liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Considering investment resources when assessing potential CO2 reductions of CHP - a case study
Linköping University, Department of Management and Engineering. Linköping University, Faculty of Science & Engineering. Tekniska Verken Linköping AB Publ, Linkoping, Sweden.
Linköping University, Department of Management and Engineering. Linköping University, Faculty of Science & Engineering. Tekniska Verken Linköping AB Publ, Linkoping, Sweden.
Linköping University, Department of Management and Engineering, Energy Systems. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.
2017 (English)In: 15TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON DISTRICT HEATING AND COOLING (DHC15-2016), ELSEVIER SCIENCE BV , 2017, Vol. 116, p. 273-284Conference paper, Published paper (Refereed)
Abstract [en]

Combined heat and power (CHP) can increase electricity production efficiency and decrease global CO2 emissions. Studies have shown large unrealised economic CHP investment potentials. An assessment of profitable CO2 reduction based solely on net present value (NPV) implicitly assumes unlimited investment resources. This study analysed the impact of the assumption of unlimited/limited investment resources on the assessment of profitable reduction potential of global CO2 emissions due to CHP investment. The correlation between changes in direct and global fossil CO2 emissions was also analysed. This was done by evaluating alternative CHP and heat-only boiler investments in a district heating system. When investment resources were unlimited, NPV was used to determine whether an investment was profitable and to rank the profitability of the investment. When investment resources were limited, equivalent annual annuity ratio (EAAR) was used to rank the investments profitability and determine whether its level of profitability was acceptable. The results showed that the profitability ranking of an investment can change depending on whether investment resources are considered unlimited or limited. Moreover, an investment with positive NPV may be regarded as insufficiently profitable when investment resources are limited. This could have an important impact on profitable CO2 reduction potential. Furthermore, when CHP investments are considered, local views on CO2 emissions may be counterproductive for global CO2 emission reductions. (C) 2017 The Authors. Published by Elsevier Ltd.

Place, publisher, year, edition, pages
ELSEVIER SCIENCE BV , 2017. Vol. 116, p. 273-284
Series
Energy Procedia, ISSN 1876-6102
Keywords [en]
CHP; district heating; CO2 emissions; GHG; reduction potential; investment resource
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-140076DOI: 10.1016/j.egypro.2017.05.074ISI: 000406743000025OAI: oai:DiVA.org:liu-140076DiVA, id: diva2:1136582
Conference
15th International Symposium on District Heating and Cooling (DHC)
Note

Funding Agencies|Tekniska verken i Linkoping AB

Available from: 2017-08-28 Created: 2017-08-28 Last updated: 2018-11-05
In thesis
1. Corporate and city GHG inventories: Impact on global CO2 emissionswhen considering electricity and CHP-based district heating
Open this publication in new window or tab >>Corporate and city GHG inventories: Impact on global CO2 emissionswhen considering electricity and CHP-based district heating
2018 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

One initiative to reduce greenhouse gas (GHG) emissions involves developing standards for GHG inventories. Companies and cities (regions) can use GHG inventories to compile and report their GHG emissions. Standards for corporate and city GHG inventories often claim that GHG inventories can be used for identifying emissions opportunities, building reduction strategies and setting, measuring and reporting emissions targets. Attributional emissions factors are generally used in corporate and city GHG inventories. For purchased electricity, heat and steam, this means using average emission factors for regional or national production of each energy carrier. Also contractual emissions factors can be used. Changes in emissions from affected production elsewhere are not included. For purchased electricity and district heating (DH), a GHG inventory can be improved by lowered purchases or by purchasing a different energy carrier.

Furthermore, combined heat and power (CHP) technology can help reduce global GHG emissions in the supply and conversion of energy, as CHP production is more efficient than conventional separate production of electricity and heat. In CHP production, excess heat from electricity production is utilised for heating buildings, hot water, industry processes etc., either directly or through DH systems.

This thesis analyses how emissions reduction measures based on corporate or city GHG inventories, carried out using GHG Protocol standards, affect global CO2 emissions when electricity or CHP-based DH is affected. The incentive of a GHG inventory to a company purchasing electricity and DH, and to a city regarding purchases and production of electricity and DH in its region, is analysed. This is done for GHG inventories conducted in a nation where electricity produced within the nation is regarded as CO2-lean (Sweden) and in a nation where it is more CO2-rich (Germany). The indirect incentive to the DH company to change its production, in order to improve the GHG inventory of its customers and of the city where the DH system is located, is also analysed. Consequential analyses are used to assess how global CO2 emissions are affected by changes in purchases or production of electricity and DH that are incentivised by the GHG inventories studied. These consequential analyses include changes in emissions from affected electricity production elsewhere.

The results show that the strength of incentive to reduce purchase of electricity or CHP-based DH by a company or in a city can differ between GHG inventories and consequential analysis. This is most clear when electricity produced within the nation is regarded as CO2-lean (Sweden) while affected electricity production elsewhere is CO2-rich. For replacing purchases of CHP-based DH with electricity, or vice versa, the incentive in a GHG inventory can be the reverse of that in a consequential analysis. Moreover, the incentive to lower the use of electricity is lost when contractual emissions factors with zero emissions, such as renewable electricity guarantees of origin (RE-GOs), are used. In addition, purchase of electricity RE-GOs, which have a large surplus and no requirement of additionality, is less likely to cause a corresponding increase in production of renewable electricity.

Furthermore, when the highest emission reduction per Euro invested is sought (e.g. when investment resources are limited), the investment ranking of a heat-only boiler and a CHP plant can differ depending on whether the focus is on improving a city GHG inventory or lowering global CO2 emissions. Moreover, if the DH company improves (reduces) the average emissions factor for DH, it improves the GHG inventory of its customers and of the city where they are located. In a DH system based on bio-fuelled CHP production, the average emissions factor for DH improves when CHP electricity production is lowered to the extent that production of heat at the oil-fuelled heat-only boiler (used for peak heat production) is minimised. However, according to consequential analysis, this would lead to an increase in global CO2 emissions.

Based on the results of this thesis, it is concluded that measures which include changes in purchases or production of electricity or CHP-based DH can increase global CO2 emissions when based on how corporate or city GHG inventories in general value CO2 emissions of electricity and DH. It is therefore unfortunate that GHG Protocol standards for corporate and city GHG inventories advocate basing emissions reduction decisions on GHG inventories. There is nonetheless an obvious risk of reported and communicated GHG inventories being used as a basis for emissions reductions decisions. If the aim is actual reduction of global CO2 emissions, average or purchased emissions factors should not be used for purchased electricity and CHP-based DH when assessing, reporting or communicating the impact of companies and cities (regions) on CO2 emissions. Instead, a consequential approach should be used for climate evaluation of purchased electricity and DH.

Abstract [sv]

Ett av många initiativ för att minska utsläpp av klimatpåverkande gaser är framtagandet av regelverk för klimatredovisningar. Klimatredovisningarna kan användas av företag och städer (regioner) för att sammanställa och rapportera om företagets eller stadens utsläpp av klimatpåverkande gaser. I regelverken för framtagande av klimatredovisningarna betonas ofta att klimatredovisningen kan användas för att identifiera var utsläppsminskningar kan göras, att utveckla strategier för att minska klimatpåverkande utsläpp samt för att sätta, mäta och följa upp mål för klimatpåverkande utsläpp. En klimatredovisning innehåller vanligtvis bokföringsvärden, vilket innebär att lokala genomsnittliga utsläppsfaktorer används för köpt el och värme. Även köpta utsläppsfaktorer kan användas. Klimatredovisningen inkluderar inte ändringar i utsläpp från produktion som påverkas någon annanstans. En klimatredovisning kan förbättras t ex genom att mindre energi köps eller genom byte av energibärare.

För el- och värmeförsörjning kan kraftvärmeteknik bidra till minskade globala utsläpp av koldioxid (CO2), eftersom kraftvärmeproduktion är mer effektivt än separat produktion av el och värme. Vid kraftvärmeproduktion tas överskottsvärmen från elproduktionen tillvara för att värma byggnader, varmvatten, industriprocesser mm, antingen direkt eller via fjärrvärmesystem.

I denna avhandling analyseras hur globala utsläpp av CO2 påverkas av åtgärder som påverkar förbrukning eller produktion av el och fjärrvärme, när beslut om sådana åtgärder baseras på ett företags eller en stads klimatredovisning, gjorda enligt Greenhouse Gas Protocols regelverk. Incitamenten i ett el- och fjärrvärmeköpande företags klimatredovisning och i en stads klimatredovisning analyseras. Detta görs för klimatredovisningar utförda i ett land där elproduktionen inom landet är CO2-mager (Sverige) och ett land med mer CO2-rik elproduktion (Tyskland). Dessutom analyseras de indirekta incitament som dessa klimatredovisningar ger till det lokala fjärrvärmeföretaget att ändra sin produktion för att förbättra sina kunders klimatredovisningar och klimatredovisningen för staden där fjärrvärmeverksamheten finns. Konsekvensanalyser görs för att beräkna hur olika åtgärder som stödjs av klimatredovisningarna påverkar globala CO2-utsläpp. I konsekvensanalyserna inkluderas också förändringar i utsläpp från påverkad elproduktion, även om den förändringen sker någon annan stans.

Resultaten visar att styrkan i incitamentet att minska ett företags eller en stads inköp av el eller fjärrvärme kan skilja sig mellan en klimatredovisning och en konsekvensanalys. Detta är särskilt tydligt när klimatredovisningen görs i ett land där elproduktionen inom landet är CO2-mager (Sverige) medan den påverkade elproduktionen är CO2-rik. När det gäller utbyte av fjärrvärme mot el eller tvärtom kan en klimatredovisning ge motsatta incitament jämfört med den ledningen en konsekvensanalys ger. När köpta emissionsfaktorer med nollutsläpp för el används, t ex förnybara ursprungsgarantier, försvinner incitamentet att minska elanvändningen. Det är dessutom mindre sannolikt att ett köp av förnybara ursprungsgarantier för el medför motsvarande ökning av produktion av förnybar el, då överskottet av förnybara ursprungsgarantier för el är stort och additionalitetskrav saknas.

När investeringsresurser är begränsade kan det vara av intresse att utvärdera vilken investering som ger mest reduktion av klimatpåverkande gaser per investering. Avhandlingens resultat visar att investering i hetvattenproduktion och kraftvärmeproduktion då kan komma att sinsemellan rangordnas olika, beroende på om målet är att förbättra stadens klimatbokslut eller om målet är att minska globala utsläpp av CO2.

Om fjärrvärmeföretaget förbättrar (minskar) genomsnittlig emissionsfaktor för sin fjärrvärme, förbättras klimatbokslutet för deras kunder och för staden där fjärrvärmesystemet är beläget. Resultaten visar också att i ett fjärrvärmesystem, som baseras på ett bioeldat kraftvärmeverk och där olja används för efterfrågetoppar när det är som allra kallast, förbättras fjärrvärmens emissionsfaktor när elproduktionen i kraftvärmeverket minskas. Dock visar konsekvensanalysen att ett sådant agerande kan medföra ökade globala utsläpp av CO2.

Baserat på resultaten dras slutsatsen att beslut om åtgärder, som påverkar köp eller produktion av el eller kraftvärmebaserad fjärrvärme, kan orsaka ökning av globala CO2-utsläpp om de baseras på de incitament ett klimatbokslut ger. Det är därför olyckligt att GHG Protocols regelverk för företags och städers klimatbokslut rekommenderar att klimatboksluten används för beslut som avser att minska utsläpp av CO2. Även om de inte rekommenderade detta, finns ändå en uppenbar risk att rapporterade och kommunicerade klimatbokslut används som bas för beslut om åtgärder som syftar till minskade utsläpp av CO2.

Om syftet är minskade globala CO2-utsläpp bör genomsnittliga och köpta emissionsfaktorer inte användas för klimatvärdering av köpt el och kraftvärmebaserad fjärrvärme när ett företags eller en stads (regions) klimatpåverkan beräknas, rapporteras eller kommuniceras. För klimatvärdering av köpt el och fjärrvärme bör i stället en konsekvensbaserad metod användas.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2018. p. 75
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Licentiate Thesis, ISSN 0280-7971 ; 1812
National Category
Energy Engineering Energy Systems
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-152490 (URN)10.3384/lic.diva-152490 (DOI)9789176852545 (ISBN)
Supervisors
Available from: 2018-11-05 Created: 2018-11-05 Last updated: 2018-11-05Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full text

Search in DiVA

By author/editor
Nordenstam, LenaBennstam, MarcusÖdlund, Louise
By organisation
Department of Management and EngineeringFaculty of Science & EngineeringEnergy Systems
Energy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 172 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf