Carsten Rudmose HMN Naturgas I/S

Transkript

1 Gastekniske dage, maj 2012 Metansamfundet - Opgradering af biogas med brint et udviklingsprojekt støttet af Region Midtjylland Carsten Rudmose HMN Naturgas I/S

2 Deltagere i projektet HIRC - Hydrogen Innovation & Research Centre Planenergi A/S Haldor Topsøe A/S Lemvig biogas A.m.b.A. DTU Greenhydrogen A/S Agro Business Park Foulum Århus Universitet HMN Naturgas I/S

3 Princippet

4 Baggrund for projektet Der forventes etableret en del opgraderingsanlæg i Danmark i fremtiden (fjernelse af CO2 fra biogas) En alternativ opgraderingsmetode kan gennemføres ved at kombinere 3 kendte teknologier som er: Elektrolyse Metanisering Biogasproduktion Ved at kombinere dem opnås nogle synergieffekter, set i forhold til traditionel opgradering, som er: Mulighed for lagring af elektricitet i naturgasnettet % forøgelse af metanproduktion på samme mængde biomasse Pocesvarmen kan nyttiggøres i biogasanlægget Et meget fint CO2-regnskab

5 Behov for fleksibilitet til at integrere fluktuerende el (vind/bølge 18 GW) eskalerer allerede mod Wind power Demand Wind power Demand Behov for lagring Behov for regulering (nedregulering og opregulering på få timer)

6 Projektet

7 Processen CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O Metaniseringsprocessen foregår ved ca. 30 bar og C. Forventet effektivitet: Elektrolyse: % Metanisering: ca. 80 % Tab i form af varme/procesdamp: % Anvendes en SOEC brændselscelle til brintproduktion, kan virkningsgraden nærme sig 100%, hvis procesdampen fra sabatierreaktoren udnyttes i SOEC brændselscellen Energibalancen ser således ud: 15,6 kwh-el -> 4 Nm³H2 + 1 Nm³CO2 -> 1 Nm³CH4 + H2O + varme

8 Systemets el til el virkningsgrad

9 El-lagringskapacitet (Eksempel Tyskland) Pumpelagre - ca. 0,07 TWh 45 mio. elbiler - ca. 0,45 TWh Naturgasnettet - ca. 100 TWh Med en gennemsnitlig el-effekt på 0,07 TW ( MW) vil lager kunne tilbydes i: Pumpelagre - ca. 1 time 45 mio. el-biler - ca. 6 timer Naturgasnettet - ca timer Naturgasnettet har den fornødne lagerkapacitet (også i DK).

10 Fleksibilitet og lagring skal sikres Lagerkapacitet (input el) Energi-indhold =100 GWh Investering (DKK/kWh) Gassystemet Energiindhold ved lagring som metan i eksisterende gaslagre 0,5 Varmepumper i fjernvarme Individuelle varmepumper El-biler Sæson-lager Sekunder Minutter Timer Dage Uger Måneder De eksisterende gaslagre har unikke egenskaber Store eksisterende gaslager-kapaciteter (1 mia. m3 = 11 TWh) Dynamisk nationalt gassystem leverer momentan fleksibilitet Behovet i elsektoren er mindst 3,5 TWh

11 Metode

12 Basisberegning 8200h elektrolysedrift pr år Beregning af metanpris (el-spotpris 2010) spotprisgrænse 480 kr/mwh Investering Biogaslager 0 kr kr/m³ * 1,028 m3 = 102,780 kr 0% Brintlager 105 /kg * 7.50 kr/ * 101 kg = 79,380 kr 0% Elektrolyse (H2) kg/h * Nm³/kg * 15,000 kr/nm3/h = 12,064,920 kr 39% Sabatier 10,000,000 kr * 66.67% + 10,000,000 kr = 16,666,667 kr 53% Biogaskompressor 2,000,000 kr * 66.67% = 1,333,333 kr 4% Metankompressor 500,000 kr * 66.67% = 1,000,000 kr 3% I alt 31,247,080 kr 100% Driftsomkostninger Biogas-køb 4,698,602 Nm3/år * 3.25 kr/nm³ = 15,270,457 kr/år Varme-salg til biogasanlæg 5,803 MWh/år * -360 kr/mwh = -2,089,186 kr/år Varme-salg til fjernvarme 1,282 MWh/år * -360 kr/mwh = -461,341 kr/år El-spot 27,853 MWh/år * 333 kr/mwh = 9,274,404 kr/år El-distribution 27,853 MWh/år * 0 kr/mwh = 0 kr/år El-afgift 27,853 MWh/år * 0 kr/mwh = 0 kr/år Elektrolyse D&V 6,621,584 Nm3/år * 0.04 kr/nm³ = 264,863 kr/år Sabatier D&V 6,621,584 Nm3/år * 0.06 kr/nm³ = 397,295 kr/år Kapitalomkostninger 31,247,080 kr * 13% /år = 4,062,120 kr/år I alt 26,718,613 kr/år Metanproduktion 4,711,842 Nm³/år Metanpris 5.67 kr/nm³ Metanpris ved afskrivning over 15 år /5 % 5.45 kr/nm³

13 Beregningseksempel 3000 h elektrolysedrift pr.år Beregning af metanpris (el-spotpris 2010) spotprisgrænse 323 kr/mwh Biogaslager på 3,008 m³ og brintlager på 4061 kg Investering Biogaslager 0 kr kr/m3 * 3,008 m³ = 300,780 kr 1% Brintlager 105 /kg * 7.50 kr/ * 4,061 kg = 3,197,880 kr 7% Elektrolyse (H2) kg/h * Nm³/kg * 15,000 kr/nm³/h = 25,064,871 kr 53% Sabatier 10,000,000 kr * 67.33% + 10,000,000 kr = 16,733,333 kr 35% Biogaskompressor 2,000,000 kr * 67.33% = 1,346,667 kr 3% Metankompressor 1,500,000 kr * 67.33% = 1,010,000 kr 2% I alt 47,653,531 kr 100% Driftsomkostninger Biogas-køb 3,011,016 Nm3/år * 3.25 kr/nm³ = 9,785,802 kr/år Varme-salg til biogasanlæg 3,685 MWh/år * -360 kr/mwh = -1,326,614 kr/år Varme-salg til fjernvarme 856 MWh/år * -360 kr/mwh = -308,091 kr/år El-spot 17,864 MWh/år * 267 kr/mwh = 4,773,180 kr/år El-distribution 17,864 MWh/år * 0 kr/mwh = 0 kr/år El-afgift 17,864 MWh/år * 0 kr/mwh = 0 kr/år Elektrolyse D&V 4,412,216 Nm3/år * 0.04 kr/nm³ = 176,489 kr/år Sabatier D&V 4,412,216 Nm3/år * 0.06 kr/nm³ = 264,733 kr/år Kapitalomkostninger 47,653,531 kr * 13% /år = 6,194,959 kr/år I alt 19,560,458 kr/år Metanproduktion 3,019,501 Nm³/år Metanpris 6.48 kr/nm³ Metanpris ved afskrivning over 15 år/5 % 5.98 kr/nm³

14 Er metan prisen konkurrencedygtig? Metan - produktionspris: 5,98 6,48 kr/nm³ Tilskud : 4,14 kr/nm³?????? Resulterende metanpris: 1,84 2,34 kr/nm³ Aktuel markedspris (naturgas): 2,09 kr/nm³ metan

15 Metanpris med forskellige forudsætninger

16 El-spotprisens forventede variation som funktion af tiden med forskellig vindkraftkapacitet

17 Nordpool spot DK-vest År Gennemsnitlig el-pris i de 3000 billigste timer bbb Gennemsnitlig el-pris i de 3000 dyreste timer ,- kr/mwh 429,- kr/mwh 61 % ,- Kr/MWh 391,- kr/mwh 81 % ,- kr/mwh 427,- kr/mwh 61 % ,- kr/mwh 469,- kr/mwh 53 % Nødv. el til el virkningsgrad for økonomisk break even Realistisk el til el virkningsgrad i dag er ca. 40 %, så der er måske ikke så langt til målet?

18 Forudsætninger El til metan virkningsgrad : 80 % Metan til el virkningsgrad (KV) : 45 % El til el virkningsgrad : 36 % Metan til varme virkningsgrad (KV): 45 % Drift og vedligehold KV : 50,- kr/mwh-el Distribution + lager (naturgasnet) : 0,40 kr/nm³ Tilskud til opgraderet biogas : 4,14 kr/nm³? Nordpool spot, DK-Vest Afskrivning over 15 år med 5 % rente

19 Nødvendig varmepris (excl. afgifter og moms) 2008: 478,- kr/mwh 2009: 655,- kr/mwh 2010: 478,- kr/mwh 2011: 407,- kr/mwh Gennemsnit: 504,- kr/mwh Naturgasopvarmning: 400,- kr/mwh Gasolieopvarmning : 670,- kr/mwh

20 Hvor stort er reguleringspotentialet hvor mange MW kan tilbydes til nedregulering? Nu: 4 PJ biogas 2020: 20 PJ biogas hvoraf 50% opgraderes Nødv. Elforbrug til opgradering: 2275 GWh Driftstid: 3000 h/år Effekt: 760 MW Vind nu: 3400 MW Vind 2020: 5600 MW Vurderet fremtidig (2020) ned-reguleringsbehov: 3000 MW Biogasopgradering kan levere ca % af max. behov

21 Hvad er nødvendigt for at få metanprisen ned Billigere elektrolyseanlæg Billigere sabatier reaktorer Fritagelse for betaling af nettariffer Fritagelse for betaling af tilslutningsbidrag til elnettet Anlægget skal have status som el-regulerende enhed Store mængder billig elektricitet

22 Hvad for et marked skal der fokuseres på? På naturgasmarkedet vil afregningen i dag se således ud: Naturgaspris (maj 2012) : 2,09 kr/nm³ch4 Ligestillingstilskud (max.) : 4,14 kr/nm³ch4 Pris for grøn gas certifikat (anslået) : 0,20 kr/nm³ch4 Gasmarkedets betalingsvillighed : 6,43 kr/nm³ch4 Transportsektorens betalingsvillighed vil måske se således ud: Benzinpris (april 2012) : 6,60 kr/nm³ch4 Tilskud (biogas til transport) : 1,40 kr/nm³ch4 Udgifter til komprimering/transport : 0,70 kr/nm³ch4 Transportsektorens betalingsvillighed : 7,30 kr/nm³ch4

23 Hvad sker der på elektrolysefronten? Siemens-projekt kan bane vej for brintlagring af vindenergi Over de næste tre år skal ny prisbillig brintteknologi testes i et samarbejde mellem Siemens, DTU og virksomheden Greenhydrogen. Målet er komponenter til store elektrolyseanlæg, der muligvis kan bruges til lagring af vindenergi i form af brint. Virkningsgraden er over 90 procent. Ny produktionsmetode muliggør 'stinkende billig' brint Med avanceret procesteknik er det lykkes forskere på DTU at udvikle nye elektroder til katalytisk fremstilling af brint helt uden brug af de ædle metaller, som ellers kræves for at kunne holde en høj virkningsgrad. Ny metode gør brintproduktion med vindenergi langt billigere Amerikanske forskere ser ud til at have løst et af de mange tekniske problemer, der bremser udviklingen mod brint-samfundet. Forbruget af kostbart platin til elektrolyse af vand kan nu reduceres betydeligt.

24 Hvad sker der i verden omkring os? AUDI koncernen har bestilt et 6,3MW metaniseringsanlæg til levering i 2013 til produktion af grøn gas fra 4 havvindmøller til brug i 1500 gasbiler. De planlægger at etablere yderligere 16 anlæg inden EON og Ruhrgas har planlagt at etablere et 2MW pilotanlæg i HMN og de øvrige projektpartnere forsøger at demonstrere projektet i 2012 (pilotprojekt), hvis de nødvendige midler kan findes.

25 Det videre forløb Pilotanlæg i (10 Nm³ metan/h) Demoanlæg i ( > 100 Nm³ metan/h)

26 Tak for opmærksomheden Carsten Rudmose