energitransporter mvkn10 - ees.energy.lth.se · mvkn10 elias forsman mikael olsson 2011-10-02 5...

Kraftvärme

Energitransporter MVKN10

Elias Forsman 870319 Mikael Olsson 880319

MVKN10 Elias Forsman Mikael Olsson

2011-10-02

1

Sammanfattning Kraftvärme är ett mycket effektivt sätt att utnyttja energi i bränslen. Upp till 89% av energin i

bränslet kan i dagsläget utnyttjas men utvecklingen går konstant framåt. I framtiden kan man

förhoppningsvis utnyttja över 90% utav bränslets energi.

Problem kan uppstå för kraftvärme i framtiden pga. det nya tredjepartsavtalet, som är under

utredning, som kan tvinga dem att minska på värmeproduktionen vilket effektivt leder till sämre

verkningsgrader men även skatteändringar kan, i framtiden, utgöra ett problem.


2011-10-02

2

Innehåll Sammanfattning ...................................................................................................................................... 1

Inledning .................................................................................................................................................. 3

Historia .................................................................................................................................................... 4

Statistik .................................................................................................................................................... 5

Kraftvärme ............................................................................................................................................... 6

Olika typer av kraftvärmeverk ................................................................................................................. 7

Ångpanna. ........................................................................................................................................... 7

Gaskombi verk ..................................................................................................................................... 8

Industri ................................................................................................................................................ 9

Skillnader ............................................................................................................................................... 10

Skatter ................................................................................................................................................... 11

Framtid .................................................................................................................................................. 13

Tredjepartsavtal ................................................................................................................................ 13

Skatter ............................................................................................................................................... 13

Utveckling .......................................................................................................................................... 13

Kärnkraften = kraftvärme .................................................................................................................. 14

Källförteckning ....................................................................................................................................... 15

Q & A ..................................................................................................................................................... 16


2011-10-02

3

Inledning

Med ökande energibehov i världen behövs det ständiga förbättringar i energibranschen ett bra

exempel på förbättring är kraftvärmeverk där man producerar el samt fjärrvärme. Detta kommer att

medföra att konsumenterna som har tillgång till fjärrvärmenätet kommer både få el till sina behov

samt värme till sina bostäder.

Denna rapport visar översiktligt vad kraftvärme är och hur det fungerar. Rapporten avslutas med vad

vi tänker om framtiden.


2011-10-02

4

Historia I slutet av 1940-talet föddes iden om fjärrvärme då Sveriges kommuner ville prova på något nytt, att

producera både värme och elektricitet samtidigt. Detta blev början på kraftvärme som möttes med

stort motstånd då oljebolag, sotare och VVS bolag skulle bli drabbade av detta eftersom bostäderna

inte då skulle behöva egna uppvärmningskällor.

Utvecklingen gick väldigt långsamt i början men under den första oljekrisen 1973 fick den ett

genombrott då fjärrvärmen fördubblades.

Utvecklingen har stadigt gått framåt och under de senaste 25 åren har fjärrvärmen minskat koldioxid

utsläppen med 11 miljoner ton, mycket av det tack vare kraftvärme.


2011-10-02

5

Statistik

7 % av Sveriges totala elproduktion kommer från kraftvärmeverk

Fjärrvärme står för runt hälften av Sveriges uppvärmningsbehov av bostäder och lokaler.

Totala värmeleveranserna uppgick år 2009 till 71,9 TWh varav 43,5 TWh kom från

förbränning. Utav dessa 43,5 TWh kom 67 % från kraftvärmeverk vilket ger att 40 % av den

totala värmetillförseln kom från kraftvärme.

Till största del är det flerbostadshus och lokaler som använder fjärrvärme för uppvärmning.

Kraftvärmeverk eldas oftast med biobränslen och avfall men även naturgas är vanligt i södra

delen av Sverige.


2011-10-02

6

Kraftvärme Kraftvärme innebär att det produceras el och värme i samma verk. Elen produceras, oftast, med en

ångcykel där man efter/under expansion i turbinen tappar ut ångan och använder den överblivna

ångan till att värma upp fjärrvärmevatten som sedan pumpas ut på i fjärrvärmenätet med en

temperatur av 70-120oC beroende på värmebehovet. Detta leder till att man använder cirka 80-90%

utav bränslets energiinnehåll. Skulle man använda ett kondenskraftverk som bara producerar el

kommer man använda endast upp till maximalt 50 % av bränsleinnehållet. Se figur 1 för

kraftvärmens kretslopp.

Figur 1: Kraftvärmens kretslopp


2011-10-02

7

Olika typer av kraftvärmeverk

Ångpanna. När man tänker på kraftvärme brukar man oftast tänka på den klassiska ångcykeln med vanlig

ångpanna, se nedan

Principen är den samma som i ett kondenskraftverk, vatten hettas upp i pannan tills man får

överhettad ånga som man låter expandera i en turbin och som sedan kondenseras vid lågt tryck i

kondensatorn. Alternativt har man avtappning från turbinen till en förvärmarkedja innan pannan för

att på detta sätt öka verkningsgraden.

När man även ska producera fjärrvärme så tar man helt enkelt värmen man måste kondensera bort i

kondensorn samt avtappning från turbinen (innan ångan expanderat färdigt) och värmer upp

fjärrvärmevattnet.

Denna typ av kraftvärmeverk kan man i princip använda vilket bränsle som helst, t.ex. biobränslen,

olja, kol, gas, biologiska restprodukter, sopor osv.

Den totalverkningsgraden i denna typ av verk ligger teoretiskt på upp till 90 % men i praktiken är

denna siffra lägre.

Figur 2: Typiskt kraftvärmeverk. Källa: http://www.svenskenergi.se/sv/Om-el/Kraftvarme/


2011-10-02

8

Utan fjärrvärme (endast el produktion) ligger el verkningsgraden på 30-50 % beroende på ålder,

bränsle, förvärmarkedja osv. Värt att notera är att den nya koldioxidseparering, CCS (Carbon Capture

Storage), försämrar verkningsgraden väsentligt, man reducerar verkningsgraden med ca 10 %

(alltså ett 90% verk får 80% verkningsgrad med CCS) samt att verket blir dubbelt så dyrt och dubbelt

så stort (DD regeln).

Gaskombi verk

Bilden som ses ovan är en processbeskrivning av Öresundsverket i Malmö, som är en naturgaseldad

gaskombi. Denna princip går ut på att man har en gasturbin som endast genererar el . Gasturbinen

har i sig en ganska dålig verkningsgrad (30-40%)för elproduktion vilket pga. hög eldningstemperatur

resulterar i höga avgastemperaturer. Det man gör då är att man låter rökgaserna gå genom en HRSG

(Heat Recovery Steam Generator), avgaspanna, där man med de heta avgaserna generar ånga och

kör en vanlig ångcykel med fjärrvärme som beskrivet i ångpannan.

I denna typ av kraftverk är det begränsat med vilka bränslen det går att använda pga. av att

gasturbinen är ganska känslig för föroreningar som kan belägga turbinbladen och på så sätt skada

maskinen (observera att ett turbinblad kostar 10-30 tkr, och det finns mellan 30 till 90 blad i en

turbin ). För turbiner i denna applikation kan i princip endast naturgas användas, alternativt i nödfall

eldningsolja 1, vilket gör att bränslekostnaden blir hög och eftersom det är fossila bränslen som

används kan det diskuteras hur bra detta egentligen är. Det man kan tillägga är denna typ av

anläggning når väldigt höga verkningsgrader, i Öresundskraftverkets fall så uppnår man 89 % total

verkningsgrad (uppmätt, faktiska siffror) när man eldar med naturgas.

Figur3: Öresundsverket. Källa: Eon


2011-10-02

9

En viktig sak som bör nämnas är att det är skillnad på elektrisk verkningsgrad och termisk

verkningsgrad. Matematiskt är de densamma men ej i verkligheten.

Definition el verkningsgrad:

Definition totalverkningsgrad:

Industri Sverige har en stor industri som har processer som genererar mycket värme vilket kan utnyttjas i

fjärrvärmen och kan räknas till kraftvärme.

Skogsindustrin och kemiindustrin har ofta egna värmekraftanläggningar pga. sin stora förbrukning av

el och värme men är också i behov utav ånga för sina processer (mottrycksanläggningar). Dessa

industrier har därför mycket spillvärme som de måste bli av med vilket ger dem två alternativ, att

antingen dumpa värmen (kyla bort den till ingen nytta) eller sälja den som fjärrvärme. Problemet

ligger i att om det redan finns ett befintligt fjärrvärmenät måste man sälja värmen till de som äger

nätet, dvs. de som har monopol på det. Ett exempel på detta är Kemira i Helsingborg vars processer i

princip generar tillräckligt med värme för att försörja hela Helsingborg under den varmare delen av

året men är tvungna att sälja värmen till Öresundskraft eftersom det är de som äger nätet.

Inom en snar framtid kan det komma en ny lag om tredjeparts avtal för fjärrvärme vilket gör att

tredjepart har rätt att sälja fjärrvärme direkt på nätet utan att först behöva sälja det till ägaren av

fjärrvärmenätet. Detta kan bli ett problem för ägarna av kraftvärmen då de kanske inte kan sälja sin

överskottsvärme vilket gör att fördelarna med kraftvärme försvinner eftersom de blir tvungna att

dumpa värmen. Detta i sin tur resulterar i att verket effektivt blir ett vanligt kondenskraftverk som

inte kan utnyttja bränslet till den grad det går.

Ytterligare ett problem som kan uppstå med tredjepartavtalet är att Svenska Kraftnät baserar sina

prognoser över elbehov utifrån det värmebehov som finns. Om antalet aktörer då helt plötsligt ökar

kan det uppstå problem med deras prognoser, framförallt på vintern vilket kan resultera i effektbrist

på nätet som i sin tur kan resultera i att man tvingas koppla bort kunder under perioder med hög

effektbelastning.

Ur miljösynpunkt kan man också diskutera tredjepartavtalet, för inte bara kommer kraftverket att

utnyttja bränslet sämre, andra aktörer måste i sin tur förbränna för att ha värme att sälja (industrier

ej inräknade här) vilket betyder att utsläpp samt total bränsleförbrukning ökar eftersom elen

fortfarande måste produceras.


2011-10-02

10

Skillnader Största skillnaden, som nämnts flera gånger tidigare, mellan kondens- och värmekraftverk är att man

tar tillvara på överskottsvärmen i ett värmekraftverk och gör fjärrvärme av det, medans i ett

kondenskraftverk producerar man endast el och gör sig av med överskottsvärmen. Exempel på

kondenskraftverk är kärnkraft där man inte tar tillvara på överskottsvärmen utan man släpper ut den

rakt ut i havsvattnet och det medför stora förluster i energisektorn cirka 100 TWh (se figur nedan).

På 70-talet när oljekrisen inträffade gjorde man experiment på att ge städerna runt Barsebäck

fjärrvärme från kärnkraftverket, men oljan var fortfarande för billig så det lönade sig inte att inleda

några fullskaliga försök. Något som även satte stopp för det hela var att man var rädd för att

kontaminera vattnet om det skulle bli en kärnkraftsolycka.

Förbudet mot all form av forskning och utveckling inom kärnkraft blev också en orsak eftersom man

inte fick gå vidare, alternativt hitta lösningar på fjärrvärme från kärnkraften.

Figur 4


2011-10-02

11

Skatter

I Sverige lönar det sig att ha kombinerad el och värmeproduktion jämfört med bara

värmeproduktion. På elproduktionen i ett kraftvärmeverk betalar man ingen koldioxidskatt eller

energiskatt medan man på värmen beskattas som industrins värmeöverskott, i praktiken ingenting.

Det enda man därför behöver skatta för är då svavel samt kväveoxider. Om man eldar

biobränslen/torv betalar man i praktiken ingen skatt alls. Detta gör att man kan hålla nere

kostnaderna och ökar därför lönsamheten.

För värmeverk däremot betalar man energiskatt, koldioxidskatt samt de övriga svavel och kväveoxid

skatterna. I figur 5 kan man se hur mycket ett värmeverk behöver skatta för olika bränslen.

Figur 5: 2010 års skatter på bränsle


2011-10-02

12

Fördelar och nackdelar

Fördelar:

Med ett kraftvärmeverk är att man får ut mycket mer energi utav bränslet än vanliga

kondenskraftverk.

Termisk verkningsgraden kommer att stiga betydligt, exempel på detta är Öresundsverket

som har 89 %.

Utsläpp per producerad energienhet är mycket lägre för ett kraftvärmeverk än för ett vanligt

kondensverk.

Beskattningen på samtidig värme och el produktion är lägre än för endast el produktion

Nackdelar:

Med ett kraftvärmeverk är att man behöver ha tillgång till vatten för att kyla ner verket och

det medför att man måste uppföra verket nära vatten exempel hav, sjö eller vattendrag.

Detta leder till att man endast kan uppföra verken i städer som ligger nära dessa källor eller

att man bygger ett stort kyltorn, vilket inte kommer att uppskattas av boende i närheten då

dessa är väldigt stora.

Man kan inte transportera fjärrvärmen för långa sträckor eftersom värmeförlusterna från

rören blir för stora.

Krävs fler pumpar vilket medför mer service samt fler delar som kan gå sönder.


2011-10-02

13

Framtid

Tredjepartsavtal Om förslaget av tredjepartsavtal för fjärrvärme skulle gå igenom kan kraftvärmen förvänta sig stora

problem med ekonomin. Deras kostnader kommer vara desamma som innan men intäkterna

kommer att minska vilket kan göra det mindre attraktivt att bygga effektiva kraftvärmeverk. Vanliga

värmeverk kan i princip elda vad som helst eftersom temperaturen de vill uppnå är ganska låg,

fjärrvärmevatten ska maximalt ha en temperatur på 120oC vilket betyder att eldningstemperaturen

behöver ligga mellan 150-200oC. Effektiva kraftvärmeverk har högre bränslekrav eftersom de måste

producera ånga med en temperatur på 500-600oC för att ha en bra elproduktion. Detta gör att

kraftvärmen kan ha mycket högre bränslekostnader än för ett vanligt värmeverk och ett borfall på

värmeintäkten kan bli ett hårt slag.

Skatter Om man i framtiden skulle ändra beskattningen på kraftvärme, t.ex. att de måste betala energiskatt

och koldioxidskatt, skulle kostnaderna öka väldigt mycket, vilket skulle resultera i höga priser för

konsumenten eftersom de idag kan sälja till lägre pris pga. skattereduktion.

Om skatter skulle tillkomma blir det troligtvis mer lönsamt för värmeverken att sälja sin fjärrvärme

vilket, i kombination av ett tredjepartsavtal, skulle innebära liten försäljning av värme från

kraftvärmen pga. priserna antagligen blir högre än vad ett värmeverk kan erbjuda.

Utveckling Utvecklingen går konstant framåt, dock väldigt långsamt och med små steg. Man utvecklar ständigt

nya turbiner, effektivare värmeväxlare och nya material som tillåter högre eldningstemperaturer som

ökar ångtemperaturen vilket leder till bättre effekt samt verkningsgrad.

Högre eldningstemperatur leder till högre utsläpp av NOx vilket kräver bättre rening.

Koldioxidreningen kommer förhoppningsvis att förbättras utan att sänka verkningsgraden på

anläggningen.


2011-10-02

14

Kärnkraften = kraftvärme Om kärnkraften får en fortsatt stor roll i den Svenska el produktionen borde en ny utredning

genomföras om att använda spillvärmen till fjärrvärme. Med en elproduktion på 65-70 TWh och en

verkningsgrad runt 30 % så blir det enorma mängder spillvärme som bara kastas bort. Även om man

kommer få stora överföringsförluster (måste transporteras långa sträckor) och energiåtgång för

pumpar så kommer det troligtvis ändå bli ett vinnande koncept. Eftersom det handlar om långa

sträckor kommer ledningarna passera mindre orter som man kan grena av fjärrvärme till för att på så

sätt ge boende på mindre orter andra alternativ till uppvärmning än småpannor och värmepumpar,

förutsatt att majoriteten utav de boende i ett område är intresserade av detta eftersom det är höga

investeringskostnader.


2011-10-02

15

Källförteckning http://www.varmeforsk.se/om-varmeforsk/om-kraftvarme/

http://www.svenskfjarrvarme.se/Fjarrvarme/Vad-ar-kraftvarme/

http://www.scb.se/statistik/EN/EN0105/2009A02/EN0105_2009A02_SM_EN11SM1101.pdf

http://www.svenskenergi.se/sv/Om-el/Kraftvarme/

Energiläget 2010, Energimyndigheten

http://www.varmeforsk.se/om-varmeforsk/om-kraftvarme/

http://www.svenskfjarrvarme.se/Fjarrvarme/Vad-ar-kraftvarme/

http://www.scb.se/statistik/EN/EN0105/2009A02/EN0105_2009A02_SM_EN11SM1101.pdf

http://www.svenskenergi.se/sv/Om-el/Kraftvarme/


2011-10-02

16

Q & A

1. Ge en fördel och en nackdel med kraftvärme

Svar fördel (välj en av dessa):

1. Med ett kraftvärmeverk är att man får ut mycket mer energi utav bränslet än vanliga

kondenskraftverk.

2. Termisk verkningsgraden kommer att stiga betydligt, exempel på detta är Öresundsverket

som har 89 %.

3. Utsläpp per producerad energienhet är mycket lägre för ett kraftvärmeverk än för ett vanligt

kondensverk.

4. Beskattningen på samtidig värme och el produktion är lägre än för endast el produktion

Svar nackdel (välj en av dessa):

1. Med ett kraftvärmeverk är att man behöver ha tillgång till vatten för att kyla ner verket och

det medför att man måste uppföra verket nära vatten exempel hav, sjö eller vattendrag.

Detta leder till att man endast kan uppföra verken i städer som ligger nära dessa källor eller

att man bygger ett stort kyltorn, vilket inte kommer att uppskattas av boende i närheten då

dessa är väldigt stora.

2. Man kan inte transportera fjärrvärmen i för långa sträckor då skulle värmeförlusterna från

rören bli förstora.

3. Krävs fler pumpar vilket medför mer service samt fler delar som kan gå sönder.

2. Hur många procent av Sveriges totala elproduktion står kraftvärmeverken för?

Svar: 7 %

energitransporter mvkn10 - ees.energy.lth.se · mvkn10 elias forsman mikael olsson 2011-10-02 5...

Documents