Backa ett steg

  
  Kontakta oss

Internationell FoU-verksamhet vattenkemi

Forskningen inom vattenkemin är intimt ihopkopplad med materialfrågor och driftbetingelser. I detta sammanhang brukar man tala om Material, Kemi och Drift som viktiga frågor att ta hänsyn till vid nya koncept för ångproduktion. Det är dessa parametrar som sätter gränserna för hur långt man praktiskt kan nå i elverkningsgrad. Den generella tumregeln gäller att ju högre verkningsgrad desto större krav ställs på processvattnen. Kraven som ställs på processvattnen och analystekniken har gått hand i hand på så sätt att så snart som detektionsgränsen för en parameter har pressats nedåt så har kraven på de tekniska specifikationerna på processvattnen i ångcykeln skärpts.
Mycket av den forskning som pågår idag inom vattenkemin ingår som ett stöd till det område som brukar beskrivas som "avancerade ångcykler". Med detta menas ångcykler som arbetar i det överkritiska området och med temperaturer över 600 ºC. Intresset för sådana anläggningar är stort utomlands t ex inom EU-länderna.
Danmark är ett av de länder som ligger längst fram i fronten vad gäller sådana anläggningar. Drivkraften för de danska kraftbolagen är att minska CO2-utsläppen i enlighet med Kyotoöverenskommelsen. Detta låter sig göras om man kan öka elverkningsgraden på kraftverken. För Danmark är det extra viktigt då en stor del av deras elproduktion baseras på kol. I Sverige saknas denna drivkraft då den allmänna uppfattningen inom svensk kraftindustri är att det råder en överkapacitet på produktionstillgångar. I Avedøre strax utanför Köpenhamn, uppför NESA tillsammans med Vattenfall ett kombikraftverk med 600º C ångtemperatur och 350 bar drifttryck. För att klara dessa höga tryck och temperaturer i ångcykeln krävs ett mycket rent vatten och en bra analysövervakning. Inom detta område har de danska kraftbolagen satsat tämligen mycket forsknings- och utvecklingsresurser som gör att de ligger långt framme även på kemikunnandet i avancerade ånganläggningar.
I USA har intresset de senaste åren framför allt riktats mot ny membranteknik t ex elektroav-jonisering, bearbetande av riktvärden och slutning av processerna, så kallad "zero liquid discharge". En nyckelteknologi för att lyckas med processlutning av vattensystemen är membranteknik. På många håll i USA är vattensituationen ansträngd vilket gör att myndig-heterna ställer stora krav på processindustrierna att återanvända vattnet. Detta har drivit fram en mängd olika innovativa lösningar på problemen- Den framtagna teknologin, framför allt inom membrantekniken, håller på att överföras till Europa. I övrigt så är intresset mycket stort i USA för vad man kallar "asset management", vilket också börjar komma till Sverige i form av outsourcing.
I övriga EU-länder så bedrivs FoU inom området mest i Belgien, Nederländerna, Italien och Tyskland. De formerar sig gärna i EU-projekt och får på så vis en delfinansiering av projekten. Även här riktar många projekt in sig på avancerade ångdata som ett sätt att minska de specifika koldioxidutsläppen. Frankrike har en mycket forskning inom kärnkraftskemi via det statliga kraftbolaget EdF.
Branschorgan för FoU inom Kraftverkskemi
orskning inom vattenkemi i kraftverkssammanhang i Sverige har framför allt bedrivits som branschforskning där olika företag och institutioner deltagit. Inom kärnkraften kallas den "Branschforskningen" och har funnits sedan 80-talet. Den verksamhet som bedrivits där beskrivs närmare under kapitel 5, Vattenkemi kärnkraft.
Inom den konventionella ångtekniken har det mesta av FoU bedrivits under Värmeforsks ramprogram. Värmeforsk bildades 1972 med svenska staten, kraftindustrin, skogsindustrierna samt en del tillverkande industri som stiftare. Målet var att ta fram forskningsresultat med en tillämpning inom fem år, långsiktigare mål bedrevs inom högskolans ram. Inom just vattenkemin har dock mycket lite forskning bedrivits på högskolor och universitet som har varit kraftverksanknuten. Värmeforsk organiserades som ett antal forskningsgrupper varav kemiteknik var en. Staten via Nutek har stått för 40 % finansiering av forsknings-verksam-heten, de övriga 60 % delades av de övriga företagen varav Statens Vattenfallsverk stod för 25% fram till och med 1992. Den statliga finansieringen idag sker via Energimyndigheten.
I forskningsgruppen för Kemiteknik beslutades de projekt som rörde vattenkemi i kraftverk. Forskningen inom Värmeforsk har haft några avgränsade områden i första hand. Mycket av arbetet har haft inriktning mot membranteknik samt korrosion och alkalisering av ånga och kondensat. Dessutom har en del projekt med stark miljöprofil drivits, bland annat med syfte att ta bort freoner och hydrazin. De företag som var de mest aktiva utförarna under de första decennierna var Studsvik och Ångpanneföreningen. Under det senaste decenniet har även de andra medlemsföretagen varit aktivare i genomförandefasen, t ex Sydkraft, Vattenfall och ABB-STAL.
De politiska besluten att avreglera elmarknaden och att senarelägga kärnkraftavvecklingen tillsammans med lågkonjunkturen 1992 gjorde att intresset för ny elproduktion blev närmast obefintligt. Detta smittade av sig till Värmeforsk och medförde inriktningen på verksamheten ändrades mot livslängdsfrågor. Detta drabbade i stor utsträckning kemiverksamheten. Kemiteknik upplöstes 1993 och bildade tillsammans med Materialteknik en gemensam grupp. Från och med 1996 heter gruppen enbart Materialteknik och bedriver i huvudsak material-relaterade projekt. Kemifrågorna har på detta vis nästan försvunnit helt från Värmeforsks intressesfär. Detta kan tydligt följas i figur 15 som visar budgeten för kemiprojekt under 90-talet.
Figur 15. Forskningsanslagen för kemiteknikrelaterade projekt under 90-talet.
1987 bildades Matarvattensektionen som är en intresseorganisation för vattenkemi inom kraftverk. Organisationens medlemmar kommer från industrin (framför allt cellulosa och papper), från kraft- och fjärrvärmesidan, leverantörer och konsulter och konsulter inom branschen. Matarvattensektionen anordnar årligen ett symposium som är det enda forum där alla dessa aktörer träffas. Antalet deltagare brukar var ca 100 stycken vilket väl täcker företrädare för branschen i Sverige. Matarvattensektionen har de senaste åren avsatt medel för forskning inom området delvis på grund av de nedskärningar som Värmeforsk har gjort. För att uppmuntra studenter att verka inom området kommer Matarvattensektionen att dela ut pris för bästa examensarbete inom disciplinen. Första priset kommer att delas ut år 2000 i samband med det årliga matarvattensymposiet.
Inom Norden har ett samarbete skett inom den organisation som kallas Nordel. Nordel har ett kemiutskott som träffas vartannat år för att dryfta kemifrågor. Förutom vattenkemi så behandlas även miljöfrågor på dessa möten. Dessa möten har framför allt en funktion för att utbyta drifterfarenheter.
Övriga organisationer som i ringa utsträckning har sponsrat FoU inom området har varit Stiftelsen för Membranteknisk Forskning och Åforsk.
Kraftbolagen själva har drivit en viss FoU-verksamhet. Vattenfall har av tradition varit det företag som varit mest aktiva med egen forskning. En del av den forskning har skett i gränslandet mellan material och kemi, ett område som inte alltid har haft en klar hemvist i branschorganisationerna. Dock har denna verksamhet minskats de senaste åren på grund av den avreglerade marknaden tillsammans med den uppskjutna kärnkraftsav-vecklingen.
I övrigt så arbetar kraftbolagen med att förbättra sin miljöimage genom att sluta processerna och att ta bort miljöfarliga kemikalier, framför allt hydrazin De insatser som har varit de senaste åren har varit att få bort hydrazin som doseringskemikalie hitta alternativ till hydrazin som syrereduktionskemikalie. Hydrazin har kommit upp på B-listan över hälsovådliga kemikalier. Detta medför att de flesta kraftverk snarast möjligt vill ta bort hydrazin. Birka Energi har t ex startat ett projekt på 3 MSEK för att ta bort produkten från sina anläggningar. För denna typ av projekt är kraftbranschen beredd att lägga ner medel då dessa har en stark miljöprofil.
Förändrade marknadsförutsättningar
I början av 90-talet skedde en del händelser i omvärlden som kom att påverka omfattningen av verksamheten inom kraftindustrin. Två av dessa var politiska händelser medan den tredje var den recession som kom 1992. Riksdagen beslutade om en avreglering av elmarknaden skulle ske från 1996 och beslöt även att skjuta på tidplanen för kärnkraftsavvecklingen. Det "oåterkalleliga" beslutet att stänga ett antal reaktorer under decenniet sköts än en gång upp vilket medförde att kraftbolagens intresse för ny elproduktionsteknik markant avtog.
Riksdagens beslut om att avreglera elmarknaden fick långtgående konsekvenser för Kraft-Sverige. För första gången skulle man på allvar konkurrera om kunderna. Erfarenheter från Norge och Storbritannien hämtades hem i möjligaste mån och företagens management förändrades. För Vattenfalls del var denna omställning antagligen större än för de övriga kraftbolagen då affärsverket haft ett myndighetsansvar. Vattenfall hade i början av decenniet ett flertal projekt på gång som syftade till ny elproduktion i samband med kärnkrafts-avvecklingen och en förväntad tillväxt. Samtliga kraftbolag hade vid denna tid som princip att kunna producera sin egen kraft och förlita på andra bolag. För Vattenfalls del kom paradigmskiftet 1992 när man för första gången frångick denna princip och ingick ett långsiktigt köpavtal av norsk kraft. Detta tillsammans med den lågkonjunktur som nu rådde medförde att också luften gick ur de projekt som drevs av Vattenfall.
Erfarenheterna från England visade att avregleringen medförde en stark konsolidering av tillgångarna i kraftföretagen. För att förbättra nyckeltal som soliditet och vinstmarginal så skars FoU kraftigt ner. Detta var en medveten strategi för att öka intäkterna vid börsintroduktionen av de nya kraftbolagen. En stor del av forskningsingenjörerna lämnade England och flyttade till USA eller till kontinenten. I Sverige skedde detta inte alls i samma utsträckning som i England men även här ströps FoU-medlen i viss omfattning. Detta märktes dels inom kraftbolagens egna utvecklingsenheter men även på andra företag och institut t ex Studsvik. Under 90-talet har de flesta svenska kraftbolag kraftigt förbättrat sin finansiella situation och ökat produktiviteten på ett remarkabelt sätt.
Det självklara förhållningssättet att redovisa de FoU-projekt och drifterfarenheter som man erfor synades i kanten och den tidigare mycket öppna anda som rådde mellan kraftverken började sakta men säkert slutas. Till detta kom också de förändringar av kraftindustrin som tidigare varit en mycket trög bransch. Nu började företag att säljas, köpas och fusioneras. Utländska aktörer kom in i Sverige och svenska företag köpte utomlands. Försiktigheten späddes på av de omorganisationer som skedde inom industrin. Kemiverksamheten som tidigare varit en integrerad del av driften kom på många anläggningar att omfattas av ett köp-och-säljsystem internt inom kraftbolagen. Detta hade det vällovliga syftet att synliggöra kostnader men hade i många fall till följd att en förvirring utbröt. De interna beställarna var inte vana i sina nya roll och i många fall rädda för att handla upp kemitjänsterna. I flera av de stora företagen har man idag skilt produktionsenheten från utförarenheten i två olika aktiebolag. Detta för att enklare i driftentreprenadform kunna sälja tjänster externt men även för att öka produktiviteten.
Framtida FoU - en blick i kristallkulan
I och med den avreglerade elmarknaden har kraftbolagen satts under prispress och kostnadssidan är under ständig översyn. Detta har medfört att även kemisternas roll har granskats. Detta har inte i samma utsträckning skett i fjärrvärmebranschen där monopol-situation ännu råder. För kraftbolagen gäller det nu att finna nya tillämpningar av kemisternas kompetens genom att få in dem i industrins ånganläggningar eller i kommunernas värmeanläggningar. Detta brukar vanligen benämnas outsourcing och har tilldragit ett mycket stort intresse både från kraftbolagen och från industrin. Outsourcingkonceptet är ännu i sin linda men verksamheten kommer med största sannolikhet att öka rejält under de närmaste åren. För kemisterna kommer detta antagligen att innebära att allt fler av dem inte kommer att vara stationerade bara på en anläggning utan i arbetsuppgifterna kommer också att ingå att serva andra närliggande anläggningar. En del av denna verksamhet kommer kanske att kunna klaras av med IT i form av att mätdata från kontinuerliga mätinstrument övervakas från en driftcentral där kemisten sitter. Man kan också förvänta sig en viss branschglidning på så vis att kemisterna också kanske kommer att serva kommunal vatten- och avloppsverk med analys och övervakning.
I Sverige kommer det troligen inte att byggas några anläggningar med avancerade ångdata inom den närmaste tioårsperioden. Behovet av ny elproduktion i Sverige bedöms som mycket litet, den produktion som tillkommer kommer antagligen bestå av vindkraft och biobränsleeldade kraft-värmeverk. De bioeldade kraftverken har inte samma behov av höga ångdata då elverknings-graden inte prioriteras. Dessutom drabbas dessa anläggningar av stora materialproblem på rökgassidan vid eldning av biobränslen vilket sätter gränsen för hur höga ångtemperaturer som tillåts. Av dessa anledningar kommer ej stora resurser satsas på forskning med inriktning mot höga ångdata. Den FoU som man kan förvänta inom vattenkemin är en slutning av processflödena. I USA har begreppet "zero liquid discharge" myntats för att beskriva de alltmer hårdnande krav på vattenresurserna för kraftindustrin. Även om vi Norden inte har vattenbrist kan man förvänta sig att kraven kommer att bli hårdare även i Sverige. Ett område där dessa tankebanor har börjat slå rot är inom rökgaskondenseringen där det finns några förstudier påbörjade med inriktning mot att återanvända rökgaskondensatet, efter lämplig rening, som t ex spädvatten för ångcykeln.
För första gången i kärnkraftens historia är även deras kemistbemanning ifrågasatt. Här finns dock en stor försiktighet med att göra nedskärningar då allmänhetens förtroende för kärnkraften ej får försämras. Till detta kommer också de myndighetskrav som SKI och SSI ställer på kärnteknisk verksamhet. I dagsläget räknar Vattenfall med att göra en nedskärning på ca 10% av kemisterna. Detta löses framför allt med pensionsavgångar som ej nytillsätts. Även här räknar kraftbolagen med att automatisering och IT skall stödja verksamheten så att ingen kvalitetsförsämring skall ske. Inom Sydkraft har man på Barsebäck har infört en anställningsgaranti på fem år för att ej förlora den nyckelkompetens som behövs för att driva block 2 vidare. Detta kan kanske också ses som ett politiskt argument i förhandlingarna med staten om nedläggning av Barsebäck.
Slutsatser
Kemisternas roll i kraftverkssammanhang har förändrats de senaste decennierna, ifrån att ha varit rena vattenkemister har fokus flyttats över mot miljöfrågor. Denna ändring av arbetet har naturligtvis starka ekonomiska drivkrafter då miljöskatter på t ex SOx, NOx och CO2 till-kommit under de senaste decenniet. För att i möjligaste mån klara koncessioner och minimera skatter har kemisterna skolats om till att kunna genomföra avancerade analyser på rökgaser och bränslen. Denna omskolning har möjliggjorts genom att mycket av det tidigare manuella analysarbetet på processvattnen i ångcykeln har automatiserats. Antalet kraftverks-kemister är ganska konstant under den här tidsperioden men arbetsuppgifterna har breddats betydligt med sådana typiska arbetsuppgifter som rökgasanalyser, skrivande av miljörapporter och kvalitetscertifiering.
FoU-verksamheten inom den konventionella kraftverkskemin har under de senaste decenniet skurits ner. Detta beror till största delen på den förändrade elmarknad som vi nu ser. Det är också svårare nu att se vilken utvecklingsverksamhet som verkligen då företagen har blivit alltmer förtegna om sin verksamhet. Man kan väl förvänta sig att den svenska kraftindustrin alltmer kommer att driva två linjer, en intern som anses som strategisk och ej offentlig, och en linje där man söker samarbetspartner inom t ex EU. Det troliga från svensk sida är en satsning på processlutning.
Det har sedan kärnkraftsomröstningen 1980 stått klart att inga nya kärnkraftverk utöver de tolv befintliga kommer att byggas inom överskådlig framtid i Sverige. Detta har inneburit att FoU-resurserna har haft en klar och tydlig inriktning mot att minimera aktivitets-upp-byggnad i stationerna och att förlänga livslängden på kraftverkens komponenter. Aktörerna har visat en stor öppenhet gentemot varandra och erfarenhetsutbytet har varit stort. Kärnkraftens speciella karaktär har medfört att det bildats en gemenskap mot den "yttre fiende" som finns i samhället. Branschen har därför inte i FoU-sammanhang påverkats i lika hög grad som inom det fossila området av den avreglerade elmarknaden. De krympande marginalerna på elförsäljningen har dock medfört att kraftbolagen ser över samtliga sina kostnader och därmed även FoU-insatserna inom kemiteknik.