EnergiSystemAnalysMetod

Linköping Studies in Science and Technology Thesis No. 1092 EnergiSystemAnalysMetod för industriella energisystem LiU-TEK-LIC-2004:21 ISBN 91-7373-948-0 ISSN 0280-7971 Division of Energy Systems, Department of Mechanical Engineering Linköping Institute of Technology, S-581 83 Linköping, Sweden -I-

FÖRORD Arbetet med EnergiSystemAnalysMetoden EnSAM, har genomförts med professor Björn Karlsson Linköpings universitet som initiativtagare till metoden. Jag är mycket tacksam för att min handledare Björn Karlsson hjälpt och inspirerat mig till denna avhandling. Jag vill även rikta ett speciellt tack till professor Bahram Moshfegh, Linköpings universitet, som har varit ansvarig för projektet. Forskningsingenjörerna Peter Karlsson, Energisystem, Linköpings universitet och Göran Nilsson, IKP, Linköpings universitet, har gjort ett stort ingenjörsarbete, genom mätningar av effekter och loggningar av elenergianvändningen i alla företag i denna avhandling. Jag vill också tacka Dr. Alemayehu Gebremedhin, Dr. Klas Gralén Energisystem, doktorand Patrik Thollander, Energisystem Linköpings universitet som alla givit mig synpunkter på avhandlingsarbetet samt doktorand Louise Trygg, program Energisystem, Linköpings universitet, som analyserat resultaten från Oskarshamnsprojektet och forskningsingenjör Sven-Olof Söderberg, Linköpings universitet, har utvecklat datorprogrammet EnSAM. Ett tack också till Anders Lewald och Ulrika Uggla på Statens Energimyndighet, STEM i Eskilstuna och alla företagen i projekten, som medverkat till finansieringen av ELOST-projektet. Hans Gulliksson från Energikontor Sydost, Växjö, har också medverkat och med finansiering från det s k DESS-projektet i Oskarshamn. Denna avhandling kommer hösten 2005 också att ges ut i bokform. II

SAMMANFATTNING Svenska företag har traditionellt haft låga elpriser jämfört med europeiska företag. Den specifika förbrukningen i Sverige är 2-3 gånger högre än våra konkurrentländer i Europa. Från och med den 1 juli 2004 har vi enligt eldirektivet en gemensam avreglerad marknad för större företag inom EU. Detta leder på sikt till ungefär samma prisnivå och institutionellt regelsystem vilket i sin tur leder till kostnadsnackdelar för svenska företag om inte elanvändningen minskas avsevärt, allt annat lika. Det svenska elproduktionssystemet är en del av det europeiska. Hela det europeiska elproduktionssystemet inklusive de svenska kraftverken, har därmed kolkondens på marginalen. Minskning av elanvändningen, var den än sker, minskar behovet av den dyraste och i allmänhet mest miljöbelastade elproduktionen i Europa. Denna avhandling presenterar en metod EnSAM, som kan användas av i princip alla företag för att minska sin elenergianvändning. Metoden har tillämpats i fallstudier på Volvo i Torslanda, Sverige, Volvo i Belgiska Gent, Elektrolux fabriker i Motala, Fredricia i Danmark, Spennymoor i England, projektet i Oskarshamns-trakten, ELOST-projektet i Östergötland, samt inom program Uthållig kommun. Studierna visar att företagen kan minska sin elenergianvändning med i medeltal 50 %. Detta skulle innebära att koldioxidutsläppen minskas avsevärt i andra länder. Genom att se företaget i ett top down -perspektiv kan man åtgärda systemfelen, d v s konvertera icke elspecifik elanvändning (i allmänhet värmning med el) helst till fjärrvärme, vilket gör att värmeunderlaget för elproduktion ökar i fjärrvärmeproduktionen, III

konvertera tryckluftsystem till eldrivna system och eliminera samtidig värmning och kylning. Elanvändningen kan ytterligare minskas genom att byta till högeffektiva lysrörsarmaturer och att minska allmänventilationen genom drifttidsstyrning till ett minimum eller slopa den helt i vissa tillverkningslokaler. Konvertering till frikyla och användning av absorbtionskyla, minska tomgångsanvändningen, (elanvändning under icke produktionstid) gör också att elanvändningen minskar. Erfarenheten från genomförda fallstudier visar att nästan alla företag har likartade systemfel i sin elanvändning. Tre naturlagar kan urskiljas: Marginalel i Europa kommer från kolkondenskraftverk och ger upphov till koldioxidutsläpp dvs : 1 kwh el 1 kg CO 2 Lågt elpris medför stor elanvändning och omvänt dvs: (Elpris) ggr (specifik förbrukning) konstant Verkningsgraden för ett kolkondenskraftverk är ca 30% därför blir: Elpriset 3 ggr större än bränslepriset Tidigare har det gällt i Sverige: Elpris = bränslepris IV

Abstract Traditionally, Swedish industries have been experiencing lower power prices compared with industries in the European continent. The specific power consumption is 2-3 times higher than other competing industries abroad. Since July 2004, the power market is deregulated where industries have the possibility to choose supplier. This could imply a harmonized price level across the continent. This would be disadvantageous for Swedish companies if nothing will be done to reduce power consumption. Marginal power production is based on coal-fired condensing power plant in the European power system. Independent of location, reducing the use of electricity would affect the use of expensive and environmentally not favorable plants. In this thesis a method that can be used by nearly all industries is presented. The method has been applied on different case studies within different projects like project in Volvo Cars plants in Guthenburg and Gent, Electrolux cooker manufacturing in three European cities, Fredericia in Denmark, Spennymoor in England, Motala in Sweden and in the Oskarshamn area and a similar project ELOST in Östergötland and within program Uthållig kommun in Sweden The studies show that the all industries that are considered can reduce their electricity energy use by about 50 %. This would imply significant reduction of carbon dioxide emission in the continent. V

Using top-down approach system failures can be identified and corresponding measures can be taken to improve the system. The use of energy can be reduced through energy avoiding cooling and heating at the same time, controlled operation of compressors and the use of power driven tools instead of compressed air driven tools, the use of efficient lamps and controlled ventilation or totally avoiding ventilation in some manufacturing halls, application of district heating driven absorption chillers and no production use can also contribute to reduced electric energy use. Experiences from performed case studies indicate that system failures regarding the electricity use have been detected in nearly all investigated industries. Three laws are distinguished: 1 kwh electricity from a coal fired condensing power plant will give rise to about 1kg CO 2 i.e. : 1 kwh el 1 kg CO 2 Low electricity price implicate high electricity use and vice versa i.e: (Electricity price) times (specific use) constant The efficiency of a coal fired condensing power plant is about 30% which implicate: Electricity price > three times the fuel price VI

Innehållsförteckning FÖRORD SAMMANFATTNING II III 1 INLEDNING 1 1.1 Bakgrund 1 1.2 Syfte 3 1.3 Koldioxidutsläpp 3 1.4 Värmekraftverk i det europeiska elsystemet 11 1.5 Minskad elanvändning 18 1.6 Spotmarknaden 21 1.7 Elpriser inom EU 22 1.8 Framtida elpriser inom EU 25 1.9 Metod 30 1.10 Avgränsningar 32 2 ENERGISYSTEMANALYSMETODEN EnSAM 33 2.1 Befintligt energisystem 34 2.3 Konvertering till fjärrvärme 37 2.4 Tryckluft 38 2.5 Ventilation 42 2.6 Belysning 47 2.7 Kyla 48 2.8 Ånga 49 2.9 Tomgångsförluster 49 VII

2.10 Pumpning 50 2.11 Laststyrning 51 2.12 Värmning/Kylning 53 2.13 Elleverantör/fjärrvärmeleverantör 53 2.14 Jämförande studier 54 2.15 Energianalys med dator (PC) 54 2.16 Att använda EnSAM -metoden 56 3 ENERGISYSTEMANALYS AV FÖRETAG 71 3.1 Sammanfattning av företagen i Oskarshamn-projektet 71 3.2 Sammanfattning av företagen i ELOST-projektet 80 4 RESULTAT AV METODEN EnSAM 88 4.1 Reduktion av elanvändningen i Oskarshamnprojektet 88 4.1.1 Minskat CO 2 utsläpp 89 4.1.2 Elkonvertering och oljereducering 90 4.2 Reduktion av elanvändningen i Elostprojeket 91 4.2.1 Minskat CO 2 utsläpp 92 4.2.2 Elkonvertering och oljereducering 93 4.3 Sammanfattning av Oskarshamn- och ELOST- projekten94 4.3.1 Besparingspotential i MWh per ton CO 2 95 4.3.2 Total tomgångsförbrukning 96 5 OLIKA STUDIER AV ENERGIANALYSER 97 5.1 Studie 1 97 5.2 Studie 2 98 5.3 Studie 3 98 5.4 Studie 4 99 5.5 Studie 5 100 5.6 Studieresultat 101 VIII

6 SLUTSATSER 103 7 FORTSATT ARBETE 105 8 REFERENSER 106 9 BILAGA A - Energibalansdiagram 115 9.1 Cloetta Produktion AB, Ljungsbro, Linköping, 115 9.1.1 Ursprunglig 115 9.1.2 Förslag till systemförändring 116 9.2 Cloetta Produktion AB, Norrköping 117 9.2.1 Ursprunglig 117 9.2.2 Förslag till systemförändring 118 9.3 Duni AB Tissue & Airlaid, Kisa 119 9.3.1 Ursprunglig 119 9.3.2 Förslag till systemförändring 120 9.4 Ericsson/Flextronics AB, Linköping 121 9.4.1 Ursprunglig 121 9.4.2 Förslag till systemförändring 122 9.5 Fiskeby Board AB, Norrköping 123 9.5.1 Ursprunglig 123 9.5.2 Förslag till systemförändring 124 9.6 SAAB AB, Tanneforsområdet i Linköping 125 9.6.1 Ursprunglig 125 9.6.2 Förslag till systemförändring 126 9.7 Svenska Foder AB, Västerlösa, Linköping 127 9.7.1 Ursprunglig 127 9.7.2 Förslag till systemförändring 128 9.8 ABB Fårbo 129 9.8.1 Ursprunglig 129 9.8.2 Förslag till systemförändring 130 9.9 ABB Figeholms Bruk 131 9.9.1 Ursprunglig 131 9.9.2 Förslag till systemförändring 132 9.10 Bohmans Fanérfabrik AB 133 9.10.1 Ursprunglig 133 9.10.2 Förslag till systemförändring 134 IX

9.11 Elajo Mekanik AB 135 9.11.1 Ursprunglig 135 9.11.2 Förslag till systemförändring 136 9.12 Liljeholmens Stearinfabrik AB 137 9.12.1 Ursprunglig 137 9.12.2 Förslag till systemförändring 138 9.13 OKG-CSV 139 9.13.1 Ursprunglig 139 9.13.2 Förslag till systemförändring 140 9.14 OKG-Centralrestaurangen 141 9.14.1 Ursprunglig 141 9.14.2 Förslag till systemförändring 142 9.15 OP Kuvert AB 143 9.15.1 Ursprunglig 143 9.15.2 Förslag till systemförändring 144 9.16 SAFT AB 145 9.16.1 Ursprunglig 145 9.16.2 Förslag till systemförändring 146 9.17 Samhall Brahe AB 147 9.17.1 Ursprunglig 147 9.17.2 Förslag till systemförändring 148 9.18 Scania AB 149 9.18.1 Ursprunglig 149 9.18.2 Förslag till systemförändring 150 10 BILAGA B - Mätning av effekt och energi 151 10.1 Analysmetoder för effekt och elenergianvändning 151 10.2 Debiteringsunderlag 151 10.3 Momentana mätningar 152 10.4 Kontinuerliga mätningar 155 10.5 Belysning 158 10.6 Reaktiv effektförbrukning - induktiv last 159 10.7 Faskompensering 160 10.8 Fasförskjutning 161 X

10.9 Räkneexempel 1 162 10.10 Räkneexempel 2 164 10.11 Övertoner 168 10.12 Vagabonderande strömmar 176 10.13 Behörig att mäta i företag 176 10.14 Analysmetod för värme/vätska 178 XI

XII

1 INLEDNING Den första januari 1996 avreglerades den svenska elmarknaden. Det innebar att produktion och försäljning av el konkurrensutsatttes. Därefter har en nordisk elmarknad bildats och EU har den 19 februari 1999 fastställt ett elmarknadsdirektiv som gäller för samtliga länder på den europeiska inre marknaden. Direktivet syftar till att skapa en integrerad europeisk elmarknad, med fri prisbildning och konkurrens. Några viktiga punkter i direktivet är att marknaden för el skall utsättas för konkurrens på samma sätt som övriga varor inom unionen. Elförsörjningen skall heller inte äventyras samtidigt som harmoniseringen av den inre marknaden ska ske så samhällsekonomiskt optimalt som möjligt, vilket också innebär att hänsyn till miljöeffekter ska tas (Europeiska kommissionen, 2002). 1.1 Bakgrund Att minska den mänskliga påverkan på jordens klimat är en prioriterad fråga i EU:s miljöpolitik. Under 1990-talet uppmärksammade forskare en stigande medeltemperatur på jorden. Den stigande temperaturen befaras bero på att förekomsten av vissa gaser ökat i atmosfären till följd av mänsklig verksamhet. Gaserna hindrar att värmestrålning lämnar jorden. Fenomenet beskrivs som en ökad växthuseffekt och de gaser det gäller kallar man vanligen för växthusgaser. Den viktigaste av dessa är koldioxid, som bland 1

annat frigörs vid förbränning av olja och annat organiskt material. (EU-upplysningen, 2005). EU åtog sig i Kyoto att fram till perioden 2008-2012 minska sina utsläpp av växthusgaser med 8 procent jämfört med 1990. (Europeiska kommissionen, 2000). Enligt klassisk ekonomisk teori är det de kraftverk med högsta produktionskostnad som producerar el på marginalen. Detta innebär att en ökad eller minskad användning av el leder till att produktionen minskar i dessa kraftverk. I Europa är det vanligtvis kolkraft som utgör denna marginalproduktion och kraftverk som motsvarar ca 1 kg utsläpp CO 2 per producerad kwh el. Avregleringen av den europeiska elmarknaden har enligt klassisk ekonomisk teori lett till att det även i Sverige är kolkraft som utgör dom marginalproducerade kraftverken. (Trygg, Karlsson 2004). 1 kwh el från ett kolkondenskraftverk ger således upphov till ca 1 kg CO 2 utsläpp i atmosfären. Avregleringen av den europeiska elmarknaden och hotet om en global klimatförändring på grund av ökade koldioxidutsläpp gör därför att det blir allt viktigare att minska elanvändningen. Detta kan uppnås genom effektivisering vid process- och installationsförändringar, styrning av ellaster och konvertering av icke elspecifik elanvändning till bränslen. På en fri elmarknad kommer svenska industrier av konkurrensskäl att anpassas till europeiska villkor. 2

1.2 Syfte Syftet med denna avhandling är att skapa en generell metod för förändringar av elanvändningen utgående från analys av företag i Sverige. Det gäller att påvisa vilka åtgärder som leder till minst lika stor eleffektivitet redan uppnåtts i våra konkurrentänder och har traditionellt haft 2-3 ggr högre elpris jämfört med Sverige. 1.3 Koldioxidutsläpp Koldioxid är den viktigaste växthusgasen. Koldioxid frigörs bland annat vid förbränning av kolbaserade bränslen. Energi- och transportsektorerna är därför viktiga mål för EU:s åtgärder. (EUupplysningen, 2005). EU har som övergripande mål att tolv procent av den använda energin ska komma från förnybara källor år 2010. Medlemsländerna ska anta nationella mål om användning av "grön" el från förnybara energikällor. De ska också inrätta system för att garantera att el som uppges vara producerad från förnybara energikällor inte har annat ursprung. (EU-upplysningen, 2005). Räknat per capita är koldioxidutsläppen lägre i Sverige än i många andra industriländer. Jämfört med u-ländernas koldioxidutsläpp är dock utsläppen i såväl Sverige som övriga delar av den industrialiserade världen mycket stora, se figur 1. Effekterna på jordens klimat skulle bli stora och den globala temperaturen skulle öka drastiskt om alla länder i världen började släppa ut koldioxid i 3

samma omfattning som industriländerna. EU har infört ett system med handel med utsläppsrätter som började tillämpas år 2005. Detta handelssystem innefattar till en början endast koldioxidutsläpp från större anläggningar inom vissa energiintensiva verksamheter. (EU-upplysningen, 2005). Handelssystemet bygger på att medlemsländerna fördelar utsläppsrätter mellan företagen inom systemet. Inget företag får ha större utsläpp än vad de har utsläppsrätter för. Ett företag som minskar sina utsläpp kan spara överskjutande utsläppsrätt till kommande år eller sälja dem till företag som har svårt att hålla sig inom sina tilldelade rätter. En utsläppsrätt innehåller ett ton koldioxid. Efter 2008 ska antalet utsläppsrätter och fördelningen av dem beslutas på nytt. (EU-upplysningen, 2005). 4

Figur 1. Koldioxidutsläpp i ton per person och år i världen. Den längre stapeln på Sverige representerar Sveriges utsläpp med en europeisk systemsyn. Flera länder tillsammans med Sverige i digrammet borde också räknas upp, exempelvis Norge. (Baserad på Naturvårdsverket, 1999-2000). Enligt figur 1 är utsläppen av koldioxid totalt i Sverige (röda stapeln) drygt 6 ton per person årligen, vilket är EU s lägsta värde. Detta är den officiella bilden av Sverige beträffande koldioxidutsläpp per capita. Om man lägger till vatten och kärnkraftproduktion av el på en integrerad marknad med kolkondens på marginalen blir bilden annorlunda. 5

År 2000 var Sveriges elenergianvändning ca 147 TWh och ca 6 TWh producerat med fossila bränslen. (Energimyndigheten, 2001a). Stapeln i figur 1 skulle då bli med dåvarande folkmängd ca 8,9 147 6 8,9 miljoner: 15,8 ton CO2 per person och år, givet att 1 kwh el från ett kolkondeskraftverk motsvarar 1 kg CO 2. Detta betyder att stapeln skulle bli ca 6,3 + 15,8 22 ton CO 2 per person och år och hamnar i figur 1 i storleksordning som USA. Flera länder tillsammans med Sverige i digrammet borde räknas upp, exempelvis Norge. Av den europeiska unionens totala elproduktion är ungefär hälften av elen producerad från fossila bränslen, bland annat från kolkondenskraftverk med verkningsgrad mellan ca 30 och 40 procent och där värmen kyls bort i kyltorn. Kolkraftverk är ett av de miljömässigt sämsta men också ett av det dyraste alternativen för att producera el och används därför till produktion av el på marginalen. Med produktion av el på marginalen menas den produktionen av el som varierar, beroende på en ökning eller minskning av elbehovet. (Se figur 2). 6

Mton/?r 1000 900 800 Koldioxidutsl?pp fr?n EU:s elproduktion Kolkondensproduktion 700 600 500 400 300 200 100 0 Vatten- och kärnkraft produktion 0 1000 2000 Elproduktion TWh/?r Gaskombi produktion Elanv? ndning 1997, 2423 TWh Figur 2. Koldioxidutsläpp inom EU med kolkondensproduktion av el på marginalen. (Werner, 2000). Elutbytet mellan länderna i det avreglerade Europa innebär, enligt figur 2, att varje ändring av konsumtion eller produktion av el i hela Europa, inklusive Sverige, ändrar produktionen av el i ett kolkondenskraftverk. Att producera el från förnybara energikällor eller kärnkraft istället för fossilt baserad kraftproduktion skulle således innebära stora minskningar av utsläppen av koldioxid inom EU. När svensk industri använder el till icke elspecifika processer, används alltså tre delar kol för att producera en del el, som senare används för att återigen omvandlas till värme med verkningsgradsförluster i alla steg. Verkningsgraden för den marginella elproduktionen är alltså ca 30 %, och varje producerad kwh el 7

innebär ca 1 kg koldioxid, vilket kan jämföras med el producerat i ett kraftvärmeverk eldat med biobränsle som inte ger något extra onaturligt tillskott av koldioxid till atmosfären. Skillnaden vad gäller koldioxidutsläpp för olika uppvärmningsalternativ då kolkondens är marginell elproduktion framgår av figur 3. Elv?rme V?rmepump Olja-v?rme Naturgas-v?rme Biobr?nsle-v?rme Kol-kraftv?rme Olja-kraftv?rme Biobr?nsle-kraftv?rme Naturgaskombi-kraftv?rme Biogaskombi-kraftv?rme -1200-1000 -800-600 -400-200 0 200 400 600 800 1000 1200 kg CO2 per MWh producerad v?rme (K?lla:Sven Werner) Figur 3. Nettoutsläpp av koldioxid för olika bränslen och tekniklösningar när kolkondens är marginell elproduktion i elsystemet. (Werner, 1999). Utifrån detta visas också i figur 3 vilket nettotillskott av koldioxid som olika typer av bränslen och tekniker för uppvärmning ger. Kolkraftvärme ger t ex noll (0) i nettoutsläpp vilket enligt principen med el från kraftvärmeproduktionen med kol, skulle stänga av motsvarande kolkondenskraftverk på kontinenten. Kolkraftvärmeverk och kolkondenskraftverk släpper ut samma mängd CO 2 och producerar samma mängd el. Alltså ger 8

utnyttjandet av fjärrvärmen inga extra CO 2. (dvs motsvarande fliseldning i panna) En annan intressant iakttagelse är att naturgaskombikraftvärme ger ungefär lika stor nettominskning av CO 2 som biobränslekraftvärme. Detta beror på att mängden producerad el i förhållande till mängden producerad värme är högre för naturgaskombikraftvärme. Sedan den första oljekrisen i början av 1970-talet har Sverige stadigt konverterat från fossila bränslen till el för uppvärmning. Detta är logiskt om peoduktionen av el på marginalen sker i kärnkraftverk. Nu står vi inför ett nytt system där kolkondensproducerad el ligger på marginalen. Om man då har incitament för att byta ut direktverkande el mot fjärrvärme från kraftvärmeanläggningar uppstår stora miljövinster. Vid produktion av el i kraftvärmeanläggningar, i stället för konsumtion, minskar koldioxutsläppen enligt att 1 kwh el från kolkondens som ger 1 kg CO 2 i utsläpp i atmosfären. En avreglering av elmarknaden leder till att svensk industri blir tvingad att minska elanvändningen och det innebär även att svensk elkonsumtion till skillnad mot produktion av el inte längre kan anses vara ren. Sveriges energisystem kommer att ingå i det europeiska systemet där hälften av all elkraft baseras på fossila bränslen (kol, olja, naturgas). Avregleringen leder i sin tur till att svenska företag kommer att bidra med minskade europeiska koldioxidutsläpp när den el som tidigare förbrukades i Sverige kan exporteras och ersätta smutsig fossilt baserad el. 9

Kritiker mot detta perspektiv hävdar att det finns brist på överföringskapacitet mellan medlemsländerna, s k flaskhalsar, som gör att marknaden inte kommer att fungera tillfredställande. Det institutionella regelverk som avregleringen grundar sig på tillåter emellertid inte att flaskhalsar existerar varför detta i framtiden kommer att byggas bort. (Europeiska kommissionen, 2002). 10

1.4 Värmekraftverk i det europeiska elsystemet Fossila bränslen kommer från växtdelar och mikroorganismer som under årmiljoner omvandlats till kol, olja och naturgas. Fossila bränslen används i värmekraftverk. Begreppet värmekraftverk är ett samlingsnamn för alla anläggningar som genererar el genom en värmeprocess. Vissa värmekraftverk producerar enbart el. Hit räknas bland annat kondenskraftverk. Andra värmekraftverk producerar både el och värme. Hit räknas bland annat kraftvärmeverk. I pannan i ett kondenskraftverket värms vatten till ånga som driver en ångturbin och en generator. Då generatorn roterar produceras el. I kondensorn kyls ångan från turbinen med hjälp av kylvatten exempelvis från havet som värms upp och pumpas tillbaka till havet, se figur 4. (Energifakta, Svensk Energi, 2005). QuickTime and a TIFF (Uncompressed) decompressor are needed to see this picture. Figur 4. Principschema för kondenskraftverk. (Svensk Energi, 2005). 11

En utförliggare beskrivning av ett kondenskraftverk visas i figur 5. Tillförd energi Produktionsprocess Nyttiggjord energi 100 % Rökgasförluster 10 % Turbin Generator El 40 % Ångpanna Kallvatttenkondensor Kylvattenförluster 50 % Figur 5. Energiutnyttjande i kondenskraftverk.(baserad på Elkrafthandboken, 1997). Ett kraftverk som enbart producerar el och har kol som bränsle kallas kolkondenskraftverk. Om både el och värme (vanligen fjärrvärme) produceras är anläggningen ett kraftvärmeverk eller med ett annat ord ett s k mottryckskraftverk. Värmen från kondensorn, d v s sekundärångan från turbinen, värmer upp fjärrvärmevattnet som pumpas ut i fjärrvärmesystemet i en tätort. Fjärrvärmevattnet, som kommer i retur från tätorten, är kallare efter att ha levererat värme till fastigheterna och kyler alltså turbinen genom att ta upp värme som går ut till 12

fjärrvärmesystemet igen. ( Svensk Energi, 2005). QuickTime and a TIFF (Uncompressed) decompressor are needed to see this picture. Figur 6. Principfunktion av ett kraftvärmeverk. (Energifakta, Svensk Energi, 2005). En utförligare beskrivning av kraftvärmeverk med olika energiutnyttjanden visas i figur 7. 13

Tillförd energi Produktionsprocess Nyttiggjord energi 100 % Rökgasförluster 10 % Turbin med generator (el) El 40 % Ångpanna Hetvatttenkondensor som ger värme Värme 50 % Figur 7. Principen för kraftvärmeverk. (Baserad på Elkrafhandboken, 1997). Figur 8 visar tydlig skillnad i energiutnyttjande mellan kondenskraftverk och kraftvärmeverk. 14

Kondenskraftverk Kraftvärmeverk Förluster El Förluster Värme El Figur 8. Principskillnad i energiutnyttjande mellan kondenskraftverk och kraftvärmeverk. (Baserad på Elkrafthandboken, 1997). Svensktillverkad el skulle i teorin kunna minska koldioxidutsläppen inom EU med 60 70 miljoner ton. Detta resonemang kräver en systemsyn som inbegriper hela det avreglerade europeiska elsystemet. På denna marknad produceras den allra mesta elen på dagen då kolkondenskraftverk producerar el på marginalen. Kolkondenskraftverken har dålig verkningsgrad, ca 30-40 %, och resten av energin kyls bort i kyltorn (se figur 9). Konvertering från olja till el har inte förekommit på kontinenten (tre delar fossila bränslen skulle i så fall ersätta en del fossilbränslen). 15

Figur 9. Svenska kraftvärmeverk och danska eller tyska kolkondenskraftverk på den europeiska marknaden.(karlsson, 2001). Kraftvärmeverk som använder fjärrvärme för att kyla sin process kan generera stora minskningar av koldioxidutsläppen enligt figur 9. Ett kraftvärmeverk i Sverige, som producerar både el och värme, har stora förutsättningar att minska koldioxidutsläppen i EU. Sveriges energipolitik har tidigare byggt på ett överskott av elenergi från vatten och kärnkraft, som lett till att vi Sverige har kommit att använda el till uppvärmningsändamål i stor utsträckning. Alla större orter i Sverige kan bygga kraftvärmeverk för samtidig el- och värmeproduktion där kylningen sker i fjärrvärmesystemen. Man kan tala om att husen utgör kylsystem till kraftverket. (Se figur 9). Ett sådant kraftvärmeverk har i det närmaste 100 % verkningsgrad. (Karlsson, 2001). Varje extra kwh bränsle ger i det närmaste 1 kwh el när fjärrvärmebehovet är tillgodosett. Förutsättningarna för denna typ av kraftverk är speciellt 16

gynnsamma i Sverige, varför konkurrensfördelar uppstår på den gemensamma elmarknaden eftersom elen blir mer värdefull och värmen går att sälja. Fjärrvärmesystemen existerar redan i nästan alla tätorter och deras rörsystem i våra gator är den dyraste systemdelen. EU står också inför ett beslut om koldioxidavgift vilket gynnar Sverige på grund av vår stora potential av biobränsle och att den mesta elproduktionen är koldioxidfri genom vattenkraft och kärnkraft. Även naturgas är ett alternativ i så kallad gaskombianläggning med mycket hög verkningsgrad (större andel el i förhållande till värmeutbytet, vilket gör att dessa anläggningar är lika effektiva ur växthussynpunkt, som biobränslebaserade anläggningar.) En annan fördel i Sverige är att vi behöver mer el när det blir kallt p g a all elvärme men också mer fjärrvärme. Svenska kraftvärmeverk kan således lätt konkurrera med kondenskraftverk utomlands som inte kan avsätta värmen och som dessutom är hänvisade till fossilbränslen. Detta innebär att vi kommer att bygga ganska många kraftvärmeverk som då har stora kylbehov. När vi får en harmonisering av elpriset i hela EU kommer vi att bygga ut fjärrvärmesystemen vilket i sin tur ger avsevärt lägre kostnader för fjärrvärmen. Kraftvärmeproducenterna kommer att bli angelägna att försöka hitta avsättning för värmen även vår sommar och höst (när vi inte behöver värma våra hus), eftersom alla andra investeringar är gjorda. En möjlighet är då att producera kyla antingen centralt eller på industriföretagen med hjälp av absorptionskylmaskiner, som använder fjärrvärme som drivenergi till skillnad från kompressor- 17

baserad kylning som drivs med el. Med absorptionskylmaskiner kommer mer el att produceras för export (eftersom el inte används utomlands för värmning är el lika värdefull sommar som vinter). (Sjödin, 2003). 1.5 Minskad elanvändning Åtgärder för att minska elanvändningen ute hos elanvändarna är ett konkurrenskraftigt alternativ till ny elproduktion, särskilt vid brist på produktionskapacitet i elsystemet i Europa. Elenergi kan bli en stor svensk exportvara. Elanvändningen i Sverige är idag mer än dubbelt så stor per capita än på kontinenten på grund av Sveriges historiskt låga elpriser. På sikt kan vi inte använda el på signifikant annorlunda sätt än vad man gör i våra konkurrentländer eftersom prisbildning och det institutionella regelverket blir mer eller mindre lika. Inom några år kommer miljön därigenom att prissättas, och förmodligen genom en kombination av utsläppsrätter och miljöavgifter. Detta innebär att värdet av svensk "ren" el kommer att öka på kontinenten och då får även vi i Sverige känna av det högre priset. Det finns ingen anledning att sälja el billigare i Sverige än vad som kan tas ut vid export. Detta betyder i praktiken att varje svensk måste betala mer för att kolkondensel blivit dyrare. Det som karakteriserar svensk industri i förhållande till motsvarande företag på kontinenten är att även värmningsprocesser (eller icke el-specifik förbrukning) utnyttjar el. Det synes vara så att livscykelkostnaden är ganska oberoende av elpriset. Med detta menas att ett högre elpris innebär investeringar 18

i mer elsnål utrustning och koncentrering av elanvändningen till elspecifikt utnyttjande. Detta kan också uttryckas så att: (elpris) gånger (specifik elanvändning) konstant (elkostnad per produkt). Vidare är elpriset större än 3 gånger bränslepriset. (Trygg, Karlsson, 2004). I en doktorsavhandling, Volvo Faces a Deregulated European Electricity Market, av Süleyman Dag, vid avdelningen Energisystem, Linköpings universitet, 2001, visar han att det går åt dubbelt så mycket el per producerad Volvobil i den svenska bilfabriken i Torslanda jämfört med Volvofabriken i belgiska Gent. (Se figur 10). Energianvä ndning [kwh/bil] 1300 1200 Torslanda 1100 1000 900 800 700 600 500 Gent 400 300 200 100 0 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Prisrelation Figur 10. Figuren visar att elanvändningen är dubbelt så stor på Torslandaverken i Göteborg, jämfört med i fabriken i Gent. (Dag, 2000). I en licentiatavhandling av Elisabeth Nord-Ågren (2002), Linköpings universitet, gäller en liknande situation för Electrolux 19

krävs för att kunna se bilden. EnergiSystemAnalysMetoden EnSAM alla fabriker över hela världen. Halva priset på elenergin leder till dubbla förbrukningen av elenergin vid produktionen för motsvarande produkter i våra konkurrentländer, se figur 11. QuickTime och en TIFF (LZW)-dekomprimerare Prisrelation Figur 11. Förädlingsvärde i kwh/sek gällande spisfabriker inom Elektroluxkoncernen i olika länder. EL gäller Norge, MO Sverige, DKK Danmark, GBJ Storbritanien, ZO Italien (Nord-Ågren, 2002). Elandel har satts i relation till förädlingsvärdet. Förädlingsvärdet är tillverkningskostnaden minus den direkta materialkostnaden. Den utgörs bland annat av utvecklingskostnader, arbetskraftskostnader och energikostnader. Att ställa produktionsenhetens elanvändning i relation till förädlingskostnaden blir därför ett mått på hur elintensiv produkten är. 20