Til hovedinnhold
Biomasse kraft-varme (CHP) i Norge – Hvor står vi og hvor går vi?
Relaterte tema

Publisert 4. februar 2013

Fornybar og CO2 nøytral kraftproduksjon, også fra biomasse, er ikke bare en besnærende tanke, men faktisk en realitet. Norge har et behov for å øke elproduksjonen, samtidig er det relativt begrenset med vannkraft som kan bygges ut i fremtiden.

Biomasse er da en aktuell bidragsyter til en økt elproduksjon i Norge. Per i dag produseres ca. 0,4 TWh elektrisitet årlig fra biomasse og avfall i Norge, hovedsakelig i relativt gamle dampturbiner i treforedlingsindustrien samt i nyere avfallsforbrenningsanlegg. Dette er økonomisk mulig fordi disse industriene har tilgang på rimelig brensel; avfallsforbrenningsanlegg får betalt for å ta i mot brenselet og treforedlingsindustrien har tilgang på restprodukter fra sin egen produksjon. For en betydelig økt elproduksjon fra biomasse i Norge er det nødvendig å ta i bruk også andre biomasse brensler, for eksempel avfallstrevirke. Solør Bioenergi sitt anlegg på Kirkenær, som startet opp i 2008, er i dag det eneste kraft-varme anlegget av sitt slag i Norge, basert på avfallstrevirke. De har vist at det er mulig å operere lønnsomt i Norge, forutsatt at brenselet er rimelig, og produserer både elektrisitet, fjernvarme og damp til lokal industri. Men, denne biomasse ressursen er begrenset og for betydelig ytterligere økt elektrisitetsproduksjon fra biomasse i Norge må noe dyrere biomasse ressurser benyttes, for eksempel GROT (grener og topper) eller restprodukter fra landbruket, for eksempel halm. Utfordringen med disse fremdeles rimelige biomasse brenslene er at de gir utfordringer med hensyn til driften av et kraft-varme anlegg. Valg av riktig anleggsteknologi og -størrelse blir da essensielt for anleggsøkonomien.

Rimelige biomasse brensler inneholder gjerne mer av elementer (klor, svovel, nitrogen, alkalimetaller) som kan gi økte driftsproblemer (askesmelting, belegg-dannelse, korrosjon) og utslipp. Dvs. at inntjeningen ved å bruke et rimeligere brensel må balanseres mot kostnaden av de negative konsekvensene som det rimelige brenselet medfører.

Energien i fast/flytende biomasse kan via direkte forbrenning overføres til et medium som driver for eksempel en dampturbin eller en dampmotor, eller den må konverteres til en gass (gassifisering eller anaerob nedbrytning) som kan brukes i for eksempel en gassturbin eller en gassmotor. Det er fordeler og ulemper knyttet til begge metodene. Direkte forbrenning kombinert med en dampturbin er kommersiell teknologi, men kostnadseffektiviteten avtar med synkende turbinstørrelse (spesielt for turbinstørrelser under 2 MWel).

Per i dag er dampturbiner tilnærmet enerådende i Norge for kombinasjonen direkte forbrenning og turbin/motor. Konvertering av biomassen til en gass gir potensielle fordeler med hensyn til oppnåelig virkningsgrad samt at gassen kan renses før den forbrennes (mindre volum å rense).

På tross av omfattende forskning gjennom flere tiår, er gassifisering fremdeles ikke kommersiell tilgjengelig teknologi i Norge. En gassifiseringsprosess er vanskeligere å kontrollere enn en forbrenningsprosess, noe som medfører ekstra kostnader med hensyn til design og prosesskontroll. Hvis gassen kommer fra et avfallsdeponi (deponigass) eller fra en anaerob prosess, så blir det hele enklere og billigere, og gassen kan benyttes i en gassmotor.

En mellomting er å brenne gassen direkte i en kjel koblet til en dampturbin istedenfor å benytte den i en gassturbin eller en gassmotor. Dette kan kanskje høres meningsløst ut i utgangspunktet, da du mister de typiske fordelene ved å gå veien om å produsere en gass, men det viser seg at det er betydelige miljømessige fordeler ved å separere konverteringen av biomassen til en gass og den endelige utbrenningen av gassen. Vi kan kalle dette prinsippet for avansert stegvis forbrenning, som gir mulighet for en høy grad av NOx reduksjon kun ved primærtiltak samt en mer kontrollert endelig utbrenning. Energos AS er et firma som baserer sin avanserte avfallsforbrenningsteknologi nettopp på dette.

Uansett valg av konverteringsteknologi og kraftgenereringsteknologi, brenselets egenskaper og kostnader vil sterkt påvirke kostnadseffektiviteten til et biomasse kraft-varme anlegg.

KRAV (Enabling small-scale biomass CHP in Norway, 2008-12) er et kompetansebyggende (KMB) prosjekt ledet av SINTEF Energi og finansiert av Norges forskningsråd og industripartnere, og er nå inne i en avslutningsfase. Fokus i dette prosjektet har vært småskala (< 10 MW innfyrt effekt) kraft-varme løsninger for det norske markedet.

CenBio (Bioenergy Innovation Centre, 2009-17) er et Forskningssenter for Miljøvennlig Energi (FME) og er også finansiert av Norges forskningsråd og industripartnere. CenBio forsker innenfor hele den stasjonære bioenergisektoren, fra ressurs til sluttbruk. I CenBio er det også biomasse kraft-varme aktivitet, med fokus på medium- til storskala kraft-varme anlegg. Sammen dekker de hele størrelsesspekteret av biomasse kraft-varme løsninger.

For aktører som vurderer å investere i og drifte biomasse kraft-varme anlegg i Norge er det mange momenter som må tas hensyn til, knyttet til valg av teknologi og brensel. Disse valgene må ses i sammenheng med kundegrunnlaget og rammebetingelser. Ingen ønsker å investere i et kommersielt kraft-varme anlegg uten utsikter til tilstrekkelig avkastning på investeringen.

Følgende generelle anbefalinger kan gis for dem som vurderer å investere i og drifte biomasse kraft-varme anlegg i Norge.

  • Fokus på optimalisering av muligheter i planleggingsprosessen
  • Velg riktig anleggsstørrelse og -teknologi
  • Optimer CHP-anlegget med hensyn til damp- og varmebehov internt og hos kunder
  • Dekk interne elektrisitetsbehov
  • Optimer varme og damp transportdistanser
  • Bruk eget brensel (med ingen eller lav alternativ verdi) og/eller lokalt brensel
  • Velg et brenselsfleksibelt anlegg hvis mulig
  • Produser brensel i ett anlegg (f.eks. briketter) som kan brukes i et annet anlegg
  • Bruk eget, og erfarent, prosesspersonell i driften av anlegget

Hva skal så til for at også småskala og mikro skala biomasse kraft-varme skal bli attraktivt i Norge?

Forbedrede rammebetingelser og/eller kostnadsreduksjoner er nøkkelord, sistnevnte enten i form av billigere brensel eller reduserte investerings- og operasjonskostnader. Innføringen av et felles grønt sertifikatmarked med Sverige har bedret rammebetingelsene, med foreløpig er sertifikatverdien på ca. 15 øre/kWh, som er lavere enn hva man håpet.

Generelt setter mindre anlegg større krav til brenselskvaliteten, noe som ikke taler til fordel for småskala biomasse kraft-varme. Det er et betydelig potensiale for å redusere investerings- og operasjonskostnader gjennom å oppgradere rimelige og utfordrende brensler, ved å blande brensler, bruke additiver, mekanisk oppgradere brenselet (for eksempel pellets) eller termisk oppgradere brenselet (torrefisering eller karbonisering). Selv om det rimelige brenselet blir noe dyrere ved oppgraderingen, så er det fremdeles et betydelig innsparingspotensial totalt sett for en optimalisert verdikjede.

Det er i dag et stort behov for forskning på optimale brensler og brenselblandinger, dvs. fremtidens smarte biobrensler, samt teknologiutvikling for norske forhold og brensler, og støtte for dette. Sterkere støtteordninger for småskala og mikro CHP introduksjon / teknologidemonstrasjon er også nødvendig.

I dag står vi der at biomasse kraft-varme er marginalt lønnsomt i større anlegg (> 10 MW innfyrt effekt) hvis du har billig biomasse tilgjengelig, mens småskala anlegg (< 10 MW innfyrt effekt) ikke vil kunne drives lønnsomt med samme brensel under samme betingelser, selv etter innføringen av grønne sertifikater.

Vi ønsker å gå i en retning hvor også distribuert elproduksjon fra biomasse, som også kan bidra til sterk økning i bioenergi produksjonen, i småskala anlegg blir lønnsomt, noe som vil kreve vesentlig forbedrede rammebetingelser. Dette blir da mer en samfunnsøkonomisk- og politisk agenda, og er ikke primært et teknologisk spørsmål.

Ergo, vi forskere både vil og kan, men vil politikerne og samfunnet det tilstrekkelig til at det er mulig å gjennomføre det i praksis? Dette gjenstår å se.

Øyvind Skreiberg  


Denne håndboken er utarbeidet i KRAV-prosjektet. Prosjektet som har vært støttet av Forskningsrådet har bidratt til kompetanseheving på småskala biomasse kraft- og varmeproduksjon i Norge.
Illustrasjon: SINTEF/Astrid B. Lundquist