Elektrificering af dansk industri

Transkript

1 Elektrificering af dansk industri Temadag om energieffektivisering i industrien Fabian Bühler (fabuhl@mek.dtu.dk) 1 DTU Mechanical Engineering

2 Agenda Elektrificering: Omstilling fra brændsel til elektricitet Hvorfor skal vi elektrificere processer? Hvordan kan vi bedst elektrificere industrielle processer? Hvad betyder elektrificering til Energiforbrug? Økonomi? Bæredygtighed? Case studie med forskellige strategier til elektrificering 2 DTU Mechanical Engineering

3 Energiforbrug i den Dansk industri Kilde: Danmark Statistik, ENE2HA. 3 DTU Mechanical Engineering

4 Elproduktion Procesvarme i 2050 i [PJ] Procesvarme i 2050 [PJ] Fremtidig energiforsyning (2050) Kilde: Energistyrelsen. Energiscenarier frem mod 2020, 2035 og Rapport DTU Mechanical Engineering

5 Energipris [Kr./ MWh] Ratio El-Pris/ Gas-Pris Energipriser - Produktionserhverv 700 3, , , , El-pris (produktion) Gas-pris (produktion) Ratio El-pris/ Gas-pris 5 DTU Mechanical Engineering

6 ELFORSK Projekt Elektrificering af processer og teknologier i dansk industri Hovedformålet for projektet er - at identificere potentialer for minimering af energiforbruget ved termiske industrielle processer - at identificere udfordringer ved konvertering af industriel procesvarmeforsyning fra fossile brændstoffer til en el-baseret i fremstillingsindustri. 6 DTU Mechanical Engineering

7 Fordampning Mælkebehandling Case studie: Mælkepulverproduktion C4 Stor age Raw Milk M1 M7 H1 M2 C1 Cream H5 C2 C3 H6 H7 C5 H8 C6 Addit ives Stor age Cream Product Hot Utility Air Cold Utility Water M3 Skim Milk H2 M4 H3 M5 H4 M8 Stor age M ilk M6 M9 V18 E1 E4 M10 V4 F1 V1 V5 V19 E2 V3 V2 V6 M11 V11 V7 V8 E3 E5 E6 E7 F2 V10 V15 E8 V9 V16 V12 V13 V14 M12 M13 M14 M15 V17 S1 S3 S2 A6 A5 A4 A3 V20 A1 Ambient Air M16 Spr ay Tower M17 A7 A2 A12 A9 Air Treatment Flu id-bed A8 A10 A13 S4 A14 Exhaust Air A11 M18 Stor age M ilk Powder Tørring 7 DTU Mechanical Engineering

8 Temperature [ C] Case studie: Mælkepulverproduktion Forsyning Naturgasfyrede dampkedel MW Damptryk 25 bar Køleanlæg 374 kw -5 C 240 HU min = 8730 kw 2600 kw 1030 kw Process streams Process streams with excess heat Process streams with evaporators CU min = 252 kw Heat flow [kw] 8 DTU Mechanical Engineering

9 Strategier til elektrificere BAU BAU Elektrisk + energioptimering Utility Exhaust Air Production Excess heat Utility Production Excess heat Air Natural Gas Boiler Heating Drying Electrici ty Boiler Heating Drying Electrici ty Cold Utility Cooling Evaporati on Cold Utility Cooling Evaporation Central Varmepumpe Decentral Varmepumper Utility Production Excess heat Pr oduction Excess heat Heating Drying Electrici ty Heat Pump Heating Drying Heat Pump Air Electrici ty Heat Pump Cooling Evaporation Cooling Evaporati on Eletric Heater 9 DTU Mechanical Engineering

10 Fordamper Kondensator Muligheder Energieffektivisering Varmegenvinding på kondenser Luftforvarmning med tørringsluft Elektrificering ved procesændringer Fordamper med MVR, i stedet for TVR TVR 3 stages: kwh/kg vand Væske Højtryksdamp W Damp Damp MVR 1 stage: kwh/kg vand Kilder til varmepumper Udnyttelse af varme fra tørringsluft Udnyttelse af varme fra køling Udendørsluft Kondensat Koncentrat 10 DTU Mechanical Engineering

11 Central Varmepumpe Damp til opvarmning af luft A7 S3-6 Varmtvand til processer (<90 C) S3-5 S3-4 IC3 TC3 IC2 TC2 IC1 TC1 Evaporator S3-3 P3 P2 P1 Valve Sink1 Sink2 Sink3 Sink4 S3-2 S3-1 S3-0 A6 HP1 HP2 HP3 HP4 HP5 HP6 Source1 Source2 Source3 Source4 Source5 Source6 Bottom Heat pumps 11 DTU Mechanical Engineering

12 A7 S3 A14 Tower Air A16 Decentral Varmepumper + Elpatron A6 A5 E-Heat 2 A17 Raw M ilk M1 A4 V15 E1 V13 M10 A3 E4 HP 7 V4 H1 F1 M7 E2 V2 M14 A8 V14 M2 Spr ay M15 A18 C1 Exhaust Air HP 6 V16 M11 V3 Cream M3 Skim Milk Con densate E3 M6 V9 V6 V1 V5 M12 V12 H5 S5-2 H2 S5-1 A2 E5 V8 F2 V7 M4 C2 Treat ment C3 C4 A11 H3 A10 V10 A15 H6 Flu id-bed M5 HP 1 H4 HP 2 A13 H8 M16 C5 S4 C5 S2-1 C6 M ilk Stor age Cream H7 Addit ives M8 M ilk M9 HP 4 Ambient Air A7 S2-4 A9 A12 S1 E-Heat 1 S2-3 HP 5 HW2 E6 S2-2 HW1 M13 V11 Powder S3 M14 E-Heat 2 A8 Spr ay HP 7 A14 Tower A6 A17 A5 HP 3 M15 A18 Exhaust Air S5-2 Product H eating Cooling Water/ Vap our Hot Water Air Air A16 Treatment A15 M16 M ilk Flu id-bed Powder A11 A13 HP 6 A10 A4 S5-1 S4 V15 V16 7 x Varmepumper 2 x El-Heater A2 A9 A12 Ambient Air A1 A3 Condensate HP 5 12 DTU Mechanical Engineering

13 Energy use [kw] 16 Resultater Energi I Natural Gas input Heating demand Energibesparelser TVR til MVR Electricity input Cooling demand Scenario BAU 0 Scenario EL-BAU1 EL-BAU Scenario Eff. 2 Central Scenario VP 3 De-central Scenario 4VP Central varmepumpe: COP på 1.95 Decentral varmepumpe: COP på 1.57 COP mellem 1 og 5.2 Kølebehov dækket med varmepumper 13 DTU Mechanical Engineering

14 Heat loss [kw] Resultater Energi II Drying Air Flue gases Condensator IW Cream cooling Condensate Scenario BAU 0 Scenario EL-BAU1 Scenario EL-BAU Eff. 2 Scenario Central VP 3 De-central Scenario 4 VP 14 DTU Mechanical Engineering

15 EL-BAU EL-BAU+Eff Central De-central Resultater - Økonomi > 13 år > 5.8 år Decentral Varmepumpe > 25 år > 5.1 år 15 DTU Mechanical Engineering

16 Sammenfatning og konklusion Energieffektivisering og varmpumper er i (case studie) nøglen til økonomisk elektrificering Decentral elektrificering giver muligheden for at prioritere enheder Central elektrificering kraver mindst ændringer i processerne Fremtidig energipriser stor indflydelse på økonomi Elforsk projekt ELIDI skal undersøge flere case studier og vurdere elektrificeringspotential i Danmark 16 DTU Mechanical Engineering

17 Thank you for you attention! Spørgsmål? Fabian Bühler Postdoc DTU Mechanical Engineering Phone DTU Mechanical Engineering