Svingende gaskvalitet kan påvirke gasmotordrift

Transkript

1 Leder af forretningsområde Jan de Wit projektleder Leo van Gruijthuijsen og måletekniker Steen D. Andersen Dansk Gasteknisk Center a/s Svingende gaskvalitet kan påvirke gasmotordrift Større udsving i sammensætning, Wobbetal og energiindhold i gas, der leveres via det danske natur-gasnet, giver nogle fjernvarmeværker driftsmæssige udfordringer med deres gasmotorer. Om forfatterne Jan de Wit Leo van Gruijthuijsen Steen D. Andersen Jan de Wit og Leo van Gruijthuijsen er projektingeniører og projektledere med udgangspunkt fra DGC i Hørsholm. Steen D. Andersen er maskinmester og har udgangspunkt fra DGC i Aalborg. Steen D. Andersen er i vidt omfang engageret med målinger for fjernvarmeværker, udstyrs- og gasleverandører. Gaskvalitet Den gas, der leveres via det danske naturgasnet, har de senere år vist større udsving i både sammensætning, Wobbetal og energiindhold end tidligere. For nogle gasmotorer på fjernvarmeværkerne giver det driftsmæssige udfordringer. Denne artikel belyser den nuværende situation, hvad der kan forventes fremover, og hvad der kan gøres for at imødegå eventuelle driftsproblemer. Der er mange forskellige gasmotorer i drift i Danmark og mere end 20 forskellige fabrikater repræsenteret. Fire fabrikater tegner sig dog for mere end 90 procent af gasforbruget, og hver af dem har typisk flere motorserier i drift. Det har vist sig, at visse installationer i øjeblikket er driftsmæssigt udfordret. Det kan enten skyldes selve motortypen, eller at den lokalitet, hvor motoren er installeret, er særlig udsat for store og/eller hyppige gaskvalitetsskift. Artiklen behandler de driftsmæssige aspekter af denne udfordring for gasmotorerne. Hvilke gastyper er der i nettet? I det danske naturgasnet er det kun muligt at transportere og levere gasser, der lever op til Gasreglementets og Energinets krav. De gasser, der leveres og transporteres i dag, er i hovedtræk naturgas fra Nordsøen, importeret naturgas via Tysklandsforbindelsen og opgraderet biogas (der kaldes bionaturgas). Gas fra Tyskland importeres for det meste på grund af prisforhold i markedet. Gassen fra Tyskland kan indeholde en blanding af lokal produktion og norsk, russisk og hollandsk naturgas. Den importerede gas har ofte lavere brændværdi end den traditionelle danske Nordsøgas. Bionaturgassen er et resultat af den produktion, der er mulig på baggrund af de leverede råvarer til biogasanlæggene. Både anlægsejerne og gasdistributøren har onlinemåling af den leverede gas, så det løbende sikres, at den lever op til de nævnte gaskvalitetskrav. Bionaturgassen har generelt en brændværdi i den lave ende af spektret. Til gengæld er metantallet højt i forhold til de øvrige nævnte gasser. Når Tyrafeltet i Nordsøen fra november 2019 til juni 2022 lukkes for planlagt renovering, bliver gassen i nettet væsentligst baseret på gas leveret fra Tyskland, bionaturgas og en mindre andel gas fra Syd Arnefeltet i Nordsøen. I perioder leveres der også gas tilbage til nettet fra de to gaslagre i Danmark (Stenlille og Lille Thorup). Den gas, der er gemt i lagrene, kan være alle ovennævnte gasblandinger, som ikke holdes teknisk separeret i lagrene. Ud over forbindelsen over den dansk-tyske grænse er det danske gasnet forbundet med Sverige, hvor gassen dog alene strømmer mod Sverige. Hvad er problemet for gasmotorerne? De problemer, der i øjeblikket ses på 44 Fjernvarmen nr. 6 oktober 2018

2 Figur 1 Målte udsving for brændværdi i den gas, der leveres til et kraftvarmeværk i det sydlige Jylland. Målin-gen er foretaget af DGC. et antal anlæg/enheder, er dels vanskelig start af visse motorer, dels hyppigere udfald under drift formentlig i forbindelse med en ændring af gassammensætningen og dermed forbrændingsdata for den leverede gas. Udfaldene sker, fordi motorens overvågnings- og styringssystem ikke når at tilpasse driften, før alarmgrænser overskrides. Det er typisk balancen over turbolader og/eller eventuel korrektion for at fastholde den nødvendige margin for bankning, der ikke når at komme på plads. Målinger i gasnettet har vist, at skift mellem forskellige gastyper kan ske overraskende abrupt. Der foregår tilsyneladende ganske lidt opblanding af den gas, der er i nettet. Figur 1 viser målinger på den gas, der leveres til et kraftvarmeværk med gasmotorer i det sydlige Jylland. Hvor hyppigt kunder vil opleve skift mellem eksempelvis bionaturgas og anden naturgas, afhænger generelt af, hvor langt de ligger fra Vi designer Komplette løsninger Nonstop drift Mere end 40 års erfaring er grundlaget for Weishaupt s succes med kedelanlæg. Vi designer, konstruerer og leverer individuelle løsninger inden for brænder- og opvarmningsteknik. Eksempelvis biogas/simultan forbrænding. Fra rådgivning til installation og efterfølgende service - vi er med hele vejen. Kompetencer Energioptimering Anlægsspecifik software Idriftsættelse 24/7 Service 24/7 PLC-fjernsupport Kommunikation SRO SCADA CTS PLC fjernsupport SMS Regulering Temperatur Tryk Flow Hastighed Emission Styring Hedtvandskedler Varmtvandsanlæg Procesanlæg Dampanlæg Kedelfølgestyring Max Weishaupt A/S Glostrup tlf Fredericia tlf Aalborg tlf Fjernvarmen nr. 6 oktober

3 Figur 2 Den accepterede Wobbetalsvariation for gas leveret fra gasnettet. Første bjælke viser, hvad der ac-cepteres i Tyskland, anden bjælke hvad der accepteres i Danmark. De sidste bjælker viser, hvor Nordsøgassen og bionaturgas typisk placerer sig. Wobbetallet er en kombination af brændværdi og masse-fylde, der er meget hensigtsmæssig at anvende ved brænder- og anlægsindstillinger. Et højt Wobbetal betyder her også en høj brændværdi og omvendt. et givent opgraderingsanlæg, og den aktuelle produktion herfra samt gasforbruget i nettet. Hvis man ligger helt tæt på opgraderingsanlægget, vil man oftest have bio-naturgas i sin forsyning og derfor opleve få skift. Er man som kunde derimod langt fra anlægget, vil man det meste af tiden modtage anden gas end bionaturgas. Et sted derimellem er der kunder, der i perioder kan opleve hyppige skift. Hvad siger reglerne? Reglerne for den gas, der leveres, er fastsat af Sikkerhedsstyrelsen i Bekendtgørelse om gaskvalitet. De overordnede bestemmelser for gassens tilladte variationsbredde under normal drift er ikke ændret siden gasnettets opstart. Men gassens sammensætning, brændværdi mv. varierer mere i dag end i de første mange år af nettets driftstid, og gennemsnitsværdien for eksempelvis Wobbetal har flyttet sig. Da det blev muligt at importere gas fra Tyskland i 2010, ændrede branchen indreguleringsregler og metode for mange gasapparattyper (særligt brændere til kedler og proces) for at være bedre forberedt på de udsving, der nu både var praktisk mulige og forventede. Den mulige variation for leveret naturgas er ganske forskellig i de europæiske lande, og den variation af Wobbetal, der er tilladt i Danmark, er generelt mindre end i mange af de lande, vi sammenligner os med, eksempelvis Tyskland (se figur 2). Figuren viser også, at bionaturgassen generelt har et Wobbetal (og brændværdi) i den lave ende af det tilladte leverancespektrum. Vi er kraftvarmesektorens opkøber af anlæg..! Vi tilbyder bl.a.: Opkøb af gasmotorer og udstyr. Demontage af anlæg. Rømning af maskinrum og kedelhaller. Flytning af udstyr. Forhør nærmere om vores tilbud eller kommissionsaftaler. VI HAR STOR ERFARING I AT BAKSE RUNDT MED STORE ELEMENTER... Tro flytter bjerge, VI flytter resten. Vi er den fremtidige samarbejdspartner til danske kraftvarmeværker! Møllersmindevej Rask Mølle Tlf: jmf@mail.dk 46 Fjernvarmen nr. 6 oktober 2018

4 Forventede maksimale og minimale værdier for fremtidig gaskvalitet baseret på historiske data (kilde: Energinet /4/) Metan mol-% Etan mol-% 0 10 Propan mol-% 0 5 I-butan mol-% 0 0,5 N-butan mol-% 0 1 I-pentan mol-% 0 0,2 N-pentan mol-% 0 0,2 Hexan+ mol-% 0 0,2 Nitrogen mol-% 0 5 Oxygen mol-% 0 0,5 Kuldioxid mol-% 0,03 2,5 Øvre brændværdi kwh/nm3 10,69 12,79 Øvre brændværdi MJ/Nm3 38,48 46,03 Wobbeindeks kwh/nm3 13,91 15,46 Wobbeindeks MJ/Nm3 50,08 55,64 Relativ densitet - 0,555 0,69 Normal densitet kg/nm3 0,71 0,89 Tabel 1 Energinets estimat for hver gaskomponent og afledte værdier. Tabellen, der stammer fra faktabladet Fremtidige naturgaskvaliteter, er baseret på historiske værdier og forventninger til fremtiden. Reglerne om gasforsyning til motorer har siden introduktionen af decentral kraftvarme fastsat, at leverandørerne skal erklære motorer og gasforsyning egnede til både den aktuelle gas og til den, der kan komme. Dengang fandtes importgas og bionaturgas ikke i systemet, og leverandørerne forventede nok ikke så markante skift, som der ses nu. Hvad kan der forventes fremover? Man skal næppe forvente mindre variation og færre gastyper i fremtidens gassystem. Stærke markedskræfter i Europa ønsker videre rammer, eksempelvis for tilladt interval for Wobbetal, for dermed at skabe bedre mulighed for handel med gas. Sikkerhedsaspekter og andet for apparatur, der er installeret, trækker den anden vej. Men der er generelt ingen grund til at tro, at udsvingene bliver mindre og sjældnere end nu. Energinet giver et bud på, hvad der kan forventes fremover, i faktabladet Fremtidige naturgaskvaliteter fra februar 2017, hvor tabel 1 stammer fra. Når Tyrafeltet i Nordsøen i relativt nær fremtid skal renoveres, betyder det som tidligere nævnt nedlukning af Vi er din forsikringspartner, når det handler om energi Vi skræddersyr totalløsninger for energiselskaber, kraft- og fjernvarme værker. Kontakt os, og hør mere om, hvad vi kan gøre for jer. Niels Korsgård Pedersen E nkp@codan.dk M Henrik Haugstrup E hhk@codan.dk M Fjernvarmen nr. 6 oktober

5 gasforsyningen fra feltet fra november 2019 til juni Gasforsyningen til det danske gasnet skal i den periode ske via importgas og med bionaturgas. Andelen af bionaturgas i systemet er i vækst, og nogle geografiske områder dækkes i dag 100 procent af bionaturgas i perioder af året. Figur 3 viser placeringen af opgraderings- og injektionsanlæggene. Samlet set udgør andelen af bionaturgas på årsbasis cirka 10 procent, og der kommer fortsat nye anlæg til. I Danmark er der generelt et svagt faldende nationalt gasforbrug, og det betyder, at bionaturgassens andel af det samlede gasvolumen bliver endnu større. Hvad gøres der for at afhjælpe problemerne? Gasdistributionsselskaberne og Energinet har øget deres information om den aktuelle forsyningssituation og den aktuelle gassammensætning i en række punkter i gasnettet. Der er adgang til informationen via internettet, eksempelvis på Figur 3 Injektionspunkter for bio naturgas i det danske gasnet. Røde anlæg er allerede i drift, gule er under etablering eller indkøring. Kilde: grongas/biogas (d. 19/9 2018). Gas/Gaskvalitet. Desuden er der afholdt informationsmøder for anlægsejere, leverandører og branchefolk. Og der er mulighed for at modtage en mail, når der sker skift mellem import og eksport af gas over grænsen til Tyskland. Som nævnt er der foretaget ny indregulering af en række gasapparater for bedre at ruste dem til de udsving, der nu ses. Det samme kan gøres for gasmotorer og er formentlig prøvet, hvor der er konstateret problemer. Nogle af motorleverandørerne har etableret måleudstyr på værkerne, som på forhånd giver kendskab til, hvilken gas der aktuelt leveres til værket. Dermed kan motorstyringen bedre agere, så udfald eller vanskelig start undgås. Isolere fjernvarmerør med alupex Internal Transfer Tubes Meget fleksibel og robust konstruktion Fremragende isoleringsevne Let at installere og montere Økonomiske at transportere Besøg Set Pipes på Landsmødet i Aalborg den oktober 2018 og hør mere om dette nye produkt. Du møder os på Træfpunkt Fjernvarmen nr. 6 oktober 2018

6 Enkelte af de største decentrale værker har egne gaskromatografer. De relativt bekostelige instrumenter er oftest installeret for at kunne kontrollere den leverede energi, men vil også kunne bruges som signal for den aktuelt leverede gas. DGC råder over mindre og mobile gaskromatografer, der også har været udlånt til værker med gasmotorer. Disse mindre enheder er dog også relativt dyre. DGC har for nylig modtaget en meget kompakt og i forhold til ovenstående prisbillig målecelle til kontinuert måling af Wobbetal (figur 4). Målecellen skal nu testes i DGC s laboratorium, og forventningen er, at den senere installeres og testes på et motorbaseret fjernvarmeværk i Sønderjylland. Konklusion Der er ikke ændret på, hvilke gastyper der tillades i det danske gasnet i forhold til tidligere. Og de gastyper, der leveres til og fra det danske gasnet, ligger alle inden for den accepterede kvalitet. Anlægsleverandører har også Figur 4 En meget handy og relativt prisbillig Wobbetalsmålecelle (den grå kasse) bliver i øjeblikket testet i DGC s laboratorium. Senere forventes det, at den skal testes på et fjernvarmeværk i Sønderjylland. hele tiden skullet forholde sig til den leverede gaskvalitet og til muligheden for variationer i kvaliteten og erklære anlægget egnet til dette. Der er ikke grund til at tro, at udsvingene bliver mindre fremover. Andelen af bionaturgas bliver større, og injektion sker nu på både lavtryks og højtryksnet. På forsøgsstadiet arbejdes der også med andre grønne gasser end biogas, hvilket også kan bidrage til større udsving i fremtidens gaskvalitet. Der er som nævnt markedskræfter i Europa, der gerne ser et øget variationsområde for Wobbetal, der i Danmark p.t. er mindre end i Tyskland. Sikkerhedsaspekter og andet ved den eksisterende apparatbestand taler imod dette ønske. For anlægsejere og anlægsleverandører er den bedste sikring at tilpasse styringssystemer, indregulering og andet, så de tilsluttede apparater bliver i stand til at klare variationer i gassammensætningen. Et forlods signal om, hvad der aktuelt står af gas i forsyningsledningen, vil være en meget nyttig information. Sammen med gasdistributionsselskaberne, Energinet, fjernvarmeværker og kraftvarmeværker er DGC i gang med at teste udstyr til det formål. få det komplette overblik Saml dine driftsdata med vores portal produkter EnviDrift er et fleksibelt onlinesystem til registrering og håndtering af både drifts- og kundehenvendelser på varmeværket, der giver optimale muligheder for ressourcestyring. EnviTronic sikrer det fornødne overblik over den daglige drift ved at samle relevante driftsdata fra SRO, manuelle aflæsninger mm. i én database, så det er enkelt og let at evaluere, og data bliver tilgængelige for alle i forsyningen. EnviTronic kan generere rapporter og sammenligne på tværs af systemerne. Hør om de mange fordele ved vores Portal - kontakt Janus H. Christiansen på tlf: Fjernvarmen nr. 6 oktober