Kortlægning af emissioner fra decentrale kraftvarmeværker

Transkript

1 Kortlægning af emissioner fra decentrale kraftvarmeværker Eltra PSO projekt 3141 Delrapport 2 Anlægskarakterisering og emissionsdata for gasfyrede decentrale kraftvarmeanlæg < 25 MW e Maj 22 Dansk Gasteknisk Center a/s

2 Kortlægning af emissioner fra decentrale kraftvarmeværker Eltra PSO projekt 3141 Delrapport 2 Anlægskarakterisering og emissionsdata for gasfyrede decentrale kraftvarmeanlæg < 25 MW e Per G. Kristensen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 22

3 Titel : Emissionsdata for decentrale kraftvarmeanlæg < 25 MWe Rapport kategori : Delrapport, offentlig tilgængelig Forfatter : Per G. Kristensen Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; delrapport-2-final.doc Sagsnavn : Eltra PSO-projekt 3141 ISBN : For ydelser af enhver art udført af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) gælder: at DGC er ansvarlig i henhold til Almindelige bestemmelser for teknisk rådgivning & bistand (ABR 89), som er vedtaget for opgaven, med mindre andet aftales skriftligt. at erstatningsansvaret for fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspådragende fejl eller forsømmelse. Ansvaret er dog altid begrænset til maksimum 1% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende opgave. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC s hæftelse. at DGC skal - uden begrænsning - omlevere egne ydelser i forbindelse med fejl, mangler og forsømmelser i DGC s materiale. Dette gælder dog ikke længere end 5 år fra opgavens udførelse. at rekvirenten er ansvarlig for, at de iht. lov gældende sikkerheds- og arbejdsmiljøregler hos rekvirenten kan overholdes af DGC i forbindelse med opgavens udførelse. Såfremt DGC må standse, afbryde og/eller udsætte en opgave, fordi disse regler ikke kan overholdes, må rekvirenten bære DGC s eventuelle ekstraomkostninger i forbindelse hermed. Marts 2

4 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Indledning Resume Afgrænsning og metode Karakterisering af anlægsmassen Motoranlæg Turbineanlæg Karakterisering af indsamlede emissionsdata Indsamling af emissionsdata Emissioner fra naturgasmotorer NO x CO UHC Andre emissionsdata Øvrige supplerende oplysninger Emissioner fra biogasmotorer CO, NO x og UHC emission Øvrige supplerende oplysninger for biogas Emissioner fra naturgasturbiner NO x CO UHC Andre emissionsdata Øvrige supplerende oplysninger Dækningsgrad og validitet af emissionsdata Dækningsgrad motorer Naturgas Biogas Dækningsgrad turbiner Validitet af emissionsmålingerne Måleprogram...3

5 DGC-rapport Motor- og turbinetyper Foreløbig analyse af emissionsfaktorer for gasmotorer og gasturbiner...32

6 DGC-rapport 3 1 Indledning Eltra har givet et konsortium bestående af dk-teknik, Danmarks Miljøundersøgelser, Risø, Dansk Fjernvarmeværkers Forening og Dansk Gasteknisk Center (som projektleder), den opgave at indsamle viden om emissionsdata for de i Danmark opstillede decentrale kraftvarmeværker. Hovedformålet med projektet er at kortlægge emissionerne og finde pålidelige emissionsfaktorer for den brændselsbaserede decentrale elproduktion. Projektets formål er endvidere at undersøge, hvorvidt der i dag findes yderligere ukendte emissioner fra de decentrale værker. Projektet er bestilt af Eltra delvist som et PSO finansieret projekt, delvist som et Eltra finansieret projekt. Alle projektets resultater vil være offentlige, dog således at emissionsdata fra enkeltværker ikke vil kunne identificeres. Nærværende delrapport 2 omhandler de decentrale anlæg, der benytter gasformigt brændsel og de tilgængelige emissionsdata for disse anlæg. Parallelt hermed udarbejdes tilsvarende delrapport for affalds- og biomasseanlæg.

7 DGC-rapport 4 2 Resume Der er i emissionskortlægningsprojektet indsamlet viden om de decentrale gasfyrede anlæg mindre end 25 MW e. Den indsamlede viden omfatter energidata for anlæggets drift i år 2, samt viden om den motor- eller turbinetype der er installeret. For motorer og turbiner er der med baggrund i gasselskabernes database over installerede værker et næsten fuldkomment kendskab til den installerede effekts sammensætning på maskinstørrelse og type. For anlæg der alene benytter biogas, er datagrundlaget ikke helt så solidt. Der findes 448 værker med naturgasmotorer med i alt 677 installerede motorer. Der er i alt installeret 895 MW e. Værkstørrelsen varierer fra under 1 kw e op til 23 MW e. Der forekommer flest motorer i størrelsen 5-1 kw e, men den forholdvis største effekt ligger på gruppen af motorer mellem 2 og 4 MW e. Cirka 75% af den installerede effekt findes på værker der har mere end 2 MW e effekt installeret. Disse værker skal efter gældende miljøregler have målt emissionerne af CO, NO x og UHC en gang årligt. For de naturgasfyrede gasmotorværker er de vigtigste motormærker Bergen, Caterpillar, Jenbacher og Wärtsilä. Der er indsamlet i alt 431 emissionsdatasæt fra gasmotorer, der benytter naturgas, heraf er 274 datasæt fra årene De indsamlede emissionsdata dækker den indfyrede energimængde på naturgasmotorer med 44%. Ligeledes er emissionsdata forholdsmæssigt fordelt over de betydeligste motormærker. Der findes 114 værker, der benytter biogas, heraf benytter de 24 også naturgas. Der er i alt installeret 55 MW e. Antalsmæssigt er langt de fleste værker små anlæg på rensningsanlæg og gårdbiogasanlæg. Værkstørrelsen varierer fra 1 kw e til 1 MW e. Den antalmæssigt oftest forekommende motorstørrelse ligger i intervallet -25 kw e, og effektmæssigt er gruppen af motorer fra 5-1 kw e af størst betydning. Caterpillar, Jenbacher og Deutz MWM er de energimæssigt vigtigste motorer for biogas. På grund af anlæggenes størrelse er der næppe foretaget mange emissionsmålinger, og det har kun været muligt at finde emissionsdata for 14 motorer som energimæssigt dækker 1% af den i år 2 benyttede mængde biogas. Der er således for biogasmotorer betydelige mangler i den eksisterende viden.

8 DGC-rapport 5 Der findes 25 værker med naturgasdrevne gasturbiner på anlæg med mindre end 25 MW e. Der er i alt installeret 151 MW e effekt på disse værker, fordelt på 3 turbiner. Der er ikke kendskab til gasturbiner, hvor der benyttes biogas. Gasturbinerne er generelt store, 4-6 MW e, dog indgår der i år 2 en enkelt turbine på 1 kw e. EGT turbiner er meget dominerede, idet 7% af den forbrugte naturgas i år 2 blev anvendt på EGT turbiner. Der er indsamlet i alt 38 emissionsdatasæt for gasturbiner, hvoraf de 29 er fra perioden Disse 29 emissionsdatasæt dækker på energibasis 45% af den i år 2 indfyrede mængde naturgas. Målingerne er fordelt forholdsvis mellem de mest betydende turbinemærker. Det konkluderes, at dækningsgraden for emissionsdata for motorer og turbiner fyret med naturgas ligger lige under 5% af den indfyrede energimængde. Dette regnes for at være tilfredsstillende, idet der med den dertil betydelige koblede viden om mærke, størrelse mm. vil være god mulighed for at beregne emissionsfaktorer for alle de vigtigste mærker og typer. For biogasmotorer er dækningsgraden på energibasis helt nede på 1%, og for det energimæssigt tungeste motormærke findes der ikke emissionsdata. Måleprogrammet vil derfor skulle rette op på den manglende viden på biogasområdet. Der er på baggrund af den indsamlede viden udarbejdet foreløbige emissionsfaktorer for brug til Eltras miljørapportering. Der er ikke ved beregning af de fundne emissionsfaktorer taget hensyn til sammenhæng med mærke, type mm.

9 DGC-rapport 6 3 Afgrænsning og metode Nærværende delrapport omhandler alene decentrale kraftvarmeanlæg fyret med gasformigt brændsel (naturgas, gyllebiogas, deponigas, og rådnegas fra rensningsanlæg) og emissioner fra disse anlæg. Der undersøges kun anlæg med en elektrisk effekt mindre end eller lig med 25 MW. Der er taget udgangspunkt i Energistyrelsens energiproducentopgørelse for år 2, der venligst er tilgået projektet fra Energistyrelsen. På basis heraf er der gennemført en spørgeskemaundersøgelse rettet mod samtlige decentrale krafvarmeværker, med henblik på yderligere at karakterisere værkerne og få oplyst eventuelle emissionsdata. Der blev i alt udsendt 694 spørgeskemaer, og der indkom svar fra 23 værker. På grund af den lave svarandel er gasselskabernes viden om de naturgasfyrede anlæg inddraget med henblik på at få den bedst mulige karakterisering af værkerne. Dette giver et meget detaljeret og næsten komplet billede, med hensyn til energidata, maskinfabrikat og type for de naturgasfyrede anlæg. For de biogasfyrede anlæg er disse informationer ikke helt så komplette, dog kendes effektstørrelsen og fabrikatet ofte.

10 DGC-rapport 7 4 Karakterisering af anlægsmassen De gasfyrede decentrale kraftvarmeanlæg i Danmark kan inddeles to hovedgrupper efter hvilken type af maskine, der er på det pågældende kraftvarmeværk. Der findes værker med gasmotorer og værker med gasturbiner. 4.1 Motoranlæg I år 2 var der ifølge Energistyrelsens energiproducentopgørelse en samlet installeret effekt på motoranlæg med gasformige brændsler på 931 MW. Denne effekt fordeler sig på 448 værker der alene benytter naturgas, 24 værker der benytter både naturgas og biogas, og 9 værker der alene benytter biogas. Samlet er der for Danmark indfyret 347 TJ naturgas og 24 TJ biogas i år 2 på disse decentrale værker med motorer. Det typiske decentrale anlæg har en eller to motorer, men der er store variationer, og der findes helt op til 7 motorer på det samme værk. Den specifikke værk- og motorstørrelse varierer meget. Figur 1-6 viser størrelsesfordelingen af værker og motorer, der benytter naturgas, og værker og motorer der benytter enten en blanding af naturgas og biogas eller ren biogas. Opgørelsen er baseret på den installeret elektrisk effekt på værkerne og på de enkelte motorers størrelse. Der ses at være stor spredning på størrelsen af værkerne, fra omkring 1 kw e og op til 23 MW e. Undersøgelsen er begrænset opadtil ved 25 MW e, men DGC har ikke kendskab til gasmotorværker over denne størrelse, hvorfor undersøgelsen anses for at være fuldstændig dækkende med hensyn til gasmotoranlæg. Der findes færre end ti anlæg, hvor data ikke er fuldkomne, for eksempel kendes motortypen ikke for 7 anlæg og motorstørrelsen ikke for 6 anlæg. Vurderet ud fra brændselsforbruget i år 2, vil disse værker ikke kunne ændre konklusionerne. Figur 7 og 8 viser hvilke motormærker, der målt på indfyret energimængde er mest anvendte inden for henholdsvis naturgas og biogas. Fire mærker er dominerende inden for naturgasmotorer, nemlig Bergen, Caterpillar, Wärtsilä og Jenbacher. For biogas er det næsten det samme billede, dog er MWM motorer af relativ større betydning og Wärtsilä af relativ mindre betydning for biogas.

11 DGC-rapport 8 1 Akkumuleret effekt / MWe Værkstørrelse / MW e Figur 1 Størrelsesfordeling for naturgasmotorværker, der indgår 448 værker i datagrundlaget. 6 Akkumuleret effekt / MWe Værkstørrelse / MW e Figur 2 Størrelsesfordeling for gasmotorerværker med biogas eller blandet biogas og naturgas, der indgår 19 værker i datagrundlaget.

12 DGC-rapport Antal motorer ? Motorstørrelse / kw e Figur 3 Størrelsesfordeling for naturgasmotorer, der indgår 677 motorer i datagrundlaget Antal motorer ? Motorstørrelse / kw e Figur 4 Størrelsesfordeling for gasmotorer med biogas eller blandet biogas og naturgas, der indgår 115 motorer i datagrundlaget.

13 DGC-rapport Installeret effekt MWe ? Motorstørrelse / kw e Figur 5 Effektfordeling afhængig af motorstørrelsen for naturgasmotor, der indgår 677 motorer i datagrundlaget Installeret effekt MWe Motorstørrelse / kw e Figur 6 Størrelsesfordeling for gasmotorer med biogas eller blandet biogas og naturgas, der indgår 115 motorer i datagrundlaget.

14 DGC-rapport 11 Andel af indfyret naturgas BERGEN CATERPILLAR Wärtsilä JENBACHER MAN NIIGATA Motormærke MWM WAUKESHA DORMAN FRICHS Figur 7 Fordeling af indfyret mængde naturgas på motormærker, basis er kendte motormærker for anlæg med ialt 3439 TJ indfyret naturgas i år 2..3 Andel af indfyret biogas CATERPILLAR JENBACHER MWM BERGEN MAN WAUKESHA Valmet Motormærke FIAT FRICHS Wärtsilä Figur 8 Fordeling af indfyret mængde biogas på motormærker, basis er kendte motormærker for anlæg med ialt 184 TJ indfyret biogas i år 2.

15 DGC-rapport Turbineanlæg I år 2 var der ifølge Energistyrelsens energiproducentopgørelse en samlet installeret effekt på turbineanlæg mindre end 25 MW e med gasformige brændsler på MW. Denne effekt fordeler sig på 25 værker med i alt 3 turbiner, der alle benytter naturgas. Der er ikke kendskab til gasturbiner, der benytter biogas. Samlet er der indfyret 9676 TJ naturgas i år 2 på disse decentrale værker med gasturbiner. Det typiske decentrale anlæg har en turbine, men tre anlæg har to turbiner og ét anlæg har tre turbiner. Data indsamlet for turbineanlæg er ikke på samme måde som for gasmotoranlæg udtømmende, idet der findes en række værker med opstillede turbineanlæg, hvor den samlede installerede effekt er større end 25 MW e, enten som en del af et større anlæg eller som store turbineanlæg. Disse anlæg medtages ikke i denne analyse. De enkelte værkers størrelse fremgår af Figur 9 og 1. Værkerne og turbinerne ligger meget tæt samlet omkring en størrelse på 4-6 MW e. Figur 11 viser fordelingen på turbinemærker. Anlægsmassen domineres kraftigt af EGT turbiner. I år 2 var ca. 7% af brændselsforbruget til gasturbiner i den undersøgte størrelse samlet på EGT Typhoon og EGT Tornado turbiner. Akkumuleret effekt / MWe Værkstørrelse / MW e Figur 9 Størrelsesfordeling for naturgasturbineværker, der indgår 24 værker i datagrundlaget.

16 DGC-rapport 13 2 Installeret effekt MWe Turbinestørrelse / MW e Figur 1 Størrelsesfordeling for naturgasturbine, der indgår 3 turbiner i datagrundlaget. Andel af indfyret naturgas ABB Allison Dresser Rand EGT tornado EGT typhoon Turbinemærke Kawasaki Solar Turbec Figur 11 Fordelingen af naturgasforbruget på de enkelte turbinemærker. Der indgår data fra 3 turbiner i datamaterialet.

17 DGC-rapport 14 5 Karakterisering af indsamlede emissionsdata 5.1 Indsamling af emissionsdata Emissionsdata er indsamlet fra en række kilder. Værkerne er gennem den gennemførte spørgeskemaundersøgelse blevet bedt om at frigive emissionsdata for deres værk. Energistyrelsen har på forespørgsel frigivet emissionsdata indsamlet for en række værker. Endelig indgår dk-tekniks og DGC's mange måleresultater i projektet. Der er i alt indsamlet 475 sæt emissionsdata fra motorer og turbiner. De indsamlede data fra værkerne er modtaget under forudsætning af anonymitet i undersøgelsen fra de enkelte værker. dk- Tekniks og DGC s data er målt for kunder under DANAK akkreditering. Derfor kan disse data kun indgå i anonymiseret form. Undersøgelsen vil derfor på intet tidspunkt frigive data for enkeltværker, og detaljeringsgraden med hensyn til emissioner for undergrupper vil ikke blive præsenteret, hvis der indgår mindre end tre værker i gruppen. Der er primært indsamlet data for årene 1999, 2 og af de indsamlede datasæt er fra denne periode. Dermed indgår der 166 datasæt fra før 1999, og de ældste data stammer helt tilbage fra De fleste datasæt er målt som et led i værkernes årlige emissionsmålinger. Større gasmotoranlæg og gasturbineanlæg skal efter bekendtgørelse nr. 72, 1998, have målt emissionen en gang om året. For motoranlæggene er det velkendt, at der gennemføres service (fx. tændrørsskift og justering) kort tid før disse målinger gennemføres. De gennemførte målinger kan derfor være påført en systematisk skævvridning i forhold til anlæggenes gennemsnitlige drift. Projektets måleprogram vil medvirke til at afklare, hvorvidt dette er tilfældet. Det har gennem indsamlingen været nødvendigt at kassere en række ufuldstændige emissionsdatasæt, primært fordi det viste sig umuligt at afklare ved hvilken reference O 2 % de angivne målinger var rapporteret. Det drejede sig primært om målinger foretaget af motorleverandørerne i forbindelse med service på anlæggene. Den her tabte information vil primært berøre de mindre anlæg (< 5 MW indfyret effekt), da der ikke på disse anlæg foretages regelmæssige emissionsmålinger med en tilstrækkelig kvalitet.

18 DGC-rapport Emissioner fra naturgasmotorer Der indgår 274 emissionsdatasæt fra naturgasmotorer fra årene Målingerne er fordelt på 98 forskellige værker. For år 2 havde disse værker en indfyret naturgasmængde på TJ. Størrelsesfordelingen af de indgående værker fremgår af Figur 12. Information om for hvilke værker der findes emissionsdata er sendt til DMU. DMU har på grundlag heraf givet forslag til måleprogrammet for naturgasmotorer, se afsnit 7. Der er primært målt NO x, CO og UHC emissioner i disse målinger. Naturgasforbrug i år 2 / TJ BERGEN Alle motorer Motorer med emissionsdata Motormærke CATERPILLAR Wärtsilä JENBACHER MAN NIIGATA MWM WAUKESHA DORMAN FRICHS Øvrige Figur 12 Sammenligning af fordelingen på motormærker af naturgasforbrug år 2 og emissionsmålinger år NO x Figur 13 viser alle måledata for naturgasmotorer for perioden som en funktion af et arbitrært målenummer. Der ses at være stor spredning på resultaterne, der varierer fra 5 til 11 mg/m 3 n 5% O 2. Der indgår i alt 265 datasæt for NO x for perioden. Den tilsyneladende meget spredte emission af NO x kan grupperes (Figur 14-16) når motorernes type og driftsindstilling (støkiometri) tages i betragtning. En vigtig delkonklusion er på dette tidlige tidspunkt, at der er signifikant forskel på emissionen af forskellige typer og mærker af motorer.

19 DGC-rapport NOx mg/m 3 5%O Måling nr. Figur 13 NO x emissionsdata som funktion af arbitrært løbenummer for måling, naturgasmotorer år NOx mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 14 NO x emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for naturgasmotorer år

20 DGC-rapport 17 NOx mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 15 NO x emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for Bergen naturgasmotorer år NOx mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 16 NO x emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for Caterpillar naturgasmotorer år

21 DGC-rapport CO mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 17 CO emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for Caterpillar naturgasmotorer år CO mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 18 CO emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for Caterpillar naturgasmotorer år

22 DGC-rapport CO Der indgår 263 datasæt for CO emissionen fra naturgasmotorer i perioden (Figur 17 og 18). Igen er der meget stor spredning imellem de enkelte motorer. Data varierer fra næsten til 11 mg/m 3 n 5% O 2. De primære grupperinger vurderes at være for forkammermotorer/åbenkammermotorer, og med og uden CO oxidationskatalysator. Der forventes stadig at være en afhængighed af motormærket (fabrikanten), men den forventes at være mindre end for NO x UHC Der indgår 234 datasæt for UHC emissionen fra naturgasmotorer i perioden Emissionen er registreret som mg C/m 3 5% O 2. På Figur 19 ses igen, at der er meget stor spredning imellem de enkelte motorer. Data varierer fra til 33 mg C/m 3 n 5% O 2. De primære grupperinger vurderes at være for forkammermotorer/åbenkammermotorer, støkiometri og motormærket, som det illustreres på Figur 2. For enkelte målinger findes der en opgørelse over hvilke komponenter, der sammensætter den uforbrændte kulbrinte i røggassen. Hovedparten er uforbrændt naturgas, men der forekommer også mindre mængder af kulbrinter, som ikke findes i naturgassen. Disse komponenter er nedbrydningsprodukter fra forbrændingen af smøreolie og gas. Det skal også bemærkes, at UHC måles med FID analysatorer, idet dette specificeres i Bekendtgørelse 72, Målemetoden medtager derfor også komponenter i røggassen som ikke klacificeres som kulbrinter, fx. alkoholer og aldehyder. Kulbrinter har en FID effektivitetsfaktor på ca. 1, det vil sige, at detektoren tæller alle kulstofatomer med denne effektivitet. For alkoholer, aldehyder og ketoner vil effektiviteten afhænge af molekylstørrelsen.

23 DGC-rapport 2 35 UHC mg C/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 19 UHC emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for naturgasmotorer år UHC mg C/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 2 UHC emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for Caterpillar naturgasmotorer år

24 DGC-rapport Andre emissionsdata Der foreligger data for emissionen af formaldehyd for 22 gasmotorer, og data for øvrige aldehyder og ketoner for 11 af disse motorer. Der findes data for emissionen af lugt fra 25 motorer og nogle få data for emissionen af smørreolieaerosoler og ammoniak. Ammoniak er kun målt på enkelte anlæg der har NO x rensning med SCR katalysator, hvor der benyttes enten urea eller ammoniakvand som reduktionsmiddel. Generelt ses værdier for aldehyder og ketoner som vist i Tabel 1. Lugtemissionen ligger mellem 1.5 til 3. LE/m 3. Tabel 1 Arimetriske gennemsnitsværdier for målte aldehyder og ketoner, angivet ved 1% O 2 i tør røggas. Komponent mg/m 3 n 1% O 2, tør Formaldehyd 67. Acetaldehyd 5.6 Acrolein.2 Propanal.5 Acetone.9 Butanal.3 Pentanal.7 Hexanal.1 Benzaldehyd Øvrige supplerende oplysninger For de fleste emissionsdatasæt foreligger en bestemmelse af elvirkningsgraden baseret på de til anlægget hørende afregningsmålere. Ligeledes er støkiometrien på motoren som oftest kendt. På nogle få anlæg er naturgassammensætningen bestemt ved direkte måling.

25 DGC-rapport Emissioner fra biogasmotorer Der er kun få emissionsdata til rådighed for gasmotorer, der benytter biogas eller blandinger af biogas og naturgas. Der indgår data for i alt 14 motorer, hvoraf 4 motorer er målt før Den indfyrede gasmængde på motorerne udgjorde i år 2 henholdsvis 19 TJ naturgas og 246 TJ biogas. Dermed er der en energidækningsgrad i forhold til den anvendte energimængde biogas på 1% CO, NO x og UHC emission Der foreligger CO og NO x data for 14 motorer og UHC emissionsdata for 11 af disse motorer. Data vises i Figur Der er observeret meget store spredninger i de opnåede resultater. Der findes ikke supplerende emissionsdata for biogasmotorer Øvrige supplerende oplysninger for biogas Der er oplysninger om støkiometri på motoren, og nødvendige energidata for beregning af elvirkningsgrader for 12 af de gennemførte målinger. 7 NOx mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 21 NO x emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for motorer, der benytter biogas eller en blanding af naturgas og biogas.

26 DGC-rapport CO mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 22 CO emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for motorer, der benytter biogas eller en blanding af naturgas og biogas. 35 UHC mg C/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 23 UHC emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for motorer, der benytter biogas eller en blanding af naturgas og biogas.

27 DGC-rapport Emissioner fra naturgasturbiner Der er for årene indsamlet i alt 29 emissionsmålinger for gasturbiner. Målingerne er fordelt på i alt 15 forskellige turbiner. Disse 15 turbiner havde i år 2 en indfyret effekt på 4322 TJ naturgas. Samlet blev der indfyret 9676 TJ naturgas på danske turbineanlæg i år 2, dvs. dækningsgraden på energibasis er 45%. Figur 24 viser fordelingen af målinger sammenlignet med fordelingen af turbiner. Der ses at være forholdsvis god overensstemmelse mellem fordelingen af mærker installeret og mærker målt. Der foreligger udover nævnte 29 emissionsdatasæt 9 datasæt fra perioden før DMU har modtaget informationer om for hvilke anlæg der foreligger målinger, og på baggrund heraf har DMU givet forslag til måleprogrammet for gasturbiner. Måleforslagene er vist i afsnit 7. Naturgasforbrug i år 2 / TJ EGT typhoon EGT tornado Allison Turbinemærke Alle turbiner Turbiner med emissionsdata ABB Solar Dresser Rand Kawasaki 2 Turbec Figur 24 Fordeling af gasforbrug på gasturbiner med og uden emissionsdata. Data er for 29 emissionsdatasæt taget fra 14 turbiner ud af i alt 3 gasturbiner i Danmark.

28 DGC-rapport NO x Der er målt NO x emission for alle 29 datasæt i perioden De opnåede resultater er vist i Figur 25. Der er en meget stor variation af emissionsværdierne, fra ca. 5 til 95 mg/m 3 5% O 2, tør røggas. Den observerede sprednings skjuler dog at der for turbiner af samme mærke og type er langt større homogenitet i resultaterne CO Der er målt CO emissioner i 2 af de 29 emissionsdatasæt, og generelt set er der lave CO emissioner, mindre end 25 mg/m 3 5% O 2, tør røggas. De indsamlede data er vist i figur 26. De to målinger der viser væsentligt over ovennævnte niveau er fra to turbiner af forskellige mærker UHC Der findes for perioden 1999 til 21 ikke konkrete emissionsdata for UHC fra gasturbiner. Der findes for perioden 12 forsøg på at måle konkrete data, men de ligger alle under detektionsgrænsen, det vil sige under 5-8 mg C/m 3 5% O 2. Gasturbiner forventes ikke at have uforbrændte emissioner af betydning, og målingerne bekræfter dette Andre emissionsdata Der foreligger ikke øvrige emissionsdata for gasturbiner. Der forventes ikke nævneværdige emissioner af hverken aldehyder eller lugt, men det er ikke dokumenteret Øvrige supplerende oplysninger Der er som ved de øvrige emissionsmålinger bestemt ved hvilken støkiometri gasturbiner drives, ligesom der er bestemt elvirkningsgrad ud fra værkets energimålere.

29 DGC-rapport 26 NOx mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 25 NO x emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for gasturbiner der bruger naturgas for år CO mg/m 3 5%O O 2 i aktuel røggas % vol, tør Figur 26 NO x emissionsdata som funktion af røggassens O 2 indhold. Data er for gasturbiner, der bruger naturgas for år

30 DGC-rapport 27 6 Dækningsgrad og validitet af emissionsdata 6.1 Dækningsgrad motorer Naturgas Der foreligger for motorer fyret med naturgas inden for de seneste tre år ( ) emissionsdata svarende til en indfyret energimængde på TJ naturgas. Dette svarer til ca. 44% af naturgasforbruget på denne kategori i år 2. Da der samtidig er god overensstemmelse mellem de mest betydningsfulde motormærker og de motormærker for hvilke der er foretaget måling, konkluderes at der generelt er en god dækningsgrad for denne kategori. For de mindre betydningsfulde motormærker er der større variation mellem energiforbrug og energiforbrug på målte anlæg. Dette vurderes dog ikke at have afgørende indflydelse på muligheden for bestemmelsen af overordnede emissionsfaktorer, idet mere end 9% af den indfyrede naturgas er brugt på de 6 mest betydningsfulde motormærker. Afvigelserne kan dog begrænse mulighederne for at beregne emissionsfaktorer for de enkelte mindre motormærker. Grunden til at der opnås en god dækningsgrad er, at der på de store gasmotoranlæg årligt skal foretages emissionsmålinger på anlæg med mere end 5 MW indfyret effekt. Dette svarer med en elvirkninggrad på 4% til en installeret effekt på 2 MW e. Figur 1 viser, at en betydelig del (75%) af den installerede effekt ligger på disse værker Biogas Gasmotorværker der benytter biogas eller biogas blandet med naturgas, er betydeligt mindre end værker der alene benytter naturgas. Figur 2 viser at kun 4% af den installerede effekt ligger på værker med en installeret effekt på over 2 MW e. De 4% er fordelt på kun 6 værker. Det er derfor ikke overraskende, at der ikke opnås samme dækningsgrad for biogasanlæg som for naturgasanlæg. For biogasanælg og anlæg der både benytter naturgas og biogas er der opnået en energimæssig dækningsgrad på ca. 1%. Målingerne fordeler sig på 14 motorer på 8 anlæg. Figur 27 viser fordelingen på motormærke. Der er god dækning for Deutz MWM motorer, men ingen eller meget lav dækning for de to betydeligste motormærker Caterpillar og Jenbacher.

31 DGC-rapport 28 Biogasforbrug i år 2 / TJ CATERPILLAR JENBACHER MWM BERGEN Motormærke Alle motorer Motorer med emissionsdata MAN WAUKESHA Valmet FIAT Øvrige Figur 27 Sammenligning af fordelingen på motormærker af emissionsmålinger for biogasforbrug. DMU har på baggrund af oplysninger om dækningsgrad givet forslag til anlæg for hvilke der bør gennemføres målinger, se afsnit Dækningsgrad turbiner Figur 9 viser at gasturbineanlæg generelt er store anlæg, og som det er gældende for motoranlæggene skal turbineanlæg større end 5 MW indfyret have foretaget årlige emissionsmålinger. På den baggrund har det været muligt at opnå en god energidækninggrad for indsamlede turbinemålinger. Samlet set er der i år 2 indfyret 9676 TJ naturgas på gasturbinerner, og heraf er der emissionsdata for 4322 TJ. Dette giver en dækningsgrad på turbinerne på 45%. Når der tages hensyn til at der er tale om store enheder, så er der også opnået en god dækningsgrad for de enkelte turbinemærker, Figur 24.

32 DGC-rapport Validitet af emissionsmålingerne Det er ikke muligt at afgøre validiteten af de indsamlede data på nuværende tidspunkt. Det kan dog konkluderes, at emissionsdata for motorer og turbiner i lang overvejende grad foretages i forbindelse med de årlige miljødokumentationsmålinger for større anlæg. Sådanne målinger udgør en betydelig omkostning for anlægsejeren, og derfor sikres det normalt, at anlægget kan holde de stillede emissionskrav før miljødokumentationsmålingerne foretages. Dette sker ved, at der gennemføres service, justering og kontrol på anlæg kort tid før målingerne foretages. Hvorvidt motorer og turbiner efterfølgende har ændrede emissioner hen over driftsåret, er det endnu for tidligt at svare på. De emissionsmålinger, der indsamles i projektet, skal blandt andet kunne afklare dette. DGC lægger vægt på, at der under gennemførelsen af måleprogrammet ikke sker en justering af motorerne og turbinerne lige før måling foretages, de indsamlede målinger bliver dermed at betragte som stikprøver. Der kan dog også af andre grunde end service forventes varierende emissioner fra motorer og turbinerne. Naturgassens kvalitet som motorbrændsel varierer hen over året, og styresystemet på moderne motorer vil kunne optimere motorens drift til den aktuelle naturgaskvalitet. DGC har i en analyse af problemstillingen med varierende gaskvalitet tidligere på baggrund af teoretiske overvejelser og laboratorieforsøg på en 125 kw indfyret motor konkluderet, at især emissionen af NO x kan være følsom over for den aktuelle gaskvalitet. For CO og UHC emissionerne forventes kun en lille afhængighed af gaskvaliteten. Hvor stor ændring i NO x emissionen, der kan forventes ved varierende gaskvalitet vil afhænge af den enkelte motors styrings- og reguleringsstrategi. Ligeledes kan forbrændingsluftens temperatur og tryk forventes at have indvirkning på emissionerne for motorer og turbiner.

33 DGC-rapport 3 7 Måleprogram Der er to helt overordnede mål med måleprogrammet. For det første skal det sikres, at den nødvendige dækningsgrad for de enkelte kategorier af motorer og turbiner er til stede. For det andet skal det sikres, at det bliver muligt at undersøge de eksisterende datas validitet. Dækningsgraden sikres ved at målingerne er fordelt bedst muligt i forhold til den installerede anlægsmasse på energiforbrugsbasis, således at eventuelle huller i datamaterialet på enkelte brændsler, mærker og størrelser bliver dækket. Muligheden for at undersøge de eksisterende datas validitet sikres ved, at nogle målinger bliver taget på anlæg, hvor der tidligere er foretaget målinger. Det er således nødvendigt at måleprogrammet fastlægges ud fra en balance mellem disse to overordnede krav. De i måleprogrammet udvidede analyser af specielle emissioner foretages om muligt primært på dominerende anlægstyper således, at der på energibasis opnås den højest mulige dækning for disse emissioner. 7.1 Motor- og turbinetyper DMU har på baggrund af de oplyste data for emissionsmålinger på gasmotorer og turbiner fyret med naturgas og/eller biogas foreslået det i Tabel 2 og Tabel 3 viste måleprogram.

34 DGC-rapport 31 Tabel 2 Foreslået måleprogram for motorer. Udvidet/normal under emissionsmåling henviser til om der foretages normalt emissionsdatasæt med CO, NO x, UHC, aldehyd og lugt, eller om der udvides med mere specielle analyser. Brændsel Motormærke Type Emissionsmåling Naturgas Bergen KVGS 16G Udvidet Naturgas Bergen KVGS 18G Normal Naturgas Caterpillar 35 Normal Naturgas Caterpillar 36 Udvidet Naturgas Frichs mini 9 Normal Naturgas Jenbacher JMS 316 Udvidet Naturgas Jenbacher JMS 616 Normal Naturgas MAN B&W 28/32 SI Normal Naturgas Niigata 26HX-G Normal Naturgas Waukesha L579 Normal Naturgas Wärtsilä 18GD Normal Naturgas Wärtsilä 25SG Normal Naturgas Wärtsilä 34SG Normal Gyllegas Caterpillar 35 Normal Gyllegas Jenbacher 316 Udvidet Gyllegas Lille motor, fx. Frichs - Normal Lossepladsgas Typisk motor I - Normal Lossepladsgas Typisk motor II - Normal Slamgas Typisk motor I - Normal Slamgas Typisk motor II - Normal Tabel 3 Foreslået måleprogram for gasturbiner. Alle gasturbiner benytter naturgas. Udvidet/normal under emissionsmåling henviser til om der foretages normalt emissionsdatasæt med CO, NO x, UHC, aldehyd og lugt, eller om der udvides med mere specielle analyser. Motormærke Bemærkning Emissionsmåling EGT Tornado Ældre brænder Udvidet EGT Typhoon Low NO x brænder Udvidet EGT Tornado Low NO x brænder Normal EGT Typhoon Ældre brænder Normal Allison CX 51 Evt. Solar Mars- Normal ABB GT35C Evt. Solar Mars Normal

35 DGC-rapport 32 8 Foreløbig analyse af emissionsfaktorer for gasmotorer og gasturbiner Nedenstående notat er udarbejdet til Eltra foråret 22, og indgår i som baggrundsmateriale for Eltras miljødeklaration af den leverede elektricitet for år 21. Kopi af notat: Baggrund Eltra ønsker til deres miljørapportering 21 et bedre bud på emissionsfaktorerne for naturgasfyrede motorer og turbiner. DGC udfører sammen med DFF, dk-teknik, Risø og DMU ovennævnte PSO projekt for Eltra, hvor det primære formål er at finde præcise emissionsfaktorer for alle typer decentrale værker med mindre end 25 MW e effekt. Der er for indeværende indsamlet historiske emissionsdata i en database. Metode På baggrund af de indsamlede emissionsdata fra motorer og turbiner målt i år 1999 eller senere, er der beregnet en emissionsfaktor for CO, NO x og UHC for nævnte anlægstyper. Emissionsfaktoren angives i g/gj indfyret, og de enkelte datasæt vægtes med anlæggets indfyrede energimængde i år 2. Der er alene opdelt på motorer og turbiner. Således er der ikke taget hensyn til forskellen inden for motorer og turbiner, f.eks. populationen af forkammermotorer og åbenkammermotorer. Dette vil først ske ved den endelige udarbejdelse af emissionsfaktorer senere i PSO projektet. Turbiner Der ligger 27 sæt måledata til grund for de beregnede emissonsfaktorer for turbiner. Disse er målt på 13 anlæg med i alt indfyret energimængde på 4322 TJ i år 2. Dette udgør ca. 8% på energibasis for anlæg med mindre end 25 MW indfyret effekt. Emissionsfaktorerne fremgår af Tabel 2:

36 DGC-rapport 33 Tabel 4: Emissionfaktorer for gasturbiner med naturgas. CO NOx UHC < Energibasis TJ naturgas i år Energivægtet emissionsfaktor g/gj 6,9 153,5 2,4 Bemærk, at emissionsfaktoren for UHC er en maksimumværdi bestemt ud fra de angivne detektionsgrænser. Ingen af de gennemførte analyser var over detektionsgrænsen for UHC for gasturbinerne. Motorer Der ligger 275 sæt måledata til grund for de beregnede emissonsfaktorer for naturgasmotorer. Disse er målt på 98 anlæg med en indfyret energimængde på i alt TJ i år 2. Dette udgør på energibasis ca. 43% for år 2. Emissionsfaktorerne fremgår af Tabel 3: Tabel 4: Emissionfaktorer for gasmotorer med naturgas Energibasis TJ naturgas i år 2 Energivægtet emissionsfaktor g/gj CO NOx UHC som C Som nævnt ovenfor, er der ikke taget hensyn til fordelingen af motorer på forskellige parametre (store/små, forkammer/åbenkammer, nye/gamle, katalysator/ikke katalysator osv.). Der er alene foretaget en energivægtet gennemsnitsberegning over de til rådighed værende emissionsmålinger fra gasmotorer, der benytter naturgas for årene 1999, 2, 21 og enkelte 22 målinger.

37 DGC-rapport 34 UHC fordeling UHC emissionen for gasmotorer er givet som g C/GJ indfyret, fordi emissionsmålingerne hovedsageligt rapporteres i denne enhed. Erfaringsmæssigt er kulbrinterne fordelt stort set som i naturgassen, hvorfor omregningen bliver som følger: Betegnelse Samlet carbon Samlet UHC som komponenter C 1 -C 6+ Metan Non-metan UHC Emissionsfaktorer 559 g C/GJ 732 g UHC/GJ 568 g CH 4 /GJ 164 g C 2 -C 6+ /GJ