Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

District heating covers most of the residential areas and industries in the two
neighbouring Swedish municipalities Nyköping and Oxelösund. In Nyköping,
Vattenfall AB Värme produces heat in a bio-fuelled CHP plant. In Oxelösund,
waste heat and use of waste gases from the steel production at SSAB
Oxelösund is the basis in the district heating system.

This report examines the environmental consequences of a connection between
the two district heating systems. A broad system approach is used and the focus
is on environmental effects in the system.

A system analysis has been performed on the result of simulations of different
heat and electricity production alternatives. The alternatives simulated were
one where Vattenfall Nyköping covers the base load in the joint district heating
system and two where the power plant at SSAB Oxelösund supplies the heat
base load.

The conclusion in this report is that the consequences of connecting the two
district heating systems can be both positive and negative, depending on
system boundaries and on the environmental focus. An efficient use of
resources can be achieved by letting SSAB Oxelösund supply the base load of
heat in the system. Such a solution will lead to a decrease in electricity
production in Nyköping and Oxelösund. This might not be desirable since a
large part of this production is renewable. With a focus on renewable
electricity production the first alternative, with base load production at
Vattenfall Nyköping, would be the best alternative.

I Nyköping och Oxelösund täcks värmebehovet till stor del av fjärrvärme.
Produktion och distribution av värme och el i Nyköping sker i Vattenfall AB
Värmes biobränsleeldade kraftvärmeverk. I Oxelösunds fjärrvärmenät sker
värmeförsörjningen med industriell spillvärme och eldning av restgaser från
stålproduktionen vid SSAB Oxelösund.

En eventuell sammankoppling av de två fjärrvärmenäten har diskuterats sedan
slutet av 1970-talet. Under åren har ett flertal undersökningar med fokus på
ekonomiska förutsättningar utförts. Resultatet har varit att en sammankoppling
med en kulvert mellan kommunerna inte är ekonomiskt lönsamt på grund av höga
investeringskostnader samt att låga bränslepriser och, på senare tid,
elcertifikatsystemet har gynnat biobränslebaserad elproduktion i Nyköping.
Diskussioner kring resursutnyttjande och klimatförändringar till följd av ökade
koldioxidutsläpp har gett ett förnyat intresse av en kulvert mellan Nyköping och
Oxelösund. Detta examensarbete syftar till att undersöka förutsättningarna för en
sammankoppling av de två fjärrvärmenäten ur ett miljö- och systemperspektiv.

En miljö- och systemanalys har utförts på resultatet av simuleringar av olika
produktionsalternativ. Resultatet av en miljö- och systemanalys är till mångt och
mycket beroende av val av systemgränser. Allt för snäva systemgränser kan ge
upphov till suboptimeringar medan allt för vida systemgränser kan försvåra
analysen. För värmeproduktionen har systemgränsen dragits kring den region som
Nyköping och Oxelösund utgör. Vid jämförelsen mellan system med olika
elproduktion måste systemgränsen utvidgas till att även täcka alternativ
elproduktion. Den alternativa elproduktionen har miljövärderats utifrån ett
marginalelperspektiv eftersom de olika baslastfallen ger upphov till små
förändringar i elsystemet som helhet. På kort sikt antas marginalel utgöras av
kolkondens.

De olika produktionsalternativ som har simulerats är ett scenario där
kraftvärmeblocket hos Vattenfall Nyköping producerar baslasten i det
gemensamma fjärrvärmenätet (scenario 1) samt två scenarier där SSAB
Oxelösunds pannor står för baslasten i systemet (scenario 2a och 2b). De två
SSAB-alternativen består av ett baslastfall där nuvarande fjärrvärmeproduktion
maximeras och ett alternativ där ett ökat utnyttjande av restgaser ger en högre
möjlig värmeeffekt än idag. Beräkningarna inom miljö- och systemanalysen har
grundats på de förändringar i el- och värmeproduktion, bränsleförbrukning och
utsläpp som de olika baslastfallen ger upphov till.

En sammankoppling av fjärrvärmenäten i Nyköping och Oxelösund ger kraftiga
förändringar i systemet jämfört med nuläget. I scenario 1 ökar värmeleveranserna
från kraftvärmeproduktionen vid Vattenfall Nyköping på grund av ett större
värmeunderlag för anläggningen. Detta ger också en förhöjd elproduktion. För
SSAB Oxelösund är resultatet det motsatta, dvs. minskade fjärrvärmeleveranser. I
scenario 2a-2b ökar värmeproduktionen vid SSAB:s kraftverk. Minskat
värmeunderlag i dessa två scenarier ger kraftigt minskad värmeproduktion i
Nyköping. Scenario 2a-2b leder dessutom till en minskad elproduktion i systemet
som helhet, på grund av den minskade kraftvärmeproduktionen och att en ökad
fjärrvärmeavtappning från turbinen vid SSAB:s kraftverk begränsar
elproduktionen.

Förändringar i bränsleförbrukning sker på grund av ändrad baslastproduktion. I
scenario 1 ökar förbrukningen av biobränsle vid Vattenfall Nyköping. I scenario 2a
och 2b minskar biobränsleförbrukningen i systemet. Förbrukningen av restgaser
vid SSAB Oxelösund är oförändrad i scenario 1 och 2a jämfört med nuläget. I
scenario 2b tillkommer ytterligare 300 GWh restgaser. Förändringar i
förbrukningen av biobränsle i Nyköping kan frigöra biobränslen. Frigjort
biobränsle skulle kunna ersätta andra biobränslen eller fossila bränslen, men
effekterna är osäkra.

Förändringarna i el- och värmeförbrukning samt bränsleförbrukning i systemet
har effekter på utsläppen av kväveoxider, svaveldioxid, fossil koldioxid och stoft.
En ökad elproduktion i scenario 1 kan tränga ut elproduktion på marginalen i
elsystemet, dvs. kolkondens. Att ersätta kolkondens med biobränslebaserad och
restgasbaserad el innebär en minskning av samtliga utsläpp. Den minskade
elproduktionen i scenario 2a och 2b ger behov av ersättande elproduktion. Om
kolkondens ersätter elproduktion i Nyköping och Oxelösund ökar utsläppen av
kväveoxider, svaveldioxid, fossil koldioxid och stoft i scenario 2a och 2b.

Detta examensarbete visar på problematiken som råder i system där det finns
både kraftvärme och spillvärme. I Nyköping och Oxelösund finns ett begränsat
värmebehov vilket gör att det finns en konkurrenssituation mellan kraftvärme och
spillvärme vid en eventuell sammankoppling av fjärrvärmenäten. Slutsatsen av
miljö- och systemanalysen som utförts i examensarbetet är att konsekvenserna av
en sammankoppling av fjärrvärmenäten i Nyköping och Oxelösund inte är
självklart positiva eller självklart negativa. Resultatet beror bland annat på val av
systemgränser men också vad som prioriteras; resurshushållning eller förnybar
elproduktion. Sätts ett effektivt resursutnyttjande och resurshushållning i fokus är
ett gemensamt nät med ett ökat utnyttjande av restgaser vid SSAB Oxelösund det
bästa alternativet då detta innebär en minskad förbrukning av biobränsle. Om en
hög grad av förnybar elproduktion är det viktigaste kan däremot en
sammankoppling av fjärrvärmenäten med SSAB Oxelösund som baslastproducent
vara klart negativt.