Search

Industrial energy efficiency improves the profit and competitive advantage of companies. The pulp and paper industry (PPI) being one of the five most energy-intensive industries uses 5.6% of global industrial energy, according to the International Energy Agency. It is one of the key sectors that is faced with the challenge of improving energy efficiency. The PPI is not less important in Sweden where it uses ~52% of the total industrial energy, employing >20000 people and where improvement of the energy end-use by 1% corresponds to estimated savings of ~218 MSEK annually. Energy management (EnM) is a means for improving energy efficiency (EE). However, despite research showing the possibility for annual improvement of the energy end-use by e.g. 5.5-19.4%, EnM is not always used to its full potential or often hardly implemented, resulting in an EE gap, i.e. the difference between the optimal and actual energy efficiency. Why then does this EE gap exist? What are the drivers and barriers for practicing EnM to its full potential and thus improving energy efficiency? What are the success factors for encouraging the drivers and overcoming the barriers? What practical recommendations can be made that could lead to the improvement of energy efficiency? After extracting information from historical and current information using tools from multivariate data analysis (MDA), this PhD dissertation presents new knowledge that intends to contribute to overcome the challenges of improving energy efficiency in the PPI. Specifically, international research primarily addressing EnM in the PPI showed that EnM in the PPI is perceived as EnM via technology, despite that EnM contains other aspects than EnM via technology, e.g. proactive EnM practices. This result indicates the presence of a knowledgegap on how to deploy EnM in the PPI. Studies of the PPI in Sweden showed different EnM practices among the individual types of mills, i.e. pulp mills, paper mills and integrated-pulp and paper mills. Integrated mills seemed to measure the energy-related performance more than pulp mills and paper mills. However, the results also suggested that the Swedish PPI worked continuously and regularly with EnM. Further, aside from the top ranked perceived drivers being economical and the barriers being organizational, knowledge related drivers and barriers were amongst the most important. High ranking of the knowledge related drivers and barriers together with the results that commonly only selected employees were trained in EnM indicated that communication between the trained employees and operations personnel and the absorptive capacity for energy issues could potentially be improved. Additionally, research showed that by using MDA, previously unstudied/unidentified connections were discovered such as that during the ten-year voluntary agreement policy program known as PFE (Program for improved energy efficiency in energy-intensive industry), companies less financially stable and less experienced with EnM tended to save electricity more than the more financially stable and more EnM experienced mills. Furthermore, results also demonstrate that the specific energy use, also known as specific energy consumption (SEC), that is commonly used as the energy key performance indicator for energy efficiency needs to be used with more clarity and caution for assuring validity of the benchmarking of energy efficiency. Altogether, the success factors for EnM for improving energy efficiency could be summarized in the versatile 4M memory tool - The “4M for energy efficiency”: mind, measure, monitor and manage. The “4M for energy efficiency” suggests that all the four “Ms” should be practiced simultaneously in order to maximize the achievement of goals of EnM in the PPI and as well as in other sectors. Industriell energieffektivitet behöver förbättras för att förbättra det årliga resutatet och för att stärka konkurrenskraften i företag. Massa- och pappersindustrin (MoP) är en av de fem mest energiintensiva industrierna med en andel på 5.6% av den globala energianvändningen, enligt IEA (Internationella Energimyndigheten), vilket gör branschen till en nyckelsektor vad gäller förbättrad energieffektivitet. MoP är inte mindre viktigt i Sverige där användningen omfattar ~52% av den totala industriella energianvändningen, antal anställda >20000 och där en minskning av den årliga energianvändningen med 1% motsvarar uppskattade besparingar på ~218 MSEK årligen. Energiledning (EL) är ett sätt att förbättra energieffektiviteten (EE). Emellertid tillämpas inte energiledning fullt ut och ibland inte alls, även om forskning visar på möjligheterna att minska energianvändningen med 5,5 – 19,4 % årligen. Detta leder till ett så kallat energieffektivitetsgap – skillnaden mellan den optimala och den nuvarande graden av energieffektivitet. Varför existerar då detta energieffektivitetsgap? Vad är drivkrafterna och vilka är hindren för att använda energiledning fullt ut, och på så sätt förbättra energieffektiviteten? Vad är framgångsfaktorerna för att uppmuntra / förstärka drifkrafter och överbrygga /minska hindren? Vilka praktiska rekommendationer kan göras som skulle kunna leda till förbättrad energieffektivitet? Information som har extraherats från historisk och nuvarande tillgänglig data har bland annat studerats med hjälp av multivariat data analys (MDA). Denna doktorsavhandling syftar till att presentera ny kunskap i syfte att bidra till att förbättra energieffektiviteten i MoP. Den internationella forskningen som fokuserat på EL i MoP har som utgångspunkt att detta sker främst via teknik, trots att EL också innebär andra aspekter än EL via teknik, t.ex. EL via proaktiv användning av tekniken. Detta resultat indikerar existerandet av ett kunskaps-gap gällande EL i MoP. En studie med fokus på MoP i Sverige har påvisat skillander mellan de olika typerna av bruk – massabruk, pappersbruk och integrerade bruk, dvs. massa- och pappersbruk. Integrerade bruk verkar mäta energiprestanda på ett mer sofistikerat sätt än massa- och pappersbruk. Emellertid visar resultat också på att svenska MoP arbetar regelbundet och kontinuerligt med EL. Utöver de topprankade upplevda drivkrafterna som var ekonomirelaterade och hindren som var organisationsrelaterade, så var de kunskapsrelaterade drivkrafterna och -hindren rankade som de mest viktiga. Den höga rankningen av kunskapsrelaterade drivkrafter och hinder, tillsammans med resultat att oftast bara några få utvalda anställda utbildas inom EL, indikerar att komunikationen mellan den anställda som blivit utvald för utbildning och anställda som arbetar direkt inom produktionen, t.ex. operatörer, tillsammans med absorptiv kapacitet för EL skulle kunna förbättras. Dessutom, visar forskningen att användning av MDA framgångsrikt kan tydligare identifiera ej tidigare studerade / identifierade relationer mellan faktorer som påverkar energianvändningen, t.ex. att företag med mindre bra ekonomi och med mindre erfarenhet av EL tenderade att spara mer el än de andra företag som också deltog i det frivilliga avtalet PFE (Programmet för energieffektivisering i energiintensiv industri). Vidare, visar resultatet att specifik energianvändning, också benämnt specifik energikonsumtion (SEC), som är ett vanligt förekommande energi-nyckeltal för att mäta energieffektivitet, bör användas med större försiktighet och med större transparens för att säkerställa att jämförelser av energieffektivitet inte ger felaktiga resultat. Framgångsfaktorer för EL för att förbättra energieffektivitet, kan summeras i en modell, – ”4M för energieffektivitet”: Mind - tänk på (var medveten), Measure – mäta och åtgärda, Monitor - övervaka, Manage - styra/förvalta. Med ”4M för energieffektivitet” som utgångspunkt föreslås att alla fyra aspekterna genomförs samtidigt för att uppnå bästa möjliga förbättring av resultat och för att verktyget med framgång ska kunna tillämpas inom andra sektorer än MoP. The thesis has different titles on the cover and the title page: The title on the cover page is the correct titel: Energy Management for Improving Energy Efficiencyin the Pulp and Paper Industry: Success Factors for Strengthening Drivers and Overcoming Barriers. The title on the title page in the thesis Energy Management for Improved Energy Efficiency in the Pulp and Paper Industry: Success Factors for Overcoming Barriers and Strengthening Drivers is incorrect.In the Swedish national catalogue the title is taken from the title page according to a special regulations to which the title page is always the primary source.

A key challenge in prevention of global warming is how to increase energy efficiency, to be able to deal with increased fossil CO2 emissions from rising energy usage. Increasing energy efficiency will decrease energy usage and is in a key role in emission mitigation. The focus is the pulp and paper industry, which is energy-intensive. Development of industrial energy efficiency has been studied before but the role of industrial transformation is still mostly unknown. The knowledge must be improved, to be able to predict future developments in the most effective way. In this research, impact of various production unit closures and start-ups on energy efficiency of the Finnish pulp and paper industry were studied utilizing statistical analysis. Results indicate that about 20% of the Finnish pulp and paper industry energy efficiency improvement between 2011 and 2017 is caused by the major structural changes. The rest, 80% of the progress, was mainly due to improved technology and more optimal operational modes. Additional findings suggest that modern mill start-ups have a significantly greater potential to reduce energy consumption than old mill closures.

In this work, phenomena of heat and mass transfer in process of paper drying are given, certain technology units are analyzed, while possibility for decrease of specific heat and electric energy consumption by modernization of technology is examined. Some of the solutions applied on paper machines worldwide in order to improve energy efficiency are shown. Theoretic and practical discoveries in this area are applied in Board factory UMKA, and these results are shown in the work as well.

The available worldwide energy sources are presented. The applications of energy over the next period are considered in this study. The applications and the importance of alternative energy sources is reviewed. The emphasis is put on the necessity of developing new technologies and rationalization of energy use. The data regarding heat and electric energy, along with water applications in cellulose and paper industry are also given.