Nye gaskvaliteter i nettet v. Jan K. Jensen Hørsholm
Indhold: - Lovgivning - Formål - Gaskvalitet - Afregning - Anvendelse - Fokus på brint - Indsatsområder Test af naturgassystemet til H 2 distribution, DGC 2003
Direktiv 2003/55/EF af 26. Juni 2003 om fælles regler for det indre marked for naturgas... Artikel 1 1. I dette direktiv fastsættes fælles regler for transmission, distribution, forsyning og oplagring af naturgas. 2. De regler, der fastsættes i dette direktiv om naturgas, som også omfatter flydende naturgas (LNG), gælder ligeledes for biogas og gas fra biomasse eller andre typer gas, i det omfang sådanne gasser teknisk set og sikkert kan injiceres og transporteres gennem naturgassystemet.
2. De regler, der fastsættes i dette direktiv om naturgas, som også omfatter flydende naturgas (LNG), gælder ligeledes for biogas og gas fra biomasse eller andre typer gas, i det omfang sådanne gasser teknisk set og sikkert kan injiceres og transporteres gennem naturgassystemet.
Formål At udnytte det eksisterende transportsystem til naturgas til distribution af CO 2 neutral energi samt at anvende naturgassystemet som buffer for anden energi. Effektiv VE anvendelse Den billigste måde at flytte fx biomasse eller eloverskud Miljøpolitik Lav omkostning til CO 2 reduktion Energipolitik Forsyningssikkerhed
Implementering af direktiv i dansk lovgivning Folketinget har med vedtagelsen af LOV om ændring... el-, gas- og varmeforsyning nr. 494 af 09.06.2004) implementeret direktivets anvisning i LOV om naturgasforsyning (nr. 130 af 27.02.2003, 2, stk. 2).
Implementering af direktiv i dansk lovgivning I bemærkningerne til lovforslaget uddybes dette: "..biogas, gas fra biomasse og andre typer gas, i det omfang sådanne gasser teknisk og sikkert kan injiceres og transporteres gennem naturgassystemet. Bestemmelsen indebærer, at disse gasarter skal have adgang til naturgasinfrastrukturen, hvis de f.eks. opgraderes til naturgaskvalitet eller injiceres i så begrænsede mængder, at den blanding af naturgas og anden gas, der herved fremkommer i nettet, holder sig inden for de kvalitetsspecifikationer, der gælder for naturgas i systemet."
Væsentlige problemstillinger i direktiv: Selvom der tages forbehold for omfanget af andre gasser i naturgasnettet, så mangler der spcifikationer af den injicerede gas. Gasreglementets krav må forventes overholdt ved slutanvendelsen, men hvorledes dette kontroleres og hvorledes energiafregningen sker er ikke klarlagt.
Gaskvalitet naturgas: Komponent: 1991 2002 Metan 91.09 87.56 Etan 5.02 6.75 Propan 1.83 2.88 i-butan 0.35 0.38 n-butan 0.50 0.56 i-pentan 0.14 0.10 n-pentan 0.10 0.08 Hexan + 0.08 0.05 Nitrogen 0.31 0.34 Kuldioxid 0.58 1.29 Vigtige forhold: Brændværdi Wobbeindex Densitet Eksplosionsgrænser
Gaskvalitet naturgas: Brændværdi Nedre brændværdi [MJ/m³n] 40.4 40.2 40.0 39.8 39.6 39.4 Nedre brændværdi Sammensætningen af dansk naturgas er ret stabil, men varierer med produktionsforhold og lagertræk. På figuren ses årsmiddel af nedre brændværdi for dansk naturgas. 39.2 39.0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Årstal [-]
Gaskvalitet standarder: Gaskvalitet naturgas type L og H:
Gaskvalitet: Generelle krav til gas sammensætning
Gaskvalitet naturgas: Wobbeindex, H gas
Gaskvalitet : Tysk naturgas/russisk gas Komponent: Indhold: Enhed: Metan 98,21 vol.% Etan 0,60 vol.% Propan 0,15 vol.% i-butan 0,04 vol.% n-butan 0,00 vol.% i-pentan 0,04 vol.% n-pentan 0,00 vol.% Hexan + 0,08 vol.% Nitrogen 0,03 vol.% Kuldioxid 0,87 vol.%
Gaskvalitet : Effekt af russisk gas 46.000 Blandingsgas af dansk naturgas og russisk naturgas 44.000 Brændværdi [kj/m3n] 42.000 40.000 38.000 36.000 Øvre Nedre 34.000 32.000 0 20 40 60 80 100 Andel russisk gas [vol.%]
Produktion af VE-gas: Anaerob forgasning Biogas plant Sewage plant Landfill plant Termisk forgasning Fixed bed Fluidised bed Pyrolyse Brint Vindmøller Solceller Biologisk fremstilling
Biogasprocesser (anaerobe):
Termiske processer: H 2 : 10-50 % CO : 10-70 % CH 4 : 0-20 % CO 2 : 5-20 % N 2 : 0-50 % Calorific v. 5-15 MJ/m 3 DGF årsmøde 2003
Gaskvalitet: Naturgas Biogas (a) Bygas H 2 Brændværdi n [MJ/m 3 ] 40 23 15 11 Wobbetal n [MJ/m 3 ] 54 27 19 41 Densitet (relativ) [-] 0,7 1,0 0,6 0,07
Gasmåling/afregning Relativ fejl på leveret energi Måleprincip Volume Mass flow Oriffice meter meter meter H 2 [vol%]: 0 100 100 100 5 96.5 100.9 98.7 10 93.0 101.9 97.4 15 89.5 103.0 96.0 20 86.0 104.3 94.7 25 82.5 105.6 93.4 Gastec, november 2003
Gaskvalitet : Naturgas - Brint (0-25 vol%) Brændværdi Wobbeindex 46.000 Blandingsgas af dansk naturgas og brint 56,0 Blandingsgas af dansk naturgas og brint 44.000 55,5 55,0 Brændværdi [kj/m3n] 42.000 40.000 38.000 36.000 Øvre Wobbeindeks [MJ/m3n] 54,5 54,0 53,5 53,0 52,5 34.000 Nedre 52,0 51,5 Øvre 32.000 0 5 10 15 20 25 Andel brint [vol.%] 51,0 0 5 10 15 20 25 Andel brint [vol.%]
Overholdelse af gaskvalitetskrav mht. slutanvendelse Biogas, som består af primært CH 4 og CO 2, kan renses og opgraderes, så den stort set svarer til gaskvaliteten i naturgasnettet. Opgradering af biogas er kendt og anvendt teknologi. Forgasningsgas, som primært består af CO, H 2, N 2, CH 4, kan ikke opgraderes til samme gaskvalitet som i naturgasnettet. Krav til gaskvalitet må sikres via opblanding. H 2 kan tilsættes i mindre mængder (op til 25%), såfremt krav til gaskvalitet skal overholdes.
Problemstillinger mht. H 2 og biogas i naturgasnettet: - Mulige blandingsforhold efter gasreglementet - Forbrændingsmæssige egenskaber - Korrosion - Giftighed (fx CO) - Renhed (dugpunkter, støv, tjærestoffer, sporstoffer, kvalitetskontrol) - Odoriseringskrav til injiceret gas på distributionsnettet - Krav til dokumentation, flowmåling og registreringer således, at afregningen for kunderne efterfølgende kan blive korrekt
Opgradering: Processer: Membranseparation Pressure Swing Adsorption Fysisk absorption Trykvandsvask Selexol CO 2 fjernelse (kemisk reaktion) CO 2 fjernelse ved kondensation [DKK/m3 SNG] 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Membrane separation Water scrubber PSA 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Production [106 m 3/year SNG] Omkostning ved opgradering, DGC 2001 Omkostning: 17-50 ct/nm 3 (Svenskt biogas forening) ca. 1 DKR/nm 3 (DGC udredning)
Kontrol af gaskvalitet For mindre biogasanlæg kan omkostningerne til gasbehandling og gasanalyser være betydelige: Fx til rensning for svovl- og clorforbindelser og til kontinuerlig GC - og H 2 S måling, dugpunkskontrol og odoranttilsætning. Hvor skal kontrollen finde sted?
Afsætning af H 2 til naturgasnettet: Anvendelse: 2% H 2 : Driftsproblemer for gasmotorer 25% H 2 : Wobbetal udenfor Gasreglementets krav. Op til 25 % H 2 forventes ikke at give sikkerhedsmæssige problemer for nye apparater, mens nogle ældre gasapparater kun kan anvendes med op til 12 % H 2 i naturgassen.
100 % H 2 i naturgasnettet: Energistyrelsens brintprogram. Projekt afsluttet marts 2004. HNG, DGC, SGC, Tumab, Norsk Hydro. Rapport www.dgc.dk Afprøvning af materialer, komponenter og samlingsmetoders anvendelighed, d.v.s.: - Lækage og iltindtrængning - Stål- (19 bar) og plastrør (4 bar) og samlinger - Husinstallation (20 mbar) og samlinger - Gasmålere: Rotations-, turbine- og bælgmålere: (Stabilitet og præcision)
100 % H 2 i naturgasnettet: Samlet konkluderes, at der er muligheder for hydrogentransport via 19 bar ståldistributionsnettet og 4 bar plastdistributionsnettet. For plastnettet kræves især yderligere undersøgelser af forholdene omkring de fundne tendenser til ændringer i smelteindeks og reduceret resistens mod oxidation efter brinteksponeringen. Endvidere bør de målte tendenser til øget stivhed for PEM plast og reduceret stivhed for PE 100 plast undersøges nærmere. Forsøget har vist, at alle samlinger, komponenter og armaturer i gasnettet periodisk bør undersøges for lækage. Visse komponenter skal modificeres for at være tætte for hydrogen.
Aktiviteter vedr. H 2 og biogas i naturgasnettet: F&U og demonstration: - Udvikling af dansk brintstrategi - EFP: Undersøgelse af plastmaterialers holdbarhed ved 100 % H 2 søgt - EU-projekt: Undersøgelse af op til 25 % H 2 i naturgasnet igangsat Gasorganisationer: - GERG: Indsamling af oplysninger om biogasser (datagrundlag) - Marcogaz: Analyse af konsekvenser og krav ved tilsætning af biogas Gasselskabernes samarbejde om drift og teknik: - FAU GM: Undersøgelse af konsekvenser for afregning - TCG: Nødvendige krav ved tilsætning af biogas og brint
Driftsmæssige problemstillinger: Tekniske: Gasmåling - forbruger Gasapparater Odoranttilsætning Beskadigelse af rør, ventiler og målere Netkapacitet Økonomiske/juridiske: Afregning - mængde/energi Gasleverandør - hvem? Netkapacitet
Sammenfatning Biogas kan afsættes til naturgasnettet, men for mindre anlæg kan omkostningerne til gasbehandling og gasanalyser være betydelige. Flere analyser viser at op til 25% brint kan accepteres af nye apparater i gassystemet, men praktiske erfaringer mangler. Der er pt. betydelig interesse for brint som fremtidens energibærer, herunder transport af op til 100% H 2 i naturgassystemet. Der er yderligere behov for at afklare konsekvenserne af at injicere biogas og brint i naturgasnettet mht. anvendelse, transportsystem og afregning.
Nye gaskvaliteter i nettet Kopi af indlæg? Send E-mail til jkj@dgc.dk v. Jan K. Jensen Hørsholm