Hiili-intensiivisten teollisuusprosessien sähköistämismahdollisuudet
Rantanen, Heini (2021)
Diplomityö
Rantanen, Heini
2021
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202102154835
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202102154835
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tutkittiin teollisuuden sähköistämismahdollisuuksia Suomen suurilla teollisuuden aloilla, joissa on käytössä fossiilisia polttoaineita. Sähköistämistä tarkasteltiin yhtenä keinona vähentää hiilidioksidipäästöjä tulevaisuudessa. Sähköistämisen toteutumista arvioitiin kustannuksien näkökulmasta.
Työhön valittiin potentiaalisesti sähköistettäviä prosesseja eri teollisuuden aloilta tarkasteluun ja niille määritettiin sähköinen vaihtoehto. Tarkasteluun valittiin prosesseja terästeollisuudesta, kalkintuotannosta, sementtiteollisuudesta ja sellu- ja paperiteollisuudesta, sekä vedyn tuotantoprosessi. Työssä kerätyt tiedot nykytilanteesta ja sähköisistä vaihtoehdoista annettiin energiajärjestelmämallilla analysoitaviksi. Sähköistämisen toteutuvuutta arvioitiin mallilla vuonna 2030 ja toteutumisen arvioinnissa käytettiin useita eri skenaarioita.
Tuloksien perusteella potentiaalisesti sähköistyviä prosesseja olisivat osa meesauuneista sekä osa paperi- ja kartonkikoneiden kuivaimista. Sähköistäminen toteutui mallinnuksessa tapauksille, joissa nykyinen polttoaine on kallis. Sähköistämistä edesauttavia olosuhteita korvattavan polttoaineen hinnan lisäksi ovat runsas matalakustannuksisen uusiutuvan energian tuotanto ja kallis päästöoikeuden hinta. Sähköistämisen seurauksena hiilidioksidipäästöt pienenisivät ja sähkön kulutus kasvaisi. In this master’s thesis, electrification opportunities were analyzed in Finland’s large industries where fossil fuels are still being used. Electrification was observed as a one possible way to reduce carbon dioxide emissions in the future. Possibility of electrification to happen was analyzed based on costs.
For this thesis, potential processes for electrification were chosen from multiple different industries and for those processes, an electric option was determined. Processes were chosen from production of steel, lime, cement, pulp and paper and also hydrogen. Information was collected about current situation and its electric option. This information was given to be analyzed with energy system model. The model analyzed electrification on year 2030 and used multiple different scenarios.
Based on the results, potential processes to become electric were some pulp industry’s lime kilns and some of the dryers of paper industry. In the modelling, electrification happened in cases where currently used fuel is expensive. Circumstances that help electrification in addition of expensive fossil fuel, were large amount of low operational cost produced renewable energy and high price of carbon emission allowances. Electrification would lower carbon dioxide emissions and it would increase electricity consumption.
Työhön valittiin potentiaalisesti sähköistettäviä prosesseja eri teollisuuden aloilta tarkasteluun ja niille määritettiin sähköinen vaihtoehto. Tarkasteluun valittiin prosesseja terästeollisuudesta, kalkintuotannosta, sementtiteollisuudesta ja sellu- ja paperiteollisuudesta, sekä vedyn tuotantoprosessi. Työssä kerätyt tiedot nykytilanteesta ja sähköisistä vaihtoehdoista annettiin energiajärjestelmämallilla analysoitaviksi. Sähköistämisen toteutuvuutta arvioitiin mallilla vuonna 2030 ja toteutumisen arvioinnissa käytettiin useita eri skenaarioita.
Tuloksien perusteella potentiaalisesti sähköistyviä prosesseja olisivat osa meesauuneista sekä osa paperi- ja kartonkikoneiden kuivaimista. Sähköistäminen toteutui mallinnuksessa tapauksille, joissa nykyinen polttoaine on kallis. Sähköistämistä edesauttavia olosuhteita korvattavan polttoaineen hinnan lisäksi ovat runsas matalakustannuksisen uusiutuvan energian tuotanto ja kallis päästöoikeuden hinta. Sähköistämisen seurauksena hiilidioksidipäästöt pienenisivät ja sähkön kulutus kasvaisi.
For this thesis, potential processes for electrification were chosen from multiple different industries and for those processes, an electric option was determined. Processes were chosen from production of steel, lime, cement, pulp and paper and also hydrogen. Information was collected about current situation and its electric option. This information was given to be analyzed with energy system model. The model analyzed electrification on year 2030 and used multiple different scenarios.
Based on the results, potential processes to become electric were some pulp industry’s lime kilns and some of the dryers of paper industry. In the modelling, electrification happened in cases where currently used fuel is expensive. Circumstances that help electrification in addition of expensive fossil fuel, were large amount of low operational cost produced renewable energy and high price of carbon emission allowances. Electrification would lower carbon dioxide emissions and it would increase electricity consumption.