Bioenergikombinat -integreringsmöjligheter för fjärrvärmesektorn Värmeforskdagar 25 januari 2008 Linus Hagberg IVL Svenska Miljöinstitutet

Upplägg Slutsatser från två studier om energikombinat Energikombinat – tekniktrender, system, styrmedel (Värmeforsk) Fjärrvärmens roll för effektiv produktion av biodrivmedel (Svensk Fjärrvärme) Genomgång av tekniker Integreringsmöjligheter för värmesektorn? Konsekvenser vid integrering?

Studierna Från befintliga/planerade projekt och forskningen: processbeskrivningar integreringsmöjligheter biodrivmedel – fjärrvärme massflöden energiflöden övriga samlokaliseringseffekter systemanalys

Rötning till biogas Olika typer av organiskt material Ofta restflöden Insatsmaterial Produkter/ biprodukter Behov av processenergi Spillvärme/ energiflöde ut Olika typer av organiskt material Ofta restflöden Med fördel blött material Biogas Rötrest biomull biobränsle Lågvärdig värme (t.ex. fjärrvärme) El Nej

Rötning till biogas Integreringspotential i energikombinat Relativt goda möjligheter Fjärrvärme/spillvärme är tillräckligt som processenergi Ev. förbränning av rötrest Kan kombineras med etanolproduktion

Jäsning (stärkelse) Spannmål, majs, potatis m.m. Etanol Drank foder Insatsmaterial Produkter/ biprodukter Behov av process-energi Spillvärme/ energiflöde ut Spannmål, majs, potatis m.m. Etanol Drank foder biogas biobränsle CO2 Låg- och mellan-trycksånga El Smutsigt kondensat/ ånga Rent kondensat Kylvatten

Jäsning (stärkelse) Integreringspotential i energikombinat Mycket goda möjligheter Integrering av ång- och kondensatsystem Ökar KVV:s värmeunderlag Ev. drank till förbränning Ev. rötning av drank, rötrest till förbränning

Jäsning (cellulosa) Skogsråvara Halm Energigrödor Etanol Drank Insatsmaterial Produkter/ biprodukter Behov av process-energi Spillvärme/ energiflöde ut Skogsråvara Halm Energigrödor Etanol Drank biobränsle biogas Lignin CO2 Hög- och mellantrycks-ånga El Smutsigt kondensat/ ånga Rent kondensat Kylvatten

Jäsning (cellulosa) Integreringspotential i energikombinat Mycket goda möjligheter Integrering av ång- och kondensatsystem Ökar KVV:s värmeunderlag Förbränning av lignin och drank Ev. lignin till pellets Ev. rötning av drank, rötrest till förbränning

Förgasning Alla typer av biomassa. Fokus på pellets, GROT/flis Insatsmaterial Produkter/ biprodukter Behov av process-energi Spillvärme/ energiflöde ut Alla typer av biomassa. Fokus på pellets, GROT/flis DME/metanol SNG FT-diesel Vätgas (Etanol) Produkt-/restgas  el och värme vid naturgaseldat KVV eller internt i kondensturbin El (ev. själv-försörjande) Själv-försörjande på ånga och värme Stort värmeöverskottav lågvärdig spillvärme för fjärrvärme

Förgasning Integreringspotential i energikombinat Vissa möjligheter till processintegrering vid samtidig nybyggnation av KVV i de fall kraftvärmekapaciteten behöver byggas ut samt för naturgaseldade KVV. Stora möjligheter till integrering med fjärrvärmenät där spillvärmen från biodrivmedelsproduktionen kan tas tillvara. Minskar i de flesta fall värmeunderlaget för KVV. Ev. använda spillvärme för lågtemperaturtorkning/pelletsproduktion.

Transesterifiering Insatsmaterial Produkter/ biprodukter Behov av process-energi Spillvärme/ energiflöde ut Vegetabilisk olja (rapsolja, palmolja, sojabönsolja, tallolja m.fl.) Animaliskt fett Metanol Alkali-katalysator Biodiesel (FAME) Glycerol Låg- och mellantrycks-ånga Lågvärdig värme El Rent kondensat

Transesterifiering Integreringspotential i energikombinat Goda möjligheter Integrering av ång- och kondensatsystem Ökar KVV:s värmeunderlag Integrering med oljepressningsanläggning ger stor ökning av ångbehov

Vätebehandling Vegetabilisk olja och/eller animaliska fetter Vätgas Insatsmaterial Produkter/ biprodukter Behov av process-energi Spillvärme/ energiflöde ut Vegetabilisk olja och/eller animaliska fetter Vätgas Biodiesel (ex. NExBTL) Propan Andra lätta kolväten Hög- och mellantrycks-ånga Lågvärdig värme El Ånga Rent kondensat

Vätebehandling Integreringspotential i energikombinat Relativt goda möjligheter Integreras lämpligen med befintligt raffinaderi p.g.a. behovet av vätgas, servicesystem och infrastruktur Integrering med KVV ger högre värmeunderlag samt möjlighet att förbränna biprodukter. Dock fordras höga tryck

Förvätskning (termisk depolymerisering) Insatsmaterial Produkter/ biprodukter Behov av process-energi Spillvärme/ energiflöde ut Restoljor (mineraloljor eller vegetabiliska) Plast FoU pågår kring biomassa i fastfas. Dieselprodukt Lätta kolväten Kolmassa Mellantrycks-ånga El Rent kondensat

Förvätskning (termisk depolymerisering) Integreringspotential i energikombinat Goda möjligheter Integrering av ång- och kondensatsystem. Ökar KVV:s värmeunderlag Biprodukter kan förbrännas

Systemanalys: Metod

Antaganden Hypotetiskt fjärrvärmenät Kraftvärmeverket (KVV) 315 MWvärme maxeffekt Varaktighetsdiagram utifrån normalt fj.v.nät Kraftvärmeverket (KVV) Maxeffekt 230 MWbr , 110% totalverkn.grad, alltid RGK Värmeverk (VV) Producerar värmen / ångan KVV inte kan producera Biodrivmedelsanläggning Förgasning, 240 MWbr,160-170 MW SNG Etanol, 150 MWbr (vete), 80 MW Etanol 230 MWbr (Värmeeffekten dimensioneras till 55% av maxeffekten i fj.v.nätet) 35% elv.gr., 110% totalv.gr. I drift vid 35-100% av maxeffekt RGK kopplas aldrig ur

Integreringen Etanolanläggningen: Förgasningsanläggning: Ånga från KVV (15 bar), kondensat till fjärrvärme elprod. före ångleverans 650 GWh etanol/år, drank torkas till foder Förgasningsanläggning: Inget externt ång/värmebehov Spillvärme till fjärrvärme (ca 24 % av tillfört bränsle) 1400 GWh SNG/år

Integrering: Etanol KVV kan användas mer vid ökat ång- och värmebehov KVV+VV KVV+VV+etanol KVV kan användas mer vid ökat ång- och värmebehov VV används mindre (kan dock variera)

Integrering: SNG KVV används mindre vid ökad spillvärmeleverans VV används mindre (kan dock variera)

Verkningsgrader Enbart kraftvärme betydligt bättre totalverkningsgrad Integrering ger högre totalverkningsgrad jämfört med separata anläggningar Etanol: elproduktion ökar, baslast för KVV året runt Förgasning: elprod och driftstid i KVV minskar

Diskussion och slutsatser Möjligheter till flexibilitet Möjlighet till energieffektiva lösningar Möjlighet till tillvaratagande av KVV:s värmeöverskott – framtida affärsmöjligheter Möjlighet till tillvaratagande av spillvärme Kombinat ofta stora anläggningar – kräver stora fjärrvärmenät

Diskussion och slutsatser Möjlighet att optimera driften miljömässigt, ekonomiskt och kvalitetsmässigt Förlängd driftstid för KVV vid integration med de flesta biodrivmedelsteknikerna Tillvaratagande av spillvärme minskar värmeunderlag och driftstid för KVV En genomtänkt plan ger kombinatet större möjligheter till flexibel drift Utvidgade energikombinat (tex. cellulosaetanol, biogas, pellets och kraftvärme)

Tack! Linus.Hagberg@ivl.se