MÄT POTENTIALEN OCH HITTA FÖRLUSTERNA I BIOGASPRODUKTIONEN Johan Yngvesson September 2017 Research Institutes of Sweden SAMHÄLLSBYGGNAD ENERGI OCH CIRKULÄR EKONOMI
Innehåll Kort om RISE Projektet Benchmarking för effektivare biogasproduktion Vad gör vi frammåt? 2
Ett starkt, samlat forskningsinstitut för Sverige Sverige behöver en nationell och kraftfull innovationskapacitet för att klara den internationella konkurrensen om jobb och välfärd och möta globala utmaningar. Nya RISE syftar till att bygga en starkare, svensk institutssektor som bidrar till ökad näringslivs- och samhällsnytta. 3
RISE-koncernen Forskningsinstituten Innventia, SP och Swedish ICT och har gått samman och blivit RISE; Ett starkt, samlat forskningsinstitut för Sverige Omsatte drygt 2,5 Mdr SEK 2200 medarbetare, varav 30% disputerade forskare 4
Vi erbjuder Metanemissioner Gasanalyser Utrötningsförsök Substratanalyser Benchmarking Underhållstrategier Certifiering SPCR 120 Forskning och projektledning mm 5
Benchmarking för effektivare biogasproduktion 6
Projektets bakgrund Bakgrund till projektet Bristande lönsamhet Höga kostnader Omfattande tekniska problem Möjligheter att jämföra med andra 7
Projektets Syfte Identifiera och beskriva behovet av förbättringsarbete på anläggningarna genom systematisk jämförelse av nyckeltal Kostnader Energianvändning Prestation 8
Avgränsningar 1. Förbehandling 2. Rejekthantering 3. Hygienisering 4. Rötning 5. Biogödselhantering 6. Uppgradering 7. Högtryckskomprimering 8. Luktreducering 9
Datainsamling och nyckeltal 10
SEK/ton substrat Resultat Ex förbehandlingskostnader (F1 & F2) 11 400 350 300 250 200 150 100 50 0 max min Ex. Nyckeltal i rötningen (F4) Nyckeltal Enhet KPI # Max Min Medel Median n Behandlingskostnad flytande kr/ton v.v. 39 2014 323 69 123 87 6 2015 215 46 100 90 6 Produktionskostnad gas kr/kwh 46 2014 0,57 0,060 0,21 0,15 6 2015 0,40 0,10 0,19 0,17 6 Underhållskostnad kr/ton v.v. 50 2014 86 18 45 36 6 2015 68 6 32 30 6 - därav reservdelar kr/ton v.v. 51 2014 49 9 23 19 6 2015 22 0 10 10 6 Underhållskostnad kr/kwh 53 2014 0,13 0,02 0,07 0,07 6 2015 0,13 0,01 0,06 0,06 6 därav reservdelar kr/kwh 54 2014 0,09 0,01 0,04 0,03 6 2015 0,03 0,00 0,02 0,02 6 Kapitalkostnad kr/ton v.v. 58 2014 97 10 38 23 4 2015 53-29 32 5 Energikostnad kr/ton v.v. 63 2014 93 8 33 11 5 2015 79 2 28 11 6 Energieffektivitet kwh/ton v.v. 65 2014 138 16 62 47 6 2015 119 4 49 25 6 Tekniska fel antal/år 73 2014 30 2 17 19 6 2015 25 1 9 2 5 Handhavandefel antal/år 74 2014 10 2 5 5 6 2015 10 0 2 0 5 Totalt antal fel antal/år 75 2014 35 7 22 24 6 2015 35 1 11 2 5 Org. Belastning kgvs/(m³ d) 84 2014 4,5 0,6 2,8 3,3 7 2015 3,6 1,8 3,0 3,3 4 Tillgänglighet % 88 2014 100% 98% 99% 100% 7 2015 100% 97% 99% 100% 6 Anläggningsutnyttjande % 98 2014 100% 29% 64% 57% 7 2015 100% 31% 64% 60% 6 Kvalitetsutbyte % 90 2014 100% 12% 85% 97% 7 2015 98% 44% 81% 91% 6 TAK % 91 2014 98% 3% 57% 54% 7 2015 96% 21% 51% 38% 6 Produktivitet rötkammare Nm³ CH4/(m³ d) 93 2014 2,0 0,7 1,4 1,3 7 2015 1,8 0,8 1,2 1,2 6 Produktionsutbyte Nm³ CH4/ton 94 2014 140 36 87 98 7 2015 115 42 86 97 6 Fackling av gas % av rågas 102 2014 88% 0,2% 18% 4,1% 6 2015 56% 1,7% 19% 9,0% 6 Driftkostnad personal kr/ton v.v. 107 2014 53 0 22 15 6 2015 29 0 14 14 6 Övriga kostnader kr/ton v.v. 109 2014 7-4 4 5 2015 6-2 2 6 Behandlingskostnad per ton mottaget kr/ton ö.v. 113 2014 352 84 152 111 6 2015 220 82 146 137 6 Produktionskostnad per kwh rågas kr/kwh rågas 116 2014 0,57 0,06 0,21 0,16 6 2015 0,44 0,07 0,23 0,18 6 Energibehov (primärenergi/ton) kwh/ton ö.v. 119 2014 150 28 75 36 5 2015 195 7 71 36 6 Produktion rötning Produktivitet rötning MTBF MTTR + MWT Nm3 CH4/ton v.v. Nm3 CH4/ton ts timmar timmar 122 123 127 128 2014 1 459 341 593 472 7 2015 726 401 500 466 6 2014 2014 1 247 2014 119 245 6 37 618 2 70 440 4 57 6 5 7 5 2015 2015 8 638 2015 64 250 62 42 3 628 1 52 4 362 21 52 5 12 6 4 Produktionskostnad Biogödsel kr/ton biogödsel 147 2014 323 69 129 85 5 2015 215 50 103 92 6 Produktionskostnad rågas kr/nm3 CH4 2014 6 1 2 1 6 148 rågasmängd 2015 4 1 2 2 6
Beräkningar av totaleffektivitet, TAK (eng. OEE) T * A * K Tillgänglighet: T = t planerad t stopp t planerad Anläggningsutnyttjande: behandlad mängd A = kapacitet (t planerad t stopp ) Totaleffektiviteten är ett mått på funktionens förmåga att prestera i enlighet med specifikation. Den beräknas som produkten av tillgängligheten, anläggningsutnyttjandet och kvalitetsutbytet. Kvalitetsutbyte: K F4 = producerat mängd gas facklad gas producerad mängd gas 12
Kvantifiera förlusterna - exempel från rötning (F4) F; 2015 F; 2014 E ; 2015 E ; 2014 A ; 2015 A ; 2014 TAK stopptid outnyttjad kapacitet facklad gas Brist på substrat (till rätt pris) Bristande tillgänglighet förbehandling/hygienisering eller i uppgradering av gas Osäkerheter / risk / variationer i avsättning av fordonsgas Tillfälliga störningar i den biologiska processen Pumpunderhåll Fluktuationer i rågasproduktionen 0% 20% 40% 60% 80% 100% 13
Totaleffektivitet TAK (eng OEE) Max Medel Min Förbehandling 75% 39% 20% Rötning 96% 38% 21% Uppgradering 68% 38% 17% 14
Vad innebär 1% ökning av TAK i ekonomiska termer? 15
Rötningen Nyckeltal max medel min Totaleffektivitet, OEE 96% 53% 21% Behandlingskostnad (SEK/ton slurry ) Produktionskostnad (SEK/kWh rågas ) 97 77 46 1,9 0,67 0,21 Energibehov (kwh/ton) 119 86 57 16
Uppgraderingen Nyckeltal max medel min Totaleffektivitet, OEE 68% 38% 17% Medeltid mellan stopp, MTBR (h) Genomsnittlig stopptid, MDT (h) Produktionskostnad (SEK/kWh rengas ) 2888 817 46 110 29 0,9 1,22 0,47 0,11 17
Underhållet Förhållande AU/FU/RCA 100% 80% 60% Antal tekn. fel 2014 2015 Vattenskrubber 30 30 Vattenskrubber 52 13 Vattenskrubber 20 15 Vattenskrubber i.u. 160 Membranteknik 5 1 40% RCA AU FU 20% 0% 1 2 3 4 5 Anläggningar 18
Nyckeltal för mätning av underhållet MTTF = producerad tid / antal stopp upptid MTTF MDT Förbehandling 10-340 0 25 Rötning 250-8600 1-62 Uppgradering 46-2900 1-110 MDT = stopptid / anta l stopp nedtid 19
Gasproduktionen Substratet spelar rolll: Vattenmängd Sammansättning VS-innehåll Begränsade möjligheter att välja substrat 0,6-4,5 kgvs / m3, dag Viktigt sätta målvärde och utvärdera resultat 20
Kostnader - fördelning inom produktionen 7% 3% Förbehandling Rejekthantering Förbehandling och rejekthantering ca 40% 11% 29% Hygienisering Rötning Hygienisering, rötning och biogödsel ca 40 % 19% 13% 7% 11% Biogödselhantering Uppgradering HT komprimering Uppgradering och komprimering ca 20% Luktreducering 21
Underhållskostnader i rötningen (F4) 250 200 Behandlingskostnad Underhåll 150 100 50 0 Exempel: 10 0000 årston substrat ger besparingspotential 240 000 kr/år. 22
kr/ton v.v. Kostnader biogödselhantering 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 n= 6 n= 6 2014 2015 Median medel max min Transport står för 80-100 % av kostnaderna Avstånd till jordbrukare påverkar Avtal TS-halt Näringsinnehåll Vattentillförsel 23
Potential kostnader Kostnadsminskning Enskild (max) Bransch (median) i förbehandlingen - 440 kr/ton - 280 kr/ton i rötningen - 170 kr/ton - 0,37 kr/kwh - 44 kr/ton - 0,11 kr/kwh i uppgraderingen - 1,10 kr/kwh - 0,20 kr/kwh 24
kwh / ton v.v. Energi - behov hygienisering (F3) 80 60 40 20 0 n= 3 n= 4 2014 2015 Median Medel Max Min 25
Potential produktion Produktionsökning Enskild (max) Bransch (Median) i förbehandlingen 280 % 90 % i rötningen 350 % 150 % i uppgraderingen 300 % 50 % 26
Projektets resultat visar på stor förbättringspotential effektivitet och produktionsökning driftsäkerhet kostnadsminskning 27
Slutsatser: - Stor potential att öka produktionen, förbättra driftsäkerheten och minska kostnaderna hos anläggningarna Samsyn kring avgränsningar och nyckeltal Introducerat nya relevanta nyckeltal Att jämföra kostnader ger underlag till förbättringsfokus Bra dela erfarenheter mellan anläggningarna Mycket kvar att lära Svårt att samla in data Underlag från fler anläggningar är önskvärt 28
Möjligheter till förbättringar Stora effektivitetsförluster i produktionskedjan Kompetensbehov Marknadsförutsättningar & Politiska beslut Substratkvalitet Teknikutveckling Biogödselkostnader Stor förbättringspotential i underhåll Utveckla underhållsstrategier Mätning & uppföljning Mer FU (mindre AU) Grundorsaksanalys Tillståndsbedömningar garantier avseende driftsäkerhet vid köp av utrustning Utnyttja insignaler och data för analys och beräkningar av nyckeltal Nyckeltalsmål Visualisera med t.ex. tavlor i produktionen Börja smått för de lägst hängande frukterna 29
Exempel förbättringsåtgärder Kvarn på förbehandlingen ger minskat stopp i bl.a. pumpar Kondensfilter före kolonn i vattenskrubber ökat tillgängligheten. Kritikalitetsanalys & underhållsstrategier på anläggningen Reducerad drifttid på cirkulationspump i buffertank spar energi och reducerar slitage Beläggningsmaterial i pumpar Omförhandling avtal av biogödselhantering Översyn & synkronisering av styrsystem 30
Förslag på fortsatt arbete Produktionsuppföljning mäta förluster, mäta fel, Underhållstrategier rätt underhåll, rätt kompetens, rätt tid Kvalitetshöjande åtgärder i t.ex. insamling Dela erfarenheter och kunskap Samverka för teknikutveckling Fortsatt benchmarking Kommunicera behov och potential Testbädd Biogas 31
Rapporten finns för nedladdning www.energiforsk.se Energiforskrapport 2017-353 http://www.energiforsk.se/nyhetsarki v/underhall-okar-lonsamheten-ibiogas/ www.avfallsverige.se Avfall Sverige rapport 2017:05 http://www.avfallsverige.se/rapporter/ rapporter-2017/201705/ 32
TACK! Johan Yngvesson Johan.yngvesson@ri.se +46 (0)70-382 55 26 Research Institutes of Sweden SAMHÄLLSBYGGNAD ENERGI OCH CIRKULÄR EKONOMI