Projektrapport Juni 1995 Dansk Gasteknisk Center a/s D r. Neergaards Vej SB 2970 Hørsholm Tlf. 2016 9600 Fax 4516 1199 www.dgc.dk dgc@dgc.dk
Per Pedersen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 1995
Titel Rapport kategori Forfatter Dato for udgivelse Copyright Projektrapport Per Pedersen Juni 1995 Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer Sagsnavn 712.16 Hjemmefyldeprojektet ISBN 87-7795~053-4 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 rddgivning & bistand (ABR 89)", som i øvrigt anses for vedtaget for opgaven. - at erstatningsansvaret for fejl, forsø171melser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspddragende fejl eller forsømmelse og altid begrænses til l 00% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende ydel$e. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC's hæftelse. - at DGC skal - uden begrænsning - om levere egne ydelser iforbindelse med fejl og forsømmelser i DGC 's materiale. Juni 1992
DGC-r~ppo~t 1 INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE l Forord...................................... 3 2 Baggrund............... -.............................. 3 3 Konklusioner............................................ 6 3.1 Fyldestationer............................. 6 3.2 Biler............................................ 7 4 International status.......................... 8 5 Dansk status for naturgasdrift................................ 10 6 Hjemmefyldeprojek~~ts formål................................ 11 7 Overblik over hjemmefyldeprojektet............................ 12 7.l Import af hjemmefyldestationer............... :............ 12 7.2 Afklaring af forsikringsforhold......................... 14 7.3 Afklaring af danske myndighedsforhold...................... 12 7.4 Udarbejdelse af installationsprojekt......................... 12 7.5 Opsamling af driftserfaringer 13 8 Teknisk beskrivelse...................................... 13 8.1 Hjemmefyldestationer 13 8.2 Krav til gaskvaliteten................................. 14 8.3 Biler........................................... 14 9 Erfaringer fra opstartsprocessen............................... 18 9.1 Leverandørsamarbejde................................. 18 9.1.1 Hjemmefyldestationer............................ 18 9.1.2 Konvertering af biler............................ 18 9.2 Myndighedsforhold.... :............. 20 9.2.1 Myndighedsforhold, biler......................... 20 9.2.2 Myndighedsforhold, hjemmefyldestationer............... 21.. 9.3 Forsikringsforhold................................... 23 712.16 h:\712.16\slutrap.doc juni 1995
DGC-rapport 2 10 Driftserfaringer............................ 10.1 Fy idestationer...................................... 10.2 Biler........... 10.3 Dataopsamling 11 Fremtiden................................... l! 11.1 Hjemmefyldeprojektets videreførelse........................ 11.2 Brugerøkonomi...................................... 11.3 Milj.øforhold.................,...................... 11.4 Anbefaling om videre arbejde på området..................... 23 23 26 28 30 30 31 31 34 12 Referencer........................................ 36 712,16 h:\ 712.16\slutrap.doc juni 1995
DGC-rapport side 3 1. Forord Med denne rapport afrapporteres naturgasselskabernes hjemmefyldeprojekt Projektet har haft til formål at undersøge mulighederne for at anvende hjemmefyldestationer til tankning af naturgasdrevne biler i Danmark. Hjemmefyldestationen fra FuelMaker Corporation type FM4, herefter kaldet fyldestationen, er en kompakt kompressor uden lagertank. Den er beregnet tillangsom fyldning af en tank placeret i en bil. Leveringsmængden er angivet af den europæiske distributør til2,5 nm3 i timen. Projektets deltagere har været Dansk Naturgas NS (DANGAS), Hovedstadsregionens Naturgas 1-S (HNG), Naturgas Sjælland lis (NGSJ), Naturgas Midt-Nord lis (NGMN), Naturgas Syd lis (NGS) og Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC). Projektet blev indledt i 1991. Fra slutningen af 1992 kom fyldestationerne til landet, og der iværksattes ombygning af7 biler til naturgasdrift. De første hjemmefyldestationer blev idriftsat medio 1993, mens de sidste kom i drift i starten af 1994. Frem til den formelle projektafslutning ved udgangen af oktober 1994 havde de 6 idriftsatte hjemmefyldestationer haft en samlet drifttid på 2800 timer. Projektet har koncentreret sig om afprøvning af fyldestationerne. Bilerne betragtes som kendt teknik. Der er derfor ikke foretaget målinger af emission og ydelse før og efter ombygning. 2. Baggrund Fordelene ved at bruge naturgas som brændstof er dels samfundsøkonomiske, dels miljømæssige. Samfundsmæssige fordele I Danmark er den samfundsøkonomiske fordel ved at anvende naturgas i transportsektoren i stedet for olieprodukter begrænset, idet Danmark selv producerer både olie og naturgas, og fordi vi herhjemme har etableret et naturgasnet videre til Tyskland og Sverige, hvorved vi har let ved at eksportere den gas, der ikke kan afsættes på hjemmemarkedet. Danmark er nu også blevet nettoeksportør af olie. På den anden side kan man fremføre det argument for naturgas~rift i transportsektoren, at forsyningssikkerheden af naturgas i Danmark er meget stor, og at olie stadig er lettere at eksportere, hvis der igen skulle opstå en krisesituation på oliemarkedet. For en omtale af de samfundsøkomiske fordele i andre lande henvises til afsnit 4. Forord
DG C-rapport side 4 I Danmark ligger naturgassen prismæssigt i nærheden af dieselolien, når der betragtes priser uden afgifter. Dermed er der for tiden ikke nogen privatøkonomisk fordel ved naturgasdrift i Danmark for de forbrugere, der ikke betaler afgifter. Miljømæssige fordele I litteraturen brugesngv som fælisesbetegnelse for naturgasdrevne køretøjer. Det er altså snarere miljøaspektet, der taler for naturgasdrift i transportsektoren. I vore nabolande er gasdrift af især tunge køretøjer i fremgang, fordi denne teknik er en vej til at løse miljøproblemer i byerne. I Sverige benyttes både naturgas, biogas og LPG, afhængig af hvad der er tilgængeligt. I Trondheim i Norge transporteres flydende naturgas frem til oplagringspladsen, hvorefter gassen fordampes og komprimeres inden tankning i busserne. Også i Tyskland kører der bybusser på naturgas. Fælles for vore naboer og andre lande, der benytter naturgas, er, at denne energiform desuden er billig i forhold til dieselolie. Transportsektoren i Danmark belaster miljøet med mere end 1/3 af den samlede emission afkvælstofilte. Hertil kommer partikler (sod), uforbrændte tunge kulbrinter og kulilte. Partikterne er ikke giftige i sig selv, men de binder giftige stoffer til deres overflade og kan derved udgøre en sundhedsrisiko. De tre første komponenter medvirker til dannelse af fotokemisk smog, der især er fremherskende om sommeren i vindstille perioder. Et sekundært produkt ved fotokemisk smog er ozon. Kvælstofilter medvirker til dannelse af sur nedbør, der i kalkfattig jord medfører, at jord og grundvand forsures. Ozon og sur jordbund formodes at være årsag til den såkaldte skovdød 1. Gasdrift afkøretøjer er altså et virkemiddel til at reducere den skadelige emission afkvælstofilter, kulilte og uforbrændte tunge kulbrinter. Dertil kommer, at partikelemissionen fra en gasmotor er forsvindende i forhold til partikelemissionen fra en dieselmotor. Gasmotorer støjer mindre end ydelsesmæssigt tilsvarende dieselmotorer. Busser ombygget til LPG-drift viser således 6 db mindre støj målt såvel udenfor som inde i køretøjet 2. Endvidere er der mindre lugtgener fra gasdrevne køretøjer. Gasdrift kan derfor umiddelbart medvirke til at formindske miljøbelastningen. C02-emissionen fra hhv. diesel- og naturgasdrift er stort set den samme. I forhold til benzindrift er COremissionen mindre ved naturgasdrift. Naturgas er bedre end den bedste superbenzin i handelen. Desværre kan man ikke udnytte denne gode egenskab, hvis motoren skal kunne benytte både benzin og naturgas. Tekniske ulemper ved naturgasdrift På den anden side er der nogle ulemper ved naturgas som motorbrændsel i forhold til benzin og dieselolie. Naturgas er, som navnet antyder, gasformigt. I forhold til benzin og diesel fylder naturgas derfor væsentligt mere for samme energienhed og fortrænger følgelig forbrændingsluft. I turboladede motorer er dette af mindre betydning, idet man kan kompensere ved at forøge ladetrykket, mens det ved suge- Baggrund
DG C-rapport side 5 motorer betyder, at der ikke kan fyldes nær så meget brændstofenergi i cylindrene. I praksis ses derfor et fald i motorydelse ved ombygning til naturgasdrift CNG Naturgas stiller krav om lagring under tryk på 200 bar eller i flydende form ved temperaturer på +161. I praksis anvendes komprimeret gas, forkortet CNG. Flydende naturgas (LNG) anvendes, hvor forbruget kan retfærdiggøre de ekstra omkostninger til det nødvendige udstyr. Eksempler er lokomotiver og lastbiler til langturstrafik CNG-tanken forøger køretøjets vægt, og den optager bagageplads. Endvidere må man indstille sig på, at bilens rækkevidde på en optankning ca. halveres- dog afhængig af tankens størrelse. De ombyggede biler bibeholder dog deres benzintank og kan umiddelbart køre videre på benzin, hvis gastanken tømmes. Naturgasdrift forudsætter endvidere, at der etableres et net af værksteder, der kan servicere og ombygge naturgasdrevne køretøjer. Endelig er der spørgsmålet om tankningsfaciliteter. Tankning af naturgas sker fra en kompressorstation, i hvilken gassen komprimeres og evt. lagres i et højtrykslager, hvorfra gas med højt tryk hurtigt kan overføres til bilens gastank. Hidtil har kompressorstationer været relativt store og dyre installationer. Denne fyldestation adskiller sig ved at være en kompressorstation til husholdningsbrug: den har størrelse som en vaskemaskine til husholdningsbrug, er støjsvag, vedligeholdelsesfri i 2000 drifttimer og fuldautomatisk. Den er designet til placering ved private hjem og kan anvendes til at fylde naturgas på bilen direkte fra villaens naturgasinstallation. Med Fue!Makers fyldestation er der mulighed for at operere med køretøjer, som anvendes inden for en så begrænset aktionsradius, at der aldrig er behov for tankning andetsteds. Skal naturgasdrift urlbredes til en større brugerkreds, skal der etableres offentlige tankanlæg. Dels fordi etablering af hjemmefyldestationer næppe er hensigtmæssig i alle beboelseskvarterer, dels fordi mange bilister bor i etagebyggeri, og endelig fordi 200-300 km aktionsradius er utilstrækkelig, især når der introduceres dedikerede naturgasbiler. Baggrund
DGC-rapport side 6 3. Konklusioner 3.1 Fyldestationer Fyldestationerne af mærket Fue!Maker FM4 har ved projektets afslutning været i drift hos Naturgas Midt-Nord, Naturgas Sjælland og Dansk Gasteknisk Center gennem mere end et år. Fyldestationerne er afprøvet med hensyn til, om overvågningsudstyret fungerer efter hensigten. Gasmangelsikringen fungerer korrekt, overtrykssikringen på forsyningssiden fungerer ligeledes korrekt. Overvågning af trykstigning i tanken fungerer også, men giver anledning til utilsigtede fejlmeldinger, når der påfyldes i større tanke. Dette hænger sandsynligvis sammen med, at fyldetiden er så lang, at omgivelsestemperaturen ændrer sig. Hvis fx bilen stilles til fyldning om eftermiddagen og hvis fyldningen ikke er afsluttet, inden natten falder på, vil gassen trække sig sammen, og fyldestationens overvågning tro, at der er en lækage. Samme overvågning fungerer dog upåklageligt ved simuleret lækage med testapparatet Fyldestationerne fungerer tilfredsstillende i daglig brug, omend to af de 6 opstillede stationer indtilflere gange har været ramt affej/, som har nødvendiggjort reparation af defekte dele hos Sulzer Burckhardt. Energiforbruget er rimeligt, når man tager størrelse og tryk på forsyningssiden i betragtning. Der er under afprøvningen indtruffet en række småfejl, som med stationen i drift hos en forbruger, ville kræve, at en servicetekniker skulle tilkaldes. Bl.a. for at åbne den forseglede adgang til fyldestationens indre for at trykke på en knap, der nulstiller hukommelsen. Anvendelsesmuligheder Fyldestationen er egnet som en billig kompressorløsning til arbejdspladser, der betjener sig af flåder af varevogne, gaffeltrucks og andre lette køretøjer på naturgasdrift. Ved større kørselsbehov kan der opstilles en fyldestation for hvert køretøj. Virksomheden bør have en specialist i at udbedre mindre fejl på fyldestat ioner, studse og gasrelateret udstyr i køretøjerne. Fyldestationen er også en billig løsning til etablering af høje naturgastryk ved lille kapacitetsbehov til fx industrielle formål. Til det egentlige formål, nemlig opstilling hjemme hos forbrugerne, er fyldestationen, som den er i dag, mindre egnet. Der er mange fej/muligheder, som vil medføre hyppig brug af servicepersonnel. Fyldestationerne er til gengæld nemme at servicere, når man har lokaliseret problemet. Hjemmefyldestationen i sig selv giver ingen støjproblemer, derimod støjer påfyldningsstudsene, som dog ikke er et Fue!Maker produkt. Konklusioner
DGC-rapport side 7 Ingen af de opstillede fyldestationer har opnået den oprindeligt lovede fyldehastighed på 4m3/time. I projektet er der kun opnået lidt over den halve fyldehastighed, (se afsnit 10.3). Nye specifikationer fra Sulzer lyder på 2,5 m3/time. Dette stemmer med resultaterne, der er opnået i projektet. 3.2 Biler Alle biler, der indgik i projektet, var nyere eller nyanskaffede varevogne. Dvs. de er forsynet med benzinindsprøjtning og reguleret 3-vejskatalysator. De blev ombygget til naturgasdrift, med den samme katalysator og med bibeholdelse afbenzinindsprøjtningsanlægget. På baggrund af de hidtidige erfaringer med bilerne kan man drage følgende konklusioner, der altså kun gælder benzindrevne biler, som er ombygget til også at kunne køre på naturgas: l. En succesfuld konvertering kræver en engageret bruger 2. Det anvendte autoværksted skal have rutine i at ombygge og i at fejlsøge gasanlæg i biler 3. Den nedgang i effekt, der optræder ved overgang til naturgasdrift, bliver mærkbar på biler med ringe motorkraft 4. Små biler er mindre egnede til omstilling 5. Brændstof-energi-økonomien bliver ikke ringere ved ombygning til naturgas Til punkt l kan bemærkes, at ligesom i tidligere forsøg med naturgasdrift afbiler, har det vist sig, at gasmekanikere er klart bedre til at give værkstedet en beskrivelse af en fejl end brugere uden gasteknisk baggrund. Til uddybning af punkt 2 kan anføres følgende: Når en bil skal ombygges til naturgasdrift, er det første krav, der må stilles, at motoren i enhver henseende er indstillet korrekt til benzindrift, og at slidte dele i tændingsanlægget og brændstofsystemet er udskiftet. Først da begynder man på ombygningen. På kort sigt skal der satses på at opnå et bedre samarbejde mellem konverteringsværkstedet og det værksted, der servicerer bilen. På længere sigt vil det rigtige være at satse på et værksted til både konvertering og almindelig service på bilen, idet man herved kan undgå, at forbrugeren bliver fanget mellem to værksteder, der gensidigt beskylder hinanden for at have begået fejl. Til punkt 3 henvises til afsnit 8.3, hvor der gives en nærmere forklaring på, hvorfor en ombygning af en benzinmotor til naturgasdrift giver et fald i motoreffekt Lige- Konklusioner
DG C-rapport side 8 som i tidligere forsøg med naturgaskørsel, viser det sig, at man af denne grund bør anvende biler med god motorkraft. Punkt 4: Årsagen til dette problem er dels en ændring af vægtforelingen på grund de tunge tanke og dels tankene, som optager forholdsvis megen plads i en lille bil, hvorved brugsværdien forringes. Dette problem er der set en løsning på i en lille dedikeret naturgasdrevet bil, hvor man har indlejret lette komposittanke i karosseriet (John Hopkins University/Applied Physics Laboratory). En ombygget bil beholder normalt benzinanlægget. Derfor kan man ikke optim ere motoren til naturgasdrift, da det så vil være umuligt at køre på benzin. Af driftsresultaterne kan det aflæses, at energiøkonomien ikke bliver ringere ved naturgasdrift, selvom der ikke er gjort noget for at optimere motorerne til naturgas. Det ekstra læs, der stammer fra tank~ne, burde give færre kørte kilometer pr. energienhed, men det tyder resultaterne ikke på. 4. International status Naturgas anvendes i vidt omfang som motorbrændstoftil transportmidler i en række lande i verden. Baggrunden for indførelse af naturgas har i flere lande været, at landet har større forsyningssikkerhed med naturgas end med benzin og diesel. Desuden har nærmiljøet fået stadig større betydning i en række større bysamfund, og man har derfor valgt at satse på renere teknologier til vejtransport. For lande som Australien og New Zealand er olieprodukter endvidere langt lettere at eksportere end naturgas. I lande, der ikke har produktion af hverken olie eller naturgas, kan importeret naturgas være konkurrencedygtig over for importerede olieprodukter. Et eksempel herpå er Sverige. Derfor satser man i disse lande på naturgas på hjemmemarkedet overalt, hvor der er mulighed for at anvende dette brændstof I lande, der satser på naturgas i transportsektoren, støttes udbredelsen fra offentlig side for at opfylde miljømæssige og forsyningssikkerhedsmæssige mål. Der benyttes afgiftslettelser og offentlige statsstøttede tankanlæg som midler til at fremme naturgassens anvendelse som brændstoftil køretøjer. Der ydes også tilskud til at dække noget af merprisen for et naturgasdrevent køretøj (NGV). International status
DGC-rapport side 9 _ 350000.... 300000..... 315000 250000 200000 150000 100000 50000... ooooo-... ~11!!... ~~~~... o 450 500 600 600 ~1 1000 2000 6294 :x: 3' 3' iil ~ > Ol c: o z (il 2. Q. Q. o c en.. =!!!. ~ z jij o (5' "' jij c!'!. ~ > ~ ir al Q "' "' "' 1 3 ~ a; Q. N :l 3. Q. t:r "' iii' a;.. al :r (5' iii' "'.. jij.. "' "' Figur J. Antal NGV i verden (1994), fordelt på lande. Anvendelse af naturgas betyder en række fordele over for specielt dieselolie, idet forurening med NOx, partikler og visse kræftfremkaldende stoffer reduceres mærkbart ved naturgasdrift. "' Cl. Miljømæssige hensyn I en række større byer verden over ~ar myndighederne pålagt visse brugergrupper - typisk taxier. - at gå over til naturgasdrift. I Goteborg og Malmo har man besluttet, at alle bybusser over en årrække skal overgå til natugasdrift. Figur l viser antallet af naturgasdrevne biler i de førende lande på området. Tallene stammer fra lang V, en verdensomspændende interesseorganisation for naturgasanvendelse i transportsektoren, som fører statistik over naturgassens anvendelse i køretøjer. De fleste af landene forventer vækst i antallet af naturgasdrevne biler frem til år 2000. International status
DG C-rapport side 10 For at kunne motivere brugerne til at benytte naturgas, skal der være en økonomisk fordel for brugeren. I denne forbindelse kan der ydes subsidier i form af lavere brændselspris, lavere afgifter og støtte til ombygning af køretøj. Endelig gives en indirekte støtte i form af, at der etableres fyldningsmuligheder. På figur 2 vises priser og afgifter på naturgas i forhold til samme for hhv. diesel og benzin i en række lande. Tallene bag begge figurer stammer igen fra IANGV. Desværre er talmaterialet uensartet, fx mangler oplysninger om priser og afgifter for både SNG og USA. Argentina 265000 > Italien [J% af afgift på diesel (!) z 250000 [J% af afgift på ii Canada ~ benzin -c.. 36400 % af diesel pris 8' Brazilien "~--=-= 11 6294 %af benzin pris "O c Holland :1 450 England 300 o 20 40 60 80 100 Procent Figur 2. Indflydelse af priser og afgifter på bestanden af naturgasdrevne køretøjer. Afgifter og priser på naturgas er afbilledet relativt til samme for benzin og dieselolie. Det ses, at Argentina og Italien ikke har afgift på naturgas. 5. Dansk status for naturgasdrift Der har siden midten af 1980-erne været foretaget en række forsøg i Danmark med ombygning af benzinbiler til naturgasdrift. Forsøgene har ledt frem til den konklusion, at naturgas er et velegnet motorbrændsel Efter en indkøringsfase hvor motorerne justeres ind til naturgasdrift, kører de problemfrit med naturgas som brændsel, og man kan konstatere en lidt blødere motorgang end på benzin og især diesel. Som tidligere nævnt kan der være biltyper og kørselsmønstre, der er mindre egnede til gasdrift. Udbredelse af naturgas til personbiler i Danmark hindres først og fremmest af, at forskellen på naturgasprisen og benzin og dieselprisen er for lille til at kunne forrente ekstra investering i naturgasanlæg til bilerne, samt kompensere for ulemperne ved naturgasdrift. For privatpersoners vedkommende er det en hindring, at registreringsafgiften er høj i Danmark, idet den ekstra omkostning til gasanlæg i en fabriksfremstillet bil efter Dansk status for naturgasdrift
DG C-rapport side 11 dagens regler vil blive belagt med moms og registreringsafgift, der tilsammen udgør fra 200-225% afbilens værdi ab fabrik 3. Den højeste afgift pålægges de dyreste biler. Denne afgift vil ramme biler, der er fabriksfremstillede til naturgas. Endvidere vil efterspørgslen efter en brugt bil, der har eller har haft monteret naturgasanlæg, uundgåeligt være behersket i forhold til en sædvanlig benzindrevet bil. Derfor vil brugtvognsprisen for et naturgasdrevent køretøj være lavere end for konventionelle køretøjer, især for dedikerede gasbiler som kun kan omstilles til almindelig drift ved at ombytte motor og tank. Det vil så igen betyde større værditab for den bilist, der satser på naturgasdrift, frem for den billist der vælger samme bil i benzinudgaven. Sammenlignet med benzin og diesel er det et problem, at der ikke findes et net af fyldestationer her i landet, man kan fylde fra. Omvendt vil energiselskaberne være tilbageholdende med at etablere sådanne stationer, indtil de kan se et marked for naturgas til biler. 6. Hjemmefyldeprojektets formål I erkendelse af at der næppe foreløbig etableres landsdækkende net af fyldestationer, besluttede Naturgasselskaberne i 1991 at undersøge mulighederne for at etablere individuelle fyldefaciliteter hos de enkelte indehavere af naturgasdrevne biler. Projektets formål har været at undersøge hjemmefyldekonceptets anvendelighed samt at få afklaret danske myndighedsforhold. Bilerne har været betragtet som kendt teknik. Der er derfor ikke foretaget målinger af bilernes emission før og efter ombygning til naturgasdrift Der er dog målt brændstoføkonomi. I forbindelse med projektet er indkøbt i alt 10 hjemmefyldestationer, og 7 biler er omstillet til naturgasdrift Heraf anvendes 6 stationer direkte i projektet, mens 2 er solgt til Haldor Topsøe A/S til andet formål, og 2 anvendes i forbindelse med udstillinger og som reservedelslager. Målet har været at indsamle erfaringer om fyldestationens pålidelighed og sikkerhed i et sådant omfang, at gasselskaberne kan vurdere konceptets muligheder i Danmark med henblik på hvilke mandskabsmæssige og økonomiske ressourcer, der skal stilles til rådighed i forbindelse med en kommerciel introduktion af fyldestationen i Danmark. Et sekundært formål har været at skabe opmærksomhed omkring naturgas, idet transportområdet og specielt personbilområdet traditionelt har stor bevågenhed i medierne. Hjemmefyldeprojektets formål
DG C-rapport side 12 Projektets mål er således at indsamle alle oplysninger, der er nødvendige for at kunne tage stilling til, hvordan hjemmefyldestationer kan indføres i Danmark, hvis det besluttes at satse på dette marked. 7. Overblik over Hjemmefyldeprojektet Hjemmefyldeprojektet har bestået af en række aktiviteter, som kort gennemgås i dette afsnit. De væsentligste aktiviteter beskrives mere indgående i rapportens senere afsnit. 7.1 Import af hjemmefyldestationer Der findes ingen dansk importør af hjemmefyldestationer. Projektdeltagerne var derfor henvist til selv at importere de 10 hjemmefyldestationer direkte fra producenten, FuelMaker Corp. i Canada. Dette skete i praksis ved, at Dansk Naturgas indkøbte fyldestationerne og videresolgte disse til de øvrige projektdeltagere. Siden da er der kommet en europæisk leverandør, nemlig Sulzer Burehard t i Schweiz. 7.2 Afklaring af forsikringsforhold Da håndtering af brændbare gasser altid indebærer en vis sikkerhedsrisiko, var det vigtigt, at ansvars- og forsikringsforhold for hjemmefyldestationerne blev afklaret. Dette har været en væsentlig del af projektet. 7.3 Afklaring af danske myndighedsforhold Hjemmefyldestationer udgør på flere måder en nyskabelse i Danmark. Det er første gang, det har været overvejet at tilbyde forbrugere at have faciliteter til påfyldning af brændstof ved hjemmet. Det er første gang, gasselskaberne har overvejet at udbyde et produkt til forbrugere med et arbejdstryk på 200 bar. Det er første gang Arbejdstilsynet og Trafikministeriet involveres i Gasreglement A installationer. Endelig er det første gang efter indførelse af nye regler for miljøkrav til biler, at biler søges godkendt til naturgasdrift i Danmark. Alle disse forhold har betydet, at en omfattende myndighedsbehandling har været nødvendig forud for igangsætning af egentlige forsøg med hjemmefyldestationer. 7.4 Udarbejdelse af installationsprojekt Som et led i myndighedsbehandlingen er der udarbejdet et installationsprojekt, der indeholder retningslinier for installation, drift og service af hjemmefyldestationer. Installationsprojektet er baseret på leverandørens anvisninger og er i nødvendigt omfang tilpasset danske myndighedskrav. Overblik over Hjemmefyldeprojektet
DGC-rapport side 13 7.5 Opsamling af driftserfaringer De første fyldestationer blev i driftsat medio 1993. Ved afrapporteringen har hjemmefyldestationerne kørt i gennemsnit et år. I forsøgsperioden er driftsproblemer registreret, ligesom elforbrug, fyldehastighed m.v. er registreret. Forsøg med forskellige indgangstryk samt støjmålinger er ligeledes udført. 8. Teknisk beskrivelse B. 1 Hjemmefyldestationer FuelMak:er FM4 er en kompakt kompressor uden tank. Den er beregnet tillangsom fyldning af en tank placeret i en bil. Der er to studse, hvorved man kan tanke to biler samtidigt. Leveringsmængden er angivet af fabrikanten til 2,5 nm3 i timen. Gastilførslen er den almindelige forsyning med tryk fra 20-150 mbar. Det maksimale fyldningstryk er 200 bar, afhængig af omgivelsernes temperatur. Fyldetrykket blivere lavere ved lave omgivelsestemperaturer for at und-' gå overtryk i tanken, hvis bilen køres ind i en garage efter endt fyldning. Kompressoren tilsluttes 220 volt vekselstrøm. Kompressoren er oliefri, idet stempler og cylindre er belagt med teflon. Levetiden for et kompressormodul er 2000 timer, herefter skal modulet ombyttes med et nyt eller hovedrepareret modul. Selve kompressoren består af to dele. Den ene del er cylinderdelen, hvori gassen komprimeres i fire trin. Denne del indeholder rotoren til elmotoren, der driver kompressoren. Den anden del indeholder strømførende viklinger til el-motoren, køleribber, højtrykstilslutning for påfyldningsslange og et trykudligningskammer. De to dele er boltet sammen med fire bolte og tætnet med en O-ring over trykudligningskammeret Mellem de to dele går der et højtryksti ører k ompnme- udq:m!llsommen """''ol'nodjie'. Konvekt\Oil<plo, llyludl\g1lnglkanrnef 10mt stator for kdrrcll80101m0tor rør, som ret gas til den anden del. Kompressoren er indeholdt i en kappe, der fordeler Teknisk beskrivelse
DG C-rapport side 14 køleluft omkring kompressoren. Kappen er igen anbragt i et hus med adgangslåg til betjeningspanel og forseglet serviceadgang. Til styring er der et elektronikmodul, der overvåger parametre under fyldningen såsom udetemperaturen, trykstigning i tanken og timetal for kompressormodulet Ved hjælp af en håndbåren terminal kan servicepersonale justere fyldestationen til tankstørrelse eller frakoble overvågning af trykstigning. Kompressoren er fremstillet i trykstøbt aluminium. Kompressoren er monteret i en kappe af hård PVC, som overalt er 5 mm tyk. Kappen omslutter kompressorenheden og har primært til opgave at lede køleluften til kompressorens køleribber. Der er åbninger opadtil og i bunden. I bunden af kappen sidder en ventilator, som blæser køleluften op over kompressoren til afkast i toppen. Endelig består apparatets ydre klædning af 4 mm Polypropylen i tre dele: kasse, låg for serviceadgang og dæksel over betjeningspanelet. Af hensyn til sikring mod overfyldning skal fyldestation placeres udendørs sammen med det køretøj, der skal påfyldes. Fyldningen standses ved et tryk, som afhænger af omgivelsestemperaturen: ved temperatur lavere end 20 C fyldes tillavere tryk end 200 bar, ved temperatur på 20 C eller højere fyldes til 200 bar. Tobaksrygning og brug af åben ild forbudt Opstillingsstedet vælges, så påfyldningsslangen ikke krydser befærdede adgangsstier under påfyldningen. Afstandskrav til naboskel er mindst 5 meter. Mellem oplukkelige vinduer og fyldestedskal der være mindst 4 meter. Der skal placeres et nødstop, som lukker for gasforsyningen til kompressoren. Nødstoppet placeres ved fyldestationen i en afstand fra denne på mindst påfyldningsslangens længde. Der placeres skilte med teksten "Tobaksrygning og brug af åben ild forbudt" 3 meter fra fyldestationen. Der placeres påkørselssikringer i hjørnerne af et kvadrat rundt om fyldestation mod den eller de sider, hvor der er mulighed for påkørsel. Fabrikanten foreslår, at der anvendes stålrør med diameter 10 cm og længde 2,2 m rammet l,2 m ned i jorden og derpå fyldt med cement. For yderligere beskrivelse af installation, idriftsættelse og servicering henvises til installationsprojektet 4 8.2 Krav til. gaskvaliteten Kravet til naturgassen er, at vandindholdet ikke bør være over 110 mg vand/nm 3 gas. Vandindholdet i gas kan bestemmes ved målinger af vanddugpunktet, dvs. man har en overflade- et spejl- hvis temperatur kan varieres. Dugpunktstemperaturen er den temperatur, ved hvilken gassen netop begynder at afsætte dug. Dugpunktet afhænger også af trykket, ved høje tryk stiger dugpunktet. Dansk naturgas har dugpunktstemperatur på gennemsnitligt +l5 C ved 80 bar. Ved trykreduktion falder dugpunktet. Sammenhængen er illustreret på Figur 3. Teknisk beskrivelse
DG C-rapport side 15 u o L. :J... e! Cll a. E Cll... Cl) ~ r:: :J a. C) :J c 20 10 o -10-20 -30-40 - - / ~ / v -50 J -60 O,Q1 ~ v ~ ~ h v ~ v 7/ v / L v.,..;... ~~ / ~ / ;... ~:,.;..- ~ """..- 0,1 / ~../ ~... ~ ~ /~ ~., ~,, f~ 10-150bar -100bar -so bar -s bar -1 bar Vandindhold gram/nm 3 gas Figur 3. Dugpunktstemperatur som funktion af vandindhold Tryk er angivet i absolutte enheder (KaliChemie). Det kan aflæses, at en dugpunktstemperatur på +l5 C ved et tryk på 80 bar svarer til et vandindhold på ca 50 mg/nm 3 Hvis der derimod tages udgangspunkt i Gasreglementet Appendix la, er kravet, at vanddugpunktstemperaturen ved 0-4 bar absolut tryk højst må være +5 C. På figuren aflæses, at det modsvarer 0,7 til 3 g/nm 3, hvilket er for højt. For højt vandindhold kan måske også forekomme i gasrør, der ikke er diffusionstætte for vand, fx på strækninger med ringe gasforbrug. Vanddamp kan diffundere gennem rørvæggen, hvis forskellen i vanddamptryk mellem yder- og inderside er tilstrækkelig stor. Hvis vandindholdet er for højt, bør der monteres et vandfilter på gasforsyningen. 8.3 Biler Naturgassen komprimeres ved fyldningen til 200 bar og lagres i tryktanke i køretøjet. Fra tankene strømmer gassen til en reduktionsventil, hvor trykket reduceres, inden gassen strømmer videre til en gas/luftmixer. Når motoren arbejder, er der undertryk i indsugningsmanifolden. Når gasspjældet åbnes, forplanter dette undertryk sig til mixeren og videre til gastrykregulatoren, som kompenserer ved at åbne for gastilførselsventilen, hvorved der opretholdes et konstant tryk på gassen frem til mixeren. På denne måde opretholdes et nogenlunde konstant forhold mellem luft og gas. Finreguleringen er nødvendig på motorer med trevejs reguleret katalysator for at sikre korrekt blandingsforhold under alle forhold. Teknisk beskrivelse
DG C-rapport side 16 :r.!!!. ~ i5l., Påfyldning Figur 4. Skematisk fremstilling af brændstofsystemet i et gasdrevet køretøj. Cylinderfyldning Dedikeret gasmotor Når en motor kører på gasformigt brændstof i stedet for væskeformigt brændstof som benzin og diesel, bliver der indsuget mindre luft til forbrændingen, fordi gassen fortrænger langt mere forbrændingsluft end bezin- eller dieseloliedråber. Ombygges en benzin- eller dieselmotor til naturgasdrift, vil man i regelen miste ca 10% afgiven effekt. Der er ikke tale om nedgang i motorens virkningsgrad for benzinmotorens vedkommende. En ombygget dieselmotor vil derimod miste nogle procent af den termiske nyttevirkning, dels fordi kompressionsforholdet reduceres fra typisk 20: l til 12: l, dels fordi der anbringes et gasspjæld, som formindsker cylinderfyldningen ved dellast, hvorved kompressionstrykket nedsættes. De såkaldte dedikerede motorer har kun gasanlæg, og motoren er optimeret med hensyn til tænding og kompression til naturgassens gode genskaber som motorbrændsel. Selvantændingstemperaturen for naturgas ligger højere (ca. 850 C) end for benzin (ca. 700 C). Dette betyder i praksis, at naturgas har højere oktantal end benzin. Oktantallet for dansk naturgas ligger over 100. Derfor kan man benytte højere kompressionforhold i gasmotorer end i benzinmotorer. Volvos gasmotor THG103 til busser har kompressionsforhold 12,7:1 samtidig med, at der er turbolader med op til 0,8 bars overtryk på indsugningsluften. Denne motor når op på 38% termisk nyttevirkning. Til sammenligning hermed kan anføres, at samme motor i dieseludgave ligger på 42% i termisk virkningsgrad. V ed dellast er denne forskel større i dieselmotorens favør. Generelt kan man sige, at dedikerede gasmotorer har en brændstoføkonomi, der ligger mellem benzin- og dieselmotoren. Teknisk beskrivelse
DG C-rapport side 17 Ombyggede motorer De ombyggede benzinmotorer indeholder som oftest både benzin- og gasanlæg. Der kan enten køres på gas eller på benzin. Motoren er altså ikke optimeret til gasdrift Der er en række ombygningssæt i handelen. Til Hjemmefyldeprojektet valgtes et italiensk produkt, Landi Renzo. Ombygningssættene fås til en række biler. Sættet består af en gastrykregulator, en mixer og en elektronisk styreenhed, som overtager den oprindelige styreenheds opgaver, både på gas og på benzin drift. Til betjening af brændstofsystemet er der en omskifter mellem benzin- og gasdrift samt en tankindholdsindikator til montage i bilens instrumentbræt. Kører man tom for gas, skifter man blot over på benzin, mens bilen kører. Der anvendes tanke af stål i projektes biler. Tankene er på 80 liter rumfang, de vejer ca. 100 kg stykket og kan rumme ca. 16 nm 3 naturgas. Årsagen til, at der ikke valgtes lettere tanke, var, at der ikke forelå dansk typegodkendelse på lette tanke. To af bilerne er af hensyn til rækkevidden forsynet med to henholdsvis tre tanke. Installationen af det gastekniske anlæg i bilerne udførtes efter de New Zealandske normer, hvilket var forlangt af Trafikministeriet Hver gastank er forsynet med ventil for overtryk, smeltesikring samt afspærringsventil. Afblæsningen er ført ud under vognbunden gennem en 3" slange. Fra tanken føres gassen gennem højtryksrør i rustfrit stål med dimension 6x l frem til gastrykregulatoren, som er anbragt i motorrummet. Der er et T-stykke på højtryksrøret, hvor den ene gren går til gastrykregulator, den anden går til påfyldningsstuds. Påfyldningsstudsen er ligeledes anbragt i motorrummet og forsynet med en tændingsafbryder, som aktiveres af påfyldningskoblingen. Bilerne er forsynet med hvide mærkater med teksten "CNG" foran og bagpå. Brandmyndighederne har via Beredskabsstyrelsen modtaget besked om betydningen af dette skilt. Eftersom bilerne er synet og godkendt af Bilinspektionen, kan de følgelig køre på alle offentlige veje. Ligeledes kan de uden hindringer transporteres med bilfærger på samme vilkår som alle andre biler. Der er altså ikke tale om, som nogen har troet, at man skallukke afspærringsventiler på gastanken, når man kører ombord på en færge. Teknisk beskrivelse