Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Vad kan industrin göra?
Industrin som energislukare eller föregångare i
omställningen mot en hållbar region?
Simon Harvey
Professor i industriella energisystem
Industriella energisystem och -tekniker, Chalmers
i samarbete med
Per‐Åke Franck och Eva Andersson
CIT Industriell Energi AB
En sammanfattning av några slutsatser från projektet
Bærkraftig bruk av energibærerne i KASK regionen
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
try.
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Koldioxidutsläpp och energianvändning i
svensk industri
Hallands län
4%
Västra Götalands län
16%
Energianvändning i svensk
industri 2010
Sweden
80%
Source: Swedish Energy Agency.
Total energy use 168 TWh
Koldioxidutsläpp i Sverige 2012
Total GHG emissions: 57.6 Mton CO2,eq
(biogenic CO2 not included)
Source: Swedish Environmental Protection Agency
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Möjliga åtgärder för ökad energieffektivitet och minskad
koldioxidutsläpp i industrin
Öka energieffektivitet
genom intern
värmeåtervinning
Använda de bästa
tillgängliga
teknologierna (BAT)
Samproduktion
av el och värme
(kraftvärme)
Använda överskottsvärme
för t ex biomassatorkning
eller elproduktion
Energiledning
CO2 avskiljning för
lagring eller
återanvändning
Exportera
överskottsvärme till ett
fjärrvärmenät
Byte till
bränslen eller
råvaror med
lågt C-innehåll
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Utsläpp av fossil koldioxid från
industri i KASK Sverige
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Energieffektivisering vid Preems raffinaderi i Lysekil
Arbete utfört av
Per‐Åke Franck och Eva Andersson
CIT Industriell Energi AB
“Towards a sustainable oil refinery”. A research partnership
between Chalmers and Preem. Funding provided by the Swedish
Energy Agency and Preem
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Nuläge (2012)
Raffinaderikapacitet ca 11.5 Mton råolja/år
Koldioxidutsläpp
ca 1.7 Mton/år (CO2 ekv)
Utility förbrukning
ca 3.6 TWh/år
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Processer med gas‐ och vätskeströmmar: Energibesparingspotential kan fastställas mha pinchanalys
T
Process
Pinch
Heat
supply
Determined by ∆Tmin
Heat
supply
Minimum hot utility
160
140
120
Products
100
Heat
balance
Grafically
T (°C)
Raw material
P
r
o
c
e
s
s
80
Hot stream s
Cold stream s
60
El
40
20
Cooling
0
cold
0 Minimum
10000
utility20000
Q
30000
40000
50000
Cooling
Maximal Internal
Heat recovery
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Stor processanläggning med
många processenheter – sätter
gränser för värmeåtervinning
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Tekniska energibesparingspotentialer
Restriktioner för
värmeåtervinning
Inga restriktioner
Värmeåtervinning tillåts
enbart inom samma
processarea
Värmeåtervinning mellan
processareor tillåts men enbart genom befintliga
värmare och kylare kopplade
till utilitysystemet
Besparingspotential
1785 GWh/år (50%)
1240 GWh/år (30%)
485 GWh/år (15%)
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Teknoekonomiska potentialer
… baseras på detaljerade studier av möjliga
(realistiska) sätt att bygga om VVX-nätverket för att
uppnå en del av den tekniska potentialen
Tidshorisont
Besparingspotential
CO2-reduktion
[kton CO2-ekv/år]
[GWh/år]
Kort sikt (2020)
200 (5.6 %)
50
Mellanlång sikt (2030)
620 (17 %)
192
På lång sikt blandning av ytterligare
energibesparingsåtgärder + annat (bioråvaror, CCS, …)
Tidigare CCS-studier har visat att utsläpp kan minskas
med ca 1500 kton/år (kostnad ca 50 €/ton CO2)
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Kemikluster Stenungsund
VHG utsläpp: ~950
kton CO2-ekv/år
Processernas värmebehov: 442 MW (3870 GWh/år)
320 MW täcks av intern värmeåtervinning (2800 GWh/år)
122 MW produceras i befintliga pannor (1130 GWh/år)
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
…men stor potential om
värmeväxling mellan
anläggningar införs
Begränsad potential för
kostnadseffektiv värmeåtervinning
inom varje enskild anläggning…
Hur?
Besparingspotential
• Värmeprod. i befintliga pannor: 122 MW
• Värmeproduktion i befintliga pannor kan
teoretiskt minskas till 0 MW genom
värmeväxling mellan anläggningarna
•
•
•
•
Cirkulerande hetvattensystem 50-100°C
Harmonisering av ångnivåer
Ombyggnad av ångvärmare för lågtrycksdrift
Restgaser från processerna eldas på rätt
ställe
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Utformning
av ett energisystem som sparar 20 MW
System 20
HW1
(79/55 °C)
Perstorp
Borealis PE
Current LP steam demand: 25.7 MW
20.7 MW
E-443357
E-443201
22.8 MW
Heat sources
Heat sinks
E-442161
Total investment:
199 MSEK
Borealis Cracker
Steam pipe
E-1608
Total hot utility savings:
20.7 MW
Payback period:
App. 3.2 years
New HXs: 5
20.7 MW
E-1845
Hot water pipe
Hot water pump
Losses:
2.1 MW
System 20 can be pre-fitted for extension to
System 50 (extra cost 19 MSEK)
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Utformning av ett
energisystem
som sparar 50 MW
System
50
HW1
(79/55 °C)
Current LP steam demand: 25.7 MW
Potential
40.3 MW
81,77,57,15,
9x 72,50,31,2,13 demand:
40.3 MW
56
Condensor
49
Condensor
47 flash steam
Condensor
E-443357
E-443201
Borealis PE
Heat sources
24 MW
Heat sinks
E-442161
Perstorp
16
Cooler
HW2
(97/75 °C)
Total investment:
598 MSEK (199)
Total hot utility savings:
50,8 MW (20.7)
Pay back period:
App. 3.9 years (3.2)
65 Rx1
Cooler
27.7 MW
Potential heat sink
for excess utility
24
Reb
Rx2
Cooler
2.2 MW
Fuel:
21 MW
E-1701
INEOS
Current LP steam demand: 2.5 MW
Potential
demand:
10.5 MW
Reboiler HTC, Air to spray dryer,
4x Air to two dryers
23 MW
Borealis Cracker
Preheat E-1609
demin
5.5 MW
E-1608
10.5 MW
E-1845
CT1701 E-1802
cond
Losses:
2.5 MW
Fuel pipe
Steam pipe
Hot water pipe
Hot water pump
26.8 MW
E-1890
E-1606Y
Losses:
2.7 MW
New HX: 32 (5)
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Teknoekonomiska
energieffektiviseringspotentialer
Tidshorisont
Besparingspotential
CO2-reduktion
[kton CO2-ekv/år]
[GWh/år]
Kort sikt (2020) System 20
Mellanlång sikt (2030)
System 50
181 (16 %)
56
445 (40 %)
138
På lång sikt blandning av ytterligare
energibesparingsåtgärder + annat (bioråvaror, CCS, …)
Tidigare CCS-studier har visat att utsläpp kan minskas
med ca 480 kton/år (kostnad ca 55 €/ton CO2)
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Sammanfattning för de utvalda
anläggningar i KASK NO+SE
• På kort sikt (2020): energieffektivisering kan
minska CO2-utsläpp med 2.5-6% jämfört med
2009 års nivå.
• Detta är otillräckligt för att uppnå EUs mål
(20% minskning mellan 1990 och 2020)
• Norcem kan minska mer OM CCS
implementeras
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
• På mellanlång sikt (2030): energieffektivisering
kan minska CO2-utsläpp med 5-15% jämfört
med 2009 års nivå.
• Detta är långt ifrån EUs mål (40% minskning
mellan 1990 och 2020)
• Energieffektivisering måste kombineras med
andra åtgärder, t ex
–
–
–
–
CCS
Bättre användning av restvärme
Byt till förnybara bränsle, råvaror och el
Ny processteknik
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
”Hållbar användning av industriell restvärme avvägning mellan värmeåtervinning och export”?
Licentiatprojekt i samarbete med Chalmers
(huvudhandledare: Prof Simon Harvey; bihandledare: Dr Matteo Morandin)
ORC
CCS
Värmeåtervinning
Bioraffinaderi
Fjärrvärme
Här endast studerat fjärrvärme
Fallstudie - Kemindustriiklustret i Stenungsund
• Största kemiklustret i Sverige
• 5 företag och 6 anläggningar
Restvärme – definition i detta arbete
• Procesströmmar som kyls med luft eller vatten
– OBS! Möjligt att använda delar av detta till värmeåtervinning!
• Möjligt att på så vis också spara primär energi!
Värmeåtervinning
Internt användbar restvärme
Bränsle
Panna
Ånga
Ånga
Råvara
Elektricitet
Process
Externt användbar
Restvärme
restvärme
Potential för fjärrvärmeproduktion - antaganden
• Viss intern värmeåtervinning har åstadkommits
– 20 MW värme via hetvattenkrets mellan industrierna
• Förslag framtaget i tidigare doktorandprojekt (Roman Hackl)
– Dessa varma process strömmar exkluderade från analysen
• Tekniskt/ekonomiskt genomförbart att hämta värme från
procesströmmar
– Bedömt av experter på varje anläggning
• Exkluderat svåra/dyra strömmar
• Temperatur i fjärrvärmenätet?
– 80°C − 50°C
• Har stor betydelse för potentialen
– Generellt finns mer värme vid låg temperatur
SH2
Resultat - leveransmix
Slide 22
SH2
Du sa igår att du skulle ha lite underlag om att industriernas energisituation kan ändras och att vi har därmed tittat på olika fall med mer eller
mindre intern energiåtervinning, samt nya råvaror/produkter/produktionsvolymer
Simon Harvey; 2015-04-15
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
Några slutsatser från projektet
”Västsvensk samverkan kring
industriellt restvärme”
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
• Under mycket gynnsamma förhållanden kan ekonomin för en
kulvert mellan Stenungsund och Göteborg bli sådan att en
investering skulle kunna övervägas
• Gynnsamma förutsättningar är:
–
–
–
–
–
–
Delar av dagens restvärmeleverans försvinner (2025)
Nya restvärmeleverantörer i drift till 2050
Högre biomassapriser
Högre avgifter för CO2-utsläpp
”Låg” investeringskostnad för kulvert
Låga förräntningskrav (intressant infrastruktur för
Västsverige/Sverige?)
• Möjliga marknadsmodeller för att skapa incitament för en
kulvert har ännu inte identifierats
• Ur klimatsynpunkt kommer en kulvert att bli gynnsam,
förutsatt att marginella klimatgasutsläppen i elsystemet
minskar
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
Industrial Energy Systems and Technnologies
Dept of Energy and Environment
• Andra hållbarhetsaspekter påverkas också, men inte
kraftigt
• Viktigt hur framtida CO2-kostnader tas ut fiskalt
• I framtiden kommer en stor tillgång på restvärme
att finnas i Västsverige
• Andra användningsområden?
• Exempel på andra användningsområden:
–
–
–
–
–
–
Intern värmeeffektivisering
Elproduktion
Värmepumpning
Biomassatorkning
Algproduktion
CCS (koldioxidinfångning och lagring)
Västra Götaland oberoende av fossil energi – en utopi?, Seminarium 13 maj 2015
