Paperi- ja kartonkitehtaan sähkönkulutuksen ja -hankinnan optimointi
Korhola, Satu (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230927137529
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230927137529
Tiivistelmä
Paperin- ja kartonginvalmistuksessa käytettävän mekaanisen massan ominaissähkönkulutus on suuri. Paperin- ja kartonginvalmistus vaatii lisäksi huomattavan määrän lämpöenergiaa. Prosessien korkean lämmöntalteenottoasteen vuoksi oma sähköntuotannon määrä on suhteessa sähkönkulutukseen yleensä pientä. Uusiutuvan sähköntuotannon nopeasti lisääntyvä kapasiteetti lisää sähkön hinnan vaihtelua tukku- ja tasesähkömarkkinoilla. Lisäksi sähkön markkinapaikkoihin on tulossa merkittäviä muutoksia lähivuosina. Sähkönkulutuksen ja -hankinnan optimointi, eli sähkön kokonaiskustannusten pienentäminen on entistä tärkeämpää.
Mekaanisen massan tuotanto kuluttaa huomattavan määrän sähköä ja tarjoaa täten suuren potentiaalin toteuttaa sähkön kysyntäjoustoa. Sähkökattilalla voidaan pienentää tehtaan fossiilisia päästöjä. Lisäksi sähkökattila lisää joustavuutta lämmöntuotannossa sekä paperi- ja kartonkitehtaan mahdollisuuksia tarjota sähkön kysyntäjoustoa vuorokausimarkkinoille ja päivänsisäisille markkinoille. Sähkökattilan sähkönhankinnassa on olennaista selvittää rajahinta, jolla sähkökattilalla tuotetun lämmön hinta on edullisempi kuin vaihtoehtoisella lämmöntuotantomuodolla. Sekä mekaanisen massan tuotannolla, että sähkökattilalla voidaan osallistua reservimarkkinoille. Reservimarkkinoille osallistuminen tukee sähköjärjestelmän tasapainon ylläpitämistä.
Sähkönhankinta voidaan toteuttaa erilaisilla toimintamalleilla ja markkinoilla olevilla tuotteilla. Tässä työssä on tarkasteltu eri tuotteiden etuja ja haittoja sekä vertailtu niiden kannattavuutta vertailujakson aikana. Hintariippuvat joustavat tuotteet toimivat vertailussa parhaiten. Tutkimusosan tarkastelu toteutettiin Anjalankosken tehtaiden näkökulmasta ja lopputuloksena annettiin suositukset jatkotoimenpiteistä. The specific electricity consumption of paper and board production is high. In addition, the production consumes a considerable amount of thermal energy. Due to high heat recovery of the processes the share of own electricity production is usually low. The rapidly increasing amount of renewable electricity production increases the fluctuations of electricity prices in the stock market and in the balancing market. In addition, some significant changes in electricity marketplaces are expected in the upcoming years. The optimization of electricity consumption and procurement meaning the reduction of total costs of electricity is more relevant than before.
The large electricity consumption of the production of mechanical pulp offers a great potential to implement demand response. The fossil emissions of the mills can be decreased with the use of electric boiler. An electric boiler enhances the flexibility of heat production and the ability of paper and board production to offer demand response on day-ahead and intraday markets. When purchasing electricity for electric boiler, it is essential to calculate the price limit for which the production of heat is less expensive with electricity than with an alternative heat production technology. Both, mechanical pulp production and electric boiler can also participate in the reserve markets. Participating in the reserve markets supports of maintaining the balance in the power system.
The electricity procurement can be executed with different ways of action and products available on the markets. In this research, the pros and cons and the economic viability of the products are compared. The price dependent flexible products were found to be the best solution in the review. The study is performed from the perspective of Anjalankoski mills. As a result, recommendations for further measures were suggested to the mills.
Mekaanisen massan tuotanto kuluttaa huomattavan määrän sähköä ja tarjoaa täten suuren potentiaalin toteuttaa sähkön kysyntäjoustoa. Sähkökattilalla voidaan pienentää tehtaan fossiilisia päästöjä. Lisäksi sähkökattila lisää joustavuutta lämmöntuotannossa sekä paperi- ja kartonkitehtaan mahdollisuuksia tarjota sähkön kysyntäjoustoa vuorokausimarkkinoille ja päivänsisäisille markkinoille. Sähkökattilan sähkönhankinnassa on olennaista selvittää rajahinta, jolla sähkökattilalla tuotetun lämmön hinta on edullisempi kuin vaihtoehtoisella lämmöntuotantomuodolla. Sekä mekaanisen massan tuotannolla, että sähkökattilalla voidaan osallistua reservimarkkinoille. Reservimarkkinoille osallistuminen tukee sähköjärjestelmän tasapainon ylläpitämistä.
Sähkönhankinta voidaan toteuttaa erilaisilla toimintamalleilla ja markkinoilla olevilla tuotteilla. Tässä työssä on tarkasteltu eri tuotteiden etuja ja haittoja sekä vertailtu niiden kannattavuutta vertailujakson aikana. Hintariippuvat joustavat tuotteet toimivat vertailussa parhaiten. Tutkimusosan tarkastelu toteutettiin Anjalankosken tehtaiden näkökulmasta ja lopputuloksena annettiin suositukset jatkotoimenpiteistä.
The large electricity consumption of the production of mechanical pulp offers a great potential to implement demand response. The fossil emissions of the mills can be decreased with the use of electric boiler. An electric boiler enhances the flexibility of heat production and the ability of paper and board production to offer demand response on day-ahead and intraday markets. When purchasing electricity for electric boiler, it is essential to calculate the price limit for which the production of heat is less expensive with electricity than with an alternative heat production technology. Both, mechanical pulp production and electric boiler can also participate in the reserve markets. Participating in the reserve markets supports of maintaining the balance in the power system.
The electricity procurement can be executed with different ways of action and products available on the markets. In this research, the pros and cons and the economic viability of the products are compared. The price dependent flexible products were found to be the best solution in the review. The study is performed from the perspective of Anjalankoski mills. As a result, recommendations for further measures were suggested to the mills.