Projektarbete Energiteknik

Transkript

1 Projektarbete Energiteknik Undersökning av tre energikällor med en fördjupad studie av pellets utvecklingsmöjligheter Martin Stenberg Stefan Lindqvist Daniel Dahlström Conny Brännström MTM456 Luleå Tekniska Universitet Avdelningen för Energiteknik 18 maj 2004

2 Sammanfattning En översiktlig studie har gjorts på naturgas, torv och biobränslen. Rapporten tar upp potentialen för råvarutillgångar, tillverkning, användning, avfallshantering och miljö aspekter för de tre energiformerna. Av studierna har det kommit fram att: Naturgas är en ren fossilt bränsle jämfört med olja. Men vid förbränning kvarstår problemet med utsläpp av växthusgasen koldioxid. Med nuvarande förbrukning räcker gasen upp till 160år. Torven har skapat en stor debatt när det gäller frågan om den skall klassas som ett biobränsle, den har en väldigt liten återväxt och bidrar därför till ett ökande utsläpp av koldioxid. Vid sameldning med trädbränslen har torv visat sig minska slitage av förbränningsutrustning. Biobränslen är en energikälla som inte bidrar till växthuseffekten. Vid ett uttag som ej överskrider återtillväxten fås en energikälla som inte är ändlig. En mer djupgående studie av olika biobränslen i pelletsform har utförts. Vidare behandlar arbetet råvarutillgångar, tillverkning, användning, avfallshantering, processen, konvertering från andra energiformer och framtids prognoser. Idag används ca ton pellets i Sverige men med restprodukterna från sågverken skulle Sverige kunna producera ton per år. I framtiden finns även potential att öka produktionen genom att använda energiskog och olika grödor. De villor som idag använder direktverkande el och olja bör konvertera till pellets eller liknande bränsle. 1

3 Innehållsförteckning 1.1 Inledning Naturgas Var kommer naturgasen ifrån? Hur stora är tillgångarna? Naturgas i Sverige Miljöpåverkan Torv Användningsområden Förnyelsebar råvaruresurs eller inte? Konvertering Biobränslen Miljöpåverkan Vad är pellets? Råvara Konkurrenter om råvaran Potential Processen Pelletsanvändning Beskrivning av BIONA Pelletsbrännare Funktion Konvertering från direktverkande el till pelletseldning Konvertering från oljevärmning till pelletseldning Verklig verkningsgrad för en villaägare Verkningsgraden i framtiden Miljöeffekter Positiva Negativa Avfall Återföring av aska Slutsats och framtidsutsikter Källförteckning Bilaga 1, verkningsgrad för villaägare

4 1.1 Inledning Rapporten är en sammanställning av tre olika energislag, naturgas, torv och biobränslen, på uppdrag av Lars Westerlund, i samband med kursen MTM 456, energiteknik. Runt om i världen diskuteras hur den globala uppvärmningen påverkar oss. Användning av fossila bränslen har visat sig öka växthuseffekten och måste därför minskas genom att bytas ut mot andra energiformer. Trots vetskapen om detta fortsätter användningen av fossila bränslen att öka. Vi vill med denna rapport visa hur användningen av förnyelsebara bränslen kan minska användningen av fossila bränslen. 3

5 2. Naturgas Naturgas består i huvudsak av gasen metan, CH 4. Se figur 1. Det är en väldigt lätt gas, består av en kolatom och fyra väteatomer vilket medför att det inte bildas så mycket koldioxid vid förbränningen. Olja och kol däremot har betydligt mer kolatomer bundna i sig och detta gör att när man ska förbränna dem bildas det mycket koldioxid. Dessutom sitter det mycket svavel bundet i kol och olja som frigörs vid förbränning, vilket bidrar till försurningen av jorden. Naturgas innehåller små mängder svavel och andra föreningar och det betyder att det bildas nästan inga restprodukter vid förbränningen. En annan värdefull sak med naturgasen är att den kan användas som bränsle direkt när man tagit upp den, man behöver t ex inte raffinera den som man gör med oljan. Figur 1. Naturgasens sammansättning 2.1 Var kommer naturgasen ifrån? Allt börjar för flera miljoner år sedan. Sjöar och hav hade ett rikt växt- och djurliv. När dessa växter och djur dog samlades de på botten. Ovanpå dessa döda organismer samlas slam. Detta har ju fortsatt i flera miljoner år och avlagringarna har vuxit till flera hundra meters tjocklek. Avlagringarna pressas samman av sin egen tyngd och av trycket från vattenmassorna ovanför. Det finns mycket bakterier i avlagringarna som äter dessa döda organismer, så att de omvandlas till olika kolväteföreningar såsom t ex naturgas. Eftersom att gasen är lättare än slammet så stiger den uppåt tills den slutligen träffar på en ogenomtränglig avlagring som vi kallar en gasficka. Det är dessa fickor man sedan försöker att hitta och borra sig till, så att man kan få upp gasen. 2.2 Hur stora är tillgångarna? Det är faktiskt så att man för närvarande hittar mer naturgas än man förbrukar på jorden. Våra reserver uppgår till ca miljarder kubikmeter och det skulle enligt vissa energiexperter räcka i ca 160 år men dagens förbrukning av naturgas 1. Dessa siffror gör att naturgas för närvarande är jordens näst största energiresurs. 2.3 Naturgas i Sverige Från det danska Nordsjöfältet Tyra får Sverige idag sin naturgas. Gasen transporteras via rörledningar av Stål från Danmark. Ledningarna är ca mm i diameter och det tar något dygn för gasen att färdas till slutförbrukare här i Sverige. Årligen levereras ca 10 TWh till Sverige och det motsvarar 2% av den totala energitillförseln. 1 Svenska gasföreningen, 4

6 Gasen som vi importerar i Sverige används främst till att värma småhus och lägenheter. Mellan Malmö och Göteborg utefter västkusten finns det rörledningar som förser hushåll med naturgas. I storstäder används även gasen som bränsle till bussar. Det är bra för att få ner miljöfarliga utsläpp i städer där det är tät trafik. 2.4 Miljöpåverkan Det är väldigt små ingrepp i naturen som behövs för att transportera naturgas. Den befintliga ledningen som finns mellan Malmö och Göteborg är nedgrävd så att den inte syns och inte är ivägen för jordbruk m.m. Men man har ändå en ledningsgata som är cirka 7 meter bred, detta är bara för inspektionsskäl. I denna ledning transporteras ca 2 miljarder kubikmeter gas per år. Det krävs tre 400kV kraftledningar för att transportera motsvarande mängd elenergi, vilka kräver betydligt bredare ledningsgator. Det är mycket billigare per energienhet att transportera naturgas än att transportera elkraft och man slipper förluster på vägen. Viktigt ur miljösynpunkt är att man inte behöver transportera gasen med bilar eller båtar som man gör med alla andra bränslen, gasen förflyttar sig för egen maskin. Vid transport av olja har man ju alltid en risk för spill och utsläpp från fartygen. Vägnätet belastas inte heller. En av nackdelarna med naturgas är explosionsrisken. Vi har sett allvarliga olyckor i Ryssland när det skett gasexplosioner i hyreshus med dödlig utgång. I Sverige har det inte skett en enda olycka under de 14 år som systemet har varit i drift. 5

7 3. Torv Torv består till största delen av två sorters vitmossa, Sphagnum fuscum och Sphagnum apicuátum. Torven bildas genom att sjöar torkar ut eller att skogsmark har försumpats och på så vis skapat en våt syrefattig miljö där mossan inte kan brytas ned helt. Torven som finns i Sverige idag började bildas efter den sista istiden men den största delen har bildats de senaste 2000 åren. Största delen av torven finns i mossar och myrar utspritt över nästan hela landet, se figur2. Det finns två sorters energitorv, stycketorv och torv i brikettform. Brikettorven görs i Sveg där Sveriges enda brikettfabrik ligger. För närvarande uppgår bränsletorvproduktionen årligen till ca 2,5 TWh. Energiinnerhållet för stycketorv är ca 3,2 kwh per kilo jämfört med brikettorv som är på ca 4,4 kwh per kilo 2. Ca 1000 personer, främst i glesbygden försörjer sig idag på torvproduktionen. 3.1 Användningsområden Sedan mitten av 1800-talet har det brutits torv i energisyfte, störst var produktionen under krigstiderna. På senare år har produktionen ökat igen, främst på grund av oljekrisen 1970 då priset på olja steg kraftigt. Oljan hade tidigare varit en billigare och enklare energikälla men nu började det bli intressant att uppta brytningarna. Figur 2, frekvenskartan visar hur stor andel av skogsmarksarealen som utgörs av jordmånsklassen torv. Idag används energitorven framförallt av kraftvärmeverk och värmeverk. Torven har till en viss del ersatt förbränningen av kol och olja, det medför en positiv miljöaspekt med renare utsläpp då torven innehåller mindre svavel än kol och olja. Vid förbränning av biobränslen/trädbränslen har man ofta förbränningsproblem som bidrar till slaggning, sintring, korrosion osv. Dessa problem har visats minska i omfattning då man sameldar bränslet med 5-30 % torv. Andelen tungmetaller i askan minskar också vid sameldning. Exakt varför och vilka typer av torv som passar bäst för sameldning är inte klarlagt ännu, en hypotes är den förhöjda svavelhalten och olika mineraler. Forskning pågår vid Umeå universitet. Även sameldning med kol reducerar förbränningsproblemen men torv anses som ett bättre alternativ än kol på grund av mindre utsläpp av svavel och renare aska. 2 Kraftvärmeverket i Västerås, 6

8 3.2 Förnyelsebar råvaruresurs eller inte? Hela världens torvmarksarealer beräknas till km 2. Av dessa finns km 2 med ett djup på mer än 40cm i Sverige, ca 15 % av Sveriges totala yta 3. Detta gör oss till ett av världens torvtäktsrikaste land. Men är våra torvtäkter en råvaruresurs eller ett område som bör bevaras för miljön och kommande generationer. Det är en fråga som skapat många diskussioner och svar. Enligt torvproducenterna borde torven klassas som en förnyelsebar energikälla dock långsamt förnyelsebar, på så sätt kategoriseras torv som ett biobränsle. Därmed hamnar torven utanför Kyotoprotokollet som reglerar hur mycket koldioxid som får släppas ut vid användning av fossila bränslen. Kyotoprotokollet skall träda ikraft Biobränslen räknas ta upp lika mycket koldioxid som frigörs vid förbränning och därför bidrar inte de utsläppen av koldioxid till växthuseffekten. Återställningen av de brutna torvmarkerna påverkar inte heller miljön negativt. Andra sidan hävdar att det är tvärtom, att en återväxt på ca 0,5 mm per år inte kan räknas som förnyelsebar energikälla, vår vackra natur förstörs, djuroch växtriket kring torvtäkterna störs och kan påverka många arter negativt. Regeringen säger att torv inte är en förnyelsebar energikälla men att det sker en långsam förnyelse och därför klassar energin som förnyelsebar el. Detta har medfört att torven från och med 1april 2004 blir elcertifierad. De som producerar el får ett elcertifikat för varje megawattimme förnybar el de producerar. I sin tur är alla som förbrukar el tvungna att köpa en viss kvot elcertifierad el. Syftet med den här metoden är att främja utbyggnaden av förnyelsebar energi. Istället för statliga bidrag som dras från stadsbudgeten finansieras det av elkonsumenterna, det ger en jämnare fördelning av pengarna samt lika spelregler för energiproducenterna. Kraven för att få ha torven elcertifierad är att den används i kraftvärmeverk med sameldning av biobränsle. Den måste då också bidra till ett ökande energiuttag, i Sverige har det noterats besparingar av primärenergi på % 4. En annan anledning är att den ersätter kol. 3.3 Konvertering Konverteringen från kol till torv är lätt, i tillexempel Västerås där Sveriges största kraftvärmeverk ligger har man gått över till sameldning med torv istället för kol. Askresterna från torven kan blandas med cement och fungerar då som ett lätt fyllnads- och förstärkningsmaterial till vägar, industri- och jordbruksytor. På så vis återvinns askan och energiproducenterna slipper deponera den Förnybart, Nyhetsblad från svensk torv årgång 4, nr , 7

9 4. Biobränslen Biobränslen är en av framtidens viktigaste energikällor. Skogen och växtriket är den energikälla som hittills lyckats bäst att konkurrera med fossila bränslen. Biobränslen svarar idag för en femtedel av Sveriges energiförsörjning. Det som räknas till biobränslen är ved, flis, spån, pellets, briketter, träpulver, avfall och agrara (bränslen som odlas på åkermark). Biobränslen kan andvändas både till stora kraftvärmeverk och till små villor. Ved, pellets och flis kan andvändas i villor och spån, briketter, träpulver, avfall och agrara används i större anläggningar. Många större kraftvärmeanläggningar eldar biobränsle istället för olja. I dag använder 120 kommuner i Sverige delvis eller helt biobränslen för uppvärmning 4.1 Miljöpåverkan Lokala miljöproblem är att djur och växtriket kan påverkas negativt när skogen avverkas. Det gäller att avverkningen inte är större än tillväxten. Vägar tar skada av de tunga timmerbilar som transporterar timret. Även utsläppen från lastbilarna påverkar miljön negativt. Det positiva med biobränslen är att det framförallt inte bidrar till växthuseffekten och inte orsakar utsläpp av svavel som T.ex. olja gör vid förbränning. Biobränsleanvändning ger inget nettotillskott av koldioxid till atmosfären, däremot bildas det i princip lika mycket försurande kväveoxid som vid förbränning av olja. Men det kan man minimera med bra avgasrening. För varje kilowattimme el som produceras med biobränsle istället för kol så minskar koldioxidutsläppen med ett kilo 5. När man eldar ved hemma i villapannan så bildas giftiga ämnen. Ett sätt att minska utsläppen och få bränslet att brinna bättre är förädla bränslet till pellets, briketter eller träpulver. För miljöns skull är det i de flesta fall bättre att elda biobränsle än naturgas eller olja. Om vi vill använda mycket trädbränsle i framtiden så måste vi lära oss att föra tillbaka askan till naturen. I den finns nyttiga mineraler och näringsämnen, men man kan inte strö ut den som den är för då är risken stor att marken blir övergödd. För att inte få denna chockverkan måste askan formas till kulor eller pellets innan den strös ut, den urlakas då under en längre tid. I dagsläget så är människan dålig på att återföra askan. 5 Energimyndighetens faktabas, olika slags energi, biobränslen. 8

10 5. Vad är pellets? Bränslepellets tillverkas av restprodukter från bygg- och sågverksindustrin, t ex såg- och kutterspån. Bränslepellets är ett förnyelsebart miljövänligt biobränsle som inte tillför atmosfären något nettotillskott av koldioxid. Enkel, ren komfortabel hantering Ett fastställt energiinnehåll per viktenhet Möglar inte (7-10% fukthalt) Fryser inte vid lagring vintertid Vikt ca kg/m 3 Energiinnehåll kwh/kg Storlek ø 6-25 mm, vanligast 6-12mm Askhalt 0,55-1 vikt % 5.1 Råvara Råvaran som idag används är till allra största del biprodukter från skogsindustrin i form av kutterspån, sågspån och bark. Dessutom används i viss utsträckning torv. Det finns utredningar som visar att returpapper skulle kunna användas för pelletproduktion. Både ur ekonomisk och miljömässig synvinkel finns det en potential Konkurrenter om råvaran De största konkurrenterna som finns om råvaran är board och spånskivindustrin. Produktionen inom denna industri har dock minskat kraftigt under den senaste 10-årsperioden och därmed ökat potentialen för pellets. En del av spånet används idag också av massaindustrin. En liten användare är dessutom djurägare som använder kutterspån i sina djurstallar, t.ex. boxar för hästar Potential Idag producerar vi i Sverige ca ton pellets, det motsvarar en energiproduktion på knappt 4 TWh. Det finns en stor potential för en ökad pelletsproduktion. En utredning från SågFakta visar att sågverken i Sverige hade en råvaruförbrukning på 34,1 miljoner m 3. Utredningen visar också att sågutbytet endast var 47 %. Det innebär att ca 18 miljoner m 3 från ursprungsråvaran blir till flis, sågspån och kutterspån. Johan Hirsmark har gjort följande sammanställning över den maximala produktionen av pelletts som är möjlig 7, se tabell 1. Det produceras vid sågverken idag också ca 18 TWh cellulosaflis, som används för att byta till sig sågtimmer från massaindustrin. Vid vidareförädlingsindustrin finns det en betydande mängd av kutterspån, slipspån mm som inte tagits med i beräkningarna. Om hela den möjliga pelletsproduktionen på 17 TWh skulle användas till uppvärmning av villor med ett medelvärmebehov på kwh per år skulle det räcka till uppvärmning av Ton Pellets TWh Bark Sågspån Bakaved, avkap mm Torrflis Kutterspån Totalt Tabell1, maximal produktion pellets 6 SågFakta Defined Bimass Fuels in Sweden 9

11 villor. Pelletsen bör i första hand användas av mindre förbrukare. Större energiproducenter bör i stället använda flis och grot. 5.2 Processen Så här fungerar tillverkningsprocessen av pellets vid Bioenergis anläggning i Luleå. De olika stegen hänvisar till figur Lastbilar med spån från Seskarö såg, Rolfs såg i Kalix, SCA i Munksund och Ångsågen i Luleå vägs både när de kommer och åker igen. 2. I den särskilda mottagningsbyggnaden lossas lasten i markfickorna och fukthalten mäts. På detta sätt är det lättare att bara betala för energin i spånet. Spånet innehåller ca 50 % vatten. Man skiljer på gran och tallspån. 3. I beredningsbyggnaden finns en magnetavskiljare som avskiljer metallskrot. Det finns även en rivare som river sönder eventuella klumpar i spånet. Spånet går sedan vidare till råvarusilon för att sedan transporteras in i rotertorken. 4. Heta syrefattiga (>3%, måste vara >12% för att brinna) rökgaser från Lulekraft nyttiggörs i torkningsprocessen. 5. De heta rökgaserna trycks in i torken och både torkar spånet och transporterar det genom rotertorken. Dessa gaser kan vara mellan grader beroende på hur hög produktion man önskar. I denna torkningsprocess torkas mellan ton vatten bort per timme. Efter detta steg har spånet en fukthalt på 10% 6. Spånet och rökgaserna avskiljs nu i tre olika steg a) grovavskiljaren b) i cyklonavskiljaren ramlar spånet ner på ett transportband som tar det till mellanlagersilon. Gaserna går vidare till ett c) vattenfilter där stoft och lukt avskiljs innan gaserna går ut genom skorstenen. d)systemfläkt som driver gaserna genom hela systemet. 7. I hammarkvarnarna efter mellanlagersilon mals spånet till mellan 0,5-3mm innan det med tryckluft transporteras upp till materialavskiljare. 8. Ånga tillförs spånet för att frigöra ligninet i spånet, sedan pressas detta genom en matris i de fyra pelletspressarna. När pelletsen kommer ut ur matrisen är den ca 100 grader varm. Sedan faller den ner till två kylare. Produktionskapaciteten är ca 15 ton per timme. 9. Här kyls pelletsen ner till ca grader med luft utifrån. Sedan transporteras den för siktning via en skopelevator. 10. I sikten avskiljs findelarna som går tillbaka till materialavskiljarna. Den nu klara pelletsen vägs innan den slutligen transporteras till de två lagerbyggnaderna. 11. Lagerbyggnaderna rymmer ton vardera. 12. I bulkanläggningen siktas pelletsen ytterligare en gång innan den lastas i bulkbilar som kör ut produkten till konsumenter i närområden. Här säckas också pellets i storsäck á 500kg eller småsäck á 16kg. 10

12 13. Fabriken styrs av två operatörer per skift. Det finns 10 skiftarbetare anställda och 2,5 personer på marknad och försäljning. Figur 3, Bioenergis process av pellets i Luleå 11

13 5.3 Pelletsanvändning På Bioenergi i Luleå tillverkas varje år ca ton pellets. Största delen, ca 80% säljs till stora Kraftvärmeverk i södra Sverige. Resten används av vanliga villaägare som använder den till att värma upp husen. Det finns ett stort utbud av pelletskaminer och pelletsbrännare. Dessa brännare och kaminer är väldigt effektiva då de har en verkningsgrad på ca 85-93%. I Sverige har 80% av alla villor direktverkande eluppvärmning. Detta är ett stort problem nu när vi ska försöka komma bort från kärnkraften. Om en villaägare med endast eluppvärmning skulle installera en pelletskamin som kostar ca kr skulle elförbrukningen minska med ca 40% 8. Om man jämför energiinnehållet i 1 kubikmeter olja och 1 ton pellets så är oljan dubbelt så energirik med kWh/kubikmeter dvs 5000kWh/ton för pellets Beskrivning av BIONA Pelletsbrännare Nedan följer en beskrivning av Bionabrännaren. Punkterna hänvisar till figur Pellets Transporteras från förrådet via en skruv. 2. I kvarnen mals pelletsen sönder till ett homogent bränsle. Detta är positivt för att då har inte pelletskvaliteten lika stor betydelse för att få en effektiv förbränning. 3. Med hjälp av temperaturen i brännaren justerar styrsystemet automatiskt in det optimala förhållandet mellan bränsle och luft. Styrsystemet ger även signal när det är dags att aska ur pannan och det sköter även om skruvtransportören. 4. Slangen fungerar som en säkerhet i och med att den brinner av om brännaren får bakeld, på detta vis elimineras risken att det börjar brinna bakåt mot pelletsförådet. 5. Fläkten förser brännaren med syre. 6. Värmeellementet antänder bränslet när brännaren ska starta. 7. Fotocellen känner av när bränslet tagit eld och gör så att värmeelementet stängs av. 8. Rotormotorn driver rotorn. 9. Rotorn rör om i eldhärden så att en mer fullständig förbränning sker. 10. Bränslet brinner på Rostret. 11. Ett automatiskt sintringspjäll tömmer ut de mineraler m.m som finns i bränslet och som inte brunnit innan de sintrar fast i brännaren. 12. I sintringslådan ramlar mineraler m.m. ut. 13. Inne i brännkammaren sker förbränningen. 14. Temperaturgivaren känner av när brännaren ska starta och stanna. 8 Nordic värmesystem, Luleå 12

14 Figur 4, Bionabrännaren Funktion I stort fungerar en pellets brännare så att pannans eller ackumulatortankens termostater styr brännaren. När temperaturen blir för låg startar brännaren. Skruven matar fram pellets till kvarnen där den mals sönder och faller ner och automatisk tändning sker. När temperaturen i pannan eller ackumulatortanken är tillräckligt hög slår termostaten ifrån och inmatningen av bränslet upphör. Fläkten går några minuter efter att brännaren slocknat för att kyla ner den. När sedan termostaten säger till igen börjar proceduren om på nytt. Effekten på Bionabrännaren är 20kW och den har en imponerande verkningsgrad på upp till 93,7%. Om man ska jämföra olika brännare måste man ha samma typ av panna. 13

15 5.3.3 Konvertering från direktverkande el till pelletseldning Installationskostnad: ca kr 9 Årsförbrukning normalstor villa: kWh Årsförbrukning Pellets: (25 000kWh / 5000kWh/ton)/0,937(verkningsgrad) 10 = 5,315ton Årskostnad Pellets: - Bulkbil: 5,315ton * 1450kr/ton = 7 707kr/år jfr: 30,8 öre/kwh - Storsäck: 5,315ton * 1900kr/ton = kr/år jfr: 40,4 öre/kwh - Småsäck: 5,315ton * 2000kr/ton = kr/år jfr: 42,5 öre/kwh Årskostnad el: kWh/år * 0,90kr/kWh 11 = 22500kr/år jfr: 0,90 öre/kwh Tid för att Investeringen ska löna sig med dagens priser (bulkbil): / ( ) = 10,14 år = 10 år och 2 månader Det kan tyckas som ganska länge innan man har tjänat på denna investering men elpriset lär inte bli lägre på grund av avvecklingen av kärnkraften. Vi i Sverige vill gå mot att värma hushållen på andra sätt än det som hittills varit vanligast dvs. med enbart elradiatorer. Verkningsgraden är mätt i skorstenen. Om man räknar på hela årets verkningsgrad blir den inte lika stor eftersom brännaren sommartid bara används till att värma tappvarmvatten. 9 Produkt och installationskostnad av brännare, panna, ackumulatortank, pelletslager med matarskruv och system för vattenburen värme. 10 Teknisk beskrivning Bionabrännaren. 11 Vattenfall, elpriser 14

16 5.3.4 Konvertering från oljevärmning till pelletseldning Installationskostnad: ca kr 12 Årsförbrukning normalstor villa: kWh Årsförbrukning Pellets: (25 000kWh/år / 5000kWh/ton)/0,80(verkningsgrad befintlig panna) = 6,25ton Årskostnad Pellets: - Bulkbil: 6,25ton * 1450kr/ton = 9 063kr/år jfr: 36,3 öre/kwh - Storsäck: 6,25ton * 1900kr/ton = kr/år jfr: 47,5öre/kWh - Småsäck: 6,25ton * 2000kr/ton = kr/år jfr: 50,0 öre/kwh Årsförbrukning olja: - (25 000kWh/år / 10000kWh/m 3 )/0,80(verkningsgrad) = 3,125m 3 Årskostnad olja: - 3,125m3 * 8 010kr/m 3 13 = kr/år jfr: 1,00kr/kWh Tid för att Investeringen ska löna sig med dagens priser (bulkbil): / ( ) = 1,63 år = 1 år och 8 månader Vi ser här att denna investering betalar igen sig väldigt snabbt, vilket gör att det nu med dagens oljepriser borde vara många som byter ut sin oljebrännare mot en pelletsbrännare. Största vinnaren på detta är miljön. 12 Produkt och installationskostnad för brännare och matarskruv 13 OKQ8, Villaoljepris 15

17 5.3.5 Verklig verkningsgrad för en villaägare Den verkliga verkningsgraden visar hur stor andel av energin som kan användas till energibehovets syfte. Det vill säga hur mycket energi som finns kvar från råvaran när man dragit bort energiförlusterna ifrån transporter, tillverkning och användning. Verkliga verkningsgraden beräknas utifrån att pelletsverket hämtar spån från en radie på 7mil och att konsumenterna, det vill säga villaägarna bor inom en radie på 10mil. I det här fallet har vi studerat Luleås pelletsfabrik. En radie på 10mil skulle omfatta Luleå, Piteå, Boden och Kalix. Villans verkningsgrad beräknas på pelletspannans verkningsgrad samt energiförluster i transport från fabrik. Den största skillnaden i verkningsgrad är beroende på om konsumenten har möjlighet att lagra pelletsen. Stora lager medför att det endast behövs ett fåtal transporter per år medan eldning utan lagringsmöjligheter kräver många transporter. Nedan följer en tabell som visar de olika verkningsgraderna för en villaägare som köper kwh per år vilket motsvarar 6ton pellets. Transportsätt Antal Villans verkningsgrad efter Verklig transporter transport (%) verkningsgrad (%) Bulkbil 3ton Bil + släp 2*500kg Bil 5*20kg Tabell 2. Verklig verkningsgrad, se bilaga 1 för uträkningar. I uträkningarna av verkningsgraden har bulkbilen antagits besöka 5 villor åt gången för att minska transporterna. Som vi ser så ökar verkningsgraden betydligt om vi har möjlighet att ta emot och lagra större mängder pellets vid varje tillfälle. Om den möjligheten finns kan vi skona miljön mot onödiga transporter och på samma gång spara pengar då pellets i bulkform är billigare än förpackad. Börjar fler använda pellets ökar potentialen för bulkbilen att kunna transportera ut pellets till fler hushåll under samma transport vilket är ett positivt steg mot en bättre miljö. Verkningsgraden för säckar kan vara lite missvisande då grossister på närmare håll köper in större mängder åt gången. En som vill ha 20kg säckar behöver oftast inte åka 10mil Verkningsgraden i framtiden När utvecklingen och användandet av pellets ökar kommer restprodukterna från sågverken med största sannolikhet inte att räcka till. Då måste råvaran hämtas ifrån naturen. I och med att man måste avverka/skörda råvaran och mala ner den kommer mer energi gå åt till tillverkningsprocessen och den verkliga verkningsgraden kommer att sjunka. I gengäld kommer pelletsfabrikerna att effektiviseras. Även om verkningsgraden sjunker lite kommer den ändå att ligga betydligt högre än hos många andra energislag. 16

18 5.4 Miljöeffekter Positiva Pellets har många goda egenskaper då det gäller miljöpåverkan. Det görs av biologiskt material som är förnyelsebart; spån, bark och flis etc. Så länge uttaget av råvarumaterial inte överskrider tillväxten har vi en hållbar energikälla, jämfört med de fossila bränslena som kommer att ta slut. Vid förbränning av pellets bildas växthusgasen koldioxid (CO 2 ), träden tar hela tiden upp koldioxid när det växer så man räknar med att koldioxiden har en livscykel på 100år vilket motsvarar tiden för träden att växa upp igen efter avverkning. På lång sikt får vi alltså ingen ökning av koldioxid i atmosfären. För att täcka behovet kan det i framtiden bli aktuellt att börja använda andra biobränslen till pellets som kanske har en mycket kortare livscykel. För halm till exempel skulle cykeln bli ca 1år. I dagens läge görs pellets till största delen av restprodukterna från sågverk, främst spån som har högt eldningsvärde. Vi har lärt oss att ta tillvara spånet på ett bra och miljövänligt sätt. Att elda med spån har krävt stora lager och många transporter, medan pelletsen vars volym är ca en tredjedel av spånet resulterar i att det får plats tre gånger så mycket energi per transport. Mer energi per transport resulterar i färre transporter, vilket i sin tur leder till att det blir ekonomiskt med längre transporter. Villaägare kan lättare byta ut oljan mot pellets då lagringsmöjligheterna inte behöver vara lika stora som för spån och andra biobränslen. Hanteringen av pellets är inte svår vilket medför att de flesta som har eldningsmöjligheter kan börja använda den. Pellets har en hög verklig verkningsgrad som ligger på ca 60-70% av energiinnehållet, energiförluster vid transport, tillverkning och förbränning inräknat. Självklart kan verkningsgraden bli betydligt lägre om man använder en gammal dålig panna. Idag finns utrustning med en så kallad lambdasond som känner av syrehalten i brännaren. Med hjälp av denna kan flödet av luft och bränsle styras automatiskt för att optimera förbränningen. Bättre förbränning minskar både andelen stoft i röken och utsläppen av kolmonoxid som bildas vid brist på syre. En del av dagens pelletsbrännare har denna utrustning inbyggd eller som tillbehör. Försök att rena röken med hjälp av en katalysator på skorstenen, likt bilarnas avgasrening, är också en metod som undersöks närmare. Svavel Halten svavel i träpellets utan tillsatser är relativ låg jämfört med eldningsolja, 5-10mg/MJ tillfört bränsle, motsvarande 0,01-0,02 procent av torrsubstansen. Olja av miljöklass 1 måste ligga under 0,05 procent. I pellets med tillsatsen lignin, ett naturligt bindningsmedel, kan svavelhalten ligga på upp till 50mg/MJ. Kväve Utsläppen kväveoxider (NO x ) är i samma storleksordning som för oljan. För villabruk har mätningar visat utsläpp på mg/mj tillfört bränsle. Idag finns oljebrännare som ligger på 30mg/MJ men den genomsnittliga i Sverige ligger på ca 50mg/MJ Negativa Börjar många elda med pellets krävs en ökning av produktionen, eller att vi importerar från andra länder. Import kräver längre transportsträckor vilket inte är bra miljömässigt. Även om vi själva producerar tillräckligt ligger den största råvaruresursen i norra Sverige vilket medför långa transporter till södra Sverige. I dagens läge är det överskott på spån från sågarna i norr 17

19 medan det börjar bli en bristvara i södra Sverige. Dessa negativa effekter övervägs av de positiva när utbyte av fossila bränslen till biobränsle sker. Aska Vi är dåliga på att återföra askan till naturen. Askan innehåller viktiga mineraler som en gång tagits upp i naturen och måste återföras för att få ett fungerande kretslopp. Det är ett problem som måste lösas för att kunna fortsätta, och öka energiförsörjningen med pellets. Närmiljön Lokalt kan närmiljön märka av utsläppen från eldning med biobränslen genom ökat nedfall av svavel och kväveoxider som kan leda till försurningar. Men globalt är de negativa effekterna från användningen av biobränslen relativt små. 5.5 Avfall Vid förbränning av pellets bildas aska. Om pellets är tillverkad av enbart sågspån så blir askhalten mellan 0,5 och 0,7 vikt % 14. Mängden aska som måste tas ut ur pannan är dock något större, eftersom det alltid blir en liten mängd oförbränt material kvar. För en villa som förbrukar ca 6 ton pellets per år blidas då ca 40 kg aska. Om däremot pelleten är tillverkad av torv så blir askhalten 3,5 vikt % 15. En undersökning av villaägare med pellets som uppvärmningsmetod gjordes i slutet av 90 talet av Johan Vinterbäck 16. Undersökningen visade att 65 procent av de svenska pellethushållen lägger askan i sin trädgård, 14 procent lägger den i soporna, 13 procent på andra platser, till exempel i komposten och 8 procent lägger askan på flera ställen. Merparten av askan från energiproducenter läggs idag på deponi, vilket medför en kostnad och utgör ett potentiellt miljöproblem, framförallt genom läckage till grund- och ytvatten. Ett ökat uttag av biobränslen från skogen innebär att stora mängder näringsämnen försvinner och studier visar att områden där man tagit ut biobränslet har ökat försurningen. Askan från biobränslen har följande växtnäringsinnehåll; Fosfor, Kalium, Kalcium och Magnesium. Om askan uppfuktas får den ett högt PH-värde och fungerar därmed som kalk, dvs. den minskar surhetsgraden i jorden. Askan innehåller också små mängder av tungmetaller. Idag rekommenderar t.ex. Luleå kommun att askan sorteras som komposterbart avfall. Om användningen av pellets ökar så bör det upprättas stora behållare i områden med ett stort antal pelletsbrännare som kan ta hand om askan så att den sedan kan återföras till naturen Återföring av aska För att inte störa naturens kretslopp måste askan återföras till mark där skog har avverkats. En dos på 1-2 hg torr aska per m 2 (1-2 ton/ha) motsvarar ungefär uttaget av virke ur skogen. Askan kan även tillåtas ersätta handelsgödsel i trädgårdar och parker. Vid Falu värmeverk i Dalarna har man återfört askan till skogen. Värmeverkets egna beräkningar visar att kostnaden för att lägga askan på deponi skulle uppgå till 540 kr/ton inkl deponiskatt. De har nu spridit totalt ca 700 ton aska i skogen med hjälp av traktorer och 14 Pelletspärmen (2002) 15 Bioenergi i Luleå AB 16 Wood pellet use in Sweden (2002) 18

20 försöken visar att kostnaden blev så låg som 390 kr/ton 17. Om vi antar att askhalten vid förbränning av pellets är 1% så blir kostnaden för askåterföring endast 3,90 kr/ton pellets det innebär en kostnad på ca 0,078 öre/kwh För att askan inte ska ge naturen en chock när den sprids så måste den packas ihop och spridas i mindre kulor. De finns tre metoder för detta. Krossaska innebär att askan packas i en hög och får sedan självhärda under några veckor, därefter krossas askan i lämplig storlek. Om askan har en låg kolhalt kan den rullas till små kulor, detta kallas för granulering. Den tredje metod som kan användas är pelletering. Denna metod är under utveckling och i dagsläget dyrare än de andra två metoderna. Försök som gjorts av Skogforsk 18 visade att krossaskan löser sig lätt med vatten när den kommer ut i naturen, däremot visade sig pelleterad aska vara mer svårlöslig. Askan kan sedan spridas med hjälp av traktorer, eller med hjälp av helikopter om terrängen är svårtillgänglig och om det är stora arealer. 17 Återföring av träska (2002) 18 Skogforks, Resultat Nr 15 (1998) 19

21 6. Slutsats och framtidsutsikter År 2005 är det tänkt att Kyotoprotokollet skall träda ikraft. Protokollet skall begränsa utsläppen av växthusgasen, CO 2. I och med detta och att våra fossila bränslen kommer ta slut måste vi ersätta dem med alternativa lösningar. Biobränslena har en stor potential att bli ett av de dominerande bränslena för uppvärmning. Idag används till största delen restprodukter från sågverken. I framtiden kommer vi troligen att börja använda grot, grenar och trädtoppar. På många åkermarker i Sverige odlas det idag energiskog, i södra Sverige odlas salix och i norra Sverige rörflen. Olika grödor går också att använda som biobränslen, idag använder man t ex både havre och halm. Globalt sett har länder med liten skogsareal mindre potential för att använda bioenergi. De kan dock använda åkermark för odling av energigrödor. Men samtidigt kommer jordens befolkning att öka och då måste kanske åkermarken användas för att odling mat. Länder med liten befolkningstäthet har också större potential för biobränslen, det blir större yta per person att avsätta för biobränslen. Därför har vi i Sverige stora förutsättningar att öka produktionen av biobränslen, även exporten kommer troligen att öka. Ur både miljömässiga och ekonomiska aspekter är det lönsamt att konvertera från olja och el till pellets. Miljön är den största vinnaren. I framtiden kommer vi troligen att se ett ökat elpris vilket medför att de blir mer ekonomiskt. Priset på pellets har legat på en ganska konstant nivå de senaste åren medan de andra energierna har haft kraftiga ökningar. Det finns en risk att priset höjs kraftigt när vi fått många användare som är beroende av pellets. Förhoppningsvis ser staten till med skatter och restriktioner att det fortfarande blir lönsamt att elda med pellets jämfört med andra alternativ. 20

22 7. Källförteckning 1 Svenska gasföreningen. 2 Kraftvärmeverket i Västerås. 3 Sveriges geologiska institut. 4 Förnybart, Nyhetsblad från svensk torv årgång 4, nr , 5 Energimyndighetens faktabas. Olika slags energi, biobränslen. 6 Navrén, M. m.fl. Sågfakta Uppsala: Sveriges Lantbruksuniversitet. Institutionen för skogens produkter och marknader. 7 Hirsmark, J. (2002) Densified Biomass Fuels in Sweden. Uppsala: Sveriges Lantbruksuniversitet. Institutionen för skogshushållning 8 Nordic värmesystem, Samtal med personal, Luleå 10 MBIO Energiteknik AB, teknisk beskrivning Bionabrännaren, 11 Vattenfall, elpris OKQ8, Villaoljepris, 14 Hadders, G., (2002) Pelletspärmen. Sveriges Lantbruksuniversitet. Institutet för jordbruksoch miljöteknik Lehtonen, Roger. Muntliga diskussioner med fabrikschef på Bioenergi i Luleå. 16 Vinterbäck, J. (2000) Wood pellet use in Sweden, a systems approach to the Residential sector. Uppsala: Sveriges Lantbruksuniversitet 17 Liss, Jan-Erik, m.fl. (2002) Återföring av träaska till skogsmark. Högskolan Dalarna 18 Ring, E., m.fl. (1998) Skogforsk Resultat Nr 15. Uppsala: Skogforsk Övriga källor Sveriges Lantbruksuniversitet, Uppsala. Stiftelsen Svensk torvforskning. Sveriges geologiska undersökning. Bioenergi Luleå. 21

23 Bilaga 1, verkningsgrad för villaägare Verklig verkningsgrad Den verkliga verkningsgraden visar hur stor andel av energin som kan användas till energibehovets syfte. Det vill säga hur mycket energi som finns kvar från råvaran när man dragit bort energiförlusterna ifrån transporter, tillverkning och användning. Fabriken Verkningsgrad Fabrikens verkningsgrad beräknas utefter producerat pelletsbränsle, förluster i produktion och transporter av spån till fabriken från sågverk inom en radie på 7mil. 14 lastbilar anländer varje vardag till fabriken utom en månad då fabriken har semesterstängd. Vi antar att en lastbil med full last drar ca 5liter per mil. Energiinnerhållet i en liter bensin är 12 kwh. Fabriken producerar 90000ton pellets med 5000kWh per ton varje år. Producerad energi 90000ton * 5000kWh/ton= 450GWh Förluster Transport: 231arbetsdar * 14mil (tur och retur) * 14lastbilar * 5liter * 12kWh = 2,717GWh Uppskattad energiförbrukning av fabriken: 90GWh Sammanlagt 92,717GWh. Verkningsgrad (1-92,717/450) * 100 = 79% För att producera 30000kWh måste fabriken tillsätta 8000kWh Konsumentens verkningsgrad Villans energiförluster beräknas utefter att pannan och pelletsbrännaren har en verkningsgrad på 90 %. Transportförlusterna beräknas på hur många transporter som behövs och med vilket fordon. Villans värmeförlust 30000kWh * 10% = 3000kWh Transport mellan fabrik och konsument Villaägaren antas köpa 30000KWh pellets vilket motsvarar 30000kWh/5kWh per kg = 6ton pellets. Är villan utrustad med bulklagringsmöjligheter behövs två transporter på vardera 3ton. Hämtas pelletsen med bil och släp med två stycken 500kg säckar behövs 6 transporter. Finns endast små lagringsmöjligheter måste pelletsen köpas i 20kg säckar, här antas att förvaring av 5st säckar är möjligt. Då behövs 60st transporter. 22

24 Bulk transport Bulkbilen antas besöka ca 5 hus åt gången för att minska transporterna. 2transporter * 20mil * 5liter * 12kWh / 5hus = 480kWh Total värmeförlust: 3000villa + 480transport = 3480kWh Villans verkningsgrad: 1- (totala värmeförlusten/köpt energi) * (3480/30000) * 100 = 88% Verkliga verkningsgraden: 1- (total värmeförlust (villa, transport, fabrik) / ursprunglig energi) * 100. (1- ( )/38000) * 100 = 70% Verklig verkningsgrad = 70% Bil och släp med 2x500kg 6transporter * 20mil * 1liter * 12kWh = 1440kWh Total värmeförlust: 3000villa transport = 4440kWh Villans verkningsgrad 1- (4440/30000) * 100 = 85% Verklig verkningsgrad (1- ( )/38000) * 100 = 67% Bil 5x20kg 60transporter * 20mil * 1liter * 12kWh = 14400kWh Total värmeförlust 3000villa transport = 17400kWh Villans verkningsgrad 1- (14400/30000) * 100 = 52% Verklig verkningsgrad (1- ( )/38000) * 100 = 33% 23