 2:6 Genererad CO 2 vid förbränning av olika bränslen (Bernesson, 2004; Murphy et al., 2004; Preem, 2006; SGC, 2005) Bränsle Gram CO 2 /kwh bränsle kg CO 2 /enhet (riktvärden) EO MK ,6 kg/dm 3 RME 265 2,5 kg/dm 3 Propan 214 3,0 kg/kg Naturgas 205 2,3 kg/m 3 Biogas 302 * 2,0 kg/m 3 * Beroende på metanhalt, här 65 % 10

23 I Figur 2-5 visas ett exempel på hur energiåtgången för koldioxidtillverkning kan se ut i ett tomatföretag under året. Under sommarmånaderna utgör energin från koldioxidproduktionen närmare 40 % av den totala energianvändningen. Enskilda dagar kan hela värmebehovet täckas av den värme som uppkommer vid koldioxidtillverkningen förutsatt att den överförs till en ackumulatortank och sedan kan nyttjas under natten och efterföljande morgon. Figur 2:5 Energianvändning för koldioxidtillverkning i tomatodling. (LRF Konsult, 2005) 80 Total energiförbrukning Energiförbrukning för koldioxid kwh/m veckorsperiod 2.4 Energikostnadens betydelse för växthusföretaget Energianvändningen i växthusföretag kan variera beroende på kultur, utformning av växthus, status på utrustning, klimatregim, geografiskt läge med flera faktorer. Valet av energikälla påverkar även kostnadsbilden. Oavsett variation mellan företag så är energikostnaden en betydande kostnad i växthusproduktion. Föreliggande studie behandlar framförallt möjligheterna att ersätta olja med förnybara bränslen och med den bakgrunden fokuseras på oljekostnadens utveckling och betydelse. Värmepump tas också fram som alternativ vilket innebär ökad elanvändning och kommentar ges därför också om elpriset för växthusföretag. 11

24 2.4.1 Rörlig energikostnad och beskattning Under 1990-talet var oljeprisutvecklingen relativt lugn. Från år 2000 har emellertid denna trend brutits och kraftiga stegringar har skett vilket illustreras i figur 2:6. Figur 2:6 Prisindex för eldningsolja 1 inklusive energi- och koldioxidskatt (1990 = 100) (SCB, 2005a) En väsentlig del av priset på eldningsolja liksom på andra fossila bränsleslag utgörs av skatt i form av energiskatt, koldioxidskatt och i vissa fall svavelskatt. För privatkonsumenter utgör dessa skatter samt moms den övervägande delen av priset. För växthusodlingen liksom för tillverkningsindustrin generellt tillämpas dock nedsättning av dessa skatter i olika former och i olika grad. Energiskatten nedsätts i sin helhet. Beträffande koldioxidskatten gäller för alla växthusföretag en nedsättning med 79 procent av den generella skattenivån. För 2005 innebär detta en skatt på 548 kronor per kubikmeter för eldningsolja 1. Härutöver medges för de flesta växthusföretag en ytterligare nedsättningsmöjlighet enligt den så kallade 0,8-procentsregeln. Denna innebär att den del av växthusföretagets koldioxidskatt som överstiger 0,8 procent av försäljningsvärdet för företagets framställda produkter (omsättning) reduceras med 76 procent. Dock skall den på detta sätt beräknade och erlagda koldioxidskatten alltid minst uppgå till den av EU fastställda minimiskattesatsen, vilken för eldningsolja 1 är 195 kr/m 3 (SFS, 1994; Skatteverket, 2005). Systemet för koldioxidbeskattning innebär på detta sätt att varje växthusföretag har en individuellt beräknad skatt baserat på förhållandet mellan omsättning och förbrukad bränslemängd. I praktiken innebär detta en skattespridning mellan växthusföretagen i intervallet 195 till 548 kr/m 3 för eldningsolja 1 beroende på produktionsinriktning, energieffektivitet med mera. I Tabell 2:7 redovisas på detta sätt beräknade skattesatser på eldningsolja 1 under 2005 för tre olika produktionsinriktningar i växthusföretag. 12

25 Tabell 2:7 Koldioxidskatt och energiskatt på eldningsolja 1, 2005 (LRF Konsult, 2005) Grönsaker* Krukväxter* Specialodling ing* Full beskattning Oljeförbrukning (dm 3 /m 2 ) 45 42,5 42,5 Omsättning (kr/m 2 ) Energiskatt (kr/m 3 ) Koldioxidskatt (kr/m 3 ) Summa (kr/m 3 ) * Exempel De flesta grönsaks- och krukväxtodlare som använder eldningsolja 1 betalar en koldioxidskatt i intervallet kr/m 3. För bränslen som innehåller svavel tillkommer en svavelskatt om svavelhalten är 0,05 viktsprocent eller högre. Svavelskatten uppgår till 27 kronor per tiondels viktsprocent svavel. Minst tas ut en skatt för 0,2 viktsprocent vilket innebär att skatten blir som lägst 54 kr/m3 (SFS, 1994). Följande diagram ger en bild över kostnadsläget för växthusföretag som använt eldningsolja 1 från början av år 2000 till och med december Figur 2:7 Prisutveckling EO1 exklusive skatt och frakt, exempel från växthusföretag (LRF Konsult, 2005) kr/m Utöver den oljekostnad som redovisas i diagrammet tillkommer kostnad för koldioxidskatt, och ortstillägg (frakt). Det förutsätts att svavelhalten är lägre än 0,5 viktsprocent vilket innebär att ingen svavelskatt utgår. Tillkommande kostnad kan variera men ett tillägg på cirka kr/m 3 bedöms vara rimligt för en växthusanläggning belägen i södra Sverige och med produktion av tomat, gurka eller krukväxter. Förutsatt ett tillägg på 400 kr/m 3 betalade växthusföretaget drygt kr/m 3 i december 2005 för eldningsolja 1. Växthusföretagens elkostnader varierar beroende på typ av tariff, säkringsstorlek, elleverantör, nätägarens avgifter, elförbrukning och förbrukningsmönster, avtalsperiod, elcertifikatavgift med mera. Bedömningen är att den totala elkostnaden 2005 låg mellan 45 och 65 öre/kwh för växthusföretag (LRF Konsult, 2005). 13

26 2.4.2 Energikostnadens betydelse Ett sätt att visa energikostnadens betydelse är att relatera den till företagets omsättning. Prisbilden för produkter varierar mellan åren och mellan produktionsinriktningar men följande siffror kan ge en ungefärlig uppfattning. En tomat- eller gurkodling med odlingsperiod från vecka 4/5 till och med vecka 42/44 omsätter runt 500 kr/m 2. Vid användning av motsvarande 45 liter eldningsolja 1 per m 2 växthusyta och ett oljepris på kr/m 3 motsvarar kostnaden 27 % av företagets omsättning. Med ett pris på kr/m 3 blir energikostnaden 36 % av omsättningen. Ett företag med helårsproduktion av krukväxter omsätter runt kr/m 2 och förbrukar ungefär 42 liter eldningsolja 1. Med ett oljepris på kr/m 3 blir detta runt 15 % av omsättningen och med ett oljepris på kr/m 3 blir energikostnaden 20 % av omsättningen. Dock bör beaktas att i en helårsproduktion av krukväxter används även belysning, vilket också tillför värme. Elanvändning uppgår i runda tal till 70 kwh/m 2 och med ett elpris på 60 öre/kwh kommer den totala energianvändningen (värme + el) att stå för 20 % av omsättningen vid ett oljepris på kr/m 3 och 25 % vid ett oljepris på 4000 kr/m 3. De senaste årens kraftiga prisutveckling på olja har inneburit att energikostnadens andel av trädgårdsföretagets omsättning har ökat. Samtidigt har även åtgärder vidtagits för att möta kostnadsstegringen Energieffektivisering Sedan den första oljekrisen i början av 1970-talet har många åtgärder gjorts för att minska den absoluta energiförbrukningen per m 2 växthusyta alternativt för att öka producerad mängd växter eller skörd per insatt energienhet. Tydliga exempel på besparingsåtgärder som gjorts är: Installation av rörliga växthusvävar. I krukväxtodlingar började man med vävar redan på 70- talet. Under 1990-talet installerades väv i flera gurkanläggningar och den senaste femårsperioden har också tomatodlare satsat på vävar var 27 % av den svenska växthusytan utrustad med energi/skuggväv vilket kan jämföras med 41 % år En minskad användning av enkelglas som täckmaterial i växthus genom byte mot dubbelt täckmaterial, i första hand i sidor och gavlar men i vissa fall också i tak utgjorde växthus med täckmaterial av enbart enkelglas 80 % av landets växthusyta utgjorde ytan med enbart enkelglas 41 % och med annat enkelskiktat material 6 %. I Tabell 2:8 redovisas uppgifter från Trädgårdsräkningarna om förekomst av olika typer av utrustning i svenska växthusanläggningar under perioden 1987 till och med Förutom en tydlig ökning av vävinstallationer framgår också att användningen av rullbord och mobilbord ökat liksom användningen av assimilationsbelysning. Bord och belysning avser krukväxtodling och där användes tidigare fasta odlingsbord, vilket innebar att det blev en ganska stor del ej produktiv växthusyta som värmdes upp. Genom att använda rullbord har den verkliga odlingsytan (bordsytan) kunnat ökas relativt golvytan. Detta innebär att fler växter kan produceras per insatt energienhet. I dag förekommer nästan inga fasta bord. Belysning innebär snabbare produktion och högre kvalitet liksom en bättre styrmöjlighet av kulturen. Den ökande intensiteten innebär förenklat sett att värme och belysningsenergi fördelas på ett större antal växter. 14

27 Tabell 2:8 Utrustning i växthus (SCB 1988, 1994, 2000) Växthusyta (1 000 m 2 ) Skugg- och energiväv % % % Rullbord/mobilbord % % % Assimilationsbelysning % % % Totalt uppvärmd växthusyta % % % Användning av dubbelt täckmaterial istället för enkelglas innebär en knapp halvering av växthusets energigenomsläpplighet. Tabell 2:9 och 2:10 visar hur användningen av täckmaterial har förändrats under perioden 1981 till och med1999. Tabell 2:9 Täckmaterial uppvärmda växthus 1981, 1987 och 1993 (SCB 1982, 1988, 1994) Växthusyta (1 000 m 2 ) Enkelglas % % % En- och flerskiktat (ej plastfolie) % % % Flerskiktat (ej plastfolie) % % % En- och flerskiktad plast % % % Totalt uppvärmd växthusyta % % % Tabell 2:10 Täckmaterial uppvärmda växthus 1999 (SCB, 2000) Växthusyta (1 000 m 2 ) Enkelglas % Annat enkelskiktat material % Enkelglas i tak, flerskiktat i väggar % Flerskiktat hårt material % Flerskiktat mjukt material % Totalt uppvärmd växthusyta % Redovisningssättet har förändrats men man kan tydligt se att användning av enkelglas som täckmaterial i växthus har minskat hade 80 % av alla uppvärmda växthus täckmaterial av enbart enkelglas hade denna andel sjunkit till 43 % och år 2002 utgjorde enkelglashusen 36 % av den totala växthusytan. En orsak till att glas fortfarande har en så stark ställning i växthusbranschen är dess goda egenskaper beträffande ljusgenomsläpplighet och därmed sammanhängande avkastningsmöjligheter. Man kan även konstatera att av nybyggda växthus så ökade andelen rena glashus under slutet av 1990-talet. Det kan finnas flera förklaringar till detta men troliga orsaker kan vara stävan mot hög avkastning samtidigt som 1990-talet hade en relativt dämpad energiprisutveckling. I Tabellerna 2:11 och 2:12 redovisas hur täckmaterialen i de nyare husen förändrats från 1981 till Tabell 2:11 Täckmaterial i växthus 0-5 år gamla, avseende år 1981, 1987 och 1993 (SCB 1982, 1988, 1994) Växthusyta (1 000 m 2 ) Enkelglas % % % En- och flerskiktat (ej plastfolie) % % % Flerskiktat % % % En- flerskikt plast % 49 7 % % Totalt uppvärmd växthusyta % % % 15

28 Tabell 2:12 Täckmaterial i växthus 0-5 år gamla, avseende år 1999 (SCB, 2000) Växthusyta (1 000 m 2 ) Enkelglas % Snnat enkelskiktat material 27 6 % Enkelglas i tak.flerskikt i väggar % Flerskikt hårtmaterial % Flerskiktat mjukt material % Totalt uppvärmd växthusyta v % Inom grönsaksodling har en tydlig ökning av avkastningen per ytenhet skett. Åtgärder som bidragit till en ökad avkastning är ökad användning av koldioxid, mera högavkastande sorter och förfinad klimatreglering. Effekten har blivit att använd mängd energi har minskat avsevärt relativt avkastningen sedan 1970-talet, se Figur 2:8. Figur 2:8 Energianvändning per kg tomat (LRF Konsult, 2005) kwh/kg tomat

29 2.4.4 Förnyelse och lönsamhet i svensk växthusbransch Växthusbranschen består av familjeföretag där ägande och brukande går hand i hand. I de allra flesta fallen arbetar företagaren själv aktivt i produktionsarbetet. Den förnyelse och utbyggnad som äger rum sker till mycket stor del hos redan etablerade växthusföretag. Det förekommer också nyetableringar men de är få. Liksom i jordbruket pågår en strukturomvandling som innebär att mindre företag försvinner och att produktionen i än större utsträckning koncentreras till färre och större anläggningar. Normalt skrivs en växthusanläggning av på 20 år men i praktiken används många växthus betydligt längre än så var drygt 1/3 av växthusbeståndet 20 år eller äldre, se Tabell 2:13. Tabell 2:13 Åldersfördelning svenska växthusföretag (SCB, 1982, 1988, 1994, 2000) Ålder Växthusyta (1000 m 2 ) <5 år % % % % 5-9 år % % % % år % % % % 20 år < % % % % Totalt % % % % Lönsamheten varierar mellan företag och mellan säsonger. Det finns för närvarande ingen officiell statistik som belyser lönsamheten i den svenska växthusbranschen. Bedömningen är dock att osäkerheten har ökat för företagen och att många företag har en pressad ekonomisk situation. Svensk växthusproduktion är starkt utsatt för internationell konkurrens och situationen under de senaste åren har präglats av ökad konkurrens och en svag utveckling av priserna för många trädgårdsprodukter. Kostnadsstegringar på energi under 2000-talet har ytterligare försvårat situationen. Förhållandena har påskyndat rationaliseringsåtgärder men också lett till att investeringsutrymmet är begränsat och att investeringar med snabb återbetalningstid prioriteras. 17

30 18

31 3 Förnybar energi I följande kapitel redogörs kortfattat för ett antal olika alternativ att producera förnybar energi i allmänhet och förnybar värme i synnerhet. Baserat på de uppgifter som redovisas i detta kapitel avgörs också huruvida respektive alternativ har en rimlig möjlighet att konkurrera med olja för uppvärmningsändamål inom växthusnäringen. Då så är fallet genomförs fördjupade beräkningar i kapitel 7. Eftersom syftet med föreliggande rapport inte är att undersöka möjligheterna för förnybar produktion av elektricitet görs inte motsvarande jämförelse med elektricitet från elnätet. 3.1 Biobränslen Genom att förbränna olika former av biobränslen är det möjligt för växthusföretag att producera i första hand värme men i vissa fall också elektricitet och koldioxid. Vanligast är olika former av fasta biobränslen med varierande kvalitet och förädlingsgrad men det förekommer också flytande och gasformiga biobränslen. Värme kan produceras i olika typer av pannor där förbränningen kan ske antingen integrerat i pannan eller i en extern brännare som är kopplad till pannan. Pannan kan vara mer eller mindre bränsleflexibel, bland annat beroende på vilket bränsle som den primärt är konstruerad för. I praktiken innebär detta att pannor som är konstruerade för bränslen med låg förädlingsgrad, som till exempel flis, ofta är mer bränsleflexibla än sådana som är konstruerade för ett mer förädlat bränsle som pellets. Det kan ibland vara möjligt att konvertera en oljepanna till att använda biobränsle genom att byta ut brännaren. Individuella förutsättningar så som pannans ålder, skick och utformning avgör dock om en konvertering är tekniskt möjlig eller ekonomiskt rimlig. Samtliga biobränslen är i dagsläget helt befriade från såväl energi- som koldioxidskatt (Skatteverket, 2005) Fasta biobränslen Den i särklass vanligaste formen av fasta biobränslen i Sverige idag är trädbränslen vilka finns tillgängliga på marknaden i mer eller mindre förädlade varianter. Det kan röra sig om alltifrån relativt obehandlade bränslen som ved och flis till bränslen med hög förädlingsgrad som briketter, pellets och pulver. Alla fasta biobränslen härstammar dock inte från skogsbruket. På senare år har intresset för att använda halm och spannmål som bränsle ökat kraftigt i Sverige, framförallt hos lantbruksföretag men också hos andra energikonsumenter. Flis Flis uppkommer som en biprodukt vid skogsavverkning, här kallad skogsflis, och i skogsindustrins processer. Dessutom produceras flis från returträ och energiskog (salix). Beroende på kvalitet och fukthalt kan flisen bland annat användas som råvara i massaindustrin eller som bränsle (SÅBI, 2005). En viktig aspekt när det gäller flis är fukthalten som har stor betydelse för hur mycket energi som kan utvinnas per m 3, i synnerhet om förbränningsanläggningen inte är utrustad med rökgaskondensering. Flisens fukthalt har också betydelse vid val av utrustning varför det kan vara lämpligt att känna till vilken typ av flis som kommer att användas vid en upphandling av förbränningsanläggningar. Skogsflisens fukthalt varierar över året men är generellt betydligt högre än sågverksflis eller flis från returträ. Flis från salix är ofta ännu fuktigare, se också bilaga A, varför den med fördel förbränns i större anläggningar med rökgaskondensering som till exempel fjärrvärmeverk. 19

32 Förbränning av flis kan antingen ske i en så kallad förugn, som monteras innan pannan, där bränslet förbränns vid höga temperaturer varefter de heta rökgaserna leds vidare in i pannan. Alternativt sker förbränningen integrerat i pannan. Anläggningar som är byggda för att använda flis har ofta relativt hög acceptans för andra bränslen vilket gör en flispanna förhållandevis bränsleflexibel. Bränslen som kan vara aktuella är förutom flis till exempel pellets och spannmål Befintliga oljepannor kan konverteras till flis med hjälp av en förugn men på grund av bränslets fukthalt tappar pannan cirka % av sin ursprungliga effekt. En konvertering till flis är dock inte helt oproblematiskt och för större anläggningar är en ny panna en vanligare lösning (Lagergren och Hillström, 2002). Vid dimensionering av nya pannor är det vanligt att använda en pannstorlek som motsvarar % av det maximala effektbehovet. Anledningen är att fastbränsleanläggningar är dyra i förhållande till oljepannor varför man vill utnyttja flispannans kapacitet så mycket som möjligt och använda olja eller liknande vid tillfälliga effekttoppar, så kallad spetslast. Detta motiveras av att mängden energi som förbrukas under de kallaste vinterdagarna normalt är en mycket liten del av det totala energibehovet. I allmänhet anses att mindre än 10 % av det totala energibehovet uppstår vid de tillfällen där mer än 50 % av maxlasten utnyttjas. Vid bostadsuppvärmning antas också att 80 % av det totala värmebehovet kan tillgodoses med en flispanna som dimensioneras enligt ovan och är i drift från den 1 september till den 15 maj (Lagergren och Hillström, 2002). Flispannan används därmed inte för att värma tappvatten under sommaren. När det gäller en flispannas årsverkningsgrad varierar denna naturligtvis, bland annat beroende på bränslekvalitet, driftssituation och den aktuella pannas prestanda. I föreliggande rapport sätts verkningsgraden dock till 80 % med skogsflis som bränsle (Lagergren och Hillström, 2002). Ett sätt att öka andelen värme som produceras från flis skulle kunna vara att installera flera mindre pannor i stället för en stor vilket sannolikt förbättrar systemets dellastegenskaper. Ett annat alternativ för att öka utnyttjandegraden av flispannan är att installera en ackumulatortank som kan användas för att minska effekttopparna och möjliggöra ökad körning under sommaren då värmebehovet är förhållandevis lågt. En ackumulator gör det också lättare att möta snabba förändringar i växthusets värmebehov. Flis är ett etablerat bränsle med en väl fungerande marknad och det är tillgängligt i hela Sverige året om. Det är dock en fördel om flisen kan köpas från lokala leverantörer för att minimera transportkostnaderna. Kostnaden för lokalt producerad flis från Salix ligger i Skåne på ungefär 125 kr/mwh och vid längre transporter hamnar kostnaden på cirka 150 kr/mwh. Priset påverkas också av köparens lagerkapacitet eftersom ett större lager underlättar logistiken och gör det möjligt att köpa mer bränsle på sommaren då priserna är låga (Melin, 2005). Flis från returträ är normalt något billigare samtidigt som skogsflis är något dyrare (STEM, 2005a). I södra Sverige ligger kostnaden för skogsflis på cirka kr/mwh (STEM, 2005a; Kapanen, 2005) och i föreliggande studie antas att växthusföretagen använder skogsflis för 150 kr/mwh. I Figur 3:1 redovisas hur priset för skogsflis varierat de senaste tio åren för värmeverk. Som synes har priset ökat med drygt 25 % och ökningen har framförallt skett de senaste tre åren. 20

33 Figur 4:1 Pris på skogsflis för värmeverk (STEM, 2005b) kr/mwh År Vid dimensionering av bränslelager är det viktigt att fundera över hur flisen ska transporteras eftersom lagret, för en effektiv bränslehantering, bör vara ungefär dubbelt så stort som den transportvolym man vill använda (Lagergren och Hillström, 2002). Vill man kunna utnyttja stora sidotippade flisbilar krävs det att flisfickan är cirka 12 m lång alternativt att det finns utrymme att tippa flisen på marken. Dessa bilar används normalt för leveranser från flisterminaler och medger vanligen en något lägre kostnad än om flisen transporteras i container (Ingvarsson, 2005). Skogsflis som inte går via terminal lastas dock ofta i containrar på cirka 40 m 3 eller 120 m 3 per bil vilket inte ställer samma krav på fickans dimensioner (Lagerstrand, 2005). För att kunna ta emot hela containrar behöver flisfickan därmed vara minst 80 m 3. Det finns dock vissa risker med en allt för lång lagringstid av i synnerhet fuktig flis eftersom det till exempel kan ske en tillväxt av mögel- och rötsvampar som bryter ned flisen, vilket ger energiförluster samtidigt som det kan bildas hälsofarliga sporer (Lehtikangas, 1999). Dimensioneringen bör följaktligen vara en avvägning mellan investeringskostnaden för flisfickan, lagervolymens påverkan på bränslepriset, möjliga energiförluster på grund av nedbrytning och i vilken omfattning växthusägaren önskar ett automatiserat system. Kostnaden för flisfickor kan variera betydligt beroende på bland annat fickans dimensioner samt hur mycket eget arbete växthusägaren har tid och möjlighet att lägga ner, se också bilaga B. När det gäller emissioner finns det olika riktlinjer och krav beroende på den installerade effekten. För pannor med en märkeffekt på 500 kw 10 MW används till exempel naturvårdsverkets allmänna råd om fastbränsleeldade anläggningar som anger gränsvärden för stoft till 350 mg stoft/m 3 utanför tättbebyggt område och 100 mg n stoft/m3 inom tättbebyggt område. För n pannor med en märkeffekt under 500 kw finns inte samma riktlinjer. För flispannor är det relativt enkelt att klara gränsvärdet som gäller utanför tättbebyggt område samtidigt som det kan vara mycket kostsamt att säkerställa emissioner under 100 mg som krävs i tättbebyggt område. Det är därför mindre attraktivt att använda flispannor över 500 kw i tättbebyggt område (Lagergren och Hillström, 2002). 21

34 Förädlade trädbränslen Råvaran till förädlade trädbränslen som pellets och briketter utgörs i princip av olika biprodukter från skogsindustrin som kutterspån, sågspån och bark. Produktionen går till på så sätt att den torkade råvaran pressas samman, eventuellt tillsätts något bindemedel, till kompakta stycken med hög energitäthet. På så sätt fås en väl definierad produkt som är lätt att hantera och har goda förbränningsegenskaper (Hadders, 2002). Skillnaden mellan pellets och briketter är förutom formen, pellets är cylinderformade och briketter ser mer ut som en hockeypuck, att råmaterialet till briketterna kan ha en grövre struktur varför dessa faller sönder lättare (Novator, 1996). Den högsta förädlingsgraden av de förädlade trädbränslena har träpulver som normalt används i mycket stora pannor och därför sannolikt inte är aktuella för de flesta växthusföretag. Fortsättningsvis redovisas information om pellets som befinner sig mellan briketter och pulver i förädlingsgrad. En befintlig oljepanna kan konverteras till pellets genom byte av brännare och i normalfallet är detta enklare än en konvertering till flis. Om en pelletsbrännare sätts in i en befintlig oljepanna minskar effekten precis som vid en konvertering till flis. Minskningen stannar dock på cirka 30 % (Lagergren och Hillström, 2002). En pelletsbrännare har mycket goda regleregenskaper och kan användas för låga dellaster varför det i princip är möjligt att använda en pelletspanna som klarar hela effektbehovet. Det är dock ofta lämpligare att välja en panna som klarar % av det maximala effektbehovet och komplettera med till exempel olja för spetslast. En panna som dimensionerats på detta sätt anses enligt samma resonemang som förts i stycket om flis kunna täcka % av det totala energibehovet (Lagergren och Hillström, 2002). Förbränning av pellets kan normalt ske vid högre årsverkningsgrad än till exempel flis och i föreliggande rapport sätts årsverkningsgraden därför till 85 % (Lagergren och Hillström, 2002). Pellets är ett etablerat bränsle vars användning ökat på senare år och då framförallt på småhusmarknaden. Bränslet är tillgängligt i hela Sverige och eftersom det är energitätare än flis påverkas priset inte i lika hög grad av transportavståndet. Kostnaden för pellets beror bland annat på leveranssätt där bulkleveranser är billigast och pellets i säck är dyrast. För växthusföretag som är relativt stora förbrukare är det bulkleveranser som är aktuellt. Dessa kan ske i såväl särskilda bulkbilar som konventionella lastbilar alternativt med containrar som också fungerar som bränslelager. Bulkbilar lastar 13 ton på bilen och ytterligare 25 ton på släpet vilket med motsvarande resonemang som för flis innebär en minsta lagerkapacitet på 37 m 3. Kostnaden för större bulkleveranser i södra Sverige ligger idag på cirka 230 kr/mwh (Kapanen, 2005). 22

35 I Figur 3:2 nedan redovisas hur priset för förädlade bränslen varierat de senaste tio åren för värmeverk och precis som för flis har det varit en kraftig prisökning de senaste tre åren. Figur 3:2 Pris på förädlade bränslen till värmeverk (STEM, 2005b) kr/mwh År Förädlade bränslen som pellets ger normalt betydligt mindre emissioner än oförädlade och med relativt enkel reningsutrustning är det möjligt att komma under 100 mg stoft/m 3 som gäller i n tättbebyggt område vilket naturligtvis underlättar en placering av pannor som använder pellets jämfört med sådana som använder flis (Lagergren och Hillström, 2002). 23

36 Halm Halm är en biprodukt från odling av spannmål och oljeväxter som i Sverige utnyttjas till en mindre del i form av foder, strö och liknande. Det är dock möjligt att elda halmen i såväl gårdspannor som större anläggningar vilket är vanligt i Danmark som redan på 90-talet använde nästan 1 miljon ton halm per år för energiändamål. I Sverige låg motsvarande siffra då på cirka ton (Nilsson, 1999). Vid skörd pressas halmen normalt till balar av olika storlek och i föreliggande rapport utgår beräkningarna från fyrkantsbalar med dimensionerna 0.8*0.8*2 m. Halm är ett oförädlat bränsle som antingen eldas riven eller i hela balar. Den rivna halmen kan eldas i mer eller mindre automatiserade eller flödesmatade system medan halm som eldas i balar förbränns satsvis vilket är det koncept som används i så kallade gårdspannor. Dessa pannor levereras ofta som små hus bestående av bland annat panna och ackumulator där bränslet lastas in i pannan med hjälp av hjullastare eller motsvarande. Sådana pannor kräver dock att bränslet fylls på ungefär var 6:e timma för att märkeffekten ska hållas kontinuerligt (Brunåker, 2005). På grund av detta antas här att det är riven halm som eldas i flödesmatade pannor som är mest aktuella för växthusföretag. Årsverkningsgraden för sådana pannor antas här ligga på samma nivå som vid förbränning av flis och sätts därmed till 80 % (Bygglant, 2005). När det gäller halm talas det om gul respektive grå halm där den grå halmen har legat kvar på fälten en tid och därmed har regn kunnat laka ut en del korrosiva ämnen. Grå halm har också ett något högre värmevärde än gul halm (VHF, 1998). Det är därför önskvärt att i första hand använda grå halm. Då halm är ett relativt ovanligt bränsle i Sverige samtidigt som en stor del av den halm som används för energiändamål är egenproducerad finns det inte något egentligt marknadspris. Något äldre beräkningar indikerar ett pris exklusive lagerkostnader och leverans till en förbränningsanläggning på cirka 55 kr/mwh för ett väl anpassat hanteringssystem i södra Sverige (Nilsson, 1999). För lagring (exklusive korttidslagring vid förbränningsanläggningen) och transport tillkommer ytterligare cirka 55 kr/mwh som fördelar sig relativt jämnt på lager respektive transport. Det totala priset skulle därmed bli 110 kr/mwh vilket dock speglar förhållandena under sent 90-tal. I dagsläget ligger priset snarare på kr/mwh inklusive fältlagring men exklusive lossning (Eriksson, 2005). Prisläget kan dock variera betydligt beroende på de lokala förutsättningarna. Här antas att priset på halm bör vara lägre än för flis, bland annat beroende på högre hanteringskostnader och priset sätts därför till 130 kr/mwh i föreliggande rapport. Då halmen normalt lagras som balar krävs det att växthusföretaget investerar i ett halmlager som är tillräckligt stort för att möjliggöra en effektiv bränslehantering. Då halmen sannolikt produceras och transporteras av lokala jordbrukare är det dock svårt att säga något generellt om vilka dimensioner som krävs. Se bilaga B för antagna dimensioner och kostnader. När det gäller emissioner från halmpannor är dessa inte lika väl dokumenterade i den svenska litteraturen som för exempelvis flis och andra förädlade trädbränslen men uppgifter från Danmark indikerar att det inte räcker med multicykloner för att nå 350 mg/m 3 (VHF, 1998) n varför rökgasreningen kan bli en tyngre bit vid förbränning av halm än vid förbränning av flis. Data från återförsäljare indikerar dock att mängden stoft från moderna halmpannor ligger under 350 mg/m 3 (Bygglant, 2005). Sammantaget ger halmpannor sannolikt upphov till mer stoft än n flispannor men det kan vara möjligt att klara utsläppskraven utanför tättbebyggt område med moderna pannor och multicykloner. Vid en eventuell projektering bör det dock läggas särskild uppmärksamhet på pannans emissioner. 24

37 Spannmål På senare år har intresset för att elda med spannmål, och då i synnerhet havre, ökat kraftigt i Sverige och det finns ett antal företag som marknadsför såväl spannmålsbrännare som bränsleflexibla pannor som bland annat kan hantera spannmål. Spannmål är ett naturligt pelleterat bränsle men det är förbränningstekniskt något svårare att hantera än till exempel pellets och det krävs därför speciell utrustning som är anpassad för just spannmål (LRF, 2004). En befintlig oljepanna kan konverteras på samma sätt som vid en övergång till pellets men det bör observeras att en pelletsbrännare i normala fall inte kan användas för att elda spannmål. En brännare anpassad för spannmål kan dock ofta hantera pellets (LRF, 2004). Det bör också poängteras att spannmålsbrännare i dagsläget framförallt utvecklats för mindre fastigheter och villor. Om det effektiva värmevärdet för havre jämförs med pellets, se bilaga A, kan det konstateras att priset på havre får vara maximalt 85 % av priset för pellets för att vara konkurrenskraftigt. Då pellets i föreliggande rapport antas kosta cirka 1,1 kr/kg innebär det drygt 90 öre/kg. Då havre ses som ett något besvärligare bränsle att elda anger dock LRF (2005) ett kvalitetsavdrag på 5 10 öre/kg jämfört med pellets. Havre skulle därmed inte få kosta mer än drygt 80 öre/kg för att vara jämförbar med pellets. Detta kan jämföras med avräkningspriserna på havre som de senaste 4 åren minskat med nästan 25 % från 1 kr/kg 2001 till 76 öre/kg 2004 (SCB, 2005b). För att få en långsiktig produktion av havre för energiändamål bör betalningsviljan dock ligga på cirka 80 öre/kg exklusive energigrödestödet som idag är 45 euro/ha (Rosenqvist, 2005). Samtidigt finns det begränsade kvantiteter av sekunda kvalitet som kan vara tillgängliga till betydligt lägre priser. Med nuvarande prisbild skulle havre därmed kunna vara ett alternativ till pellets. Det är dock oklart om ovanstående kvalitetsavdrag också inkluderar de högre investeringskostnader och sämre verkningsgrad som finns rapporterade för villapannor (LRF, 2004). Som nämnts ovan är spannmålsbrännare tillgängliga på den svenska marknaden främst framtagna för mindre fastigheter. Växthusföretag som vill använda spannmål är därför sannolikt hänvisade till olika bränsleflexibla pannor som kanske främst är framtagna för bränslen som flis eller pellets. Då det finns begränsade erfarenheter av spannmålsförbränning i större skala samtidigt som bränslekostnaden är jämförbar med pellets antas i föreliggande rapport att resultaten för pellets relativt väl speglar en eventuell användning av havre varför havre inte undersöks närmare. 25

38 3.1.2 Rapsolja och RME Rapsolja framställs från rapsfrö genom att oljan pressas mekaniskt ur fröna. Med den enklaste tekniken sker produktionen utan några tillsatser, så kallad kallpressning, vilket är den vanligaste lösningen vid mindre anläggningar. Vid större anläggningar tillsätts ofta värme och kemikalier för att öka utbytet av olja. Som en biprodukt bildas en presskaka som kan användas som ett proteinrikt foder. Fodervärdet är dock omvänt proportionellt mot mängden olja som pressats ur fröna varför restprodukterna från en storskalig produktion inte är ett lika attraktivt foder som från en småskalig. För att kunna använda rapsoljan som bränsle är det viktigt att den är så fri som möjligt från partiklar och andra föroreningar vilket man normalt löser genom att låta oljan sedimentera och därefter eventuellt passera ett filter. I Danmark kräver leverantörer av rapsoljebrännare ofta att oljan inte innehåller några partiklar större än 10 µ (VHF, 2001). Rapsoljans egenskaper skiljer sig något från eldningsolja 1 vilket får konsekvenser för såväl förbränning som lagring. Bland annat har rapsolja en högre viskositet varför den måste förvärmas. Det är dock möjligt att konvertera en befintlig oljepanna till att använda rapsolja genom att antingen byta brännare alternativt installera en förvärmare. Det är också viktigt att tänka på att rapsoljan kan vara aggressiv mot vissa gummipackningar och slangar varför dessa kan behöva bytas. För att säkerställa rapsoljans kvalitet ska den lagras mörkt, torrt och svalt men frostfritt (VHF, 2001). I Danmark, där det sker en viss produktion av rapsolja för uppvärmning, redovisas priser på cirka 3,5 DKK/dm 3 olja (Rapsoliefyr, 2005). Med hänsyn till rapsoljans värmevärde, se bilaga A, och en växelkurs på 1,2 SEK per DKK blir priset för rapsoljan 480 kr/mwh. Det bör dock observeras att dessa priser gäller för den danska marknaden. Det bör också poängteras att rapsolja är den huvudsakliga beståndsdelen i RME (Rapsmetylester) som är ett fordonsbränsle varför prisbilden på rapsolja sannolikt kommer att påverkas av behovet av förnybart fordonsbränsle. RME kan också användas för att ersätta eldningsolja i vanliga oljepannor utan att pannan behöver konverteras. Gummimaterial påverkas dock på samma sätt som vid förbränning av rapsolja. RME har också den fördelen att rökgaserna kan användas för koldioxidgödsling (Möller, 2005). Kostnaden för RME ligger idag på cirka 790 kr/mwh på bensinstation (OKQ8, 2005) och även om priset är lägre för en storförbrukare kommer det inte att vara lägre än de 480 kr/mwh som ren rapsolja kostar. Därmed är vare sig rapsolja eller RME konkurrenskraftigt jämfört med konventionell eldningsolja 1 eller eldningsolja MK1 varför dessa bränslen inte undersöks vidare. 26

39 3.1.3 Biogas Biogas bildas då organiskt material bryts ned biologiskt under syrefria förhållanden. Detta sker naturligt i till exempel sumpmarker och i matsmältningssystemet hos idisslare (Norin, 1998). Det är dock möjligt att framställa biogas under kontrollerade former och tekniken har använts länge på avloppsreningsverk i bland annat Sverige. De senaste åren har det också byggts flera anläggningar i Sverige i syfte att behandla organiskt avfall med hjälp av rötning. Totalt fanns det år 2001 drygt 200 biogasanläggningar i Sverige som tillsammans producerade 1,4 TWh biogas per år (SBGF, 2005). Den totala biogaspotentialen är dock betydligt större och studier visar att det kan röra sig om TWh per år varför tillväxtpotentialen är mycket stor (Linné et al., 2005; Nordberg et al., 1998). Då biogas, precis som alla gasformiga bränslen, är mycket skrymmande och därmed svår att transportera och lagra krävs det sannolikt att biogasanläggningar etableras i närheten av växthusföretag som är intresserade av att använda gasen. Det innebär också att det krävs en jämn avsättning av gasen och att produktionen är väl avvägd mot användningen eftersom det är dyrt att lagra gas i större kvantiteter. Biogas består framförallt av metan (CH 4 ) och koldioxid (CO 2 ) men kan också innehålla små mängder kväve och svavelväte. Beroende på råmaterial och rötningsprocess varierar metanhalten i gasen från cirka 50 % upp mot 80 % vilket ger ett värmevärde på cirka 5 8 kwh/m 3 n (Hagen et al., 2001). Detta kan jämföras med naturgas där värmevärdet är cirka 10,8 kwh/m 3 n (Näslund, 2004). Här antas att biogasen produceras från i första hand gödsel, att den innehåller cirka 65 % CH 4 och att värmevärdet är cirka 6,5 kwh/m 3 (Lantz, 2004). Det är också möjligt att n med olika tekniker uppgradera biogasen och på så sätt höja metanhalten upp mot 97 % vilket motsvarar ett värmevärde på 9,7 kwh/m 3 (Persson, 2003). Detta är dock en kostsam process n varför det i första hand görs när biogasen ska användas som drivmedel. I Tabell 3:1 nedan redovisas hur mycket substrat (råmaterial) som krävs för att ersätta en m 3 eldningsolja med förenklingen att olja och gas förbränns med samma verkningsgrad. Dessutom redovisas hur många djur alternativt hur många hektar som krävs för att producera den mängden substrat. Tabell 3:1 Substratbehov för att ersätta en m 3 eldningsolja med biogas (Lantz, 2004) Substrat Gasutbyte Substratbehov Antal hektar alt. (m 3 CH 4 /ton ts) (ton ts/m 3 olja 1 ) antal djur per år Ensilerad vall 300 3,4 0,5 hektar Ensilerad betblast 300 3,4 1,7 hektar Nötgödsel 175 5,8 3 mjölkkor Svingödsel 200 5,0 10 suggor 1 antar kwh/m 3 olja, se bilaga A Om växthusföretaget har en oljepanna är det i många fall enkelt att konvertera denna till biogas genom att byta ut brännaren till en gasbrännare. Det kan dock kondensera ut en del vatten i skorstenen när pannan eldas med gas varför denna eventuellt kan behöva förses med ett insatsrör av korrosionsbeständigt material (Cederholm, 1995). Om en befintlig oljepanna konverteras till gas genom att brännaren byts ut kan verkningsgraden öka med 2 5 % om gasen är naturgas (Cederholm, 1995). En panna som tillförs biogas arbetar dock normalt sett med ett högre luftöverskott för att kompensera för eventuella variationer i metanhalten varför en sådan panna får en något lägre verkningsgrad jämfört med naturgas och för växthusföretag som idag använder naturgas kan det vara nödvändigt att byta brännare för att gå över till biogas (Gunnarsson, 2005). 27

40 Befintliga gasledningar och liknande kan dock normalt användas. I föreliggande rapport antas att årsverkningsgraden för en ny biogaspanna ligger på 90 %. Biogas kan också användas i småskaliga kraftvärmeapplikationer där det sker en samtidig produktion av elektricitet och värme (Lantz, 2004). Emissioner från biogasförbränning är i huvudsak desamma som för naturgas (Norén och Thunell, 2001) varför biogas sannolikt är ett intressant bränsle för koldioxidgödsling. Detta i synnerhet som mängden koldioxid per kwh är cirka 50 % högre än för naturgas, se Tabell 2:6. Kostnaden för att producera biogas kan variera betydligt mellan olika anläggningar, bland annat beroende på vilket substrat de använder och hur stora anläggningarna är. Här antas dock att det är mindre anläggningar som använder lantbruksrelaterade substrat, i första hand gödsel, som förser växthusföretagen med biogas. Kostnaden beror då på anläggningens storlek, i vilken mån gödsel och rötrest behöver transporteras och hur lång gasledning som krävs mellan biogasanläggningen och växthusföretaget. Då erfarenheterna från småskalig biogasproduktion är begränsade i Sverige finns det få prisuppgifter att tillgå. Som exempel kan dock nämnas att en befintlig anläggning utanför Malmö som framförallt rötar olika växtmaterial anger ett biogaspris på 40 öre/kwh för att nå nollresultat (Edström et al, 2005). Det bör dock observeras att detta inkluderar kostnaden för produktion av kraftvärme vilken står för 45 % av den totala kostnaden. Kostnaden för rågasen hamnar därmed på 26 öre/kwh. Denna anläggning har dock fått ett investeringsstöd på cirka 30 % vilket ger en produktionskostnad på 36 öre/kwh exklusive investeringsstöd. Andra teoretiska beräkningar av produktionskostnaden för biogas indikerar en kostnad på öre/kwh för gödselbaserade gårdsanläggningar exklusive investeringsstöd (Lantz, 2004). I föreliggande rapport antas dock ett biogaspris på 35 öre/kwh för gödselbaserad biogas. Det antas också att biogasanläggningen kan lagra tillräckligt med gas för att möjliggöra att den totala dygnsproduktionen kan användas för koldioxidgödsling och att denna sker under en 12-timmarsperiod. När det gäller kostnaden för biogas ska det dock poängteras att större anläggningar där också avfall rötas kan producera gas till betydligt lägre kostnader tack vare mottagningsavgifter för avfallet. 28

41 3.1.4 Sammanfattning biobränslen Som beskrivits tidigare i detta kapitel finns det ett antal olika bränslen som kan vara aktuella för att producera i första hand förnybar värme i svenska växthusodlingar. Vissa alternativ är dock mer intressanta än andra och i Tabell 3:2 nedan sammanfattas huruvida respektive bränsle antas kunna konkurrera med olja och därmed undersöks vidare. Tabell 3:2 Sammanfattning biobränslen Bränsle Flis Halm Pellets Spannmål Rapsolja/RME Biogas Kommentar Etablerat bränsle som i olika former är tillgängligt i hela landet till en kostnad som klart understiger den rörliga kostnaden för olja Begränsade svenska erfarenheter men en mycket utbredd användning i Danmark. Tillgängligt i södra Sverige till en kostnad som klart understiger den rörliga kostnaden för olja. Etablerat bränsle som är tillgängligt i hela Sverige till en kostnad som understiger den rörliga kostnaden för olja. Etablerad produktion, dock endast i mindre omfattning för energiändamål. Konkurrenskraftigt mot pellets men då uppgifterna om större anläggningar för spannmålsförbränning är begränsade antas att beräkningarna för pellets kan spegla en eventuell spannmålsförbränning. Etablerade bränslen, tillgängligt i hela Sverige till en kostnad som klart överstiger den rörliga kostnaden för olja. Etablerad produktion, dock endast i mindre omfattning. Kräver lokal produktion och avsättning. Få anläggningar i drift idag men befintliga kostnadsuppgifter antyder ett pris som är konkurrenskraftigt med olja, i synnerhet då biogas kan användas för koldioxidgödsling. Undersöks vidare JA JA JA NEJ NEJ JA 29

42 För de bränslen som undersöks vidare sammanfattas antaget pris och årsverkningsgrad i Tabell 3:3 och i Figur 3:3 illustreras hur skrymmande de olika bränslena är jämfört med olja. Tabell 3:3 Antaget pris och årsverkningsgrad för de bränslen som undersöks vidare Bränsle Pris (kr/mwh) 1 Verkningsgrad (%) Pris (kr/mwh) 2 Flis Halm Pellets Biogas Brutto (Bränslepris) 2 Netto (Priset på värmen med hänsyn till verkningsgrad) Figur 3:3 Volym per 10 MWh för de bränslen som undersöks vidare jämfört med olja m EO1 Pellets Spannmål Skogsflis Halm 10 MWh bränsle 30

43 3.2 Solvärme Förutom att utnyttja solenergi indirekt via vattenkraft, vindkraft och bioenergi finns det tekniker för att direkt utvinna energin i solljuset i form av elektricitet eller värme. Solinstrålningen i Sverige på horisontella ytor varierar mellan 800 kwh/m 2 och år i landets nordligaste delar till kwh/m 2 och år i de sydligaste (Kjellsson, 2004). Används solfångare som är vinklade mellan 30 o och 45 o mot horisontalplanet träffas ytan av cirka 30 % mer energi (IVA, 2003). Mängden solljus varierar dock över året och variationen ökar med avståndet till ekvatorn. Till exempel är solinstrålningen i södra Sverige cirka 20 gånger högre i juni än i december samtidigt som den vid ekvatorn endast varierare med några procent över året (IVA, 2003). Större delen av den produktion av solvärme som skulle kunna ske i Sverige kommer därmed att ske under sommarhalvåret och för att kunna utnyttja energin under andra delar på året är det nödvändigt att lagra den. Detta kan till exempel ske genom att värmen lagras i form av varmvatten eller genom uppvärmning av borrhål som används för bergvärme (Kjellsson, 2004). Den centrala delen i ett solvärmesystem är solfångaren som består av en absorbator där energin i solljuset förs över till en värmebärare. Ovanpå absorbatorn finns ett genomskinligt skikt som släpper igenom solstrålningen. Beroende på vilken prisklass och verkningsgrad som eftersträvas kan det genomskinliga skiktet till exempel bestå av en plan glasyta eller olika former av vakuumrör. Val av solfångare styrs också av vilken temperatur som önskas på varmvattnet där vakuumrör ger en högre temperatur. Solfångare som arbetar vid höga temperaturer kan leverera varmvatten med temperaturer över 60 o C (Kjellsson, 2004). Verkningsgraden varierar mellan olika solfångare och olika värmesystem och påverkas dels av förluster i solfångaren men framförallt av temperaturskillnaden mellan omgivningen och solfångaren. Den maximala verkningsgraden anges av Kjellsson (2004) till 80 % men för solfångare som arbetar vid höga temperaturer kan verkningsgraden sjunka till %. Kostnaden för ett solvärmesystem varierar kraftigt beroende på hur stor anläggningen är och vilken typ av solfångare som används. Som ett riktvärde anger IVA (2003) kostnaden till kr/m 2 solfångare. Andra litteraturuppgifter anger en investeringskostnad på kr/m 2 inklusive ackumulatortank för system som delas av flera fastigheter (Södergren et al., 2002). Solfångaren kan, om den sköts på rätt sätt, ha en teknisk livslängd på 20 år. Kringutrustning som pumpar och ventiler med mera kan dock behöva bytas betydligt tidigare men kostnaden för dessa utgör en mindre del av den totala investeringen. När det gäller kostnaden för drift och underhåll av solvärmeanläggningen kan den vara så låg som någon procent av investeringskostnaden (Kjellsson, 2004). En anläggning i södra Sverige 1 med en årsverkningsgrad på 50 % skulle kunna producera värme till en kapitalkostnad på nästan 700 kr/mwh, förutsatt en avskrivningstid på 10 år och en kalkylränta på 5 %, vid en investering på kr/m 2. Med en antagen månadsinstrålning på 150 kwh/m 2 i maj augusti skulle det under dessa månader krävas nästan m 2 solfångare för en effekt på 100 kw och under vinterhalvåret ökar behovet betydligt. Sammanfattningsvis är solvärme ett dyrt och utrymmeskrävande alternativ varför det inte utreds närmare här. 1 Med en solinstrålning på kwh/m 2 och år vilket med vinklade solfångare antas innebära kwh/m 2 31

44 3.3 Förnybar elproduktion I följande avsnitt redovisas ett antal sätt att producera förnybar elektricitet Kraftvärme från förnybara bränslen Samtidig produktion av elektricitet och värme, så kallad kraftvärme, kan idag ske i anläggningar som genererar alltifrån några enstaka kw elektricitet till tiotals MW (Lantz, 2004; Persson och Olsson, 2002). Vilket bränsle som kan användas beror i stor utsträckning på förbränningsanläggningens storlek och för de flesta växthusföretag är det troligen främst gasformiga eller flytande bränslen som är aktuella. Det pågår dock forskning som syftar till att använda fasta biobränslen i små kraftvärmeapplikationer (Persson och Olsson, 2002). Tänkbara produktionstekniker är till exempel otto- eller dieselmotorer, gasturbiner eller stirlingmotorer. På sikt skulle också bränsleceller kunna vara aktuella (Lantz, 2004; Persson och Olsson 2002). De ekonomiska förutsättningarna för en kraftvärmeanläggning är i mycket stor utsträckning beroende av hur mycket värme som anläggningen kan få avsättning för (Lantz, 2004) varför ett växthusföretag med sitt stora värmebehov skulle kunna vara en lämplig lokalisering. En tidigare studie av småskalig kraftvärme på lantbruk som använder biogas som bränsle visar dock att det krävs en installerad effekt på upp mot 100 kw elektricitet som får full avsättning för sin värmeproduktion för att kraftvärmen ska bli konkurrenskraftig med gårdens konventionella energiförsörjning. Dessa kalkyler har dock inte tagit hänsyn till att de rena rökgaserna som produceras skulle kunna ha ett värde som koldioxidgödsling varför förutsättningarna kan vara något bättre i till exempel en tomatodling Småskalig vindkraft Vindkraft produceras genom att den rörelseenergi som finns i vinden utnyttjas för att driva en turbin som i sin tur driver en generator. Rörelseenergin i vinden förs över till turbinen då det uppstår tryckskillnader mellan fram- och baksida av vindkraftverkets rotorblad vilket får turbinaxeln att rotera. För konventionella vindkraftverk kan på så sätt upp mot 50 % av vindens rörelseenergi omvandlas till elektricitet (IVA, 2002b). I Sverige fanns det vid årsskiftet 2003/ vindkraftverk i drift och under 2003 var vindkraftens andel av den svenska elproduktionen 0,5 % eller 0,62 TWh (STEM, 2004). De allra första serietillverkade vindkraftverken hade en effekt på 22 kw men utvecklingen har gått snabbt framåt sedan dess och idag är en typisk effekt på nya landbaserade vindkraftverk 0,5 1 MW. De flesta tillverkare marknadsför också verk med betydligt högre effekt (IVA, 2002b). För att producera elektricitet för det enskilda växthusföretaget är de vindkraftverk som normalt installeras i Sverige i dag kraftigt överdimensionerade med tanke på företagets interna behov av elektricitet. Det finns dock vindkraftverk med betydligt lägre effekt som också marknadsförs på den svenska marknaden och som skulle kunna vara aktuella. Produktionskostnaden för elektricitet från vindkraft är i hög grad beroende av vindförhållandena på den aktuella platsen men också av verkens storlek och andra lokala förutsättningar. För en vindkraftspark på 5 MW anger ELFORSK en produktionskostnad exklusive skatter och bidrag på 40,5 öre/kwh. Vindkraft är dock berättigad till elcertifikat och får fram till 2009 dessutom en extra miljöbonus vilket förbättrar de ekonomiska förutsättningarna betydligt (Bärring et al., 2003). Produktionskostnaden för så små anläggningar som är aktuella för enskilda växthusföretag ligger dock sannolikt högre. Dessutom är investeringsnivåerna betydande, ett vindkraftverk på cirka 1 MW kostar till exempel i storleksordningen 8 miljoner exklusive anslutning till elnätet (Bärring et al., 2003). Elektricitet från vindkraft kan heller aldrig ses som något annat än ett komplement till annan elförsörjning eftersom produktionen sannolikt sällan överensstämmer med behovet. 32

45 3.3.3 Småskalig vattenkraft Genom att utnyttja den fallhöjd som finns i olika vattendrag är det med hjälp av turbiner möjligt att generera elektricitet ur det strömmande vattnets energi. Ofta däms vattendraget upp med en damm för att skapa större fallhöjd och möjliggöra lagring av vattnet. Produktionen går till på så sätt att vattnet får strömma genom en turbin som driver en generator vilken i sin tur alstrar elektricitet (IVA, 2002a). Produktionskapaciteten för den svenska vattenkraften är idag cirka 64 TWh och under ett normalår genereras cirka 45 % av den svenska elproduktionen i våra vattenkraftverk (STEM, 2004). I Sverige finns det idag ungefär 700 större vattenkraftverk (> kw) och cirka mindre (< kw). De mindre anläggningarna står dock inte för mer än cirka 2 % av den totala produktionen (IVA, 2002a). För växthusföretaget skulle det kunna vara möjligt att producera elektricitet med hjälp av vattenkraft om företaget är beläget i anslutning till ett lämpligt vattendrag. Beroende på de naturgivna förutsättningarna kan den installerade effekten variera från enstaka kw och uppåt. Småskalig vattenkraft är dock inte helt okontroversiell ur miljösynpunkt då kritiker hävdar att även mindre anläggningar kan ge en betydande lokal påverkan, bland annat genom att forspartier försvinner och att fiskens vandring kan störas. Detta speglas också av att nyetablering av småskalig vattenkraft med automatik anses ha en betydande miljöpåverkan och därmed är tillståndspliktig enligt miljöbalken. Bland annat innebär detta att växthusföretaget måste följa hela MKB-processen med såväl samråd som utökat samråd och att prövningen görs av länsstyrelsen (Åkesson, 2005). Småskalig vattenkraft är dock en förnybar energikälla med många fördelar gentemot elektricitet som produceras med hjälp av fossila bränslen eller kärnkraft och det är en av de produktionsformer som är berättigad till elcertifikat (SFS, 2003). När det gäller MKB-processen underlättas denna betydligt om det redan finns en vattendom som tillåter vattenkraft på den lokal som växthusföretaget vill utnyttja. Anledningen är att en stor del av det beslutsunderlag som måste tar fram normalt redan är tillgängligt (Åkesson, 2005) och sannolikt är det framförallt den här typen av lokaler som är intressanta för ett växthusföretag. Ofta gäller dessa vattendomar relativt småskalig vattenkraft som inte längre är i drift men där dammar med mera finns kvar. Det bedöms dock som osannolikt att denna form av förnybar energiproduktion skulle var tillgänglig för mer än något enstaka växthusföretag. Som exempel kan nämnas att det i Skåne endast finns cirka 80 vattendomar som tillåter vattenkraft (Länsstyrelsen, 2005). Produktionskostnaden för elektricitet från ny vattenkraft har av ELFORSK beräknats till 22, öre/kwh (Bärring et al., 2003). Det stora intervallet förklaras dels av att investeringskostnaden varierar mycket kraftigt beroende på lokala förutsättningar så som dammbyggnader och vattendomar med mera men också av skalfördelar. Kostnaden för småskalig vattenkraft skulle troligen hamna i den övre delen av detta intervall men bör trots det kunna vara ett intressant alternativ för växthusföretag, i synnerhet då produktionen berättigar till elcertifikat. Som beskrivits ovan krävs det dock att företaget ligger i anslutning till lämpliga vattendrag vilket kan vara aktuellt i enstaka fall men för branschen som helhet måste detta ses som ett undantag. 33

46 3.3.4 Solel För att omvandla solljusets energi till elektricitet används solceller som är uppbyggda av olika former av halvledarmaterial. Elektriciteten produceras då fotonerna i solljuset sätter halvledarmaterialets elektroner i rörelse. Tack vare materialets konstruktion kan elektronerna bara röra sig i en riktning vilket gör det möjligt att generera elektricitet. Produktionen är proportionell mot den inkommande solinstrålningen och cirka 15 % av strålningen omvandlas till elektricitet (IVA, 2003). Solceller används idag i första hand där det inte finns ett fast elnät eller där anslutningskostnaden till elnätet är mycket stor i förhållande till den rörliga kostnaden för elektriciteten. Det kan till exempel röra sig om fyrar eller nödtelefoner i fjällvärlden men också sådana tillämpningar som trafikljus och parkeringsautomater (IVA, 2003). Anledningen till att solceller bara används i sådana specialfall är den mycket höga kapitalkostnaden. Beroende på teknikval, solinstrålning med mera varierar produktionskostnaden för solel mellan 3 och 10 kr/kwh (IVA, 2003). För växthusföretaget är solceller i dagsläget därmed inte ett ekonomiskt realistiskt alternativ. 34

47 4 Värmepumpar En värmepump används för att ta upp värme vid låga temperaturer och avge den vid en högre temperatur. I Figur 4:1 nedan visas en principskiss av en kompressionsvärmepump bestående av fyra huvudkomponenter förångare, kondensor, expansionsventil och kompressor som är förbundna med en sluten krets där det cirkulerar ett köldmedium. Dessutom tillkommer en köldbärare eller kollektor som tar upp värme från luft, jord, berg eller vatten och för den till förångaren (SVEP, 2004a). Figur 4:1 Principskiss av värmepump (SVEP, 2004b) Funktionen hos värmepumpen är sådan att köldmediet förs i vätskefas in i förångaren där det värms upp med värme från köldbäraren och genom att reglera trycket fås köldmediet att koka vid önskad temperatur. Köldmediet förs sedan i gasfas från förångaren, via en kompressor som höjer trycket och därmed också temperaturen, till kondensorn. I kondensorn sker en värmeväxling från värmepumpens köldmedium till i detta fall växthusets värmesystem vilket leder till att köldmediet kondenserar. Köldmediet har dock fortfarande ett högt tryck och på väg tillbaka till förångaren passerar det en expansionsventil som sänker trycket till önskad nivå (SVEP, 2004a). För att driva värmepumpen är det nödvändigt att tillföra energi vilken vanligen tillförs i form av elektricitet. Värmepumpens effektivitet anges som dess värmefaktor vilken enkelt beräknas genom att dividera den utvunna värmeenergin med den tillförda elektriciteten. Ju högre värmefaktorn är desto effektivare är värmepumpen. Vid en jämförelse av olika värmepumpars värmefaktor är det dock viktigt att ta reda på om denna är angiven inklusive eller exklusive olika hjälpaggregat (pumpar med mera) samt vid vilka temperaturer den gäller. En värmepumps effektivitet är i stor utsträckning beroende av skillnaden mellan inkommande och utgående värme. Ju mindre skillnaden är desto effektivare är värmepumpen (SVEP, 2004a) och värmepumpar passar därför allra bäst i lågtemperaturssystem. Värmefaktorn för en kompressionsvärmepump varierar typiskt mellan 2 och 4 (SVEP, 2004a). Växthusföretagets kostnad för elektriciteten som går åt för att driva värmepumpen varierar, bland annat beroende på i vilken utsträckning som värmepumpen ryms i det befintliga effektabonnemanget. Om elpriset sätts till 600 kr/mwh blir den rörliga värmekostnaden kr/mwh beroende på värmepumpens effektivitet vilket är lägre än den rörliga kostnaden för olja, se kapitel 2. Värmepumpar kan därför vara intressanta för växthusföretag. 35