Vid Dåvamyran några kilometer nordost om staden har Umeå Energi nu förverkligat det andra steget i den tvåstegsraket som etableringen där inneburit.Första steget invigdes år 2000, och utgjordes av Dåva 1, en anläggning som eldas med avfall från hushåll och från verksamheter. Andra steget togs i produktion i februari i år och utgörs av en anläggning som eldas med biobränsle.
Umeå Energi informerar om att Dåva 1 är en av världens mest energieffektiva och miljöanpassade anläggningar bland dem som använder avfall som bränsle. Dåva 2 ska bidra ytterligare till att miljöanpassa koncernens produktion. Tack vare anläggningarna vid Dåvamyran kan nu det gamla fjärrvärmeverket vid Ålidhem ersättas helt när det gäller baslasten på fjärrvärmenätet. I och med Dåva 2 kommer andelen biobränsle för koncernens värmeproduktion att öka. Nettoutsläppet av koldioxid minskar. Användningen av olja näst intill elimineras. Etableringen vid Dåvamyran är miljöstrategisk och helt i linje med koncernens uttryckliga strävan att ta fasta på klimatfrågorna.
– Sverige är bäst i världen på att bygga effektiva kraftvärmeverk som använder avfall och biobränslen. Vi tar emot många utländska studiebesök, och där man vill veta hur det går att krama ut mesta möjliga värme och el ur bränslena, och därtill med låga utsläpp, säger Ulf Kullh, chef tjänster och projektchef vid Umeå Energi.
Dåva 1 har en värme-effekt på 55 MW och el-effekt på 10 MW. Motsvarande värden för Dåva 2 är 75 respektive 30 MW, och dessutom kommer man att få ut cirka 30 MW i en rökgaskondensering. Verkningsgraden på både Dåva 1 och Dåva 2 är mycket hög.
Flyttat fokus
Dåva 1 och 2 kan sägas vara syskon som satts till världen på den obrutna marken intill Dåvamyran, som Green Field-anläggningar. På samma område finns Umeås mottagning för hushålls- och industriavfall.
Uppförandet av Dåva 1 och 2 innebär ett rejält omtag för affärsområde Värme hos koncernen Umeå Energi. De båda energianläggningarna har vissa likheter, men är långt ifrån tvillingar. Reningsutrustningen hos Dåva 1 mer omfattade för att ta hand om de föroreningar som avfallet och förbränningen av det för med sig. Dåva 2 har bränsleberedning och ett omfattande bränslehanterings- och transportsystem, men reningsutrustningen är däremot enklare än hos syskonpannan, eftersom bränslet i allt väsentligt består av cellulosa och lignin.
I och med att Dåva 2 har satts igång ökar värmeeffekten vid Dåvamyran från 55 till cirka 160 MW, och eleffekten från 10 till 40 MW. Det innebär en väsentligt ökad el-produktion för koncernen. Dåva 1+2 innebär också att geografiskt fokus för värmeproduktionen nu definitivt flyttas från Ålidhem, och ut till Dåvamyran.
Brett bränslespektrum
Dåva 2 eldas med sågverksbiprodukter, torv, spån, flis och krossad grot. Även energigrödor är möjliga. Största tillåtna partiklar har max yttre längdmått 100 mm. Pannan klarar bränsle med fukthalt på 58 procent. Sedan är pannan försedd med fyra stycken 22 MW oljebrännare.
– De är i första hand avsedda för start av pannan, men kan också användas för lasteldning, berättar Simon Lysell, som är projektledare för panna och turbin och ingår i projektorganisationen. Om det till exempel blir stopp i bränslematningen, kan man slå på oljebrännarna och på så sätt undvika att elda ner pannan bara för ett tillfälligt fel.
Pannan var i ordinarie drift februari till maj i år. Då eldades i huvudsak flis och grot. Geografiska upptagningsområdet för bränslet har varit inom cirka 10 mils radie.
– Vi har egen inköpsorganisation med tre anställda som skaffar bränslet, berättar Ulf Kullh. Vi försöker köpa på nära håll, för att minska transporterna, som annars kan bli långa om vi till exempel nödgas köpa importvirke. Ibland skämtar vi om att i södra Sverige önskar man bredare vägar, men här i uppe är vi inte betjänta av detta, det är kortare vägare vi skulle behöva!
Biobränslet levereras till en stor bränslegård vid Dåvamyran. Flis, stamved, grot och motsvarande kan lagras. Entreprenörer med mobila utrustningar, krossar grot respektive flisar stamved, på plats. Färdigt bränsle på väg till pannan tippas i två fickor, en för torv och en för skogsbränslen.
– Det fanns flera referensanläggningar när det gällde bränslehanteringen, både som vår leverantör BMH hade byggt och från andra företag, berättar Ulf Kullh. Vi var därför säkra på att klara det breda registret från torv till krossad grot.
Bränslet transporteras med band och skruvar. Det homogeniseras i flera steg. Sista gången det omblandas är när det matas in i pannan. Från vardera av två bränslesilor i pannhuset går två skruvar till pannan. Skruvarna går omlott innan de når pannan, mixar så från de två silorna och släpper bränslet ungefär 2 meter över den bubblande bädden på botten.
Mycket höga ångdata
Nya pannanläggningen är byggd för höga ångdata och därmed för att kunna producera en stor andel el. Då krävs hög matarvattentemperatur. Sjuttiogradigt vatten värms i två steg till en temperatur av cirka 140 grader C i matarvattentanken, därefter värms det i två stycken högtrycksförvärmare upp till 210 grader C, innan det går till pannans ekonomisrar.
– En effektiv vatten/ång-cykel är något vi önskat just för att optimera el-produktionen och det är en mycket viktig del av ett effektivt kraftvärmeverkskoncept, säger Simon Lysell.
Mycket riktigt ger pannan också ovanligt höga ångdata, 543 grader C och 143 bar. Under perioden februari till maj kördes som nämnts Dåva 2, med undantag av sin turbinanläggning. Pannans prestanda motsvarade förväntningarna.
– De olika delarna trimmades in, bland annat ångförvärmningen, och ångdata ökades successivt, berättar Simon Lysell. Vi körde ej upp till maximalt ångflöde, men nådde gott och väl 140 bar och 500 grader C.
Rening
Rökgaserna från pannan renas först med el-filter, därefter med SCR – Selective Catalytic Reduction – som minskar kväveoxider. Sista steget är rökgaskondenseringen. Rökgastemperaturen in till den håller minst 130 grader C, för att inte svavelföreningar ska skada materialen. Temperaturen ut från rökgaskondensering är cirka 70 grader C. Rökgaskondenseringen kan enligt beräkningar ge 38 MW, men bedöms ge cirka 30 MW vid full och normal drift. Fukthalten i bränslet ska vara minst 12 procent för att rökgaserna ska ha tillräckligt med vattenånga som kan kondensera i en omfattning som ger förväntat effektuttag.
Rökgaskondensorn kan inte köras by-pass, man får då i stället tillsätta vatten till kondenseringen när ingen värme tas ut ur rökgaserna.
Återanvändning
Restprodukterna från nya pannanläggningen är botten- och flygaska samt slam. Bottenaskan består av överstort material, främst sten och grus, samt bäddsand som avskiljts. Flygaskan kommer från el-filtret och slammet från rökgaskondenseringen.
– Tack vare biobränslet blir det väldigt lite restprodukter och de deponeras för närvarande, men man kan tänka sig att på något sätt återföra flygaskan som näring till skogsmarken, menar Ulf Kullh.
Problemår
Under 2007 investerades 590 mkr och 2008 hela 652 mkr inom affärsområde Värme. Investeringarna i Dåvamyran innebär en radikal förnyelse för fjärrvärmeproduktionen och kraftigt ökad elproduktion, och kommer sannolikt att ge god utdelning på sikt, men tyvärr har 2008 varit ett problemår för koncernen Umeå Energi, med en förlust på cirka 10 miljoner och 2009 bedöms förlusten bli kanske det dubbla. Under 2008 och vintern 2008/9 har företaget varit förföljt av otur. År 2008 var 12,7 procent varmare än normalt, och värmeförsäljningen sjönk.
När turbinen till Dåva 2, skulle skeppas från Siemens i Tyskland i vintras drabbades man i stället av kylan och isen i floden Elbe, vilket försenade leveransen. När turbinanläggningen var komplett installerad och skulle köras igång fastnade rotorn i turbinen. Siemens transporterade rotorn till tyskland för reparation. Reparationen och återmontaget var klart i juni. Den trilskande turbinen har gjort att planerade intäkter från elförsäljning har skjutits på framtiden.
Som om inte detta var nog, blev underhållsstoppet på Dåva 1 mycket längre än planerat, vilket gjorde att man inte kunde utnyttja avfallsbränsle i normal utsträckning.
Förhoppningarna är nu förstås att både Dåva 1 och Dåva 2 snart ska kunna köras i full ordinarie drift, för de behövs verkligen. Ettan ska klara baslasten och köras cirka 8000 timmar per år. Därefter används tvåan, och den ska köras cirka 6000 timmar per år.
– Även om det tar några veckor i höst att driftsätta turbinen kommer vi att köra Dåva 2 från oktober till maj, betonar Ulf Kullh. Det ska i huvudsak bli på den som vi reglerar ojämnheter i lasten på huvudnätet som inte vår ackumulator kan reglera. Bland annat möter vi den stora dygnsvariationen i last som det brukar vara vår och höst. Att nya pannan klarar så låg last som 35 procent av maxlast är en stor fördel.
Anläggningen i Ålidhem svarade för baslasten fram tills Dåva 1 invigdes 2000. Ålidhem planeras nu att användas 1000-1500 timmar per år tillsammans med den biopulvereldade pannan på Röbäck. Övriga pannor i huvudnätet behålls som reserv och för topplast.
Vid Ålidhem finns två biopannor, oljepannor, elpannor och värmepumpar som tar vara på restvärme.
– Vi kör i första hand biopannorna eller värmepumparna, vilka vi väljer beror på rådande bränsle- och el-pris, berättar Ulf Kullh. Driftpersonalen använder som stöd ett produktionsplaneringsprogram, som är priskänsligt och dessutom tar hänsyn till väderprognosen.
Ny kulvert
Förutom energianläggningarna i det fasta nätet, finns fem externa panncentraler, nämligen i Sävar, Hörnefors, Bjurholm, Ålö och Brännland. Centralen i Holmsund har lagts ner, och istället ska fjärrvärme distribueras dit i en ny kulvert. Under mellantiden har man använt två temporära pannor i Holmsund. Nya kulverten utgår från en punkt nära Ålidhem. Genom att sälja värme, cirka 30 GWh per år, i Holmsund, ökar värmeunderlaget i huvudnätet och ger möjlighet att produceras mer el i Dåva 2.
Utbyggnad
Under senare år har fjärrvärmenätet byggts ut rejält i Umeå tätort och idag finns 41 mil huvudledningar. Senaste tio åren har ungefär 600 ytterligare villor anslutits per år. Cirka 80 procent av lokalytan i Umeå tätort förses med fjärrvärme.
– Att vi idag har stor andel villakunder ställer större krav på oss. Det blir många fler kundkontakter och servicenivån måste vara hög, påpekar Ulf Kullh.
– Nu finns det inte så mycket mer att bygga ut när det gäller huvudnät, så en förtätning av bebyggelsen i tätorten är förstås välkommen för oss, fortsätter Ulf Kullh.
Projektorganisation
För bygget av Dåva 2 använde Umeå Energi sin egen projektorganisation bestående av nio personer. Den svarade för förstudier, upphandling, projekteringsledning, projektledning under byggskede och all samordning.
– Projektupplägget följer ungefär samma modell som när vi byggde Dåva 1, men den här gången blev det ännu fler entreprenader som upphandlades. Särskilt på byggsidan, har det varit väldigt många företag engagerade.
Frågan är då om man kan återanvända projektorganisationen för ett framtida bygge.
– Nu blir det nog inget mer stort projekt inom en överskådlig framtid, men ska man aldrig säga aldrig, menar Ulf Kullh. En fördel med att driva projekten på det sätt vi gjort, är bland annat att vi redan från början känner våra nya anläggningar väldigt väl och det är bra både för driften och för planeringen av underhållet.
Lika självklart som det var sagt, brukaren gynnas ju knappast av kunskap som lämnats kvar hos leverantörerna!
Pannan i själva verket
Det befintliga kraftvärmeverket Dåva 1 som eldas med avfall har en rosterpanna som 2000 levererades av Svenska von Roll Inova AB. Detta företag ingår sedan 2003 i Austrian Energy & Environment (AE&E). I början av 2007 fick AE&E även beställningen på den nya pannan till Dåva 2. Därmed har AE&E Group två värdefulla referenser i båda de pannor som idag finns på Dåvamyran och som utgör grunden i Umeå Energis värmeproduktion i Umeå.
Dåva 2 eldas med biobränslen som flis, krossad grot, torv, spån, Salix etc. Pannan är av typen BFB – Bubbling Fluidized Bed. Förbränningstekniken är mycket välbeprövad för den aktuella bränsletypen och ger hög verkningsgrad. Pannverkningsgraden är 88-89 procent och totalverkningsgraden för hela anläggningen inklusive rökgaskondensering blir 95 procent. Betecknande för pannan är också ovanligt höga ångdata, vilket gör det möjligt att omvandla en stor del av bränslets energiinnehåll till el. Ångdata är 143 bar och 543 grader C.
– Det är bland de högsta ångdata man kan finna hos liknande kraftvärmeanläggningar i ”standardutförande”, berättar Anderz Wahlström, vd på Svenska von Roll Inova AB. En annan intressant egenskap hos pannan är att den går att köra vid så låg last som 35 procent av maxlast. Det var ett önskemål från Umeå Energi som vi kunde tillgodose baserat på erfarenheterna från andra biobränslepannor, bland annat AE&E:s panna på 33 MW hos Söderhamns Energi.
Dåva 1 kommer som nämnts att användas för baslasten i fjärrvärmeleveranserna, eftersom verket eldas med bland annat hushållsavfall, som året om behöver tas omhand för energiutvinning. Därutöver ska Dåva 2 köras, men Umeå Energi är angeläget att kunna köra en större del av året, upp till 6000 timmar, för att få ut mesta möjliga el. Att klara driften på lägre last ger på så sätt bättre ekonomiska förutsättningar för energibolaget som elproducent.
– En fördel med nya pannan är också att den klarar ett brett spektrum av bränslen, berättar Anderz Wahlström.
Värmevärdet ligger i intervallet 6 – 12 MJ per kilo. Partikelstorlekarna ligger optimalt mellan 5-50 mm med maxstorlek på ca 100 mm.
Förstudier
Under förstudierna besökte Umeå Energi flera anläggningar i Sverige och ute i Europa, både hos energiföretag och hos massabruk, där man under senare år på flera håll investerat i biopannor för eldning av bark och liknande internt bioavfall.
När Umeå Energi sedan beställde pannan från AE&E, fanns förtroendet för bolaget sedan leveransen till Dåva 1. Personal i beställarens projektorganisation respektive personal hos leverantören var väl bekanta sedan tidigare, vilket har lagt grunden för ett bra samarbete.
Kontrollerad bäddtemperatur
Från de två bränslesilorna i pannhuset matas bränslet via ett antal skruvar och stup till pannans fyra inlopp. In i pannan faller bränslet på en ”luftmatta”, som gör att det fördelas jämnare över bädden.
I den bubblande bädden blåses luft in underifrån som håller bränslet ”flytande” tillsammans med tillförd sand. Sanden bidrar till spridning av bränslepartiklarna så att förbränningsluften kommer åt bränslet. Överstora partiklar faller neråt genom bottnen – ”open nozzle bottom”. Genom en luftseparering återförs sanden till bädden och överstort material faller ner i en container.
AE&E:s pannor är baserade på det så kallade EcoFluid-systemet. Bäddtemperaturen styrs och anpassas till det bränsle som används. Förbränningen i bädden är under-stökiometrisk, det vill säga att det syre som finns i förbränningsluften – primärluften – inte riktigt räcker till för fullständig förbränning.
Högre upp i pannans efterbrännkammare tillsätts sekundärluft och här sker den slutliga förbränningen. Eldstaden är inmurad och i den sitter oljebrännare. De används för start eller som lastbrännare.
Mittpartiet av pannan utgörs av två vertikala drag med överhettare och förångarytor. Bortre partiet av pannan är ett vertikalt drag med ekonomiserytor.
Efter pannan går rökgaserna till reningsanläggningen. Den har levererats av Radscan/Bravida och består av elektrofilter för partikelrening och SCR – Selective Catalytic Reduction – för kväveoxidrening. Detta företag svarar också för den avslutande rökgaskondenseringen, där viss ytterligare rening sker, men vars huvudfunktion är att utvinna mer värme ur rökgaserna.
Väl beprövat
Pannan har en maximal ångproduktion på 155 ton per timme. Om bränslets energivärde är 7,5 MJ per kilo går det i ett sådant driftfall åt 58 ton bränsle per timme. Pannan och bränslematningssystemet klarar dock rent mekaniskt ett större bränsleflöde på 70 ton per timme.
– Pannan blir en mycket bra referens för oss ur flera aspekter, säger Anderz Wahlström. Vi kan visa en panna av denna storlek med en termisk effekt som ligger något över 100 MW och som har mycket höga ångdata. Jag vill ändå betona att anläggningens funktion och layout bygger på väl beprövade tekniska koncept.
– Vi är stolta över att Umeå Energi än en gång valde AE&E Group som leverantör. Det innebär ju att vi har fått förtroendet att leverera båda pannorna till deras anläggning på Dåvamyran.
– Samtidigt ser vi fram mot att få leverera fler BFB-pannor med vårt EcoFluid-system, vilket passar väldigt bra för just biobränslen, avslutar Anderz Wahlström som förhoppningsfull representant för Austrian Energy&Environment.
Konsekvent arkitektur
För arkitekturen anlitades LILJEWALL arkitekter ab. Företaget har ansvarat för utformningen av exteriör och interiör utifrån förutsättningar som är ganska typiska för en processbyggnad. Mats Milsta, uppdragsansvarig vid LILJEWALL, får frågan vad som var givet på förhand respektive vilka fria möjligheter som gavs.
– Processen i energianläggningen styr förstås i grunden och den maskinlayout som fanns fick gälla, men vi hade ändå ganska stora möjligheter att påverka gestaltningen, framförallt den yttre. Vi hade en arkitektonisk idé att exteriören skulle ge associationer till en smältande, perforerad iskub, med en färgsättning i eldens brinnande kulörer.
Idén realiserades genom att fasaden är klädd med färdiga Paroc-element, lackerade i silvermetallic. Formspråket i huskroppar och detaljer är närmast minimalistiskt. Linjerna är geometriskt enkla och bygger på kvadrater. I övrigt karaktäriseras exteriören av husets betongsockel samt fasadens inslag av glas. En del av glaspartierna är färgsatta med film i samma kulörer som den invändiga processutrustningen, vilket ger en ytterligare variation i fasaden.
– Vi tilläts modellera med glasytorna som fria element, fortsätter Mats Milsta. Byggnaden har inget stort glasparti, utan flera mindre och större glasytor. Tanken är att anpassa fönstrens storlek efter processen för att maximera ljusinsläppet i byggnaden. Resultatet blir ett vackert ljusspel invändigt samtidigt som det ger många spännande siktlinjer inifrån huset och ut mot den vackra omgivningen.
När det gäller kraftvärmeverksbyggnadens inre och dess planlösning karaktäriseras den av att det inte finns några fasta arbetsplatser, inga kontor, inget kontrollrum och inget personalrum. Närvaron av personal är låg och driften styrs från ett centralt kontrollrum.
– Interiören präglas förstås av processutrustningen, men vi kunde i stor utsträckning påverka färgsättningen där inne, säger Mats Milsta. När nu byggnaden står klar tycker vi den blivit väldigt bra utifrån förutsättningarna. Vi ville ge fasaden en viss grundkaraktär, som står sig bra också i framtiden, även ifall om- och tillbyggnader blir aktuella.
LILJEWALL arkitekter ab har ritat byggnaderna för många energianläggningar som baseras på bio- och avfallsbränslen. Bland referenserna finns till exempel de nya anläggningarna i Sävenäs, Mölndal, Jönköping och Uddevalla.
Omfattande bränslehantering
Pannan kan eldas med torv, spån, stamvedsflis och grot bland annat. Levererad grot är ibland okrossad och krossas då på bränslegården. Bränsle på väg till pannan tippas i två tippfickor. Den ena fickan används för torv och spån, den andra fickan är för flis och grot.
Både yttre och inre bränslehanteringsutrustningen har levererats av BMH Technology Oy. Företaget har även svarat för silokonstruktionerna, ovan betongplatta.
– Leveranserna omfattar också all el inklusive ställverk i separat ställverksrum, berättar Thomas Karlsson, försäljningschef på BMH Technology Oy.
Bränslehanteringen börjar när biobränslet tippas i ficka från lastbil eller lastas från hjullastare. Det går att mixa bränsle från de båda fickorna, vilket ger jämnare sammansättning och bättre drift av pannan. Slutna kedjetransportörer tar bränslet till en station med skivsåll. Acceptet, som har partikelstorlek högst cirka 100 mm, passerar sållet, medan överstort material går till kross. Överbandsmagnet tar bort magnetiskt skrot.
Bränslet transporteras sedan till två lagringssilos på 6000 kubikmeter var. En rotor vid inloppet i toppen ser till att sprida bränslet inne i silon för homogenisering. Utmatning sker med en roterande skruv i vardera silo. En lång bandtransportör med kapaciteten 300 kubikmeter per timme, tar bränslet till pannhusets övre del. I pannhuset finns två timsilos på 190 kubikmeter var. Utmatning från dem sker med frekvensstyrd utmatarskruv och vidare med hjälp av doserskruvar till pannans respektive inlopp.
– Utformningen av hanteringssystemet följer ATEX-direktivet för att hindra att explosionsfarlig miljö uppstår, berättar Thomas Karlsson.
Bränslehanteringsutrustningen har levererats som en totalentreprenad med leverans av utrustning, installation och driftsättning.
– Leveransen till Umeå Energi är ganska typisk för BMH. I de flesta fall rör det sig om totalåtaganden. Vi erbjuder ju möjligheter att svara för allt utom mark- och betongarbeten, avslutar Thomas Karlsson, försäljningschef på BMH Technology Oy.
AV KJELL-ARNE LARSSON