4. Nulägesbeskrivning 14
6.2 Energieffektivisering 26
Energieffektiviseringen är baserad på energikartläggningen och mass-‐ och energibalanser. Först ges de energieffektiva åtgärder som kan implementeras utan värmeväxling. Därefter ges framräknade mass-‐ och energibalanser tillsammans med data för pinchanalysen. Sedan visas de pinchtekniska fall som har beräknats fram och de besparingar de genererar. De åtgärder som undersökts men inte kunnat implementeras hos LaRay redovisas därefter och den totala energianvändningen illustreras. Till sist dras paralleller gentemot QPC och den svenska pulverlackeringsindustrin.
6.2.1 Energieffektiva åtgärder
I nuläget används årligen 65 MWh i tomgångskörning under nätter och helger. Den största delen står stödprocesserna för. En enkel åtgärd är att leta upp vilka applikationer som står på tomgång under helger och nätter, exempelvis ventilation, för att stänga av dem samt täta eventuella läckage hos kompressorslangar. Belysningens energianvändning kan minska med 22 MWh per år genom att byta till lågenergilampor samt se över dess drifttid och placering. God belysning krävs endast i zoner med kvalitetskontroll och inte över maskinparken. Varje dag startar processerna två gånger, på grund av tvåskiftets rast eller att man byter mellan våt-‐ och pulverlack, se diagram 6.1. Genom att ändra till ett längre skift samt endast låta en typ av lackering köras per dag kan energianvändningen minska med drygt 100 MWh per år.
Två åtgärder som borde undersökas mer är att värmeväxla ugnarnas luftslussar genom en plattvärmeväxlare för att agera lokalkomfort på kontoret istället för dagens eldrivna radiatorer samt sänka torkugnens temperatur. Befintligt FTX-‐system existerar hos LaRay, dock ur drift, och de har en varierad produktion där ugnarnas luftslussar inte alltid kommer upp i den temperatur som krävs för att nå kontorens komforttemperatur. Om däremot pulverlackeringen ökar och då indirekt ugnarnas temperaturer kan lokalkomfortens energianvändning på detta sätt elimineras (motsvarande 70 MWh) om det investeras i en ny plattvärmeväxlare (60 000 kr), se bilaga 4 [23]. Torkugnens temperatur (150 oC) är i dag en avvägning för att hålla en låg kassaktionsgrad, även om QPC och allmänna rekommendationer säger att det räcker att hålla en temperatur vid 120 oC. Genom att sänka denna kan LaRay minska sin energianvändning med 8 MWh per år.
RESULTAT 27
De energieffektiva åtgärderna ger en potentiell energiminskning på drygt 265 MWh per år, vilket är 26 % av den totala energi-‐användningen (1 000 MWh). Kostnadsminskningen är baserad på de energipriser som LaRay har i dagsläget med 735 kr per MWh för el och 952,5 kr per MWh för gasol. Detta blir totalt en årlig minskning på 196 000 kr, vilket är 20 % av dagens energikostnader (975 000 kr). Omräknat i minskningen av antal ton koldioxidutsläpp per år motsvarar detta 200 ton, vilket är 31 % av dagens användning (638 ton). Utsläppen har beräknats för el på marginalen med 770 kg CO2 per MWh och gasol 234 kg CO2 per MWh och visas i tabell 6.2 [23, 30].
Tabell 6.2: Energieffektiva åtgärder
Åtgärdsområde Minskning Genomförande
Energi [MWh/år] Kostnad [Kr/år] CO2-‐utsläpp [Ton/år]
Reducerad tomgång 65 49 000 50 Ingen tomgång under
nätter och helger
Belysning 22 17 000 17 Byta lampor, placering
och minska drifttid
Produktionsplanering 100 74 000 77 Endast en uppstart per
produktionsdag
Lokalkomfort 70 50 000 54 Införa FTX-‐system mot
ugnarnas luftslussar
Torkugn 8 6 000 2 Sänka temperaturen
från 150 oC till 120 oC
TOTALT: 265 (26 %) 196 000 (20 %) 200 (31 %)
6.2.2 Mass-‐ & energibalanser
Mass-‐ och energibalanser har beräknats för de produktionsprocesser som har ett uttalat värmebehov. Förbehandlingens värmebehov [kW]delas in i den värme som vattenbadet kräver för att nå önskad temperatur, den värme godsen får från vattnet samt de förluster som sker genom badets lock. För ugnarna innefattar detta främst den inkommande luft som måste värmas upp inuti, godsens värme som förs ut ur ugnen samt de förluster som väggar och tak ger, se tabell 6.3.
Tabell 6.3: Mass-‐ och energibalanser över produktionsprocesser med värmebehov
Produktionsprocess Q netto Q gods Q förlust Q värme
[kW] [kW] [kW] [kW] Förbehandling 109,1 1,30 0,087 110,0 Torkugn 29,10 20,0 4,3 53,40 Härdugn (200 oC) 54,50 72,0 3,9 132,3 Härdugn (140 oC) 39,60 28,5 3,9 72,00 Härdugn (70 oC) 26,90 1,20 1,6 29,70
För att utföra pinchanalysen har processens tillförda värmebehov beräknats genom att ta fram medelvärdet på Cp [J/kgK], temperaturskillnaden mellan in-‐ och utgående luft [oC] och flödet ut ur processen [m3/s]. Ett delta T har valts till 10 oC för luft och 5 oC för vatten, vilket ger en värmeväxlare med relativt hög verkningsgrad. Dessa visas i tabell 6.4 och i bilaga 7 intill varje produktionsprocess.
Tabell 6.4: Data för att utföra pinchteknisk analys
Produktionsprocess Tstart-‐Ttarget F Qpinch ∆T
[oC] [m3/s] [kW] [oC] Förbehandling 58 -‐ 65 3,730 110 5 Torkugn 20 -‐ 150 786,5 29,1 10 Härdugn 20 -‐ 200 1 114 54,5 10 Härdugn 20 -‐ 140 1 151 39,6 10 Härdugn 20 -‐ 70 1 733 26,9 10 6.2.3 Pinchteknisk analys
Den pinchtekniska analysen har genererat tre fall av värmeväxlarsystem som har diskuterats med anläggningstillverkaren Anders Jansson [26]. För att styrka värmeväxlingsmöjligheterna för härdugnen har flertalet aktörer inom pulverlackteknisk industri kontaktats, se bilaga 4. Enligt Scanfil:s produktionsansvarige Pinola Asko sker en värmeväxling mellan deras torkugn och härdugns luftslussar gentemot lokalkomforten via en plattvärmeväxlare. Mellan luftslussarna och värmeväxlaren sitter filter som byts en gång i halvåret och som fungerat under 10 års tid. Hos LaRay existerar utrymme för en plattvärmeväxlare samt rör via ventilationssystemet för värmeväxling mot lokalkomforten. Den pinchtekniska analysen har dock fokuserats till endast produktionsprocesserna. Innan data från värmeväxlartillverkare kunde ges, valdes dess ∆T under analysen till 10 oC för luft-‐luft värmeväxlare och 7,5 oC för vatten-‐luft värmeväxlare [23]. De tre fallen av värmeväxlarsystemen är beräknade efter den pulverlacktekniska produktionen. De redovisas i form av ritningar för att visa hur de olika lösningarna påverkar industrilokalen samt vilka processtemperaturer de genererar.
Fall 1 visar maximalt utnyttjande av existerande strömmar utan hänsyn till tekniska eller produktions-‐ relaterade svårigheter. Pinchreglerna har varit avgörande, medan investerings-‐ samt avbetalnings-‐ förmåga har förbisetts. Om torkugnens utgående ström, dess luftslussar samt härdugnens luftslussar värmeväxlas gentemot förbehandlingsbadet med tre batterivärmeväxlare kan dess värmebehov minska med 52 %, se figur 6.1. Torkugnens utgående ström kan värmeväxlas mot sin ingående ström. Härdugnens utgående ström och luftslussar kan värmeväxlas mot ingående ström (rörvärmeväxlare).
RESULTAT 29
Fall 2 och 3 tar även hänsyn till våtlack (70 oC) som körs 20 % av drifttiden. De två fallen bryter i högre grad mot pinchreglerna men tar hänsyn till nuvarande produktionsplanering, investeringsmöjligheter samt arbetsmiljö. Fall 2 kräver minsta möjliga investering, men detta gör att värmeväxling genom pinchen uppstår. För att undvika beroende av att de olika processerna körs vid olika tillfällen hålls värmeväxlingen enskilt för varje process, se figur 6.2.
Figur 6.2: Fall 2, minsta möjliga investering till högsta möjliga ugnstemperatur.
För fall 3 har en teoretisk kylzon dimensionerats efter härdugnen genom erhållna produktionsflöden för att föra tillbaka värmen från godsen tillbaka in i härdugnen och förbehandlingen, se figur 6.3. Kylzonen har även en arbetsmiljömässig fördel, då den kan hålla nere lokalens inomhustemperatur där personal arbetar för att föra värmen tillbaka in i härdugnen och till viss del till förbehandlingen. Värmeåtervinningen hos torkugn och härdugn sker på liknande sätt som i fall 2.
För att ge en samlad bild och jämföra de tre fallen ges deras energi-‐, kostnads-‐ och koldioxidminskningar i tabell 6.5. Denna innehåller även antalet värmeväxlare som varje fall kräver, vilka medier de kan hantera samt om en kylzon är inkluderad i beräkningen.
Tabell 6.5: De tre fall som genererats av pinchanalysen
Fall EL/GASOL Minskad kostnad CO2-‐utsläpp Antal VVX Kylzon
[MWh/år] [ton/år]
[Luft-‐Vatten] [Luft-‐Luft] [Antal] 1 TOTAL 84 198 114 170 000 91 3 L -‐ V 3 L -‐ L 0 2 TOTAL 88 121 33 95 000 76 2 L -‐ L -‐ 0 3 TOTAL 80 128 48 100 000 73 1 L – V 2 L -‐ L 1 6.2.4 Utesluten energieffektivisering
Flertalet åtgärder har undersökts men uteslutits i den här studien, de mest väsentliga listas nedan. Värmeåterföring från luftslussar direkt in i härdugn kan orsaka oväntade tryckskillnader inuti ugnen som anses svåra att beräkna och kontrollera. Installation av en pulverbox med en större styrning av ventilationen anses generera mindre elenergianvändning. LaRay har en förhållandevis god elenergianvändning hos sin pulverbox och behöver därför inte effektivisera denna i dagsläget. Större boxar med stora öppningar på sidorna kan däremot behöva god styrning [26].
Genom att värmeväxla förbehandlingens bad mot kylvattnet från en vattenkyld kompressor kan man nå önskad temperatur på badet. Man kan då antingen koppla en extern kylare till befintlig oljekyld kompressor, alternativt nyinvestera i en större vattenkyldkompressor. I det här fallet ger alternativ ett inte ett ekonomiskt gynnsamt utfall. Alternativ två kräver en större investering (1 Mkr) men ger då ett tillräckligt flöde och temperatur (90 oC) på kylvattnet. Ett framtida alternativ vid planering av nya anläggningar är att samordna industriområden till en större kompressorcentral för att låta pulverlacktekniska industrier använda kompressorns kylvatten till sin förbehandling, se bilaga 4.
6.2.5 Total energiminskning
Energieffektiva åtgärder i form av minskad tomgång, belysning, uppstart, lokalkomfort samt temperatur i torkugnen kan ge en energiminskning på ungefär 265 MWh per år. En installation av ett värmeväxlarsystem för produktionsprocesserna kan minska energianvändningen med 121 -‐ 198 MWh per år, vilket avrundas till 120 MWh per år. Den totala potentiella energiminskningen blir drygt 385 MWh per år, vilket är 38 % av dagens energianvändning. Kostnaderna skulle då minska med 287 000 kr per år (29 %) samt koldioxidutsläppet skulle minska med 275 ton per år (43 %), se tabell 6.6.
Tabell 6.6: Total potentiell energibesparing hos LaRay AB
Minskning
Åtgärd Energi
[MWh/år] Kostnader [KR] CO2-‐utsläpp [Ton/år]
Energieffektiva 265 197 000 200
Pinch analys 120 90 000 75
RESULTAT 31
Ett fiskbensdiagram har fastställts som illustrerar LaRay:s totala energianvändning samt dess fördelning mellan produktions-‐ och stödprocesser. Detta har arbetats fram i det Excel-‐baserade verktyget EnSAM och tar hänsyn till enhetsprocessernas potentiella minskning i drifttid samt dess effektminskning. Även en generell energiminskning för produktions-‐ och stödprocesserna sett från de energieffektiva åtgärderna samt genom att ta hänsyn till de tre pinchtekniska fallen redovisas, se diagram 6.8.
Diagram 6.8: Sammanställning av enhetsprocesserna.