Ökad fjärrvärmeleverans till industrin Danica Djuric Ilic a, Louise Trygg a a Division of Energy Systems, Department of Management and Engineering, Linköping University, SE-581 83 Linköping, Sweden Inledning Flera tidigare studier har visat att omvandlingen av industriprocesserna från el och fossila bränslen till fjärrvärme (FJV) kan vara en kostnadseffektiv och energieffektiv åtgärd som resulterar i en ökad användning av kraftvärmeverk (KVV) i det lokala fjärrvärmesystemet (FJVS) och därmed till en minskning av de globala utsläppen av växthusgaser. I denna studie har vi analyserat hur en konvertering av energianvändningen från olja och el till FJV i tillverkningsindustrier i tre olika regioner påverkar dels de lokala FJVS i industriernas närhet, dels det globala utsläppet av växthusgaser. Vi har också bedömt ekonomiska konsekvenser samt inverkan på primärenergianvändning till följd av i konverteringarna. Fallstudie I studien ingick åttiotre företag tillhörande 15 olika branscher inom svensk tillverkningsindustri. Industrierna är belägna i tre län; 43 stycken ligger i Västra Götaland, 23 stycken i Östergötland och 17 stycken i Jönköpings län. Anledningen till att välja län i södra Sverige är att den årliga utomhustemperatursvariationen är större i södra Sverige än i norra Sverige, vilket leder till en mindre effektiv användning av anläggningarna för basproduktion i FJVS. Uppgifterna om energianvändningen i företagen hämtades från energisystemanalyser genomförda under perioden 2010 2012 av Linköpings universitet samt Energikontor Sydost. Metod Analysen utfördes i tre moment. Först identifierades vilka industriprocesser som kunde konverteras till FJV genom en sammanställning av olika egenskaper hos processerna, som t.ex. temperaturnivåer och säsongsvariationer. Därefter användes verktyget MeHLA, Method for Heat Load Analysis, för att analysera hur konverteringarna kan förväntas påverka lastkurvorna i de lokala FJVS. Slutligen analyserades konverteringarnas effekter på energikostnaderna i företagen och på det globala utsläppet av växthusgaser under två olika energimarknadsscenarier för år 2030. De två energimarknadsscenarierna som använts har utvecklats av International Energy Agency; ett av scenarierna utgår från de senaste policyåtagandena (WEO-np) och det andra scenariot från att det så kallade tvågradersmålet for den globala uppvärmningen ska uppnås till rimliga kostnader (WEO-450). FJV priserna och FJV växthusgaskoefficienterna beräknades under antaganden att cirka 65 % av FJV produceras i KVV (55 % med biobränslebaserade KVV och 10 % med fossilbränslebaserade KVV), att cirka 30 % av FJV skulle produceras i biobränslebaserade hetvattenpannor och att
resten av FJV skulle produceras med värmepumpar, i avfallbaserade anläggningar samt i fossilbränsledrivna hetvattenpannor. Resultat och diskussion Resultaten från studien visar att det finns en stor potential för ökad FJV-användning i tillverkningsindustrin i alla de analyserade länen (Tabell 1). När konvertering av eldrivna kompressorkyla till FJV-drivna absorptionskyla analyseras antas att kylkompressorernas kylfaktor är 3 och att absorptionskylmaskinernas kylfaktor är 0,7. Detta leder till att det behövs cirka 4,2 gånger mer FJV än el för att producera kyla med absorptionskylmaskinerna jämfört med eldrivna kompressionskymaskiner. Följaktigt är de nya FJV behoven i alla analyserade län högre än minskningarna av el, fossila bränslen och biomassa (Tabell 1). När primärenergianvändningen för elproduktion och FJV-produktion ingår i analysen är förhållandet mellan energianvändningen för absorptionskylproduktion och för kompressorkylproduktion lägre och beror på typ av marginallelproduktionsanläggning och på typ av FJV-produktionsanläggning. Tabell 1. Förändringar i industriernas energianvändning i de tre studerade länen (GWh/år). Västra Götaland Östergötland Jönköpings län El -13-18 -9 Olja -20-11 -3 Biomassa - - -22 Naturgas - -8 - FJV +44 +84 +40 Den högsta procentuella ökningen av FJV-användningen finns i Jönköpings län (Figur 1) där FJV-användningen för de industrier som ingick i studien kan öka 9 gånger (från 5 GWh till 45 GWh per år). Konvertering till FJV inom produktionsprocesserna torkning och uppvärmning är de största bidragen till möjliga ökningen av FJV-användningen i länet. Dessa två processer står för 70 % av den totala FJV-användningen efter konverteringen. I Östergötlands och Västra Götalands län kan FJV-användningen dubbleras (från 84 GWh till 168 GWh per år) respektive fyrdubblas (från 14 GWh till 58 GWh per år). I Östergötland (Figur 2) beror den största ökningen av FJV-användingen på konvertering till FJV-drivna absorptionskyla. Eftersom den processkylan som konverteras till absorptionskyla produceras med kylkompressor idag, kommer konverteringen att resultera i betydande minskning av elanvändning i länen (Tabell 1). Mer än 95 % av FJV-användningen i tillverkningsindustrin i Västra Götaland (Figur 3) används till uppvärmning och tappvarmvatten (cirka 11 GWh per år) idag och det finns en potential att öka den FJV-användningen med cirka 150 % (upp till 27 GWh per år). Det finns också potential att öka FJV-användning för processerna torkning, uppvärmning, processkyla och komfortkyla.
Figur 1. FJV användning för olika stöd- och produktionsprocesser inom tillverkningsindustrin i Jönköpings län per månad. Figur 2. FJV användning för olika stöd- och produktionsprocesser inom tillverkningsindustrin i Östergötland per månad.
Figur 3. FJV användning för olika stöd- och produktionsprocesser inom tillverkningsindustrin i Västra Götaland per månad. Påverkan på de lokala FJVS Ökningen av elproduktion till följd av den ökade FJV-användningen är störst i Östergötland (27 GWh/år) där FJV-användningen kan öka med 84 GWh/år (Tabell 1). Ökningen av elproduktion i Västra Götaland och i Jönköpings län är 14 GWh och 13 GWh årligen. FJV-driven komfortkyla har den största potentialen att minska säsongsvariation av FJV produktionen i FJVS. Det är på grund av att behovet av komfortkyla är störst under sommaren när efterfrågan på uppvärmning är lägst. Ekonomiska effekter I studien är hänsyn inte tagen till investeringar som uppkommer vid konvertering till FJV. I alla analyserade länen, och vid båda energimarknadsscenarierna, minskar energikostnaderna i företagen till följd av konverteringarna. Potentialen för att minska energikostnaderna är högst i Västra Götalands län (mer än 1 miljon per år). Den lägsta potentialen finns i Östergötlands län (mindre än 0,2 miljon per år). Effekter på de globala utsläppen av växthusgaser Den ökade elproduktionen i KVV och den minskade el- och fossilbränslenanvändning i tillverkningsindustrierna medför minskade globala utsläpp av växthusgaser. Minskningen av de globala utsläppen av växthusgaser är i hög grad beroende av den alternativa användningen av biomassa och på vilken typ av anläggning för marginalelproduktion som antas. När marginalel produceras i kolbaserade kondenskraftanläggningarna (WEO-np), leder
FJV-konverteringen inom tillverkningsindustrin till en minskning av utsläppen av växthusgaser, även om marginaleffekterna av användningen av biomassa beaktas. Den största minskningen uppnås i Östergötlands län med 40 tusen ton av CO 2eq ton per år. När biomassa antas vara en knapp resurs uppgår minskningen till 24 tusen ton per år (alternativ användning av biomassa antas vara Fischer-Tropsch-diesel produktion). Slutsatser Konvertering av produktionsprocesser och stödprocesser inom tillverkningsindustrin till FJV innebär en möjlighet att minska beroendet av fossila bränslen och el inom industrin och leder till en mer effektiv drift av FJV-produktionsanläggningar i de lokala FJVS vilket kan ge både minskade globala växthusgasutsläppen och minskad primärenergianvändning. Typ av produktionsprocesser som kan konverteras till FJV är beroende av branschtillhörighet. Potentialen för konvertering till FJV-driven torkning finns inom tillverkningen av trä och trävaror, tillverkningen av metallvaror samt inom livsmedelsframställning. Torkning är den produktionsprocess som har den jämnaste lasten under dygnet, eftersom behovet av torkning vanligen är konstant och oberoende av arbetstid. Möjlighet att konvertera till FJV finns också i produktionsprocesser inom branscherna textilvarutillverkning och livsmedelsframställning. I dessa branscher kan FJV användas för förvärmning av vatten för disk och klädtvätt. Potentialen för konvertering till FJV-driven absorptionskyla finns framför allt i produktionsprocesser inom branscherna tillverkningen av kemikalier och kemiska produkter, tillverkningen av farmaceutiska basprodukter och läkemedel, samt i tillverkningen av gummioch plastvaror. Resultatet från studien visar hur en ökad användning av FJV i industrin kan leda till lägre energikostnader inom industrin samt till minskning av de globala växthusgasutsläppen. Potentialen för att minska de globala växthusgasutsläppen är starkt beroende av marginaleffekterna av användning av biomassa och typ av anläggningar där marginallel produceras. När biomassa antas vara en knapp resurs leder den ökade användningen av biomassa i FJVS till en minskning av biomassaanvändningen i något annat energisystem (t.ex. för produktion av transportbiobränsle eller för elproduktion) vilket följaktligen leder till en ökning av fossilbränsleanvändningen inom det energisystemet (t.ex. i transportsektorn eller i elproduktionssektor). Minskiningen av de globala växthusgasutsläppen är därför högre när biomassa inte antas vara en knapp resurs. Potentialen för minskade växthusgasutsläpp är också högre när marginalel produceras i kolbaserad kondenskraftanläggningarna än när den produceras i naturgasbaserad kondenskraftanläggningarna vilket beror på antagandet att el som produceras i FJVS ersätter marginalproducerad el.