Elektrificering af processer og teknologier i dansk industri

Udviklingen af det danske energisystem går mod en markant stigende produktion af elektricitet fra vedvarende kilder - især vindkraft. Derfor vil energisystemet i høj grad blive elektrificeret. 20 % af energien bruges i industrielle processer, som dermed er et vigtigt fokusområde for elektrificering. Projektet har analyseret den potentielle realisering af optimal erstatning af procesopvarmning i industrien baseret på forbrænding af fossile brændstoffer med fuldt elbaseret varme.

Hovedformålet med projektet har været at analysere og identificere erstatning af procesvarme fra fossile brændstoffer, som det i øjeblikket anvendes i industrien, med elbaseret varme.

Processer konverteres til elbaseret opvarmning
Projektet har analyseret, hvordan processer i specifikke industrier bedst konverteres til elbaseret opvarmning, og som en konsekvens kan øge effektiviteten og fleksibiliteten. Elektrificering kan ske indirekte ved omdannelse til brændstoffer baseret på power-to-X eller direkte ved konvertering til elbaseret opvarmning ved hjælp af varmepumper eller elektrisk opvarmning. Dette projekt fokuserer på sidstnævnte. Varmepumper har høj effektivitet, men er begrænset af fx temperatur, mens elektrisk opvarmning giver et potentiale for fleksibilitet, især når det kobles med energilagring. Projektet inkluderer detaljerede analyser af processer i pektinproduktion, mælkepulverproduktion, bryggerier, plastproduktion og dampvaskerier. Disse cases kan ses som repræsentative for en betydelig andel af fremstillingsindustrien og involverer muligheder for procesintegration samt højtemperaturprocesser.

Procedure for undersøgelse af elektrificeringspotentiale
Igennem projektet er udviklet en procedure for undersøgelse af elektrificeringspotentiale. Dette indebærer kortlægning af de enkelte energikrævende processer, analyse af potentiale for varmegenvinding ved procesintegration, vurdering af potentiale for anvendelse af alternative teknologier, definition af elektrificeringsscenarier, beregning af elektrificerede processcenarier med fokus på energi, økonomi og CO2-udlending. Metoden er løbende blevet udviklet gennem projektet, men er benyttet ud fra den samme grundidé. Metoden har været anvendt både for den samlede analyse af industrien og for de enkelte cases.

Elektrificering er mulig og teknisk gennemførlig
De præsenterede analyser viser, at elektrificering er mulig og teknisk gennemførlig for en væsentlig del af det danske industrielle procesopvarmningsbehov. Det er fundet, at behovet for brændsler kan reduceres til 10 % af den nuværende anvendelse, mens den resterende anvendelse kan elektrificeres. Dette vil igen reducere behovet til omkring to tredjedele af det nuværende.

Fuld elektrificering for mælkepulver- og pektinproduktion
For nogle af casestudierne, fx mælkepulver- og pektinproduktion, kan fuld elektrificering finde sted ved energiintegration, anvendelse af mekanisk dampkomprimering, varmepumpning og elektrisk opvarmning. Den nuværende varmepumpeteknologi tillader temperaturer på op til 100 °C, men teknologien har brug for yderligere udvikling for højere temperaturer. Set fra dette perspektiv er de til rådighed værende lavtemperaturkilder for varmepumperne også vigtige, da temperaturløft påvirker varmepumpens effektivitet betydeligt

Projektet har bidraget med samlede elektrificeringsplaner for flere cases, primært pektinproduktion. En del af dette har involveret vurdering af teknologi fra SAN Electro Heat til direkte opvarmning af processer som ikke kan anvende varmepumper og behov for videre udvikling af disse.

For Labotek er der undervejs i projektet udviklet en ny løsning for tørring af plastgranulat med genvinding af overskudsvarme. Denne løsning er implementeret i Laboteks produkter og i drift i industrien. En videreudvikling af løsningen med en varmepumpe er analyseret og vil kunne give yderligere procesforbedring.

Analyse af flaskehalse i omstilling til elektrificering
Projektet indeholder også en analyse af flaskehalse i omstilling til elektrificering, hvilket naturligvis skal med i billedet. Disse er grupperet som værende økonomiske, tekniske, organisatoriske eller risiko-relaterede. Herunder kan nævnes tekniske begrænsninger i nuværende varmepumpeteknologi og økonomiske omkostninger ved omstilling, men også krav til forsyningssikkerhed og virksomhedens villighed til at omstille i stor udstrækning og til at anvende mindre velkendt teknologi.

Mindre afklaret potentiale for sektorkobling ved at anvende el fleksibelt
For den industrielle produktion er potentialet for sektorkobling ved at anvende el fleksibelt mindre åbenlyst. Industrien vil oftest have behov for at udnytte kapaciteten til procesopvarmning fuldt ud med et højt antal driftstimer årligt, men for batchprocesser og ved investering i ekstra kapacitet er der mulighed for at kunne udnytte potentialet for lagring af energi under forudsætning af at det ikke giver indflydelse på det færdige produkt, fx grundet temperaturændringer.

Yderligere behov for udvikling af teknologien
Ud fra et økonomisk perspektiv er elektrificering mulig for en række af de analyserede tilfælde. Fuld elektrificering vil dog kræve yderligere udvikling af teknologi og rammebetingelser relateret til investerings- og driftsomkostninger samt muligvis støtte og beskatning i forbindelse med CO2-udledning. I den henseende er det vigtigt have in mente, at den nuværende elproduktion i Danmark forårsager CO2-udledning, og at bæredygtig elektrificering kræver en betydelig udvikling af elsystemet.

Projektet blev udarbejdet i et samarbejde mellem DTU, Teknologisk Institut, Viegand og Maagøe, SAN Electro Heat, CP Kelco, Labotek, samt De Forenede Dampvaskerier og blev afsluttet februar 2021.

Hent slutrapport og alle resultater om projektet under dokumenter her på siden.