Verdiskapende energieffektivisering -en realitetsbetraktning av industrien

Transkript

1 Verdiskapende energieffektivisering -en realitetsbetraktning av industrien Presentert av Odd-Arne Lorentsen Program Manager, Hydro Primary Metal Technology & Professor II, Materials Technology, NTNU (1)

2 Aluminium Lettmetall Sterkt Lang levetid Høy korrosjonsmotstand God leder for varme og elektrisitet God reflektor (lys, varme) God formbarhet Komplett ugjennomtrengelig og luktfri 100% resirkulerbart (2)

3 Resirkulering en ren bonus Hydro pow er Gas pow er Coal pow er Avg. CO2 footprint per cycle [kg CO 2 /kg Al] Primary 1.recycling 2.recycling 3.recycling 4.recycling 5.recycling 6.recycling 7.recycling 8.recycling 9.recycling 10.recycling Resirkulering krever bare 5% av energien man bruker i primærproduksjon (3)

4 Hydro bygger energinøytrale bygg og energigjerrige fasader (4)

5 Aluminium production 1. Kjøle cellas overbygg 2. Unngå lekkasje fra cella til omgivelsene Alumina Carbon Power ~1% CO 2 ~99% Air HF SO 2 CF x Aluminium Heat (5)

6 Energifordeling fra et aluminiumsverk i dag * ) Energi til massefabrikken Gass og olje 7 Kull, koks og bek Bundet kjemisk energi i produsert aluminium Elektrisk energi GWh/år Prosess Varme fra elektrolyseceller Ukjent 1 Varme fra strømskinner 2 Varme til ventilasjonsluft Varme fra likerettere Energi til hjelpesystemer Energi til støperi Varme fra rågass/ovnsgass HSk *) Typisk fordeling (6)

7 Hydros forretningsutfordringer Global konkurransesituasjon Relativ kostnadsposisjon Kostnader knyttet til kraft USD / tonn Lønn 11 % Kraft 32 % Karbon 15 % Andre Alumina 13 % 29 % 0 Akkumulert produksjon (7)

8 Technology Development = Business Development Må ses i sammenheng! Miljø Energi Teknologi (8)

9 Verdiskapende energieffektivisering Pris på kraft Pris på varme OPEX Sluttbruker Ekstern infrastruktur Intern infrastruktur Økonomisk attraktivitet Odd-Arne Lorentsen CAPEX Kapitaltilgang Rammebetingelser Teknologisk modenhet Regularitet (9)

10 Energireduksjon har vært en kontinuerlig prosess 50 kwh/kg Al Et verk produserer aluminium i år! 2. Teknologifronten er omtrent 20 år* foran industrigjennomsnittet Ye ar * ikke inkludert Kina (10)

11 Potline Performance Master Roadmap Technologies for reduced Energy Consumption Millivolt Chasing Reducing Variability 13 kwh/kg Al Time -> Improved Materials Off-Gas Heat Recovery 12 kwh/kg Al Cathode Heat Recovery Drained Cathode Cell 11 kwh/kg Al Innovative Cell Concepts (11)

12 Kartlagt spillvarme fordelt på temperaturklasser i aluminiumsindustrien GWh/år 1600 Samlet energibruk for de 7 aluminiumsverkene i Norge utgjør 18,5 TWh/år, hvorav 99 % er elektrisk fastkraft Elektrisitesproduksjon? 1000 NB! Mye lav-temperatur-energi med lav virkningsgrad og beskjeden lønnsomhet (i dag ) > 140 o C Ref. NEPAS & Norsk Energi, Utnyttelse av spillvarme fra norsk industri en potensialstudie, (12)

13 Spillvarme fra industri 1. Konvertering til elektrisitet + høyverdig energi + lett å transportere over store avstander + mange anvendelser - lav virkningsgrad - dyr kraft 2. Konvertering til varme +høyere virkningsgrad + mye varme tilgjengelig - krever infrastruktur - begrensning i bruk (gitte temperaturer) - kan ikke fraktes over lange avstander - krever sluttbruker nær varmekilden - regularitetskrav (med alternativ varmekilde) - kan bli dyrt (13)

14 Kunder til overskuddsvarmen? Mottakere for spillvarmen - Nærhet, transportbegrensninger Betalingsvilje og evne Tiltrekke nye kunder til nærmiljøet Typiske kunder for spillvarme: - Norske Skog - Næringsmiddelindustri - Gartneri - Oppdrettsnæring - Fjernvarmeforbrukere (bygninger privat, offentlig etc) (14)

15 Maksimal energiutnyttelse oppnås bare ved energisamarbeid og utnyttelse av hele temperaturområdet! Eksempel: (15)

16 HAL Ultra with CCS CCS HAL Ultra Energibruk Hydro Aluminium Energiforbruk og kost øker med CCS kwh/kg Al produced 8.0 HAL300 HAL4e Voltage red. and improvements 7.0 (16) Kan vi bruke spillvarme?

17 Energigjenvinning - hvem er sluttbruker? - hvordan gjør man det økonomisk attraktivt? Elektrisitetsforedlere Varmeforbrukere Infrastruktur - intern - ekstern HEAT HEAT El. power (17)

18 Energieffektiviseringseknologi vs prosess Teknologimodenhet Utnyttelsesgrad verdi? Regularitet Risiko (prosess og regularitet) Lar seg integrere i eksisterende anlegg vs. nye anlegg Infrastruktur Tilkoblingspunkter og samlepunkter Varmeflateareal og antall enheter Layout Hydro (18)

19 Technology development = business development The car analogy Yesterday Today Trend, last 20 years Challenges of tomorrow HAL Ultra, the ultimate solution Søderberg Old Prebake High current density Low energy (kwh/kg Al) Beyond best of everything Greener production Hybrid (19)

20 Kostnader 1. Utviklingskostnader Løsninger ikke tilgjengelig nå 2. CAPEX Byggekostnader 3. OPEX Drift Vedlikeholdskostnader 4. Infrastruktur Internt Eksternt til bruker 5. Støtteordinger nødvendig i mange tilfeller Hydro (20)

21 Inntekt Elektrisitetsproduksjon alene er ikke attraktivt nok, økonomisk > man trenger også å utnytte varmen Kunde/mottaker for overskuddsvarme Volumgaranti Regularitet - Årsvariasjoner Prisgaranti Varighet Vedlikeholdskostnader akseptable (21)

22 Norge: Kraftsituasjonens vonde sirkel Energibesparelser krever investeringer Kraftkontraktene er kortsiktige? Avskrivningene er langsiktige Marginene er lave/ikke tilstede (22)

23 Oppsummering: Økonomisk attraktivitet Teknologien fungerer Teknologimodenhet Regularitet Produktivitet, høy virkningsgrad Produktkvalitet Kostnaden ikke høyere enn inntekten Sluttbruker Infrastruktur helt fram til sluttbrukerne Investeringsmidler tilgjengelig K ) Rammebetingelser for utbygging Forutsigbarhet Langsiktighet (23)

24 Fjernvarme fra avgasser fra Hydro aluminiumsanlegg på Sunndalsøra 5-6 MW Sunndalsøra 56 bygninger 8 MW 17.7 GWh/y (2008) (24)

25 Varmeveksling fra anoder Temperatur: C Hot fluid Cold fluid 4-5 kw per anodehenger Temperatur: 960 C Kan brukes direkte i en turbin Relativ høy temperatur og dermed relativt høy virkningsgrad Mange tilkoblingspunkter Må tåle mekanisk og termisk påkjenning Muligheter for lekkasjer (25)

26 Grunnidé: Selvdrevet kjøling av en celle ved høyest mulig temperaturnivå med energikonvertering Termisk balanse for cellen kan bli kontrollert -> økt strømstyrke mulig Sirkulering av kjølemedium Varme fra elektrisk motstand og anodereaksjon Kraftturbin Per i dag høy teknisk risiko forbundet med høy kostnad Kompressor Varme kan bli gjenvunnet og konvertert til elektrisitet/damp etc. Systemlayout (26)

27 Jobber med å utvikle et konsept for å oppnå varmere og mer konsentrert rågass Varmevekslere Tørr-rensing T 1 T 2 Elektrisitet Damp Varmt vann (27)

28 HF-removal Heat exchanger Thermal insulation of tubes SO 2 -removal (28)

29 Karbonanoden Utfordringer: Eneste reduksjonsmiddelet for å lage aluminium Produserer CO 2 - som ikke er populært for tiden! Prosessen krever bedre og bedre anoder, samtidig som kvaliteten på råvarene forringes: - mer svovel i råvarene - konkurrerer med andre typer industrier om råvaren Muligheter(?) Kan off spec materialer utnyttes? - erstatte tradisjonelle råvarer? - blandes inn med eksisterende - hva kan man gjøre med biokoks og bek? - ønsker kunnskapsøkning for å redusere produksjon av skrap-anoder og øke ledningsevnen i anodene (29)

30 ACADEMIC projects, programs and activities with focus areas BigCCS Industrial CCS HAL UP M2M CREATIV Duramat NG Robotics HAL Ultra Fundamental HAL4e HAL Ultra Anode HAL Ultra PI-HCD ROMA!?? Energy Heat recovery Productivity CO 2 reduction in process CO 2 handling NGS (Robotics etc) HAL Ultra Conventional cell technologies (30)

31 De teknologiske utfordringene Hydro prøver å løse 1) Å redusere energiforbruket og utslippet - vårt carbon footprint i primærproduksjon. 2) Å utvikle aluminiumprodukter som hjelper våre kunder til å redusere deres carbon footprint. 3) Å resirkulere aluminium om og om igjen fordi resirkulering gjør aluminium svært miljøvennlig. (31)

32

33 (33)

34 (34)

35 (35)