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.

Industrin står för 32% av den globala energianvändningen och majoriteten av industrins utsläpp sker vid förbränning av fossila bränslen för värmeanvändning. Hälften av industrins värmeanvändning uppskattas vara i temperaturer upp till 400 °C vilket är lämpligt för värme från solfångare.Klädesindustrin står för 10% av de globala växthusgasutsläppen och majoriteten av de utsläppen sker vid textilproduktion och flera av textilindustrins processer är i temperaturintervall som kan använda värme från solfångare likt Absolicons T160.Data från energianvändning hos textilfabriker har samlats in och beräkningar på energianvändning och utsläpp har gjorts för erhållna data. Solfångarnas energiberäkningar har gjorts med hjälp av simuleringar från Absolicon applikation Field Simulator. En 3-stegs plan gjordes för 2 stora textilfabriker i Indien som visar hur de skulle kunna eliminera sina utsläpp från energianvändning.Kartläggningen visar att textilindustrin till stor del använder fossila bränslen och de 5 största textilfabrikerna i denna rapport visar en energifördelning mellan värme och el på 85% respektive 15%. Utsläppen per producerad massa varor i kg för de 5 fabrikerna uppskattas vara i snitt 6,1 kgCO2e vilket motsvarar en förbränning av 2,1 kg brunkol.De två stora textilfabriker i Indien samlade utsläpp från energianvändning redovisas vara 686 ktCO2e. Värmeanvändningen i fabrikerna sänks i 3-stegsplanen med 17% och fossila bränslen ersätts med värme från solfångare och biomassa. För att täcka 68% av det nya värmebehovet med värme från solfångare så behövs det solfångarfält med en termisk effekt på cirka 400 MW och en yta på cirka 1,3 km2. De resterande 32% av värmebehovet ska komma från förbränning av cirka 100 000 ton biomassa per år.Industrin har möjlighet att sänka stora delar av sina utsläpp genom att ersätta fossila bränslen i värmeanvändningen med till exempel värme från solfångare och biomassa. För att täcka stora delar av värmeanvändningen med solfångarfält behövs lediga ytor runt om och på fabrikerna. Fossila bränslen har i dagsläget ett lågt pris i förhållande till dess utsläpp och tillämpning av globala utsläppsrätter eller skatter bör appliceras för att påskynda omställningen till utsläppsfri energi och lägre utsläpp. / The industry sector accounts for 32% of the global energy usage where the majority of the energy is being used as heat. Most of the heat is generated by burning fossil fuels which leads to heat use being the largest source of emissions in the sector. About half of energy used as in the industries are in temperatures up to 400 °C which is suitable for heat provided by solar collectors.The apparel industry accounts for 10% of the global carbon emissions and multiple of the industry processes used in textile production are in temperature ranges reachable with solar collectors such as Absolicons T160.Energy data was collected from textile factories and calculations of energy usage and emissions was made. The calculations for solar collectors was made with Absolicons web application Field Simulator. A 3-step plan was created to demonstrate how two textile factories in India could reach zero CO2 emissions.The analysis shows that the textile industry’s majority of energy is being used from fossil fuels to generate heat where the 5 largest factories in this report average energy is 85% as heat and 15% as electricity. The emissions per produced mass of goods in kg is an average of 6,1 kgCO2e at these 5 factories which is comparable to burning 2,1 kg of black coal.The two large textile factories combined emissions from energy usage is reported to be 686 ktCO2e. In the 3-step plan the heat usage is reduced by 17% and heat from fossil fuels are replaced by heat from solar collectors and biomass. To cover 68% of the new energy demand it would require solar fields with a total thermal capacity of about 400 MW and an area of 1,3 km2. The remaining 32% of heat demand would be covered by burning 100 000 tonne of biomass per year.The conclusion is that he industry sector has a huge potential of reducing their emissions by replacing fossil fuels for generating thermal energy by thermal energy from e.g. solar collectors or biomass. It will require available spaces close to or on top of the factories to be able cover large portions of the heat demand with solar collectors. The current prices of energy from fossil fuels is low compared to their emissions and a global carbon market or taxes should be applied to accelerate the change to clean energy and lower emissions.

The objective of this thesis was to investigate the potential for introducing a concentrating solar thermal (CST) central receiver plant system based on flexible heliostats - HelioPods - to provide high-temperature process heat in industrial applications. A CST plant system was designed in MATLAB, optically simulated for three design days in the ray-tracing software Tonatiuh and further analyzed in MATLAB by interpolating the results for each hour of the year. A case study was made on introducing a CST plant system based on HelioPods in a South African manganese sinter plant. The study included an investigation of the profitability of up- and downsizing the heliostat field annually with fluctuating heat demand. A circular heliostat field was modelled for the chosen location. The final field had a radius of 53 meters with the receiver located 60% from the field centre. The storage size was 16 demand hours and 17 plants were required. The results showed that 88% of the annual heat demand could be covered by solar heat in the design year. The marketing approach used for the following years was that the heat demand covered by solar heat should never be below the share at the first year, despite the predicted fluctuations in demand. Thus, a minimum solar share of 88% was used as a strategy for annual up- and downsizing of the fields throughout the investigated period of 25 years. That resulted in a field radius differing between 52 and 55 meters. The payback period of the final system was 4.35 years, the NPV was 54.33 MUSD over a period of 25 years and the LCOH was 35.39 USD/MWht. However, it was found that the profitability of the system was sensitive to the different scenarios for predicted future diesel prices, this since the pricing of the solar heat was set to 90% of the diesel price. The results in this thesis show that a CST plant system based on HelioPods is a suitable solution to supply high-temperature process heat to industrial applications. It also shows that the HelioPods can unlock potential for flexibility with changing production patterns in the industry of implementation. The results from the study can be used also for other industries with similar temperature range and heat demand. Thus, it could be argued that the implementation of a HelioPod based CST plant system also can be suitable for other industries located in high-DNI areas with dependency on conventional fuels and steady production throughout the whole day. / Syftet med denna uppsats var att undersöka potentialen för implementering av koncentrerad termisk solvärme (CST) från ett soltorn med ett heliostatfält baserat på flexibla heliostater - HelioPods – för att generera högtempererad processvärme för industriell tillämpning. Ett CST-system designades i MATLAB, simulerades för tre designdagar i det optiska ray-tracingprogrammet Tonatiuh och analyserades sedan åter i MATLAB genom att interpolera de genererade resultaten för årets alla timmar. En fallstudie av ett CST-system baserat på HelioPods i ett sydafrikanskt sinterverk för mangan genomfördes därefter. Studien innehöll en undersökning av lönsamheten av årlig ökning och minskning av heliostatfältet vid fluktuerande värmebehov. Ett cirkulärt heliostatfält modellerades för den valda platsen. Det slutgiltiga fältet hade en radie om 53 meter med mottagaren placerad 60% från fältets mittpunkt. Storleken på lagringsfaciliteten var 16 timmar av full tillförsel och antalet verk uppgick till 17. Resultaten visade att 88% av det årliga värmebehovet kunde förses med solvärme under designåret. Marknadsstrategin för de resterande åren var att den procentuella andelen solvärme aldrig skulle vara lägre än under designåret, oberoende av fluktuationer i värmebehovet på grund av ändrad produktion. Således sattes 88% solvärme som ett minimikrav och utgjorde strategin för den årliga ökningen och minskningen av fältet för den undersökta perioden av 25 år. Det resulterade i en fältradie mellan 52 och 55 meter. Återbetalningstiden för det slutgiltiga fältet var 4.35 år, nuvärdesberäkningen av det framtida kassaflödet var 54.22 miljoner USD över en 25-årsperiod och produktionskostnaden för värme (LCOH) var 35.39 USD/MWht. Dock var systemets lönsamhet känslig för de olika prognoser av framtida dieselpriser som undersöktes, detta eftersom priset för solvärme sattes till 90% av dieselpriset. Resultaten i denna uppsats visar att ett CST-system baserat på HelioPods är en lämplig lösning för att generera högtempererad processvärme för industriell tillämpning. De visar även att HelioPods kan öka potentialen för flexibilitet vid förändringar i produktionsmönstret i vederbörande industri. Resultaten kan även användas i andra industrier med likartade temperaturer och värmebehov. Hävdas kan således att implementation av ett CST-system kan vara lämpligt även för andra industrier belägna i områden med högt DNI som är beroende på konventionella energikällor och har jämn produktion dygnet runt.

This report describes the process of a thesis implemented in Colombia concerning solar energy. The project was to install a self-circulating solar heating system, as well as creating exchange of knowledge regarding renewable energy. One of the two major goals of the project was to achieve a functioning solar heating system in Timbio, a village outside the city of Popayán in south west Colombia. The purpose was to use the free power from the sun and show people how to use it in a way that is not complicated or too expensive. The second major goal was to hold workshops about renewable energy in general, and solar energy in particular. The preparatory work started in October 2010 by concretizing the project, applying for scholarships and establishing necessary contacts; both in Colombia and Sweden. Research and correspondence continued throughout 2011, along with the search for finance from companies and funds to cover the project costs. The implementation took approximately three months and was finished in April 2012. However, the project was limited due to time scale and financial resources. The project was successful; a functioning solar heater and workshops. The aim to arise interest for renewable energy is fulfilled plus the aim to show how to use solar energy in a practical and useful way. / Denna rapport beskriver processen av ett examensarbete som behandlar solenergi, implementerat i Colombia. Projektet innebar en installation av en självcirkulerande solvärmeanläggning, och även kunskapsutbyte om förnybar energi. Ett av de två huvudmålen var att installera en fungerande solvärmeanläggning i byn Timbio utanför staden Popayán i sydvästra Colombia. Syftet var att använda gratis energi från solen och visa människor hur man kan använda energin på ett inte alltför komplicerat eller dyrt sätt. Det andra huvudmålet var att hålla workshops om förnybar energi i allmänhet och solenergi i synnerhet. Förberedelserna började i oktober 2010 genom konkretisering av projektet, stipendieansökningar och skapandet av nödvändiga kontakter; i Colombia och Sverige. Efterforskningar och korrespondens fortsatte under 2011 samtidigt som finansiering till projektet söktes från företag och fonder. Installationen tog ungefär tre månader och färdigställdes i april 2012. Projektet begränsades av tillgänglig tid och ekonomiska resurser. Projektet blev framgångsrikt; en fungerande solvärmeanläggning och lyckade workshops. Målet att väcka intresse för förnybar energi uppfylldes, även målet att visa hur solenergi kan användas på ett praktiskt och användbart sätt.