The industry sector accounts for a high share of the final energy consumption, with industries in EU-28accounting for a quarter of the final energy demand. Studies also show that 45 % of the industrial heatdemand in EU-27 is in a temperature range that can be supplied with present day solar collectors. Despitethis large potential, solar heat faces obstacles hindering its growth in the industrial sector. The mostsignificant obstacle is the low insight of the industrial system designs and energy demands. Those arecrucial factors for the feasibility and dimensioning of solar heating systems. Three case studies aretherefore conducted in dairy and pharmaceutical plants in order to review the most promising integrationpoints for parabolic trough solar collectors in terms of annual heat demand, temperature level andintegration effort. Two case studies are performed in dairy plants and one in a pharmaceutical plant, alllocated in Sweden. The analyses comprised reviewing energy mappings, process and instrumentationdiagrams of processes and boiler systems, and hourly energy demand data. Simulations have beencarried out with Polysun for the processes with hourly energy data available.Four integration points have been determined to be high priority solar heat integration points in dairyplants, when considering annual thermal energy demand, temperature levels and integration effort.Those are the low pressure steam line, heating of feedwater, clean in place systems and pasteurizers.Solar heat integration concepts have been presented for all the aforementioned heat sinks andsimulations have been conducted for the low pressure steam line and heating of feedwater. A significantamount of excess heat is produced as a result of fluctuating heat demands and peak solar heat productionhours. Further investigation should be carried out, in order to review the potential of supplying excessheat to other heat sinks. Despite the reviewed potential of the clean in place systems and pasteurizers,lack of the hourly energy demand has hindered further analyses of those systems. It is thereforerecommended to conduct energy measurements before taking further measures.Two integration points have been identified in the pharmaceutical plant, namely autoclaves andmultiple-effect distillers. Solar steam generation concepts have been presented for both processes. Theautoclaves are provided with 4,5 bar steam intermittently, as they work with batches and can have ondutyand off-duty intervals ranging from 3-30 minutes. The multiple-effect distillers are providedwith 7 bar steam, which is of rather high pressure for the solar collectors model on which thesimulations are based. The heat demand of the distillers is more or less constant.It was generally easier to acquire data for the integration points at the supply level. For instance, all heatsinks at the supply level had energy demand data available, contrary to the process level. This inclinesadditional focus on integration to the supply level, if the extent of the feasibility study is to be kept to aminimum.

The industrial sector not only has a big contribution to global emissions but also a low share of renewable energy for heat demand. Knowing that most of the energy consumption in industry is heat and that half of it is at medium-low temperature (below 400 ºC), it is a great market for the integration of solar thermal technologies. Following the criteria of high heat demand and low-temperature requirements, five promising industrial sectors and their processes have been analysed: food and beverage, paper and pulp, chemical, textile and mining. Steam generation at supply level has been considered one of the most promising systems considering its integration advantages and the potential of direct steam generation plants. The market potential study has been geographically determined performing an MCA; countries all over the world have been assessed considering their heat consumption in the promising sectors and other conditions that enhance the SHIP feasibility such as solar radiation levels, favourable energy policies, previous experience in SHIP plants, ease of doing business, etc. The price of natural gas has been also considered after selecting Europe as a suitable market. The potential heat demand that this technology could cover has been estimated considering limitations as the competitiveness with other renewable heat sources, the expected heat recovery potential for some sectors, the solar fraction of the region and roof space of the factories. The results show that the five countries with bigger potential are Germany, France, Netherlands, Italy, and Spain, while the sectors with the most suitable market are food and beverage, and chemical. A case study has been selected based on the previous conclusions: a Fresnel direct steam generation plant in Sevilla (Spain) characterized thanks to the data provided by the company Solatom. The plant has been modelled using the software TRNSYS, taking special consideration in the Fresnel performance, the dynamic steam drum behaviour and its influence on the start-up time of the plant. The results achieved through the techno-economic analysis show that parameters such as solar radiation, conventional fuel prices and EU ETS prices have a major impact on the economic indicators. A sensitivity analysis shows that locations with radiation levels above 1750 kWh/m2 have positive values for NPV, and above 2250 kWh/m2 the cost of generating solar heating (LCOH) is under European natural gas prices. In addition to this, fuel prices above 50 €/MWh, which are common for SMEs, results in payback periods under 10 years. Future trends depict favourable scenarios as current European policies are causing a rapid growth of the ETS. Therefore, solar heat in industrial processes can be a feasible alternative, or work as a complement, to conventional systems. Its deployment is driven by supportive policies, high radiation levels, costly fuels prices (such as the ones for SMEs) and the necessity of reducing GHG emissions and decrease the independence on fossil energies. / Industrisektorn har inte bara ett stort bidrag till globala utsläpp utan också en låg andel förnybar energi för värmebehov. Att veta att det mesta av energiförbrukningen i industrin är värme och att hälften av den är vid medelhög låg temperatur (under 400ºC), är det en fantastisk marknad för integration av solvärmeteknik. Enligt kriterierna för högt värmebehov och lågtemperaturkrav har fem lovande industrisektorer och deras processer analyserats: mat och dryck, papper och massa, kemikalier, textil och gruvdrift. Ånggenerering på leveransnivå har ansetts vara ett av de mest lovande systemen med tanke på dess integrationsfördelar och potentialen hos direkta ånggenereringsanläggningar. Marknadspotentialstudien har fastställts geografiskt med en MCA; länder över hela världen har bedömts med tanke på deras värmeförbrukning i de lovande sektorerna och andra förhållanden som förbättrar SHIP-genomförbarheten, såsom solstrålningsnivåer, gynnsam energipolitik, tidigare erfarenhet av SHIP-anläggningar, lätt att göra affärer etc. Priset på naturgas har också övervägs efter valet av Europa som en lämplig marknad. Det potentiella värmebehovet som denna teknik kan täcka har uppskattats med tanke på begränsningar som konkurrenskraft med andra förnybara värmekällor, den förväntade värmeåtervinningspotentialen för vissa sektorer, solfraktionen i regionen och fabrikernas takutrymme. Resultaten visar att de fem länderna med större potential är Tyskland, Frankrike, Nederländerna, Italien och Spanien, medan de sektorer som har den mest lämpliga marknaden är mat och dryck samt kemikalier. En fallstudie har valts utifrån de tidigare slutsatserna: en Fresnel-ångproduktionsanläggning i Sevilla (Spanien) som kännetecknas av uppgifterna från företaget. Anläggningen har modellerats med hjälp av programvaran TRNSYS, med särskild hänsyn till Fresnel-prestanda, det dynamiska ångtrummans beteende och dess inflytande på anläggningens starttid. De resultat som uppnåtts genom den tekno-ekonomiska analysen visar att parametrar som solstrålning, konventionella bränslepriser och EU: s ETS-priser har stor inverkan på de ekonomiska indikatorerna. En känslighetsanalys visar att platser med strålningsvärden över 1750 kWh/m2 har positiva värden för NPV och över 2250 kWh/m2 är kostnaden för att generera solvärme (LCOH) under europeiska naturgaspriser. Utöver detta leder bränslepriser över 50 €/MWh, som är vanliga för små och medelstora företag, till återbetalningsperioder under tio år. Framtida trender visar gynnsamma scenarier eftersom europeisk politik orsakar en snabb tillväxt på ETS. Därför kan solvärme i industriella processer vara ett genomförbart alternativ eller fungera som ett komplement till konventionella system. Dess utplacering drivs av stödjande politik, höga strålningsnivåer, dyra bränslepriser (som de för små och medelstora företag) och behovet av att minska växthusgasutsläppen och minska självständigheten för fossila energier.

Transitioning the industrial sector’s energy system to renewable sources is crucial to reduce climate change. There is no exception for China, currently having the highest absolute levels of greenhouse gas (GHG) emissions in the world. The industrial sector accounts for about two thirds of the national energy consumption and coal is the country’s most important energy source. The integration of alternative energy sources such as solar can help transitioning the country’s energy system. By presenting a techno-economic analysis, this thesis gives an indication for profitability and in what extent there is a potential to cover the steam demand with a decentralized solar heat technology for two industries, fish and textile, in the Zhejiang province in eastern China. The used solar technology is a system with parabolic trough collectors (PTCs) with an integrated gas fired boiler. The PTC-system is compared with a coal-fired centralized supplier. The analyzed factors were roof area, solar irradiation, solar fraction, cost for steam from the centralized suppliers and cost of coal and natural gas. The maximum CO2 reduction is found to be dependent on the potential installation area. The greater area installed, the larger is the capacity and thus also the CO2 savings. The share of total steam demand covered by solar is directly proportional to the demand in relation to the installed solar capacity. The fish industry, having the lowest steam demand in relation to the roof area, is found to be able to save the largest relative proportion of CO2 emissions. Different scenarios are presented, modifying the fuel cost and fuel type for the PTC-system’s boiler, adjusting the steam cost from the centralized suppliers and using two different solar fractions of 35% and 50%. The CO2 savings depends on what fuel is being used and the solar fraction. Larger CO2 reductions are possible with a gas fired boiler compared to a coal fired one. But using a coal fired boiler makes it more economically profitable, matching the low coal price used for the centralized supplier. The scenario with most CO2 reductions is attained when using a high solar fraction of 50% and a natural gas fired boiler. The annual CO2 savings is then ranging from 15 tons per year for the company having the lowest steam capacity, up to 2090 tons/year for the company with one of the highest. Another significant factor is the companies’ seasonal activity. For the company having the least amount of active days per year (84 out of 365 days), the PTC-system is unprofitable whichever scenario. However, fuel costs for the boiler is found to be one of the most significant factors for the outcome determining if the investigated PTC-system is profitable or not. For all of the companies, there was only one that could provide all its steam demand with the PTC-system. This indicates that other energy sources need to be integrated to provide the steam demand of the enterprises with a renewable energy system. / Att omvandla industrins energisystem med förnyelsebara energikällor är väsentligt för att bromsa klimatförändringarna. Det är inget undantag för Kina, som nuvarande har de största absoluta nivåerna av utsläpp av växthusgaser i världen. Industrin står för ca två tredjedelar av den nationella energiförbrukningen och kol är landets största energikälla. Integrerandet av andra alternativ såsom solenergi kan dock hjälpa till i landets energiomvandling. Denna rapport syftar till att presentera en tekno-ekonomisk analys av en decentraliserad solfångare och ge indikation på lönsamhet samt i vilken grad tekniken kan förse behovet av ånga för två industrier, textil och fiske, i Zhejiang provinsen i östra Kina. Den solfångarteknik som används är ett system med Parabolic trough collectors (PTCs) med integrerad gaseldad ångpanna. Systemet jämförs med kraftvärmeverk som drivs med kol. De analyserade faktorerna är takytan, solar fraction, solinstrålning, kostnad för ånga samt ångpannans bränslekostnader. Besparingarna för CO2-utsläpp beror på den potentiella installationsytan. Ju större installationsyta, desto högre kapacitet och därmed högre CO2-besparingar. Andelen av behovet ånga som kan förses med solfångare är i direkt proportion till takytan och det totala behovet. Fiskeindustrin, som har lägre ångbehov i relation till takyta, visar sig kunna spara den största relativa mängden CO2-utsläpp. Olika scenarier presenteras, där bränslekostnaden och typ av bränsle för PTC-systemets ångpanna modifieras, kostnaden för ånga från de centraliserade leverantörerna justeras och solar fraction ändras mellan 35% och 50%. Besparingarna i CO2-utsläpp beror på vilket bränsle som används samt solar fraction. Större CO2-reduktion är möjlig med en gaseldad panna jämfört med en koleldad. Dock är en koleldad panna lönsammare när den matchar det låga priset på kol som används för de centraliserade leverantörerna. Scenariot med de största CO2-besparingarna uppnås med en hög solar fraction på 50% och en naturgaseldad panna. De årliga CO2-besparingarna varierar från 15 ton per år för det företag som har den lägsta ångkapacitet, upp till 2090 ton per år för ett företag med en av den högsta kapaciteten ånga. En annan viktig faktor är företagens aktivitet per år. Företaget som har minst aktiva dagar per år (84 av 365 dagar), är ej lönsamt i något av de testade scenarierna. Bränslekostnaderna för pannan har emellertid visat sig vara en av de viktigaste faktorerna för resultatet som avgör om det undersökta PTC-systemet är lönsamt eller inte. Bland alla företagen fanns det bara ett som kunde förse hela sitt ångbehov, med PTC-systemet. Detta indikerar att andra energikällor måste införas för att förse företagens ångbehov med ett förnybart energisystem.