SOEC elektrolyse og metanisering af biogas

Transkript

1 SOEC elektrolyse og metanisering af biogas Selskabsøkonomisk analyse Biogas22 Skandinaviens biogaskonference Skive, Dadi Sveinbjörnsson

2 Introduktion Metanisering af biogas Opgradering af biogas til naturgaskvalitet via tilføjelse af brint. En stærk sektorkobling mellem el og gas (power-to-gas). En mere effektiv udnyttelse af biomasseresourcer (biogassens CO 2 andel smides ikke ud). En effektiv vej frem til mere vedvarende energi i gassystemet. EUDP projektet El-opgraderet biogas Haldor Topsøe A/S og Aarhus Uni. driver et pilotanlæg med solid oxide elektrolyse (SOEC) og metanisering i Foulum, DK. PlanEnergi har lavet en selskabsøkonomisk analyse og anlægsoptimering for et større anlæg (12 MW elektrolyse, 25 MW SNG). 2

3 Metanisering af biogas med brint fra SOEC elektrolyse?? 3

4 Back-up faciliteter for forbrug af biogas (hvis metanisering ikke kører) Årsag til at metanisering ikke kører kan være: Brintmangel pga. høj elpris (elektrolyse kører ikke). Udetid til vedligehold af anlægget. Back-up faciliteter: Biogas motor SOFC Amin-opgradering Flaring 4

5 Back-up faciliteter for forbrug af biogas (hvis metanisering ikke kører) Alle back-up faciliteter er skaleret til 1% aftag af biogas. Kun én back-up mulighed er tilgængelig i hver modelkørsel. 5

6 Energistrømme og effektiviteter: Elektrolyse og metanisering Elektrolyse Metanisering (Sabatier) 6

7 Energistrømme og effektiviteter: Det samlede system Integreret elektrolyse & metanisering 7

8 Energistrømme og effektiviteter: Brintlager Brintlager 8

9 Hvilken operationsstrategi fører til den højeste årlige gevinst? Relativ skalering af biogasflow, elektrolyse og metanisering: o 1% skalering af alle komponenter? o Overdimensionering af elektrolyse og/eller metanisering (i forhold til biogas-inflow)? Energilagre: o Brintlager? o Biogaslager? Back-up mulighed for biogasaftag (hvis metanisering ikke kører): o Flaring? o Amine-opgradering? o Biogas motor? o SOFC? 9

10 Metode Teknisk og økonomisk model: TRNSYS Optimeringsprogram: GenOpt Optimeringsparametre: o Biogaslagerstørrelse o Brintlagerstørrelse o Elpris-loft for elektrolyse o Skalering af elektrolysekapacitet Optimeringsformål: Maksimering af anlæggets årlige gevinst. 1

11 Antagelser 25 Nm 3 /h biogas inflow Biogaspris: 3.25 DKK/Nm 3 SNG salgspris: 6. DKK/Nm 3 Varme salgspris: 2 DKK/MWh El salgspris: Den samme som købsprisen i hver time Biogasmotor effektivitet: 42% el, 51% varme SOFC effektivitet: 6% el, 35% varme Reel rente: 4% Investeringens levetid: 1 år Maks. operationstimer per år: 8 (dvs. udetid på 76 timer) Skatter og afgifter er ikke inkluderet i analysen. Datakilder: Haldor Topsøe A/S Technology data for Energy Plants (Energistyrelsen & Energinet) Udtræk af markedsdata fra Energinet. 11

12 Resultater 12

13 Plant size (%) Storage Capacity (h) Plant size (%) Storage Capacity (h) Plant size (%) Storage Capacity (h) Plant size (%) Storage Capacity (h) Optimering af elektrolyse-skalering og lagerstørrelser Flaring Amine backup ,1 9,6 1,5 8 4, Average annual electricity price based on 215 fluctuations (DKK/MWh) , ,5 9,6 11, Average annual electricity price based on 215 fluctuations (DKK/MWh) SOEC Methanator H2 storage SOEC Methanator H2 storage Biogas motor SOFC ,1 8,4 9,4 4, Average annual electricity price based on 215 fluctuations (DKK/MWh) , ,7 9,6 6, Average annual electricity price based on 215 fluctuations (DKK/MWh) SOEC Methanator H2 storage SOEC Methanator H2 storage 13

14 Electricity price (DKK/MWh) Operating hours (h/year) Elprisloft til elektrolyse og årlig SNG produktion Max. electricity price for SOEC (optimized plant) No. of back-up operating hours (optimized plant) Average Yearly Electricity Price based on 215 fluctuations (kr./mwh) Average Yearly Electricity Price based on 215 fluctuations (kr./mwh) Flaring Amine Motor SOFC Flaring Amine Motor SOFC Udetid Elektrolyse-drift stopper ved elpriser over denne grænse, og back-up sætter ind. Elektrolyse og metanisering har 8 driftstimer om året (1 gang om måneden). Back-ups kører næsten kun når der er udetid på elektrolyse og metanisering. 14

15 Expenses & revenue (million DKK/year) Million DKK/year Omkostninger og indtægter Expenses & revenue (Flaring) Average Yearly Electricity Price based on 215 fluctuations (kr./mwh) SNG sales (sabatier) O&M expenses Biogas purchase (flaring) Heat sales Investments (annualized) Biogas purchase (sabatier) Electricity purchase (net) Total Expenses & revenue (Amine) Average Yearly Electricity Price based on 215 fluctuations (kr./mwh) SNG sales (sabatier) SNG sales (amine) Investments (annualized) O&M expenses Biogas purchase (sabatier) Biogas purchase (amine) Electricity purchase (net) Heat sales Total

16 Expenses & revenue (million DKK/year) Expenses & revenue (million DKK/year) Omkostninger og indtægter Expenses & revenue (Motor) Average Yearly Electricity Price based on 215 fluctuations (kr./mwh) SNG sales (sabatier) O&M expenses Biogas purchase (motor) Heat sales Investments (annualized) Biogas purchase (sabatier) Electricity purchase (net) Total Expenses & revenue (SOFC) Average Yearly Electricity Price based on 215 fluctuations (kr./mwh) SNG sales (sabatier) O&M expenses Biogas purchase (SOFC) Heat sales Investments (annualized) Biogas purchase (sabatier) Electricity purchase (net) Total

17 Annual profit (million DKK/year) -9,4-9,1-12,4 5,37 5,18 5,44 5,65 5,71 5,49 5,76 5,96 6,1 5,85 6,11 6,3 6,46 6,2 6,45 6,63-2, -2,3-6,1-4,2,8 3,2 5,9 4,9 7,2 13, 17,8 11,5 11, SNG production cost (DKK/Nm 3 ) Gevinst og SNG-produktionsomkostninger Annual profit (optimized plant, excl. taxes) SNG Production cost (optimized plant) Average annual electricity price based on 215 fluctuations (DKK/MWh) Average annual electricity price based on 215 fluctuations (DKK/MWh) Flaring Amine Motor SOFC Flaring Amine Motor SOFC Biogas price SNG price SNG-produktionen giver underskud når produktionsprisen kommer over 6, kr/nm 3. Anlægget giver overskud ved elpriserne 17 og 25 kr/mwh. Amin-opgradering som back-up giver den bedste økonomi, også overskud ved 35 DKK/MWh. 17

18 Konklusioner En 11% - 127% skalering af elektrolyseanlægget (i forhold til metanisering) og et biogaslager for 6-11 timers produktion er mest økonomisk for gennemsnits-elpriser på DKK/MWh. Back-up anlæg for biogasaftag får i modellen højst 1 timers drift om året, da de har svært med at konkurrere med en SNG pris på 6, DKK/Nm 3. Anlægget giver et overskud for alle back-up faciliteter ved gennemsnits-elpris på 25 DKK/MWh eller lavere. Aminopgradering giver et overskud for 35 DKK/MWh. Den laveste SNG produktionspris fås ved brug af aminopgradering som back-up (5,18 DKK/Nm 3 ved 17 DKK/MWh). 18

19 Tak for jeres opmærksomhed Spørgsmål? Daði Sveinbjörnsson PlanEnergi A.C. Meyers Vænge 15 DK-245 Copenhagen

20 Energistrømme og effektiviteter: Det samlede system Integreret elektrolyse & metanisering 2

21 Electricity price (DKK/MWh) Elpriser-varighedskurver (baseret på 215 spotpris-variationer) 125 Elpris 215 (17 DKK/MWh) Hour 21

22 Electricity price (DKK/MWh) Elpriser-varighedskurver (baseret på 215 spotpris-variationer) 125 Elpris 215 (17 DKK/MWh) Elprisprognose 23 (Ea Energinalayse) Elpris 215 scaled (35 DKK/MWh) Hour 22