Viability of self-generated energy in paper and board mills : study on manufacturing costs
Torvelainen, Julianna (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Ympäristötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230831114987
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230831114987
Tiivistelmä
This thesis investigated the feasibility of electricity generation at European paper and paperboard mills. The study was conducted considering manufacturing expenses. The aim was to research factors affecting the feasibility of electricity generation and the impact of the EU emissions trading system on the manufacturing costs. The experimental part was conducted on the AFRY cost competitiveness modelling tool. A hypothetical mill was modelled in four different energy production concepts. Included fuels cover residue-derived fuel, outsourced biomass, natural gas, and internal fuels from chemical pulp production.
The results showed that producing surplus electricity is unprofitable in various scenarios using a natural gas-based energy production concept. In the other concepts, electricity generation was feasible, also in different energy price variations. Currently, the impact of CO2 costs on manufacturing costs is minor. However, the results support the significance to increase by 2030 and cause changes in the feasibility of different concepts.
Based on the results, low-emission options emerged as the more profitable energy production concepts compared to fossil fuel utilization. This applied to the present time and increasingly to the upcoming years. Thus, the adversity fossil fuel-fuelled mills experienced in 2022 continued in the beginning of 2023, whereas sustainable fuels were more feasible options for energy production. The findings also indicate the position of renewable and low emission fuels as the beneficiary potentially persevering in the coming years. Tässä diplomityössä tutkittiin sähköntuotannon kannattavuutta eurooppalaisilla paperi- ja kartonkitehtailla. Tutkimus toteutettiin tuotantokustannusten näkökulmasta. Tavoitteena oli selvittää tehtaan sähköntuotannon kannattavuuteen liittyviä tekijöitä ja tutkia EU:n päästökaupan vaikutusta kustannuksiin. Kokeellinen osuus toteutettiin käyttäen AFRYn kustannuskykymallinnusta. Hypoteettisen tehtaan mallinnus suoritettiin neljällä eri energiantuotantokonseptilla. Konsepteissa olevat polttoaineet kattoivat jätepolttoaineen, ostetun biomassan, maakaasun ja kemiallisen selluntuotannon tuottamat sivupolttoaineet.
Työn tuloksista selvisi, että sähköntuotanto yli tehtaan omavaraisuuden ei kannattanut käyttäen maakaasuperusteista tuotantomenetelmää. Muissa konsepteissa sähkötuotanto oli kannattavaa, myös energianhintojen eri vaihteluissa. Päästökaupan vaikutusten tarkkailun tulosten perusteella CO2-kustannusten merkitys tuotantokuluissa oli vuoden 2023 alussa vähäinen. Merkitys tuli kuitenkin kasvamaan vuoteen 2030 mennessä ja aiheuttamaan muutoksia sähköntuotannon kannattavuuteen.
Tulosten pohjalta voitiin tulkita, että vähäpäästöiset energiantuotantomuodot ovat kannattavampia sähköntuotantoon paperitehtaassa kuin fossiilisten polttoaineet. Vuonna 2022 todettu fossiilisen energiantuotannon kasvaneet kustannukset näyttivät jatkuvan vuonna 2023, kestävät polttoaineet sen sijaan olivat kannattava valinta. Useiden tekijöiden ennustetaan edistävän kestävien polttoaineiden käytön kasvua paperiteollisuudessa.
The results showed that producing surplus electricity is unprofitable in various scenarios using a natural gas-based energy production concept. In the other concepts, electricity generation was feasible, also in different energy price variations. Currently, the impact of CO2 costs on manufacturing costs is minor. However, the results support the significance to increase by 2030 and cause changes in the feasibility of different concepts.
Based on the results, low-emission options emerged as the more profitable energy production concepts compared to fossil fuel utilization. This applied to the present time and increasingly to the upcoming years. Thus, the adversity fossil fuel-fuelled mills experienced in 2022 continued in the beginning of 2023, whereas sustainable fuels were more feasible options for energy production. The findings also indicate the position of renewable and low emission fuels as the beneficiary potentially persevering in the coming years.
Työn tuloksista selvisi, että sähköntuotanto yli tehtaan omavaraisuuden ei kannattanut käyttäen maakaasuperusteista tuotantomenetelmää. Muissa konsepteissa sähkötuotanto oli kannattavaa, myös energianhintojen eri vaihteluissa. Päästökaupan vaikutusten tarkkailun tulosten perusteella CO2-kustannusten merkitys tuotantokuluissa oli vuoden 2023 alussa vähäinen. Merkitys tuli kuitenkin kasvamaan vuoteen 2030 mennessä ja aiheuttamaan muutoksia sähköntuotannon kannattavuuteen.
Tulosten pohjalta voitiin tulkita, että vähäpäästöiset energiantuotantomuodot ovat kannattavampia sähköntuotantoon paperitehtaassa kuin fossiilisten polttoaineet. Vuonna 2022 todettu fossiilisen energiantuotannon kasvaneet kustannukset näyttivät jatkuvan vuonna 2023, kestävät polttoaineet sen sijaan olivat kannattava valinta. Useiden tekijöiden ennustetaan edistävän kestävien polttoaineiden käytön kasvua paperiteollisuudessa.