FREMTIDENS NATURGASKVALITET

Bachelorprojekt 8-6-2011 Århus Maskinmesterskole IKAST VÆRKERNE FREMTIDENS NATURGASKVALITET af Jakob Stenholt

Projekttitel: Fremtidens Naturgaskvalitet Type: Bachelorprojekt Semester: 6. semester Uddannelse: Maskinmester Uddannelsesinstitution: Århus Maskinmesterskole Vejleder: Torben Rauff, Adjunkt, Svagstrømsingeniør Dato for aflevering: 8. juni 2011 Udarbejdet af: Dato Jakob Stenholt Studienummer: 250-8030 Antal sider: 60 sider Antal normalsider af 2400 tegn: 38,3 sider Antal bilag: 11 stk. Side 1 af 77

Abstract Up until now, Denmark has been self-sufficient when it comes to natural gas, but our reserves are decreasing. Therefore tests were initiated in the fall of 2010 in South Jutland, where German natural gas was imported and used by Danish power plants, and on May 17 th 2010 the minister of climate and energy Lykke Friis approved Energinet.dk s application concerning import of natural gas from Germany. The purpose of this report is to describe the changes in the quality of the natural gas, which will occur when we import the gas from Germany, subsequently to analyze to which extent it will be necessary to import natural gas in the future and which consequences the lower quality of the gas may cause concerning operational and technical issues. The analysis will also be focused on how changes in the quality of the gas will affect the supply of natural gas and the economical aspect in the future. This report is build from a ten week internship in the heat department at Ikast Værkerne and the subject has been chosen in coorporation with operational leader, Peter Johansen and technical leader, Christian Niederbockstruck. The future import of natural gas is something that will affect Ikast Værkerne with both economical and operational challenges, and therefore they also found the subject interesting and an investigation and analysis worthy. When using gas for heating, it is often characterized by capacity, heat of combustion, density, wobbe number and the level of methane. Measurements have shown that the values of the German gas are lower than the values of the traditional Danish gas. This is expected to have some consequences in the daily operation. If the gas is used for working motors, it is shown, by holding the changes in the gas up against theories from techniques of burning, that the requirements for regulation and the construction of the motor will be greater. Part of the purpose with this report is also to create a plan for Ikast Værkene on how to act in relation to these changes how to deal with the technical problems, the imported gas will cause. During interviews with Tørring Kraftvarmeværk and various motor manufacturers it became clear, that the change of quality that comes with the imported gas has some level of impact on the operation for all the manufacturers. Tørring Kraftvarmeværk was one of the power plants that were inflected by the imported natural gas, and they could see on the statement at the end of the year that a lower heat of combustion had been delivered for a period. This leaded to a higher use of fuel, and at a point the power plant almost reached the limit of delivery capacity. For Caterpillar the lower quality of the imported gas has had some more serious consequences. On the older machines they experienced an extremely high use of fuel, engine knocking and operational blackout. A thing that all of the manufacturers had in common was, that they experienced an increased use of the natural gas because of the lower values in it compared to the Danish gas. Side 2 af 77

1 Indholdsfortegnelse Abstract... 2 1 Indholdsfortegnelse... 3 2 Forord... 7 2.1 Læsevejledning... 8 3 Indledning... 8 3.1 Ikast Værkernes historie... 8 3.2 Valg af emne... 9 3.3 Problemstilling... 9 3.4 Formål... 10 3.5 Problemformulering... 10 3.6 Afgrænsning... 10 3.7 Metode og empiri... 10 3.7.1 Importens omfang... 10 3.7.2 Naturgas analyse... 11 3.7.3 Motorleverandørernes udspil... 11 3.7.4 Interviews... 11 3.7.5 Motorforsøg... 12 3.7.6 Emission... 12 3.7.7 Fremtidens levering... 12 3.7.8 Kvalitets kontrol... 12 3.7.9 Metode illustration... 13 3.7.10 Metodedesign... 14 4 Importens omfang... 16 4.1 De danske ressourcer... 16 4.1.1 Den danske gasproduktion... 17 4.1.2 Aftagende reserver... 17 4.2 Gældende love... 19 4.2.1 Lov om naturgasforsyning... 19 4.2.2 Liberalisering af det danske gasmarked... 19 4.2.3 Lov om Energinet.dk... 19 4.3 Delkonklusion... 19 5 Fyringstekniske egenskaber... 20 Side 3 af 77

5.1 Naturgassens sammensætning... 20 5.2 Brændværdi... 20 5.2.1 Øvre brændværdi (H Ø )... 20 5.2.2 Nedre brændværdi (H n )... 20 5.2.3 Brændværdier for Nordsøgas... 21 5.2.4 Brændværdier for Importgas... 22 5.2.5 Forskel på brændværdien... 22 5.3 Densitet (gas ståbi, Td)... 23 5.3.1 Relative densitet... 23 5.3.2 Forskel på den relative densitet... 23 5.4 Wobbetal... 23 5.4.1 Wobbetal for Nordsøgas... 24 5.4.2 Wobbetal for Importgas... 24 5.4.3 Forskel på wobbetal... 24 5.5 Metantal (Z)... 24 5.5.1 Forskel på metantal... 25 5.6 Delkonklusion... 25 6 Motorleverandørernes udspil... 26 6.1 Jenbacher... 26 6.1.1 Jenbacher tekniske vurderinger:... 26 6.1.2 Tekniske anvisninger... 27 6.2 Rolls Royce... 27 6.3 Caterpillar... 27 6.4 Delkonklusion... 28 7 Interviews... 28 7.1 Tørring Kraftvarmeværk... 29 7.2 Delkonklusion... 30 8 Forsøg med motordrift på importgas... 30 8.1 Udførelse... 30 8.2 Kvaliteten af den anvendte gas... 32 8.2.1 Nordsøgas... 32 8.2.2 Importgas... 33 8.3 Resultater fra målingerne... 34 Side 4 af 77

8.3.1 Enhed #1 (åben-kammer-gasmotor)... 34 8.4 Delkonklusion... 37 9 Emission... 38 9.1 Emissionsgrænser... 38 9.2 Emitterede stoffer... 39 9.2.1 Nitrogenoxider... 39 9.2.2 Carbonmonooxid... 39 9.2.3 Uforbrændte carbonhydrider... 39 CO 2 Emission... 40 9.3 Delkonklusion... 40 10 Fremtidens levering... 41 10.1 Leveringkapacitet... 41 10.1.1 Nettets kapacitet... 42 10.2 Distributionsaftaler... 43 10.2.1 Distributionsaftale for Bording... 43 10.2.2 Distributionsaftale for Engesvang... 45 10.2.3 Distributionsaftale for Isenvad... 46 10.3 Delkonklusion... 47 11 Kontrol af leveret gaskvalitet... 48 11.1 Myndighed... 48 11.2 Korrektion ved afregning... 48 11.3 Usikkerhedsfaktorer i nettet... 49 11.3.1 Ringforbindelser... 49 11.4 Brændværdi... 50 11.4.1 Brændværdien i forsyningspunktet... 50 11.5 Delkonklusion... 53 12 Konklusion... 54 13 Perspektivering... 55 14 Vejledning... 56 14.1 Intro... 56 14.2 Importens omfang... 56 14.2.1 Resultat... 56 14.3 Fyringstekniske egenskaber... 57 Side 5 af 77

14.3.1 Resultat... 57 14.4 Motorleverandørernes udspil... 57 14.4.1 Resultat... 57 14.5 Interviews... 57 14.5.1 Resultat... 57 14.6 Forsøg med motordrift på importgas... 58 14.6.1 Resultat... 58 14.7 Fremtidens levering... 58 14.7.1 Resultat... 58 14.8 Kontrol af leveret gaskvalitet... 58 14.8.1 Resultat... 59 15 Litteraturliste... 60 16 Bilag... 61 16.1 Bilag 1... 62 16.2 Bilag 2... 63 16.3 Bilag 3... 64 16.4 Bilag 4... 65 16.5 Bilag 5... 66 16.6 Bilag 6... 67 16.7 Bilag 7... 68 16.8 Bilag 8... 69 16.9 Bilag 9... 70 16.10 Bilag 10... 71 16.11 Bilag 11... 74 Side 6 af 77

2 Forord Denne bachelorrapport er baseret på et studierelevant projekt og er udarbejdet med henblik på afslutning af Maskinmesteruddannelsen. Sammen med en praktikdel på 50 dage udgør denne rapport uddannelsens 6. og sidste semester. Problemstillingen. der behandles i rapporten, giver mulighed for at udvise de færdigheder, der kræves for at opfylde formålet i henhold til skolens undervisningsplan. Formål: Den studerende skal lære at arbejde udviklingsorienteret med planlægning og gennemførelse af et projekt. Den studerende skal ved at drage sammenhænge mellem erfaring, praktiske færdigheder og teoretisk viden kunne identificere og analysere problemstillinger, der er centrale i forhold til professionen som maskinmester. Den studerende skal tilegne sig en særlig indsigt i et emne, område eller problem og skal gennem projektarbejdet lære systematisk problemformulering og problembehandling samt indsamling og analyse af datamateriale, herunder relevante resultater fra forskning og udvikling [1]. Rapporten er udført efter ti ugers praktik i Ikast Værkernes varmeafdeling, en afdeling, der står for drift og vedligehold af flere kraftvarmecentraler og tilhørende ledningsnet. Projektet tager udgangspunkt i en aktuel problemstilling vedrørende tiltagende variationer af naturgaskvalitet. Der var ikke af virksomheden, givet nogen konkret problemstilling eller noget overordnet emne, så projektets udgangspunkt er valgt i samarbejde med driftsleder Peter Johansen og tekniskchef Christian Niederbockstruck på baggrund af et oplæg af observationer fra praktikperiodens første del. Rapportens opbygning tager afsæt i undervisningsmateriale om rapportskrivning udarbejdet af Henrik Kerstens og Søren Skøtt Andreasen fra Århus Maskinmesterskole [2]. Der en række personer og virksomheder, der har investeret deres ressourcer i muligheden for denne rapports tilblivelse. Der skal i den forbindelse lyde en særlig tak til: Driftsleder: Peter Johansen, Ikast Værkerne. Tekniskchef: Christian Niederbockstruck, Ikast Værkerne Vejleder: Torben Rauff, Århus Maskinmesterskole Projektleder: Jan De Wit, Dansk Gasteknisk Center A/S Senior Sales Manager: Per Høgsted, GE Jenbacher Jesper Bruun: Procesteknik og måling, Energinet.dk Side 7 af 77

2.1 Læsevejledning Nærværende rapport henvender sig primært til maskinmestre og ingeniører med grundlæggende kendskab til termodynamik. I rapport henvises til anvendte kilder ved hjælp af et tal i en klamme, eksempel [1]. Det pågældende tal referer til litteraturlisten, hvor hver kilde er tildelt et tal. I litteraturlisten er henvisningerne delt op i følgende kategorier: Web adresser Bøger Tekniske Rapporter Bilag er placeret i parentes og nummereret efterhånden som de anvendes i rapporten. Kilder, til illustrationer, diagrammer og tabeller der ikke er lavet forfatteren, er placeret nedenunder det pågældende materiale. Rapporten indeholder anvendte formler og resultater af de udregninger der er foretaget, alle udregninger er samlet i rapportens (bilag 1). Der er enkelte betegnelser der er gennemgående i rapportens afsnit og derfor forkortet: Ikast Værkerne (IV) Dansk Gasteknisk Center A/S (DGC) Møder med henblik på erfaringsudveksling (erfa-møde) 3 Indledning 3.1 Ikast Værkernes historie Som det fremgår af IVs historie (Bilag 2) er det, der i dag hedder IV, startet som Ikast Elektricitetsværk tilbage i 1912. I 1948 stifter man Ikast Varmeværk med henblik på at levere fjernvarme til beboerne i området. I den efterfølgende periode opføres varmecentraler og forsyningsnettet etableres. I 1978 beslutter man at opføre Herningværket, ca. 8km vest for Ikast, i nabo kommunen. Ydermere vedtages en varmeplan der medfører etableringen af en transitledning fra Herning til varmevekslere i en af centralerne i Ikast. Herningværket står færdig i 1982 hvor også transitledningen tages i drift. I 1993 fusionerer Isenvad Varmeforsyning og IV, hermed råder Værkerne over det første decentrale kraftvarmeværk og dermed det første gasfyret kraftvarmeanlæg. I 2000 omstruktureres selskabet som følge af en ny lovgivning om liberalisering af elmarkedet[3], og består nu af tre aktieselskaber, der ejes af Ikast El- og Varmeværk A.m.b.a. I 2005 flytter virksomheden i nye lokaler, hermed er hele virksomheden for første gang under samme tag. I 2006 udvides organisationen yderligere i forbindelse med overtagelsen af Engesvang- Moselund Kraftvarmeværk, som dermed bliver det andet decentrale kraftvarmeværk med gas som den eneste energikilde. Allerede 1. januar året efter fusioneres der igen, denne gang med Bording Kraftvarmeværk. Det vil sige, at IV i dag leverer el- og varmeeffekt til borgere i henholdsvis Ikast, Bording, Isenvad og Engesvang. Side 8 af 77

3.2 Valg af emne I bachelorpraktikken fulgte jeg den daglige drift i IV varmeafdeling, derudover noterede jeg sideløbende observationer og problemstillinger, som jeg så som mulige emner til bachelorprojektet. Jeg oplevede blandt andet en stor opmærksomhed i branchen omkring en nært forestående udvidelse af naturgasforbindelsen til Tyskland. Udvidelsen var med fremtidig import for øje, og man forventede, at det ville medføre større variationer af gaskvaliteten. Hen mod slutningen af praktikforløbet indkaldte Jeg driftsleder i varmeafdelingen Peter Johansen og den tekniskechef Christian Niederbockstruck til et møde, hvor jeg fremlagde mine ideer til emner til rapporten. Der var en generel forventning om, at større variationer af kvalitet ville medføre forskellige udfordringer af driftsmæssig og økonomisk karakter, hvilket absolut menes at være maskinmester relevant. Da virksomheden på et tidspunkt vil opleve tiltagende variationer af gaskvaliteten, udtrykte driftslederen og den tekniske chef ligeledes interesse for emnet. Af førnævnte grunde og et udvist engagement fra IVs side, er området valgt som bacheloremne. Det medfører følgende problemstilling. 3.3 Problemstilling Danmark har indtil nu været selvforsynende med naturgas fra Nordsøen. Denne gas har historisk set haft en meget konstant sammensætning og en kvalitet der gør den attraktiv til anvendelse som brændsel. Klima- og Energiminister Lykke Friis godkendte d. 17. maj 2010 Energinet.dk s ansøgning om udvidelse af naturgasforbindelse til Tyskland[4]. Det medfører, at man i den nære fremtid vil opleve importeret gas med en større variation af kvalitet og man har ikke overblik over, hvilke forbrændingstekniske konsekvenser det medfører. Der er indledningsvist kørt nogle importforsøg i det sønderjyske i efteråret 2010, hvor man oplevede store variationer af sammensætning og kvalitet over meget kort tid. Variationerne opstår, da udvidelsen giver adgang til flere felter, der med deres forskellige geografiske placeringer producerer gas med forskellige sammensætninger og egenskaber. Ved fyringsteknisk anvendelse karakteriseres gasser oftest ved deres egenskaber, brændværdi, densitet, wobbetal, og metantal. Målinger har vist, at værdierne for egenskaber ved den tyske gas ligger under værdierne for den traditionelle gas fra Nordsøen. På baggrund af principper fra termodynamikken og med afsæt i termodynamikkens 1. hovedsætning[16,] forventes ændringerne at have driftstekniske konsekvenser. Anvender man naturgas til motordrift og sammenholder ændringer af gassens sammensætning med teori fra motorlære og forbrændingsteknik, vil dette stille større krav til både indregulering og konstruktion af motoren. Endvidere vil variationer af gassens sammensætning ændre koncentrationen af de emitterede stoffer, der findes i røggassen ved forbrænding. Den tyske gas kendes som sagt fra den danske ved en lavere brændværdi, og da denne udtrykker gassens indhold af energi per m n 3 vil de store variationer stille krav til fremtidens opgørelse/afregning af leverede energi mængder Side 9 af 77

3.4 Formål IV er en virksomhed, som er baseret på salg af varme- og el-effekt og virksomhedens producerende motorer og kedler drives på naturgas. For at virksomheden fortsat kan opfylde de almindelige leveringsbestemmelser, [5] er det vigtigt at kende grundlag for og driftstekniske konsekvenser af importen af naturgas. Formålet med rapporten er at dokumentere vedtagelsen af og varigheden for importen. Dernæst gennem analyse og problembehandling, at udfærdige en vejledning der oplyser IV om, hvilke udfordringer det giver anledning til i fremtiden. 3.5 Problemformulering Der er varslet om tiltagende variationer af naturgassens kvalitet på grund af fremtidige import fra Tyskland. Hvilket omfang får den fremtidige import af naturgas? Hvordan påvirker variationerne naturgassens fyringstekniske egenskaber? Hvilke konsekvenser får variationerne for motordrift og emissionsniveauet? Hvordan får den ændrede gaskvalitet indflydelse på fremtidens levering og afregning? 3.6 Afgrænsning Mere end 400.000 danske forbrugere[6] anvender i dag naturgas til boligopvarmning, produktion af el og varme i små og store kraftvarmeværker og til industri- og erhvervsformål. Knap halvdelen af den danske befolkning får dækket deres varmeforbrug direkte eller indirekte via naturgas[6]. Det betyder, at en fremtidig import af naturgas med større variationer vil have stor en berøringsflade. Efter undersøgelse af importens omfang vil der i denne rapport kun blive fokuseret på: Forskelle på gennemsnitsværdier af dansk og importeret gas med udgangspunkt i gasmængder fra 2010. Hvilken betydning variationer af gaskvaliteten kan få for motordriften, med udgangspunkt i IVs Motorpark. Hvorvidt den importerede naturgas for betydning for fremtidens leveringskapacitet, specifikt for IV Hvordan der kompenseres økonomisk for det varierende energiindhold per m 3. Fabrikat: Caterpillar Jenbacher Rolls Royce Type: 3516G JMS 420 GS-N KVGS-18G4 Årgang: 1995 2006 1994 Lokation: Bording Isenvad Engesvang Antal: 4 1 1 Oversigt over de motortyper og antal der indgår i IVs motorpark 3.7 Metode og empiri I det følgende, er formålet med hvert afsnit af rapportens hoveddel kort beskrevet og efterfølgende er en beskrivelse af metode, indhentet empiri og anvendt teori. 3.7.1 Importens omfang Afsnittets formål er indledningsvis at skabe klarhed omkring hvilke grundlag godkendelsen af udvidelse af transmissionsnettet til Tyskland er truffet på, for derefter at vurdere omfang og varighed af importen. Side 10 af 77

3.7.1.1 Fremgangmetode Den nødvendige empiri til udarbejdelse af analyse og vurdering af importens omfang er indhentet fra Energistyrelsens årlige rapport Danmarks olie- og gasproduktion og udnyttelse af undergrunden og de i nærværende rapport anvendte oplysninger er taget fra den nyeste offentligt tilgængelige version fra 2009. Rapporten, der indeholder opgørelser over de danske ressourcer i Nordsøen, udarbejdes til brug for Finansministeriet og medregnes i fremskrivningen af statens indtægter. En sådan rapport vurderes at være forbundet med en vis usikkerhed og anvendes derfor i denne sammenhæng uden forbehold for ændringer af mængden af ressourcer i fremtidige opgørelser. Endvidere tager den indhentede empiri udgangspunkt i lovgivning vedrørende naturgasforsyningen. 3.7.2 Naturgas analyse Gennem gasanalyse dokumenteres kvalitetsforskellen på den vanlige danske naturgas fra Nordsøen og den gas der forventes ved import fra Tyskland. Ydermere skal analysen belyse forskellen på de to gassers egenskaber og dermed danne grundlag for vurderinger af, hvorvidt det giver anledning til ændringer ved fyringsteknisk anvendelse. Gasanalysen tager udgangspunkt i værdier oplyst af Energinet.dk, der som ansvarlig for infrastrukturen i det danske gasnet, er den kvalitets kontrollerende instans. 3.7.2.1 Fremgangmetode Den teoretiske baggrund for gasanalysen tager udgangspunkt i teori fra maskinmesterstudiets maskinmæssige og maritime undervisning. Derudover tager de i analysen anvendte værdier og stofdata afsæt i empiri fra kontrollerende instanser, lærebøger og gasståbier. 3.7.3 Motorleverandørernes udspil Som en del af besvarelsen på spørgsmålet om hvilke driftstekniske konsekvenser variationerne måtte medføre, indsamles der ved deltagelse i afholdte erfa-møder, udspil fra relevante motorleverandører. 3.7.3.1 Fremgangmetode Der indsamles, ved overhøring af foredrag fra saglige og faglige personer, empirisk data til efterfølgende vurdering af eventuelle konsekvenser. 3.7.4 Interviews Som et led i rapportens dataindsamlingsproces afholdes der en række semi-struktureret erfarings-interview med nogle af de berørte kraftvarme værker. Interviewene er gennemført som forholdsvis korte kvalitative telefon-interviews med det formål, at klarlægge hvilke konsekvenser ændringerne medføre og dermed hvilke konsekvenser der kan forventes. Da det ikke er rapportens formål at beskrive interviewteknikker, findes der indledningsvist i afsnittet herom kun en kort forklaring om tankerne bag udførelsesmetoden og målene med de følgende interview. For mere dybdegående behandling af emnet interviewteknikker og metoder, henvises der til speciallitteratur på området. 3.7.4.1 Fremgangmetode Der afholdes en række interviews med, af hinanden uafhængige, kraftvarme værker. Rammerne for interviewene er fastsat ved fire spørgsmål og formålet med interviewene er indsamling af empirisk data Side 11 af 77

med relevans for nærværende rapports problemformulering. Indledningsvist er respondentens stilling og uddannelse noteret til efterfølgende vurdering af svarenes validitet. 3.7.5 Motorforsøg Ved et erfa-møde afholdt af Dansk Fjernvarme d. 11. april 2011, fortalte projektleder hos DGC, Jan De Wit om en undersøgelse DGC havde fået i opdrag Af Energinet.dk. De skulle undersøge de driftstekniske konsekvenser ved import af gastyper med lav brændværdi og formålet med undersøgelserne var at få belyst om det gav anledning til markante forskelle i motorens ydelse, virkningsgrad, forbrug og emissioner. Undersøgelserne udmunder i en rapport, der endnu ikke er offentliggjort, men ved et møde på DGC s hovedkvarter i Hørsholm udleveredes en arbejdskopi, der danner grundlag for afsnittet herom. 3.7.5.1 Fremgangmetode Den nødvendige empiri til udarbejdelse af analyse og vurdering af den importerede gas betydning er indhentet fra DGC s rapport Gasmotorer/Gasturbiner: Importet naturgas, betydning for ydelse, forbrug og emission. Endvidere er forfatterens egne vurderinger omkring, hvilke faktorer der kan have indflydelse på måleresultaterne impliceret i afsnittet. Disse vurderinger tager udgangspunkt i teori fra motorlære og maritim undervisning fra maskinmesterstudiet. 3.7.6 Emission Da IVs anvendelse af naturgas betinger, at miljømæssige krav skal overholdes, beskriver dette afsnit de stoffer, der emitteres fra forbrændingen ved motordrift, samt de forhold der har indflydelse på koncentrationsniveauet af de enkelte stoffer i røggassen. 3.7.6.1 Fremgangmetode Det har ikke været muligt at dokumentere forskelle gennem forsøg, derfor er undersøgelsen udført med en teoretisk tilgang, der tager afsæt i teori fra maskinmesterstudiets fag om motorlære og forbrænding. Endvidere tager den nødvendige empiri udgangspunkt i faglige rapporter og omhandlende lovgivning. 3.7.7 Fremtidens levering Undersøgelse af gasnettets fysiske kapacitet, IVs geografiske placering og gældende distributionsaftaler udføres med henblik på, at belyse eventuelle problemstillinger i relation til fremtidens levering. 3.7.7.1 Fremgangmetode Empirien, som skal indhentes for at kunne dokumentere eventuelle problemstillinger, tager udgangspunkt i korrespondance med leveringsansvarlige, oversigtskort over pågældende distributionsnet, erfaringsmæssige forbrugstal fra IVs forbrugende enheder samt gældende distributionsaftaler. Teorien, der anvendes i undersøgelsen, er baseret på relevant undervisning fra maskinmesteruddannelsens maskinfag. 3.7.8 Kvalitets kontrol Ud fra en overbevisning om skærpende krav til kontrol og overvågning af gaskvaliteten i gasnettet, hvis en nøjagtig afregning skal opretholdes, analyseres anvendte afregningsmetoder og kvalitetsovervågningsteknikker. Side 12 af 77

3.7.8.1 Fremgangmetode Den nødvendige empiri for udførelse af dette afsnit indhentes med udgangspunkt i kvalitetskontrolmanualer og de afregningsmetoder IVs distributør anvender. 3.7.9 Metode illustration Nedenstående, giver en billedlig forståelse af fremgangsmetoden for udarbejdelse af indeværende rapport. Numre og tekst i kasserne, refererer til de enkelte afsnit og overskrifter i rapportens hoveddel. 4. Importens omfang 5. Fyringstekniske egenskaber 6. Udspil fra Motorleverandører 7. Interview 8. forsøg med motor 9. Emission 10. fremtidens levering 11. Kvalitets kontrol Teori Konklusion Vejledning Side 13 af 77

3.7.10 Metodedesign Nedenstående er en tabel over rapportens opbygning. Hovedemne Punkter / Underpunkter Teori/Empiri Kilde Kildekritik Forord Bemærkninger fra forfatteren til læseren Tak til personer læse-vejledning Indledning Ikast Værkernes historie Problemstilling Formål Problemformulering Afgrænsning Metode Teori- og metodevalg Teori Metode Empiri Vurdering af data validitet Undersøgelsesdesign Problembehandling 4 Importens omfang De danske ressourcer Danmarks olie og gasproduktion 2009 Aftagende reserver Danmarks olie og gasproduktion 2009 Love og Bekendtgørelser Love om naturgasforsyning Energistyrelsen Myndighed Valide data Energistyrelsen Myndighed Valide data Energistyrelsen Myndighed Valide data 5 Fyringstekniske egenskaber Brændværdier Densitet Wobbetal Metantal Maskinfag Maritime fag www.energinet.dk Termodynamik Gas ståbi Energinet.dk; Naturgasfakta Lærebøger Ståbier Upartisk Valide data 6 Motorleverandørernes udspil Caterpillar Rolls-Royce Jenbacher Erfa-møde Ponpower Rolls-Royce GE Jenbacher Partisk Begrænset valide data Side 14 af 77

Hovedemne Punkter / Underpunkter Teori/Empiri Kilde Kildekritik Problembehandling 7 Interviews (andre værker) Tørring Haderslev Skærbæk Bramming Vojens GHH Telefon interview M Gregersen C Surma O E Larsen S Thøgersen Arne Holm T R Nielsen Upartisk Personlig holdning Faglige Begrænset Valide data 8 Forsøg med motordrift på importgas Udførelse Gaskvalitet Resultater Motorlære Maritime fag DGC DGC Upartisk Professionel Valide data 9 Emission Emissions grænser Emitterede stoffer Bekendtgørelse nr. 621 af 23/06/2005 Motorlære Forbrænding Bekendtgørelse nr. 1222 af 15/10/2010 Faglige rapporter Miljø-ministeriet DGC Myndighed Upartisk Valide data 10 Fremtidens levering Leverings kapacitet Distributionsaftaler Maskinfag Distributør Oversigtskort Distributør HMN Partisk Forpligtiget Begrænset valide data 11 Kvalitetskontrol Afregningsmetoder Kvalitetskontrol Distributør Kvalitetskontrol-manual HMN DGC Forpligtiget Upartisk Valide dat Konklusion Perspektivering Vejledning Side 15 af 77

4 Importens omfang Importens omfang kan være med til at afgøre hvorvidt der skal investeres penge og ressourcer på forberedelse til de udfordringer de tiltagende variationer måtte give. For at afgøre omfanget i fremtiden er det vigtigt at kende grundlaget hvorpå afgørelsen om udvidelse af transmissionsnettet til Tyskland er truffet. Derfor er der i det efterfølgende fokuseret på de danske reserver og gældende lovgivning på gasmarkedet. 4.1 De danske ressourcer Da den danske gasproduktion har stor betydning for staten, udfører Energistyrelsen som ansvarlig for naturgasforsyningen årlige opgørelser over de danske gasressourcer. Dette gøres ved hjælp af et klassifikationssystem der baseret på de systemer andre anerkendte internationale organisationer, som FN og SPE (Society of Petroleum Engineers) anvender[7]. Nedenstående tabel viser Energistyrelsens opgørelse over producerede mængder og ressourcer pr. 1. januar 2010. http://www.ens.dk/documents/netboghandel%20-%20publikationer/2010/danmarks_olie_og_gasproduktion_09.pdf Ud fra tabellen ses: Produceret: Kategorien indeholder den total produceret mængde fra den danske del af Nordsøen. Reserver: Kategorien omfatter fremtidige indvinding, dels fra aktive produktionsanlæg og dels fra besluttet og sandsynliggjorte udbygninger. Besluttede udbygninger er udbygninger, hvor der allerede ligger godkendte udbygningsplaner og sandsynliggjorte udbygninger omfatter udbygning af nye felter samt udvidelser og ændringer af eksisterende anlæg, hvor der endnu ikke foreligger en godkendt udbygningsplan men denne forventes. Betingede ressourcer: Begrebet omfatter kategorierne afventende udbygninger, uafklarede udbygninger og afviste udbygninger. Afventende udbygninger er mulige projekter hvor igangværende dataindsamling, boringer og seismiske undersøgelser skal afgøre hvorvidt der er et kommercielt grundlag for indvinding i området. Uafklarede udbygninger er projekter der menes at have kommercielt potential, som endnu ikke er bekræftet af dataindsamling og undersøgelser. Side 16 af 77

Afviste udbygninger omfatter projekter der på nuværende tidspunkt ikke regnes for kommercielle, men som kunne have potentiale hvis infrastruktur og udvindingsforhold ændres. Teknologiske ressourcer: Kategorien indeholder et skøn over de ressourcer der menes at være og som i fremtiden vil kunne udvindes ved brug af ny teknologi. Efterforskningsressourcer: Kategorien omfatter de mængder, der vurderes at kunne indvindes på baggrund af nye fund. Her arbejder man med et begreb som hedder efterforskningsmål, som er baseret på geologers kendskab til uudnyttet områdes undergrund og deres erfaringer fra tidligere fund i områder med en lignende undergrund. 4.1.1 Den danske gasproduktion Som nævnt i naturgassens historie (bilag 3) og som det fremgår af ovenstående kurve, har Danmark produceret naturgas siden 1972, det var imidlertid først den 1. oktober 1984 at DUC leverede den første naturgas fra Nordsøen. 1984 var ligeledes det år, hvor den danske eksport af naturgas til Tyskland indledtes. Illustrationen giver et billede af en nærmest eksplosiv udvikling af gasproduktionen op igennem 80 erne og 90 erne hvorefter produktionen har været mere eller mindre konstant med en faldende tendens de sidste år. http://www.ens.dk/da-dk/undergrundogforsyning/olie_og_gas/data/produktionsoversigter/sider/forside.aspx 4.1.2 Aftagende reserver En af begrundelserne for Klima- og Energiministeriets godkendelse af udvidelsen af transmissionsforbindelsen til Tyskland er at de danske naturgasreserver i Nordsøen er aftagende. Energistyrelsen følger den danske energiproduktion fra Nordsøen nøje, da denne har stor økonomisk betydning for den danske stat, på grund af skatteindtægter, positiv påvirkning af den samlede handels- og betalingsbalance, overskud fra de danske aktører og beskæftigelse. Energistyrelsen har udarbejdet en 5-års og en 20-års prognose over den forventede fremtidige produktion fra Nordsøen. Side 17 af 77

Nedenstående tabel er taget fra Energistyrelsens rapport Danmarks olie- og gasproduktion og udnyttelse af undergrunden, det er en rapport Energistyrelsen reviderer og udgiver hvert år og som omhandler aktiviteter i den danske olie- og gassektor. Tabellen er taget fra den nyeste offentligt tilgængelige version fra 2009. http://www.ens.dk/documents/netboghandel%20-%20publikationer/2010/danmarks_olie_og_gasproduktion_09.pdf Tabellen er lavet på baggrund af 5-års prognosen og giver et klart billede af at gasproduktionen forventes at aftage i perioden 2010 2014. 5-års prognosen udarbejdes til brug for Finansministeriet og medregnes i fremskrivningen af statens indtægter. Nedenstående figur er ligeledes taget fra Energistyrelsens rapport Danmarks olie- og gasproduktion og udnyttelse af undergrunden, fra 2009 og er lavet på baggrund af Energistyrelsens 20-års prognose. Det forventede forløb fra foråret 2010 og reservebidraget fra foråret 2009 er vist for salgsgas. http://www.ens.dk/documents/netboghandel%20- %20publikationer/2010/Danmarks_olie_og_gasproduktion_09.pdf Som det fremgår, er forventningerne reduceret væsentligt i begyndelsen af perioden og forøget i slutningen af perioden. Ændringerne i prognosens forløb kan skyldes revideret forventninger til aktive boringer eller udvikling af nye indvindingsteknikker. 20-års prognosen anvendes sammen med Energistyrelsens forbrugsprognose til at vurdere, hvornår Danmarks energiforbrug overstiger energiproduktionen. Side 18 af 77

4.2 Gældende love Naturgasforsyningen er underlagt forskellige love, der har været medbestemmende for Klima- og Energiministeriets godkendelse af udvidelsen af transmissionssystem. Især vedtagelse af de to efterfølgende love forpligter i forhold til opretholdelse af forsyningssikkerheden. 4.2.1 Lov om naturgasforsyning Lov om naturgasforsyning, jf. lovbekendtgørelse nr. 287 af 20. april 2005, med de ændringer, der følger af 2 i lov nr. 520 af 7. juni 2006 [8]. Loven har til formål at sikre, at der under tilrettelæggelse og gennemførelse af landets naturgasforsyning tages hensyn til forsyningssikkerhed, samfundsøkonomi, miljø og forbrugerbeskyttelse. På betingelse af disse hensyn skal loven give forbrugerne adgang til billig naturgas. 4.2.2 Liberalisering af det danske gasmarked EU's gasdirektiv fra 1998 indebar en gradvis åbning af de europæiske naturgasmarkeder og blev implementeret i Danmark med vedtagelsen af naturgasforsyningsloven d. 1. juli 2000. Efterfølgende ændringer af gasdirektivet betød en hurtigere markedsåbning end ventet. For så vidt angår markedsåbningen, har det danske gasmarked været fuldt liberaliseret siden 1. januar 2004 [3]. 4.2.3 Lov om Energinet.dk I henhold til lovbekendtgørelse nr. 224 af 16/03/2009[9] har Klima- og Energiministeriet oprettet Energinet.dk som en selvstændig offentlig virksomhed, til at varetage den overordnede danske infrastruktur på el- og gasområdet. Energinet.dk s formål er dels at sikre effektiv drift og udbygning af den overordnede infrastruktur og dels at sikre et gennemskueligt marked og lige adgang for alle brugere af nettene. Ifølge loven om Energinet.dk kan etablering af nye transmissionsnet og væsentlige ændringer i bestående net ske, hvis der er et tilstrækkeligt behov for udbygningen, herunder at udbygningen sker med sigte på øget forsyningssikkerhed, beredskabsmæssige hensyn, skabelse af velfungerende konkurrencemarkeder. 4.3 Delkonklusion Det er efter afsnittets analyse erfaret, at opgørelser over de danske ressourcer i Nordsøen viser, at reserverne vil fortsætte en allerede påbegyndt aftagende tendens over den næste årrække. Med forbehold for de usikkerheder, der er i forbindelse med fremskrivning af den danske gasproduktion viser 20-års prognosen, at produktionen vil falde ca. 75 % over de næste tyve år. Derudover er det danske gasmarked blevet liberaliseret og efter vedtagelsen af loven om naturgasforsyningen, forpligter den danske stat sig til at tage hensyn til forsyningssikkerheden og forbrugernes adgang til billig naturgas. Det betyder, at beslutningen om udvidelse er truffet på et politisk grundlag for at opretholde forsyningssikkerheden ved aftagende produktion i Nordsøen, ydermere at give de danske forbrugere adgang til et større europæisk marked. Omfanget af importen vurderes på det grundlag at være permanent. Side 19 af 77

5 Fyringstekniske egenskaber Da gasser til fyringsteknisk anvendelse karakteriseres ved deres egenskaber, brændværdi, densitet, wobbetal, og metantal er der i nærværende gasanalyse fokuseret på, hvordan egenskaberne ændre sig i forhold til kvaliteten. Der er i hele analysen taget afsæt i gennemsnitsværdier fra produktionen i Nordsøen i 2010 og gennemsnitsværdier for den importerede gas i 2010. 5.1 Naturgassens sammensætning Nedenstående tabel indeholder stofdata på de forskellige gasser der indgår i naturgas. Stofdata for atmosfærisk luft er tilføjet da disse indgår i beregninger senere i rapporten. 5.2 Brændværdi I denne sammenhæng er brændværdierne meget interessant da de er direkte proportionale med et motoranlægs ydelse og omvendt proportionalt med forbruget. Brændværdien er et udtryk for hvor meget energi et medie indeholder per volumenenhed eller masseenhed. Der skelnes mellem øvre og nedre brændværdier. Fælles er, at energien frigives ved forbrænding og forskellen er slutproduktets tilstand. For sammensatte gasser som naturgassen er brændværdien resultatet af de bidragende gassers brændværdier, multipliceret med deres volumenandel. Gastype Molmasse M Molart volumen V mol Brændværdi (øvre) H ø Brændværdi (nedre) H n Densitet ρ Metan CH 4 16,043 22,36 890,35 802,35 0,7175 Etan C 2 H 6 30,069 22,191 1559,88 1427,87 1,355 Propan C 3 H 8 44,096 21,928 2220,03 2044,02 2,011 Butan C 4 H 10 58,123 21,461 2877,08 2657,08 2,708 Pentan C 5 H 12 72,150 20,90 3536,15 3272,14 3,452 Hexan C 6 H 14 86,177 20,10 4194,92 3886,91 4,29 Nitrogen N 2 28,0134 22,40 - - 1,2504 Kuldioxid CO 2 44,098 22,26 - - 1,9770 Luft, atm. 28,96 22,40 - - 1,2930 5.2.1 Øvre brændværdi (H Ø) Den øvre brændværdi, for et medie er defineret som den varmemængde der udvikles ved forbrænding af en given mængde under konstant tryk. Hvor gas og luft før forbrændingen er 25 og forbrændingsproduktet ligeledes nedbringes til 25. Herefter er det vand der dannes ved forbrændingen tilstede i flydende form. 5.2.2 Nedre brændværdi (H n) Den nedre brændværdi, for det samme medie er defineret som den varmemængde der udvikles ved forbrænding af en given mængde under konstant tryk Hvor gas og luft før forbrændingen er 25 og Side 20 af 77

forbrændingsproduktet ligeledes nedbringes til 25. Herefter er det vand der dannes ved forbrændingen tilstede i form af damp. Værdierne i ovenstående tabel er taget fra en lærebog hvor man lidt utraditionelt har angivet brændværdierne i MJ/kmol. Da disse oftest er angivet i MJ/m n 3 omskrives dimensionerne for at lette sammenligningen. 5.2.3 Brændværdier for Nordsøgas Nedenstående tabel viser sammensætningen for den producerede Nordsøgas i 2010 Nordsøgas Gastype Værdier Gennemsnit Min Max Metan % 89,95 85,35 91,81 Etan % 5,71 4,87 7,99 Propan % 2,19 1,45 3,74 Butan % 0,91 0,64 1,22 Pentan % 0,21 0,09 0,26 Hexan % 0,06 0,03 0,09 Nitrogen % 0,31 0,25 0,98 Kuldioxid % 0,66 0,24 1,51 Metantal - 72,7 67,9 76,2 http://energinet.dk/da/gas/gasdata-og-kvalitet/gaskvalitet/sider/vis-gaskvalitet.aspx?visning=aarsgennemsnit Side 21 af 77

5.2.4 Brændværdier for Importgas Nedenstående tabel viser sammensætningen for den importerede gas i 2010. Bemærk at der kun er importeret gas de sidste tre måneder af 2010. Importgas Gastype Værdier Gennemsnit Min Max Metan % 90,727 88,227 92,028 Etan % 4,62 3,04 6,65 Propan % 0,994 0,483 2,536 Butan % 0,328 0,132 1,004 Pentan % 0,064 0,026 0,249 Hexan % 0,024 0,006 0,068 Nitrogen % 2,041 0,284 3,577 Kuldioxid % 1,189 0,476 2,096 Metantal - 82,444 71,156 88,489 Oplysninger modtaget via mail fra Jesper Bruun energinet.dk 5.2.5 Forskel på brændværdien Side 22 af 77

5.3 Densitet (gas ståbi, Td) Den normale densitet er interessant af sikkerhedsmæssige årsager. Set i forhold til atmosfærisk luft fortæller den noget om, hvor gassen vil placere sig tilfælde af udslip. Set fra et driftmæssigt synspunkt har den normale densitet ikke nogen betydning, derfor behandles den ikke yderligere i denne rapport. 5.3.1 Relative densitet Et stofs relative densitet er et udtryk for forholdet mellem stoffets densitet og en reference densitet. Ved gassers relative densitet er det mest naturligt at bruge atmosfærisk luft ved 1013,25 mbar som reference. Den relative densitet betegnes d og har i modsætning til densiteten ingen enhed da enhederne går ud med hinanden ved division. Bruger man atmosfærisk luft som reference fortæller den relative densitet også hvordan en gas opfører sig hvis den kommer i forbindelse med atmosfæren. Med en relativ densitet under 1 vil gassen flyde og ligge sig oven på den atmosfæriske luft. 5.3.1.1 Den relative densitet for Nordsøgas: 5.3.1.2 Den relative densitet for Importgas: 5.3.2 Forskel på den relative densitet 5.4 Wobbetal Wobbetallet er et udtryk for den varmeeffekt en brænder udsættes for ved forbrænding af et givent brændstof. Jo højere wobbetal, jo højere belastning. Der er altså en direkte sammenhæng mellem tallet og belastningen. I det danske gasreglement stilles der af sikkerhedsmæssige årsager krav til kvaliteten af den gas der transporteres i naturgasnettet, der er blandt andet nogle maksimum og minimum krav til gassens wobbetal. Da forbindelsen til Tyskland skal udvides med henblik på import af gas af en anden kvalitet, har Energinet.dk som ansvarlige for det overordnede transmissionsnet, og sikkerhedsstyrelsen som myndighed på området, startet et samarbejde med henblik på at få indeksets minimumsgrænse sænket. Et brændstofs wobbetal er som nedenstående formel viser, regnet ud fra brændstoffets brændværdi. Grænserne i gasrelementets wobbeindeks er regnet ud fra naturgassens øvre brændværdi. Side 23 af 77

5.4.1 Wobbetal for Nordsøgas Grænser Øvre grænse Nedre grænse Wobbe indeks (kwh/m 3 n ) 15,5 14,1 Relativ densitet (-) 0,700 0,555 http://www.energinet.dk/sitecollectiondocuments/danske%20dokumenter/gas/faktablad%20-%20gaskvalitet.pdf 5.4.2 Wobbetal for Importgas 5.4.3 Forskel på wobbetal 5.5 Metantal (Z) Metantallet er et udtryk for gassens bankefasthed, et højt metantal betyder, at gassen kan udsættes for høje kompressionsforhold og høje temperaturer inden motorbankning opstår. Da motorbankning i værste fald kan føre til motorskader, er det i denne sammenhæng meget vigtigt at have kendskab til metantallet for den leverede gas. Gassens metantal har ikke direkte sammenhæng til et motoranlægs ydelse, på samme måde som brændværdier og wobbetal, på trods af dette, har metantallet størst betydning for gassens fyringstekniske egenskaber. En gas med et højt metantal tillader højere temperaturer og tryk. Det betyder, at gassen kan anvendes i motorkonstruktioner med store kompressionsforhold og bedre virkningsgarder. Ydermere tillader det høje metantal, at motorens tændingstidspunkt stilles senere og trykket i forbrændingskammeret dermed hæves yderligere. Naturgassens metantal sammenlignes med benzinens oktantal, men i modsætning til oktantallet gør nutidens teknologi det ikke muligt at optimere metantallet. Det er derfor vitalt altid at have kendskab til metantallet for den gas, der anvendes. Når man optimerer motorens virkningsgrad med et højere kompressionsforhold og et senere tændingspunkt, reduceres det område hvori der tillades ændring af metantallet uden bankende motorgang. Da der fra et økonomisk synspunkt sigtes efter så høj virkningsgrad på motoranlæggende som muligt, bevæger man sig hele tiden på grænsen af det område, hvor motoren kan arbejde bankningsfrit og blot moderate svingninger kan forårsag bankning. I forbindelse med import af gas fra Tyskland forventes der som bekendt større variationer af kvalitet og metantal over korte tider. Det betyder, at motoranlæggets overvågning og regulering skal kunne ændre Side 24 af 77

motorens indstillinger tilsvarende den tid, gassen ændres over, for at undgå motorbankning. Alternativt skal motorens bankesensorer stoppe motoren for at undgå havari. Metantal Gennemsnit Min Max Nordsøgas 72,7 67,9 76,2 Importgas 82,444 71,156 88,489 Oplysninger fra tabeller i afsnit 5.2.3 og 5.2.4 5.5.1 Forskel på metantal Som det fremgår, er forskellen størst på det laveste metantal for Nordsøgassen og det højeste metantal for importgas. I en situation, hvor der skiftes mellem gassen med laveste metantal og gassen med højeste metantal stilles der store krav til reguleringen. Set fra et driftsteknisk synspunkt er risikoen for motorbankning størst når metantallet reduceres. Den værste situation er, hvor der skiftes fra gas med højt metantal til gas med lavt metantal, på en motor der er superoptimeret til drift på gas med højt metantal. Metantallet for en gas kan ikke umiddelbart regnes på baggrund af gassens sammensætning, som det er tilfældet for førnævnte egenskaber. Metantallet måles derimod på en særlig testmotor hvor kompressionen øges indtil bankning med en vis styrke konstateres. Det opnåede kompressionsforhold bevares og der skiftes dernæst til drift på ren metan. Nu tilsættes der brint indtil bankning med samme intensitet opstår. Metantallet er her angivet ved metanprocenten i blandingen. 5.6 Delkonklusion I forhold til, hvilken betydningen variationerne af gaskvaliteten vil have på gassens fyringstekniske egenskaber, erfares den importerede gas både at have fordele og ulemper i forhold til gassen fra Nordsøen. Importgassen indeholder mere metan, hvilket betyder, at gassen har en lavere brændværdi og dermed indeholder mindre energi per volumenenhed. Det er derfor nødvendigt med et større forbrug, hvis den samme ydelse skal opretholdes. Det høje indhold af metan betyder også, at den importerede gas har et højere metantal og da metantallet er et udtryk for gassens bankefasthed, giver det mulighed for optimering af motordriften. Wobbetallet falder sammen med brændværdien, men analyse af gennemsnitsværdier fra 2010 giver ikke anledning til overskridelse af gældende grænser. Fra et fyringsteknisk synspunkt resulterer det i en tyndere gas, der giver mulighed for at øge virkningsgraden og holder sig indenfor grænserne. Side 25 af 77

6 Motorleverandørernes udspil Dansk Fjernvarme, som er brancheorganisation for 405 danske fjernvarmeværker[10], indkaldte i foråret 2011 til erfa-møder for, at skabe klarhed om hvad der kan forventes af fremtidens importgas. De havde arrangeret Rolls-Royce, Jenbacher, Caterpillar og Wãrtsila som er de fire største motorleverandører i Danmark til at komme med deres udspil. Det er oplagt interessant for rapporten at undersøge, hvilke driftstekniske konsekvenser, variationerne af gaskvaliteten vil medføre og hvilke forhold motorleverandørerne har gjort. Derfor har forfatteren deltaget i to erfa-møder, hvor motorleverandørerne var repræsenteret, et i Kolding d.11. april 2011 og et i Randers d. 12. maj. Der er i det følgende en beskrivelse af udspillet fra Jenbacher, Rolls-Royce og Caterpillar med afsæt i indlæg fra omtalte møder. Der er fokuseret på ovenstående fabrikater, da det er dem, der er repræsenteret i IVs motorpark. 6.1 Jenbacher Per Høgsted Senior Sales Manager hos GE Jenbacher var indlægsholder i Randers d. 12. maj. Han tog udgangspunkt i en tabel, der viste gennemsnitssammensætningen af Nordsøgas fra 2006 2010, endvidere to eksempler på forventet gassammensætning af tysk gas og et eksempel på russisk gas. Ud af tabellen kunne det ses, at den danske gas havde den højeste brændværdi, Per Høgsted gjorde samtidig opmærksom på, at den havde det laveste metantal. På det grundlag mente Per Høgsted ikke, at der var belæg for bekymringer i forhold til fremtidens gas, tværtimod så han det som en mulighed for at optimere driften og øge virkningsgraden. Det høje metantal er som tidligere nævnt et udtryk for gassens bankefasthed. Metantallet, gør det muligt at ændre motorens indstilling til et senere tændingstidspunkt og på den måde at få mest arbejde ud af gassens energiindhold. Jenbacher s motorer, som i dag anvendes i KV-anlæg i Danmark, drives på gas med metantal ned til 70. Det skal forstås sådan at man i motorens indstilling kan kompenserer for ændringer af metantal mellem 70 og 100. Det eneste problem der har været med importgas til dato, er et KV-amlæg i Ribe hvor det har været nødvendigt at justere fortryksregulatoren på gasrampen til motoren pga. øget forbrug. Derudover har der været tilbagemeldinger om øget gasforbrug, men ingen driftsproblemer. Da der er rapporteret om hurtige skift af gaskvalitet mener vi, at fremtidens udfordringer bliver reguleringshastigheder. Skulle der komme driftsproblemer, ville de formentlig være relateret til den tid, det tager motorernes styresystem at regulerer indstillingerne til den aktuelle gas. 6.1.1 Jenbacher tekniske vurderinger: Basis design (metantal 70) giver teknisk en sikker drift. Nye motorer er forberedt til varierende gaskvalitet. Eksisterende motorer skal kontrolleres afhængig af type og installationsår. Mulighed for optimeret drift (virkningsgrad). Ændringer i gaskvalitet iht. tekniske anvisning Side 26 af 77

Mindre variationer i motorens energibalance Variationer i emissioner 6.1.2 Tekniske anvisninger De specifikke grænse/ændrings-værdier for IVs Jenbacher motor fremgår af GE Jenbacher s tekniske anvisning nr. 1000-0300. Ændringshastigheder jf. de tekniske anvisninger: For brændværdien er det maks. 1 % hvert 30. sekund, sammenholdt med tidligere udregnet nedre brændværdier medfører det: For metantallet er det maks. 10 tal hvert 30. sekund, sammenholdt med metantalene fra tidligere analyse medfører det: 6.2 Rolls Royce Nærværende udspil fra Rolls Royce er baseret på udtalelser fra Servicechef Erling Kaasen da indlægget ved erfa-mødet i Kolding d.11. april 2011 var af mundtlig karakter. Efterfølgende er det ved kontakt til Servicechefen bekræftet at der ikke findes data eller tekniske anvisninger der beskriver hvilke ændringer af gaskvaliteten motoranlægget kan håndterer. Derfor er det følgende baseret på udtalelser fra Servicechef Erling Kaasen. Der har hidtil ikke været tilbagemeldinger om driftstekniske problemer med importgas og vi forventer heller ikke at få nogen, i hvert fald ikke med motorer af nyere dato. Enkelte motorer af ældre dato kan få reguleringsproblemer i forbindelse med hurtige skift af gaskvaliteten. Styresystemet er udgået det er derfor ikke muligt at ændre på de nødvendige parametre, i værste fald kan det blive nødvendigt at udskifte styresystemet. Foruden et større brændstofforbrug afhængig af brændværdien er der ikke noget, der taler for, at ændringerne kommer til at give problemer i forhold til anvendelse af fremtidens gassammensætning. 6.3 Caterpillar Gennem kontakt til PonPower (den danske leverandør af Caterpillar) er tekniske anvisninger forsøgt indhentet. Ved kontakten erfares det, at der ikke foreligger tekniske anvisninger for hvilke ændringshastigheder i gaskvalitet motorreguleringen kan håndtere. Derfor er udspillet fra PonPower baseret på udtalelser fra Service Manager Erik L. Nielsen og indlæg fra erfa-møde d.12. maj i Randers afholdt af Account Manager Flemming Hjøllund. Side 27 af 77

Importen har givet anledning til en del driftstekniske problemer, blandt andet driftsstop, for højt brændstofforbrug og motorbankning. Det har primært været koncentreret omkring vores ældre anlæg. Problemerne har været relateret til indsugningens begrænsede volumenkapacitet ved lavere brændværdi, tilpasning/udvidelse af indsugningen er mulig og er udført i flere tilfælde. Der har også været nogle reguleringsproblemer, hvor gassen er skiftet fra dansk til tysk hurtigere end reguleringen kunne følge med til. I den forbindelse udføres der på nuværende tidspunkt forsøg med implementering af metantalsmålere i gasforsyningen. 6.4 Delkonklusion Ud fra motorleverandørernes udspil tyder det på, at det primære problem i fremtiden bliver indreguleringshastigheder ved hurtige skift af gaskvalitet. Derudover kan der ved lave brændværdier være problemer med tilstrækkelig gasforsyning. Som udgangspunkt er problemerne hovedsagligt tilknyttet ældre motorer af et fabrikat. 7 Interviews I efteråret 2010 kørte man nogle forsøg i det syd- og sønderjyske, hvor man importerede naturgas fra tyskland, disse forsøg har resulteret i at nogle syd- og sønderjyske værker har oplevet følgerne af importgas og pludselige gaskvalitetsvariationer i forbindelse med motordrift. Som opfølgning på motorleverandørernes udspil er der i det efterfølgende en beskrivelse af interviews der er afholdt med det formål, at klarlægge hvilke konsekvenser ændringerne medfører og dermed hvilke konsekvenser der kan forventes. For at få mest muligt ud af interviewene, er der sat nogle rammer i form af fire åbne spørgsmål, som giver respondenten mulighed for selv, at formulerer svarene med afsæt i personens egne erfaringer og overvejelser. Der er under interviewene taget notater som danner baggrund for de beskrevne svar. Interviewene er udarbejdet med respekt for respondentens budskab og er godkendt inden anvendelse. Spørgsmål: 1. Har i oplevet forsyning med importgas? På hvilket tidspunkt og hvordan er dette bekræftet? 2. Hvilke problemstillinger medførte det i forhold til motordriften? 3. Hvordan har i oplevet den efterfølgende gasafregning med distributions selskabet? 4. Har i foretaget nogen optimeringer af jeres motoranlæg for at imødegå problemerne i fremtiden? For at konstatere om bestemte problemstillinger er relateret til bestemte motorfabrikater i en efterfølgende sammenfatning, er der indledningsvis noteret motorfabrikat, motortype, årgang og driftstimer. Ligeledes er der noteret nogle oplysninger på svarpersonerne, navn, alder, stilling og uddannelse Rapporten indeholder et af de omtalte interviews, samt en sammenfatning af interviewene. De resterende interviews er vedlagt som (bilag 4-9) Side 28 af 77

7.1 Tørring Kraftvarmeværk Virksomhed Tørring Kraftvarmeværk Kontakt Tlf.75 80 19 55 Fabrikat Rolls-Royce Type B12 32-40 Årgang 2005 Driftstimer 20000 Respondent: Navn Alder Stilling Uddannelse Michael Gregersen 36 år Driftsleder Maskinmester Spørgsmål: 1. Har i oplevet forsyning med importgas? På hvilket tidspunkt og hvordan er dette bekræftet? Ja, vi har oplevet leveringer af importgas flere gange med start i efteråret 2010, det fremgik også af efterfølgende afregningsoversigt, at der i perioder var leveret en lavere brændværdi. 2. Hvilke problemstillinger medførte det i forhold til motordriften? Det medførte som sådan, ingen problemer i forhold til motordriften, men vi har noteret os at der i perioder har været et unormalt højt brændstofforbrug. Tidspunkterne for disse perioder stemmer overens med de perioder hvor vi har fået leveret lavere brændværdi. En anden oplevelse med importgas var da vi i en spidslast periode observeret at trykfaldet over gasrampen nærmede sig minimumsgrænsen. Årsagen var også her en lav brændværdi, som sammen med en meget stor efterspørgsel på varmeeffekt resulterede i et forbrug der nærmede sig leveringsgrænsen. Vi kontaktede vores distributionsselskab DONG, de løste problemet ved at hæve trykket på afgangssiden i den nærmeste M/R station. 3. Hvordan har i oplevet den efterfølgende gasafregning med distributions selskabet? Jeg har ingen bemærkninger til gasafregningen. Vi er afregnet efter leveret brændværdi og jeg har i forbindelse med afregning af importgas foretaget kontrol af det leverede i forhold til det opkrævede. Her giver mine erfaringer ikke anledning til bekymringer. 4. Har i foretaget nogen optimeringer af jeres motoranlæg for at imødegå problemerne i fremtiden? Nej vi har ikke foretaget nogen ændringer da vi ikke har haft problemer der har givet anledning til dette. Side 29 af 77

7.2 Delkonklusion Rapportens afholdte interviews viser, at de indledende forsøg i det sønderjyske har haft betydning for de berørte værker i større eller mindre grad. Det lyder entydigt fra de interviewede værker, at der er registreret faldende virkningsgrad, men at dette kan forklares ved at virkningsgraderne er udregnet på baggrund af en fast brændværdi. Der blev berettet om, at en lav brændværdi betød, at forbruget var så højt, så der var problemer med at opretholde det nødvendige leveringstryk. Interviewene giver også her et indtryk af, at problemerne koncentrerer sig om et motorfabrikat, da der både kunne berettes om motorstop, reduceret ydelse og havari forårsaget af motorbanken. Endeligt er der enkelte tilfælde, hvor der er tvivl om der ved afregning er kompenseres for den lave brændværdi. 8 Forsøg med motordrift på importgas Med henblik på besvarelse af indeværende rapports problemformulering omkring hvilke driftstekniske konsekvenser importen medfører, er resultaterne fra de efterfølgende forsøg meget interessante. Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) beskriver i en endnu ikke offentliggjort rapport[19] forskellen på ydelse, virkningsgrader, forbrug og emission ved motordrift på importeret gas og motordrift på den vanlige gas fra Nordsøen. Bemærk Tabeller og illustrationerne i indeværende afsnit er taget fra den omtalte rapport. Rapporten er udarbejdet i et samarbejde mellem DGC, Fagudvalg for Gasanvendelse og installationer (FAU GI) og Svenskt Gastekniskt Center AB (SGC) og er udarbejdet på baggrund af målinger udført under testdrift af sønderjyske kraftvarmeanlæg. 8.1 Udførelse Rapporten omhandler sammenlignende præcisionsmålinger af ydelse, virkningsgrader, forbrug og emission på tre forskellige motoranlæg. Udvælgelsen af de pågældende motoranlæg er foretaget med sigte på: Geografisk placering der både kan forsynes med ublandet importgas og ublandet Nordsøgas. Målinger udføres på motorer med forskellig konstruktion (åbentkammer/forkammer). Motorer med en vis udbredelse blandt danske KV-anlæg. Motorer hvor der er allerede er rapporteret om mærkbare ændringer ved import af gas. Måleserierne er alle gennemført ved fuldlast over ca. to timer. Måleserie ved drift med importeret gas blev udført i uge 12, 2011, og måleserien ved drift på Nordsøgas blev udført i uge 15, 2011 Ved målinger af gasforbrug og elproduktion er anvendt de installerede afregningsmålere til det pågældende Kraftvarmeanlæg. Til emissionsmålinger er DGC s eget kalibrerede og certificerede udstyr anvendt. Der er ved begge måleserier udtaget prøver af den aktuelle gas, for ved efterfølgende gasanalyse at bestemme gassernes karakteristik. DGC er en teknologisk servicevirksomhed inden for energi og miljø med fokus på gasanvendelsesområdet. Som en førende virksomhed inden for rådgivning, udvikling, afprøvning, forsøg, måling og undervisning, regnes DGC s udstyr til måling og analyse i denne sammenhæng som valide. Side 30 af 77

Det er tilstræbt at foretage målingerne for hvert kraftvarmeanlæg i så identiske situationer som muligt for at minimere måleusikkerheden. Ud fra termodynamiske teorier kan følgende forhold have indflydelse på måleresultater: Udetemperatur o Gasser der befinder sig ved konstant tryk udvider sig som bekendt med temperaturen. Det betyder at motorens indsugningstemperatur og dermed den indsugede gas/luft blanding sig i forhold til udetemperaturen. Barometerstand o Gasser er kompressible, derfor har det aktuelle atmosfærisketryk ligeledes indflydelse på den indsugede gas/luft blanding. Kølevandtemperatur o Da motoren i et kraftvarmeanlæg køles af returvandet fra fjernvarmesystemet kan kølevandstemperaturen variere afhængigt af forbruget. Da cylindertemperaturen har indflydelse på forbrændingen er en så ens kølevandstemperatur som mulig også ønskelig for sammenligningens skyld. Side 31 af 77

8.2 Kvaliteten af den anvendte gas For at bestemme gassammensætningen for den anvendte gas, er der under udførelse af måleserierne udtaget prøver på de pågældende kraftvarmeanlæg. Disse prøver har været til efterfølgende gasanalyse hos DGC. Resultaterne fremgår af nedenstående tabeller. 8.2.1 Nordsøgas Ovenstående tabel viser den volumetriske gassammensætning og deraf beregnede brændværdier, Wobbeindeks og densitet, af den anvendte Nordsøgas. Prøverne er udtaget på de aktuelle kraftvarmeanlæg i uge 15, 2011. Enhed #4 er en gasturbine (GT) hvilken der ses bort fra i denne sammenhæng. De øvrige enheder er de tre gasmotorer. Side 32 af 77

8.2.2 Importgas Ovenstående tabel viser den volumetriske gassammensætning og deraf beregnede brændværdier, Wobbeindeks og densitet, af den anvendte importgas. Prøverne er udtaget på de aktuelle kraftvarmeanlæg i uge 12, 2011. Enhed #4 er en gasturbine (GT) hvilken der ses bort fra i denne sammenhæng. De øvrige enheder er de tre førnævnte gasmotorer. Side 33 af 77