Saulekilen renseanlegg - Bigass Ptensialer g alternative utnyttelser av bigass Mulighetsstudie - 1 -
Tittel: Saulekilen renseanlegg Ptensial g alternative utnyttelser av bigass Oppdragsgiver: Arendal kmmune Rådgiver Staveien 14, 4820 Arendal Tel:38 60 70 00 E-pst: arild.lsbu@nettknsult.n www.nettknsult.n Oppdragsgivers kntaktpersn: Knut Berg Larsen Prsjektnummer: Arbeidsrdrenr (AO): Utarbeidet av: André Dalene Prsjektleder: André Dalene Revisjn A Dat: 24.januar 2012 Kntrllert av: Arild Olsbu Antall sider: 43 Gdkjent av: Arild Olsbu Antall vedlegg: Revisjn Dat Beskrivelse Utarbeidet Fagkntrllert Gdkjent A 24.januar 2012 Endelig versjn André Dalene Arild Olsbu Arild Olsbu Krt sammendrag: Årlig kartlagt bigassptensial med g uten bilgisk rensing: 3,6-4,7 GWh Årlig kartlagt bigassptensial m/bilgisk rensing: 0,65 mill m 3 Metaninnhld: 55-66 % Årlig kartlagt varmefrbruk fr renseanlegget: ca 4,5 GWh Årlig elektrisitetsbehv fr renseanlegget: 1,2 GWh Årlig beregnet el.prduksjn fra gassmtr: 1,2-1,4 GWh Rapprten tar fr seg 4 alternativer fr utnyttelse av bigassen: Varmeleveranse til Willumstad bligmrådet Gassleveranse til Kitrn Elektrisitetsprduksjn fra gassmtrer Drivstffprduksjn - 2 -
Innhld 1. BAKGRUNN FOR PROSJEKTET... - 4-2. BIOGASSPOTENSIAL MED OG UTEN BIOLOGISK RENSING... - 5-3. ALTERNATIVE UTNYTTELSER AV BIOGASSEN...- 12 - Alternativ A) Områdeanalyse Varmeleveranse til Willumstad bligfelt g gassleveranse til Kitrn... - 14 - Krtfattet mrådebeskrivelse g utbyggingsplaner... - 14 - Krt m bigass leveranse til Kitrn med en grv øknmisk analyse... - 15 - Varme- g effektbehv fr Willumstad-bligmrådet... - 16 - Mulige systemløsninger Varmeleveranse til Willumstad... - 16 - Øknmiske vurderinger Varmeleveranse til Willumstad... - 17 - Knklusjn Varmeleveranse til Willumstad-bligfelt... - 19 - Alternativ B) Elektrisitetsprduksjn fra bigass... - 20 - Gassmtr... - 22 - Case-studie fr en 150 kw EL Gassmtr: En grv teknisk-øknmisk analyse fr Saulekilen... - 25 - Knklusjn Elektrisitetsprduksjn... - 29 - Alternativ C) Drivstffsprduksjn Bimetan til CBG/LBG... - 30 - Prduksjnsvlum ved Saulekilen renseanlegg... - 30 - Bigassens innhld g kvalitetskrav fr naturgasskvalitet... - 30 - Teknlgi g metder fr å ppgradere bigass til bimetan... - 32 - Fjerning av CO 2... - 33 - Rensing av frurensede stffer... - 35 - Hvilke ppgraderingsprsesser benyttes i dag?... - 36 - Etterbehandling, lagring g distribuering... - 36 - Kstnader frbundet ppgradering av bigass til bimetan g distribusjn i frm av CBG g LBG... - 38 - Knklusjn - Drivstff... - 40-4. OPPSUMMERING OG ANBEFALINGER FOR VIDERE FRAMDRIFT...- 41 - - 3 -
1. Bakgrunn fr prsjektet Utgangspunktet fr mulighetsstudien er en frespørsel fra Knut Berg Larsen i Arendal kmmune m å studere ptensialer g alternative utnyttelser av bigass prdusert ved Saulekilen renseanlegg. Det planlegges investeringer i frhld til ppgraderinger etc. ved renseanlegget, sm gjør at årlig tilgjenglig bigassmengde vil øke. Det skal bl. annet investeres i bilgisk rensing, samt at varmluftstørka, sm var en intern frbruker av bigass, ble fjernet i mars 2011. Det fakles ca 1,6 GWh bigass i året g CO 2 -utslippet frbundet med denne faklingen må det betales fr. Disse mmentene er med på å bidra til å se på alternative muligheter. Dersm bigassen skal utnyttes til alternative frmål bør mest mulig av prdusert bigass benyttes inn i mt det alternative frmålet, slik at det blir mest mulig lønnsmhet i investeringene sm gjøres. Sm en knsekvens at dette bør det derfr sees på muligheten fr å benytte andre ppvarmingskilder enn bigass til internt frbruk. Det gjelder da å utnytte tilgjenglige energiressurser på en mest mulig miljøvennlig g kstnadseffektiv måte, bl annet å benytte spillvarme fra klakken via varmepumpe, ekssvarme fra gassmtr, samt frtsatt å utnytte spillvarmen (verskuddsvarmen) fra tynnfilmfrdamperen g verskuddsprduksjn av bigass. Dagens gass- g ljekjeler kan benyttes sm spisslast g backupenheter. - 4 -
2. Bigassptensial Med g uten bilgisk rensing Kartlegging av bigassprduksjn g internt frbruk av bigassen er viktig å ha på plass fr å kunne si ne m alternativ utnyttelse av gassen. Årlig prduksjn av bigass vil være definert sm bigassptensialet, sm sier ne m hva tilgjenglig gassmengde er til alternativ utnyttelse. Tallmaterialet fr bigassprduksjn g frbruk er basert fra 2009-året, sm er et år der den årlige prduksjnen er mtrentlig på et gjennmsnitt siden 2006. Graddagstall fr Arendal fr 2009 g 2010 er henhldsvis 3314 g 4032 i frhld til 30-års nrmalen på 3504, slik at utetemperaturen i 2009 ikke er så langt unna 30 års nrmalen. Dette har ne si i frhld til lje- g bigassfrbruk til ppvarmingsfrmål av bygget g lkalet. Derfr benyttes tallmaterial fra 2009 i denne rapprten. Interne frbrukere av bigass, lje g spillvarme/verskuddsvarme er følgende: Råtnetank Tynnfilmfrdamper Varmluftstørke (Pr 17.mars 2011 er denne enheten fjernet) Oppvarming av lkalene g bygget Fakling Oversikt ver kjeler med installert effekt g spillvarmeutnyttelse: Kmbi.kjel av lje g bigass: 900 kw (Bigass) + 1190 kw (Olje) Oppvarming av tynnfilmfrdamperen g varmluftstørka(sm nå er fjernet) Gasskjel: 90 kw Oppvarming av lkalene g råtnetanken Varmeveksler etter tynnfilmfrdamperen Utnyttelse av spillvarme/verskuddsvarme: Oppvarming av lkalene/bygget g råtnetanken Prduksjn av bigass fra klakkslam g ne tilsatt avfallsprdukt fra ølbryggeri fregår i 2 råtnetanker med tilsammen et gassvlum i tankene på 1600 m 3 g et gasslager på 200 m 3. Varmefrbruk Årlig varmefrbruk i. Fakkel ii. iii. iv. Råtnetank Tynnfilmfrdamper g varmlufttørke Oppvarming av lkalene g kntrdelen - 5 -
Punktene ver (fra i.-iv.) var utgangspunktet fr kartleggingen i denne mulighetsstudien i frhld til årlig varmefrbruk. Det har vist seg underveis i prsessen at det er en utfrdring å kartlegge en fullstendig varmebalanse med hensyn på årlig frbruk pr enhet, ut i fra det sm er ppgitt av måledata fra anlegget. Metden sm var tenkt å benytte fr å estimere varmefrbruket til tørka var å sammenlikne lggedata fr fakkel, bigassprduksjn g ljefrbruk før g etter tørka ble fjernet 17.mars 2011. Dette viste seg å bli en utfrdring å estimere varmefrbruket til tørka. Derfr er det kun tatt med ttalfrbruket, sm vist i Tabell 2.1. Figur 2.1-2.4 viser prduksjn, frbruk g trender fr en utvalgt tidsperide før tørka ble fjernet sammenliknet mt samme antall dager etter at tørka ble fjernet. Frbruket g prduksjnen i 2010 i samme peride ble gså tatt med sm et sammenlikningsgrunnlag. Tabell 2.1 Årlig varmefrbruk (Tallmaterialet er fra 2009) Nøkkeltall - Årlig varmefrbruk frdelt på kilder Fakling Bigassfrbruk i 2009 (basert på prduksjn på 3,6 GWh i 2009) Oljefrbruk i 2009 Spillvarme Overskuddsvarme fra tørka (Antar 15-20 % utnyttelse i frhld til varme tilført tørka) Ttalt årlig frbruk 1,6 GWh/år 2 GWh 0,9 GWh? GWh/år 4,5 GWh/år En av grunnene til at ca 44 % av bigassen fakles (1,6 GWh i frhld til ttal bigassmengde på 3,6 GWh) er at lagringskapasiteten i gasslageret er fr lite. Dagens gasslager er på 200 m 3, hvr gassen har en pphldstid på 3-6 uker. Dermed må gassen fakles, når prduksjnen er høyere enn frbruket, samtidig sm gasslageret er fult. Det har blitt fretatt en teretisk beregning på årlig varmebehv fr begge råtnetankene på ca 0,5 GWh pr år (sm gir 57 kw i tilført effekt), med antagelser m 50 m 3 /døgn slam tilført, kntinuerlig drift (8760 timer/år) g ppvarming av slammet fra 15 ⁰C til 38 ⁰C. - 6 -
kwh 20 000 18 000 16 000 14 000 12 000 10 000 Bigassprd. 2010 Bigassprd. 2011 8 000 6 000 4 000 2 000 0 02.01 01.02 03.03 02.04 02.05 01.06 Figur 2.1 Bigassprduksjn fra 2.januar til 24.mai i 2010 g 2011, målt i kwh. Dat kwh 18 000 16 000 14 000 12 000 Bigass frbruk 2010 Bigass frbruk 2011 Lineær (Bigass frbruk 2010) Lineær (Bigass frbruk 2011) 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 02.01 01.02 03.03 02.04 02.05 01.06 Figur 2.2 Bigassfrbruk i periden 2.januar 24.mai 2010 g 2011, målt i kwh Dat - 7 -
kwh 35 000 30 000 25 000 Ttal frbruk 2010 Ttal frbruk 2011 Lineær (Ttal frbruk 2010) Lineær (Ttal frbruk 2011) 20 000 15 000 10 000 5 000 0 Dat 02.01 01.02 03.03 02.04 02.05 01.06 Figur 2.3 Ttalfrbruk (bigass + lje) i periden 2.januar 24.mai 2010 g 2011, målt i kwh. Overskuddsvarmen fra tørka er ikke tatt med. % 80 70 60 50 40 30 20 10 Metaninnhld 2011 Metaninnhld 2010 0 02.01 01.02 03.03 02.04 02.05 01.06 Dat Figur 2.4 Metaninnhld(CH 4 ) i bigassen, målt i prsent - 8 -
Bidragsytere fr å øke tilgjenglig bigass er følgende faktrer Bilgisk rensning Øker slammengde Fjerning av varmluftstørka - Frigjør bigass Utnytte andre tilgjenglige g frnybare energiressurser ved renseanlegget til internt ppvarmingsfrbruk - Frigjør bigass Aktuelle ressurser er spillvarme fra klakken g frtsatt å utnytte verskuddvarme fra tynnfilmfrdamperen. Økning av metaninnhld g gassmengde ved tilsetting av andre substrater/energikilder enn klakkslam i råtnetankene. Det har vært prøvd ut å tilsette avfallsprdukter fra ølbryggeriet i Arendal. Dette er en av frklaringene på en økning i metaninnhldet i bigassen i 2011 sammenliknet mt tidligere år. Metaninnhldet i bigassen har økt fra et gjennmsnitt på ca 55 % i 2009 til 66 % første halvåret i 2011. Beregningene i rapprten tar utgangspunkt i dette intervallet. Andre aktuelle energikilder er Matavfall Husdyrgjødsel fra eventuell mkringliggende gårdsbruk Avfall fra næringsmiddelindustri g slakteriavfall Bilgisk rensing Det årlige bigassptensialet er beregnet med g uten intrduksjn av bilgisk rensing av klakkslammet. Bilgisk rensing planlegges å installeres i renseanlegget i 2015/2016, sm vil utskille ne mer slam til råtnetankene. Teretiske beregninger anslår en relativ liten økning på pp til 5 % i slammengde ved en vergang til bilgisk rensing (Ref. Knut Berg Larsen). - 9 -
Årlig bigassptensial Nøkkeltall - Bigassprduksjn uten bilgisk rensing Gj.snitt slammengde tilført råtnetankene pr dag 50 m 3 /dag Gj.snitt bigass prduksjn pr dag 1 681 m 3 /dag Gj.snitt bigassprduksjn pr år 613 565 m 3 /år Bigassprduksjn i frhld til tilført slam 33,6 m 3 bigass/m 3 slam Metaninnhld i bigassen 55-66 % Energiinnhld metan (CH 4 ) 11 kwh/m 3 Gj.snitt gassprduksjn pr time - 70 m 3 /h med 55 g 66 % CH4 400-500 kw Høyeste målte verdi fr gassprduksjn pr time ca 100 m 3 /h* 600-730 kw Årsprduksjn bigass (Bigassptensial) 3,6-4,4 GWh/år *Det er knyttet ne usikkerhet til målingene av gassprduksjnen i råtnetankene. Måleskalaen til instrumentene i råtnetankene går til max 100 m 3 Nøkkeltall - Bigassprduksjn med bilgisk rensing Gj.snitt slammengde tilført råtnetankene pr dag (økt med 5 %) 52,5 m 3 /dag Gj.snitt bigass prduksjn pr dag 1766 m 3 /dag Gj.snitt bigassprduksjn pr år 644 590 m 3 /år Bigassprduksjn i frhld til tilført slam 33,6 m 3 bigass/m 3 slam Metaninnhld i bigassen 55-66 % Energiinnhld metan (CH 4 ) 11 kwh/m 3 Gj.snitt gassprduksjn pr time (74 m 3 /h med 55 g 66 % CH4) 450-550 kw Årsprduksjn bigass (Bigassptensial) 3,9-4,7 GWh/år Bigassptensialet ved Saulekilen sett i frhld til bigassresurser i Nrge Det teretiske energiptensialet fra avløpsslam i Nrge er ttalt sett på ca 266 GWh/år (Ref. Ptensialstudie fr bigass i Nrge, Østlandsfrskning AS g UMB 2008). Figuren 2.5 viser et teretisk beregnet energiptensial i bigass fra avløpsslam frdelt på fylkesnivå i Nrge. Aust-Agder har et ptensial på ca 750 000 Nm 3 - metangass. Ved Saulekilen er energiptensialet med 613 000 m 3 prdusert bigass 337 000-400 000 m 3 -metangass (Grvt utregnet). - 10 -
Figur 2.5 Fylkesvis frdeling av teretisk energiptensial fra avløpsslam (Ref. Ptensialstudie fr bigass i Nrge, Østlandsfrskning AS g UMB, 2008) Avløpsslam står fr ca 4 % av de ttale bigassressursene i Nrge, se Figur 2.6. Figur 2.6 Frdeling av teretisk energiptensial på ulike bigassressurser (Ref. Ptensialstudie fr bigass i Nrge, Østlandsfrskning AS g UMB, 2008) - 11 -
3. Alternative utnyttelser av bigassen 4 alternativer gjøres rede fr i denne mulighetsstudien a) Områdeanalyse - Varmeleveranse til Willumstad bligmråde eller gassleveranse til Kitrn b) Strømprduksjn g utnyttelse av spillvarme fra gassmtr c) Drivstffprduksjn Det bør etterstrebes å nyttiggjøre seg mest mulig av den prduserte bigassen til alternative utnyttelser, dersm det skal gjøres investeringer fr strømprduksjn, drivstffprduksjn sv. Dette fr å skape best mulig lønnsmhet i investeringene sm gjøres. Fr å utnytte maksimalt av bigassen til alternativene kan en mulighet være følgende Grunnlast Oppvarming av lkalene/bygget g råtnetanken Installering av varmepumpe, sm henter varme fra klakken. Samt frtsatt utnyttelse av verskuddsvarme fra tynnfilmfrdamperen. Grunnlast Oppvarming av tynnfilmfrdamperen (Krever en temperatur på hetlja på ca 226 ⁰C) Frtsatt å benytte lje g/eller alternativt bi-lje. Benytte verskuddsprduksjn av bigass g supplere med lje g/eller alternativt bi-lje. Spisslast g backupenheter: Dagens gass g ljekjeler Benytte fakkelen kun ved ekstrardinære behv, fr eksempel ved vedlikehld, reparasjn sv av gassmtr eller nen andre frbruksenheter av bigass Investeringskstnad fr varmepumpeinstallasjn: Generelt sett ligger den spesifikke investeringskstnaden mellm 3000 kr/kw 5000 kr/kw. Fr at en varmepumpe skal perere på ptimale driftsbetingelser dimensjneres den fte i frhld til 40-60 % av ttalt effektbehv. Fr Saulekilen renseanlegg er det litt andre driftsbetingelser med tanke på bl annet ppvarming av råtnetanken enn ppvarming av f.eks et vanlig kntrbygg, slik at en mer spesifikk effektstørrelse på en varmepumpe må tas en nærmere vurdering på. - 12 -
I tillegg kan det være aktuelt å legge til rette fr nye substrater (energikilder) i råtnetankene, sm matavfall, husdyrgjødsel g andre avfallsprdukter f.eks fra bryggeriet i Arendal. Avfallsprdukter fra bryggeriet tilsettes ne i råtnetanken pr idag g er en av årsakene til den økt innhld av metan i bigassen. Intrduksjn av nye substrater vil tungtransprten øke til g fra renseanlegget i Saulekilen. Dersm reguleringsplanen fr Willumstad bligmrådet legges til rette fr utvidet/mlegging av vei til renseanlegget kan det bety muligheter fr økt tungtransprt g nye/flere energikilder til bigassprduksjn kan intrduseres. Renseanlegget har gitt inn innspill til Arendal kmmune i frhld til dette med økt tungtransprt. Det gjørs ikke ne beregning i denne rapprten i frhld til å tallfeste et økt bigassptensial fra andre substrater, men dette bare nevnes i rapprten sm fremtidige muligheter. - 13 -
Alternativ A) Områdeanalyse Varmeleveranse til Willumstad bligfelt g gassleveranse til Kitrn I mrådeanalysen studeres mulige kunder av bigass til ppvarmingsfrmål i lkalmiljøet rundt Saulekilen renseanlegg. Krtfattet mrådebeskrivelse g utbyggingsplaner Renseanlegget i Saulekilen ligger slik plassert at det er naturlig, når alternative utnyttelser av bigassen studeres, å freta en grv analyse av tilstøtende mråder sm kan ha behv fr varme g/eller gass. Kartutsnittet fra kmmuneplanen 2011-22 under viser plassering av renseanlegget i frhld til aktuelle mråder g kunder i nærheten. Figur 3.1 Kartutsnitt fra kmmuneplan 2011-2021,sm ble vedtatt 16.juni 2011-14 -
Lysegul markering på kartet indikerer eksisterende bligbebyggelse. Disse mrådene er ikke aktuelle, sm varmekunder. Mørkegul markering på kartet ved Willumstad indikerer avsatt mrådet i kmmuneplanen fr planlagt fremtidig bligutbygging. Det freligger ingen vedtatt reguleringsplan fr dette mrådet pr idag. På Slåsen-His pågår det nå bligblkk/rekkehus utbygging. Siden utbygging pågår er varmeløsninger allerede prsjektert g ferdigstilt, når det eventuelt kan bli aktuelt med varmeleveranse fra renseanlegget. Derfr utelukkes dette mrådet i denne rapprten. I tillegg på kartet er Ess-stasjnen g Kitrn markert fr å vise plassering i frhld til en mulig gassleveranse fra renseanlegget henhldsvis til drivstff g ppvarmingsfrmål på Kitrn. I denne sammenheng kan det være aktuelt å se nærmere på økt bigassprduksjn ved å tilsette nye energikilder. Drivstffprduksjn vil studeres nærmere med hensyn på ptensial, dagens prduksjnsvlum, teknlgi g øknmibetraktninger i kap. 3. Krt m bigass leveranse til Kitrn med en grv øknmisk analyse Kitrn kan gså være en mulig kunde fr leveranse av bigass til. Oppvarmingsbehvet fr Kitrn er ca 2,2 GWh pr år. Bigassptensialet ved renseanlegget kan være pp imt 4,9 GWh, sm betyr at renseanlegget kan være gassleverandør til Kitrn med hensyn på tilgjenglig vlum. Ttale kstnader inkl graving fr å legge gassrør ligger på ca 2000 kr/meter rørledning i etablert næringsmrådet, men er avhengig av grunnfrhld g gravekstnader. Fra renseanlegget til Kitrn er det ca 2500 meter, sm gir en investeringskstnad på mtrent 5 mill fr legging av gassrør. I tillegg må det investeres i en gasskjel hs Kitrn sm vil ligge fra 1-2 mill NOK. Det er ikke tatt med i de øknmiske analysene hva investeringskstnadene er ved kmpressrer g pumper fr å transprtere gassen til Kitrn. Antar at ca 2 % av investeringskstnaden går med til drift- g vedlikehldskstnad. Antar øknmisk levetid på 10 g 20 år g en renteft på 7 %. Med disse investeringskstnadene g øknmiske betingelsene gir resulterende energipris fra ca 36-52 øre/kwh. Knklusjn Gassleveranse til Kitrn: Med en resulterende energipris fra 36-52 øre/kwh gir det en mulighet til å se nærmere på denne løsningen. Denne energiprisen er knkurransedyktig med alternativet pr i dag sm er lje g strøm. Dersm det knyttes usikkerhet til Kitrns framtid m f.eks nedleggelse kan det være mulighet fr isteden å etablere et ppgraderingsanlegg av bigass fr drivstffprduksjn i fabrikklkalene til Kitrn. Denne muligheten kan være med på å bidra til en lavere risik fr investeringene sm må gjøres med å legge gassrør fra Saulekilen til Kitrn. Dette må tredes nærmere i et frprsjekt fr å få belyst alle aspekter. - 15 -
Varme- g effektbehv fr Willumstad-bligmrådet Antagelser fr estimering av varmebehvet: Kmmunen ppgir 300-400 benheter (Ref. Knut Berg Larsen). Tar utgangspunkt i 350 benheter Antar et gjennmsnittelig bareal pr benhet på 100 m 2 TEK 10 (Siste utgave av teknisk frskrift i Plan- g Bygningslven) I varmebehvet inngår rmppvarming, ventilajsn g varmt tappevann fr småhus Dette gir 87 kwh/m 2 Brukstid på 2000 timer fr termisk effektbehv i bligene Installert effekt fr grunnlast/bikjel: 40 % av ttal effektbehv Måler pp avstand på kart i frhld til å transprtere varmt vann fra renseanlegget g ut i bligmrådet i fjernvarmerør. Antar at fjernvarmerør blir lagt ved ffentlig vei. (Se Figur 3.1) Fra antagelsene ver gir dette et ttalt bruksareal på 35 000 m 2 fr bligene. Energi- g effektbehvet er vist i tabellen under. Bligmrådet Bruksareal Varmebehv Effektbehv Effekt Bikjel Estimert ttal (m 2 ) (GWh/år) (MW) (MW) rørlengde (km) Willumstad 35 000 3 1,5 0,6 7,5 Mulige systemløsninger Varmeleveranse til Willumstad En mulig systemløsning kan være en varmesentral plassert ved renseanlegget med bikjel, sm brenner bigass sm grunnlast g med lje- (eventuelt bilje) eller gasskjel sm spisslast/backupenhet. Det betyr at dersm et nærvarmeanlegg skal etableres må bligbyggene i Willumstad installeres med vannbåren varme. Dersm eksisterende bebyggelse sm er i umiddelbar nærhet har vannbåren varme bør det vurderes m gså disse byggene bør kbles til et felles nærvarmeanlegg. - 16 -
Figuren under viser prinsippskisse ver et nærvarme/fjernvarmesystem med varmesentral, rørnett g kundesentral i byggene. 3.2 Prinsippskisse fjern/nærvarmesystem Øknmiske vurderinger Varmeleveranse til Willumstad Kstnader frbundet med infrastrukturen vil variere en gd del i frhld til m det er i sentrumsnære mråder, etablering av nye mråder eller i ubebygde strøk i frhld til grunnfrhld, asfaltering, grøftearbeid sv. På generell basis vil det mtrent ligge mellm 2000 8000 kr/m, inkludert rørmateriell, rørarbeid, grøftearbeid, påslag asfalt g prsjektering/byggeledelse g dimensjnene på rørene. J mindre rørlengder sm er nødvendig (mer tettbebyggelse) j bedre øknmi blir det i et gitt prsjekt. I Willumstad bør fjernvarmerørene legges ned sammen med annen ffentlig infrastruktur g dermed redusere kstnader. Figuren under viser kstnadsfrdeling i frhld til infrastrukturen fr fjern/nærvarmenett. - 17 -
3.3 Kstnadsfrdeling ved legging av fjernvarmerør. DNxx på x-aksen står fr dimensjnene på rørene. (Oppdatert våren 2010, kilde: Bien AS) Til hvert bygg eller hver benhet i en blkk kbles en kundesentral, sm innehlder varmeveksler g energimåler. Investeringskstnaden er avhengig av effekten, sm skal leveres til bygget. Disse kundesentralene tas ikke med i de øknmiske beregningene videre i denne analysen. En finansieringsmdell fr kundesentralene kan være å bake inn denne kstnaden sm et anleggsbidrag i tmte/bligprisen. Antagelser en ttal investering i etablering av fjernvarme Benytte gj.snitt-kstn fr fj.varmerør g kundesentral Rørnett: Gj.snitt 3500 kr/meter. Har ikke tatt hensyn til asfaltering g meter-prisen er veldig avhengig av grunnfrhld. En antagelse m at rørene legges sammen med annen ffentlig infrastruktur vil redusere kstnadene pr meter ytterligere. Etablering av bygg /kntainerbasert, bigasskjel (600 kw) + spisslast/backup - el.kjel (1500 kw): 1000 kr/kw + 650 kr/kw + ca 0,5mill fr prefabrikkert varmesentral (cntainer) Øknmisk levetid på 20 år g renteft 7 % Investeringskstnader Varmesentral: ca 2 mill NOK Fjernvarmerør: ca 26 mill NOK - 18 -
Ttal investering med et estimert varmegrunnlag gir en resulterende energipris på ca 1 kr/kwh Knklusjn Varmeleveranse til Willumstad-bligfelt Frutsatt full utbygging på 300 400 benheter, et gjennmsnittelig bareal på 100 m 2 pr benhet g en ttal lengde på fjernvarmenettet på 7500 meter gir dette en resulterende varmepris på ca 1 kr pr kwh. Antageligvis blir dette bligmrådet bygd ut i flere byggetrinn g ver et lengre tidsperspektiv sm sannsynligvis vil gi en høyere varmepris i kr/kwh enn beregnet før fult utbygd. Det er heller ikke er utarbeidet enn reguleringsplan (kun avsatt i kmmuneplanen). Med dette sm bakteppe er det fr mange usikkerhetsfaktrer g en veldig høy varmepris, sm ikke vil gi øknmi i prsjektet. Denne løsningen anbefales ikke. - 19 -
Alternativ B) Elektrisitetsprduksjn fra bigass Årlig elektrisitetsprduksjn g spillvarme utnyttelse Antagelser: Benytter bigassptensialet beregnet i kap.2 Utgangspunktet er gassmtr, sm er kmmersielt tilgjenglig teknlgi Gassmtr: El.virkningsgrad på mellm 30-40 %. Typisk 30 % fr mindre mtrstørrelser (Se Figur 3.7) Brenselcelle: El.virkningsgrad på mellm 40-50 %. Antar 45 %. Tar med dette fr en sammenlikning mt gassmtr-alternativet Tabell 3.1 Ptensial fr elektrisitetsprduksjn g spillvarmeutnyttelse med utgangspunkt i bigassptensialet Med bilgisk rensing El (GWh/år) Varme (GWh/år) Gassmtr 1,2 1,4 2,0 2,4 (v/80-90 ⁰C) Brenselscelle 1,8 2,1? Fra beregningene ver kan gassmtr prdusere fra ca 1,2 til ca 1,4 GWh pr år. Elektrisitetsbehvet fr anlegget g bygningsmassen er på ca 1,2 GWh pr år. Det betyr at el.prduksjnen kan dekke pp mtrent hele elektrisitetsfrbruket til renseanlegget. Elsertifikatrdningen (Grønne sertifikater) Elektrisitetsprduksjn fra bigass er definert sm el.prduksjn fra en frnybar energiressurs g er dermed kvalifisert til å få tildelt øknmisk støtte fr hver prdusert MWh (1000 kwh) gjennm elsertifikatrdningen (såkalte Grønne sertifikater), dersm det bygges ut innen 2020. Elsertifikater er en øknmisk støtterdning sm gjør det mer lønnsmt å investere i kraftprduksjn. Ordningen er regulert i Lv m elsertifikater g frskrift m elsertifikater. Denne rdningen trer i kraft 1.januar 2012. Kraftverk sm mfattes av rdningen får elsertifikater etter hvr mye strøm de prduserer. Skriftlig søknad m gdkjenning av prduksjnsanlegg sm kvalifiserer fr rett til elsertifikater, skal sendes Nrges vassdrags- g energidirektrat (NVE) på den måten NVE bestemmer. Kraftleverandører (LOS sv) g visse strømbrukere blir pålagt å kjøpe elsertifikater fr en nærmere angitt andel av strømmen de leverer eller bruker. Strømkundene finansierer rdningen ved at kstnadene til kjøp av Elsertifikater legges på strømregningen. Det antas/frventes en støttesats på pp imt 20-25 øre/kwh prdusert, hvr støttenivået er markedsstyrt g er da avhengig av tilbud-etterspørselsprinsippet. - 20 -
Figur 3.4 viser en prinsippskisse fr hvrdan rdningen fungerer. Figur 3.4 Elsertifikatrdningen Nettilnytning: Prsedyren fr innmelding av en strømprduserende enhet: Instanser sm invlveres i prsessen i første mgang er Agder Energi Nett, sm er mrådeknsesjnær fr distribusjnsnett (lav (400 V)- g høyspent distribusjn (11/22 kv) Når en gassmtr med generatr (evt. brenselcelle) kbles til distribusjnsnettet blir renseanlegget pr definisjn en kraftprdusent, fte i nettvirksmhetsterminlgien kalt en innmatningskunde i distribusjnsnettet. REN (Rasjnell Elektrisk Nettvirksmhet) er et selskap sm ble stiftet med det frmål å skulle sette i gang en prsess innen standardisering av materiell g metder i nrske nettselskap. R.E.N. har utarbeidet mal til standard tilknytningsg nettleieavtale fr innmatingskunder i distribusjnsnettet. Dette blir en avtale mellm innmatningskunden g mrådeknsesjnær fr distribusjnsnett, sm er Agder Energi Nett. Målsetningen med denne malen/(avtalen) er at prsessen med knsesjnssøknad, bygging g drift av kraftprduksjn i distribusjnsnettet skal gjøres på best mulig måte både teknisk, øknmisk g juridisk. I tillegg til de tekniske kravene, innehlder avtalen gså andre dkumenter sm regulerer tilknytning g drift av kraftverk etter RENs standard fr distribusjnsnett. - 21 -
REN har utarbeidet en veileder fr prsessgangen i frhld til nettilknytning. Frmålet med dette REN bladet er å gi versikt g struktur til prsessen mellm ptensiell innmatingskunde g det lkale nettselskapet. Det er viktig at innmatingskunden har frståelse fr prsessen fra søknad m nettilknytning, til det gis permanent driftstillatelse fra nettselskapet. Ved å beskrive denne prsessen vil saksbehandlingen gjennmføres på en effektiv g gd måte. Det må utarbeides utfyllingsskjema sm er en søknad/frespørsel til Agder Energi Nett m nettilknytning. Agder Energi Nett er pålagt kstnadsfritt å svare på denne frespørselen g kmme med følgende svar Om det er ledig kapasitet i distribusjnsnettet Når det er mulighet fr tilknytning til el.nettet Kstnadsverslag ved nettilknytning, dvs et anleggsbidrag Når en nettilknytning utløser behv fr investering i eksisterende nett kan nettselskapet fastsette anleggsbidrag fr å dekke anleggskstnadene. Ved investeringer i kundespesifikke anlegg kan hele investeringskstnaden innkreves av innmatningskunden. Nettknsult har vært i dialg med Agder Energi Nett g kan sende inn en slik søknad, dersm det er ønskelig. Gassmtr Figur 3.5 viser en gassmtr med effektstørrelse på 500 kw El. Kapasiteten på denne gassmtren vil være ver dbbelt så str sm det det er behv fr ved Saulekilen renseanlegg. En typisk kapasitet fr gassmtren med en årsvirkningsgrad på 30 % vil være i størrelsesrden rundt 120 170 kw EL. Dette er beregnet ut i fra en gjennmsnittelig tilgjenglig bigassmengde (metaninnhld fra 55-66 %) på 70-74 m 3 /h, sm gir en tilgjenglig effektmengde fra 400-550 kw. Peak-prduksjnen av bigass kan nå ver 100 m 3 /h, sm tilsvarer pp i mt 700 kw. Overskuddet bør lagres i et gasslager eller eventuelt benyttes fr intern ppvarming. På denne måten fr man en ptimal drift av gassmtren ved å tilføre gass fra lageret, når prduksjnen er lavere enn 70 m 3 /h, slik at mtren fr en mest mulig jevn last til en hver tid. Nrmal driftstid fr en gassmtr er typisk 8000 timer pr år. - 22 -
Figur 3.5 Gassmtr med nminell elektrisk kapasitet på 500 kw (Kilde: http://www.bis-bienergy.at/en/electricityfrm-bimass/bigas.html) Gasslager Råtnetank Gassmtr Utnyttelse av spillvarme Figur 3.6 Prinsippskisse fr en typisk systemløsning fr et CHP-anlegg (Cmbined Heat and Pwer) - 23 -
Systemskissa frklarer prinsippet fr elektrisitetsprduksjn fra bigass g utnyttes av spillvarme fra røykgassen g kjølevannet til gassmtren. Sirkulasjnsvannet blir frvarmet fra kjølevannet g blir deretter ppvarmet fra avgassene. Figur 3.7 viser virkningsgarder fr gassmtrer fra ulike leverandører. Aktuelle gassmtr fr Saulekilen er i størrelsesrden i underkant av 0,2 MW EL g vil ha virkningsgrad på typisk 30 % g kan ppnå nærmere 35 %. Figur 3.7 Elektrisitetsvirkningsgrad fr gassmtrer i frhld til levert elektrisk effekt fra generatren (Kilde: Evaluatin f imprvementsin end-cnversin efficiency fr bienergy prductin, Final reprt, Firma: Ecfys, 2010) Krav til rensing av bigass fr gassmtrdrift: Frurensninger i bigassen må fjernes fr å utnytte bigass i gassmtrdrift. Den viktigste kmpnenten å fjerne fra bigassen er hydrgensulfid (H 2 S). Knsentrasjnen av H 2 S kan variere fra 5-5000 ppm i bigass, sm blir prdusert fra ulike substrater (energikilder). Denne kmpnenten er ekstremt giftig g frårsaker krrsjn, når den reagerer med stål, sm fører til skader g slitasje på f.eks gassmtren. Gassmtrleverandører perer generelt sett med et maksimumsnivå av H 2 S fra 100 500 ppm, avhengig av hvilken leverandør. J lavere knsentrasjnen er, j lengre levetid vil f.eks gassmtren ha. Følgende kmpnenter i bigassen må fjernes avhengig av tilstedeværelse i gassen g mfang H 2 S (Hydrgensulfid): Gassen er veldig giftig g frårsaker krrsjn på stålmaterialer. Derfr må svvelfrbindelser fjernes. Vanndamp (Kndensering ved å kjøle ned bigassen etter råtnetankene) Eventuelt å redusere NH 3 (Ammniakk)-innhldet: Fr minimalisere NO x - utslipp i røykgassen fr gassmtrdrift - 24 -
Case-studie fr en 150 kwel Gassmtr: En grv teknisk-øknmisk analyse fr Saulekilen Opplysningene under er basert på en samtale med daglig leder (Bengt de Vylder Larsen) i ETech Miljø AS i Kristiansand, sm er leverandør av bl annet depnigassanlegg, gassmtrer g serviceavtaler fr gassmtrene. Systemløsning fr gassmtr g utnyttelse av spillvarme Krav til renhet i bigassen Typisk krav til H 2 S-innhld fra gassmtrleverandører: Max 200 ppm (0,02 vl-%) H 2 S-innhldet kan variere fra 5-5000 ppm i bigass, sm er prdusert fra ulike energikilder Det må fretas en gassanalyse i frhld til å undersøke H 2 S- innhldet fr bigassen ved Saulekilen Avhengig av hvr mye H 2 S-innhld det er i bigassen vil investeringen i renseutstyr, drift- g vedlikehldskstnader variere en gd del. Det eksister ulike renseteknlgier på markedet sm kan benyttes. Hvis det er lavt innhld av H 2 S i bigassen, trengs ikke så krevende renseprsess, sm dersm det er høyt H 2 S- innhld. Derfr er det viktig å kartlegge på frhånd hvilke nivå H 2 S- innhldet er på. Denne renseprsessen kan i nen tilfeller være såpass mfattende g kstbar at hele gassmtr-prsjektet fr strømprduksjn kan bli ulønnsmt. Alternativ 1: Ferdig levert knteiner fra leverandør (Standardirisert løsning) Typisk størrelse på knteineren er 30 ft fr en 150 kw el gassmtr Fysisk størrelse på gassmtren (150 kw el ): 3-4 m lang, 1,5 meter bred g 2 meter høy. Veier 4-5 tnn. Styre- g reguleringssystemer g alt annet teknisk utstyr, bl. annet ventilasjn, varmevekslere fra røykgass g kjølevann er inkludert i knteineren, sm en ferdig pakkeløsning Røykgassen blir kjølt ned fra ca 530 ⁰C til 150 ⁰C. Viktig å unngå kndensering av røykgassen. Leverer varmt vann til 80-90 ⁰C fra spillvarme (røykgass + kjølevann). Kan gså levere damp, men dette krever mer mfattende investeringer g er ikke en del av standardløsningen En prinsippskisse av systemløsningen vil bli ettersendt - 25 -
Alternativ 2: Intern installasjn av gassmtr i bygget Lkale tilpassninger må gjøres i bygget i frhld til teknisk utstyr g installasjner sm lydisleringskasse, ventilasjnssystem, røykgassrør- g utløp sv. Det må innhentes eksterne leverandører, sm må bruke tid på tegnebrettet, dimensjnering sv. Erfaring fra ETech Miljø tilsier at dette kan bli en dyrere løsning enn en ferdig snekret standard knteinerløsning. Fr å utnytte spillvarmen til intern ppvarming i renseanlegget må det legges islerte rør fra knteineren til bygget g varmeveksling mt et internt distribusjnssystem. Gassmtren kan da levere varmt vann til 80-90 ⁰C til interne ppvarmingsfrmål. Investeringskstnad fr alternativ 1 Ferdig levert knteiner Gassmtr 150 kw el g 250 kw varme Ca 2 milliner kr Rørarbeid fra knteineren til bygget: Ca 0,2 milliner kr avhengig av avstanden til bygget + kstnad frbundet med intern frdeling av varmt vannet er ikke inkludert i prisverslaget Rensing av H 2 S: Opp mt 1 milliner kr Tilknytning til nettet er ikke tatt med i betraktningen Drift- g vedlikehldskstnad fr 150 kw el gassmtr g renseteknlgien fr fjerning av H 2 S Rensing av H 2 S: Fra 0,1 1 milliner kr pr år Gassmtr: ca 200 000 250 000 kr i pr år i 7-8 år Standard servicepakke, sm leverandøren tilbyr Hver 1 000 timers drift av mtren (tilsvarer ca hver 6. uke med 8000 driftsimer i året) Halv til én dags jbb Etter 10 000 timers drift av mtren Par dagers jbb Etter 20 000 timers drift str jbb med utskiftning av pakninger, deler sv Etter 40 000 timers drift str jbb med utskiftning av pakninger, deler sv Etter 60 000 timers drift (7-8 år) Full verhalling, sm innebærer at mtren blir nullstilt. Bør gjøres en vurdering - 26 -
m det kan lønne seg g investere i en ny gassmtr i frhld til nye teknlgier sm bedrer virkningsgrad sv Teknisk levetid 14-15 år Ca 90 % ppetid fr mtren (Tilsvarer typisk 8000 driftstimer i året) Driftspersnell vil bli lært pp av leverandøren til daglig ettersyn av gassmtren Gassmtren kan driftes på helt ned til 50 % av nminell effekt, men det bør ikke være mer enn til sammen nen uker i løpet av året, bl annet på grunn av vedlikehldskstnadene løper uansett belastning. Dette betyr at hver kwh prdusert blir dbbel så dyr sammenliknet mt m mtren kjøres på full last kntinuerlig. Veldig viktig at det til en hver tid er en relativ jevn strøm av gass g ikke fr mye stre variasjner. Det gir større slitasje på mtren, hvis den må starte g stppe fr fte. Dette betyr at dimensjnering g prsjektering er en veldig viktig del fr å ppretthlde levetiden på mtren. Levere strøm til internt bruk g/eller ut på nettet? Må gjøres nærmere vurdering i et frprsjekt Generatren synkrniseres fra nettet Må avtales med nettselskapet/netteier i frhld til nettleie Generatren leverer elektrisitet på 400 V g kbles til eksisterende (eller eventuelt ny) traf g det må mnteres en fjernavlest/timesavlest el.måler Dagens el.behv fr renseanlegget er 1,2 GWh. Beregnet el.prduksjn fra 1-1,4 GWh. Det betyr at man kan være selvfrsynt sett året under ett. I deler av året kan strømprduksjn være mer enn behvet g må leveres på nettet g andre tilfeller mtsatt. Må undersøkes nærmere, hvrdan denne reguleringen eventuelt skal fregå. Grv øknmiske analyse Bergninger basert infrmasjnen ver g kap.2 Den øknmiske analysen er basert på infrmasjnen i avsnittet ver. Dimensjnerende frhld fr gassmtren g strømprduksjnen er basert på beregningene m bigassptensialet ved renseanlegget i kap.2. Tabell 3.2 Fra kap.2 Gj.snitt gassprduksjn pr time (74 m 3 /h med 55 g 66 % CH4) 450-550 kw Årsprduksjn bigass (Bigassptensial, inkl. bilgisk rensing) 3,9 4,7 GWh/år Det tas utgangspunkt i tilgjenglig bigassmengde 500 kw - 27 -
Tabell 3.3 Beregnet levert effekt g energi fra gassmtr 150 kw EL Gassmtr * Levert effekt g energi Kapasitet - Nminell elektrisk effekt 150 kw EL Tilgjenglig spillvarme effekt 250 kw Varme (v/80-90 ⁰C) Årlig levert elektrisitet** 1,2 GWh Årlig levert varme** 2 GWh *Årsvirkningsgrad elektrisitet på 30 % g nyttbar termisk energi 50 % gassmtren pr år **8000 driftstimer fr Tabell 3.4 Investerings-, drift- g vedlikehldskstnader Investering Knteiner + rør fra knteiner til bygget (eksklusiv intern varmefrdeling i bygget, anleggsbidrag mt netteier g el.arbeid i frbindelse med kbling til traf g mt nettet) Investering Renseprsess (H 2 S) Gassmtr: Drift- g vedlikehld pr år Renseutstyr: Drift- g vedlikehld pr år 2,2 milliner krner 1 milliner krner 0,25 milliner krner 0,1-1 milliner krner Tabell 3.5 Øknmiske antagelser g finansiering gjennm prduksjnsøtte fra elsertifikat Øknmisk levetid 15 år Kalkulasjnsrente 7 % Prduksjnsstøtte - El. 25 sertifikat øre/kwh* *Antatt maksimal støtte gjennm grønne sertifikater Ved å utnytte spillvarmen fra gassmtren kan ljefrbruket reduseres. I denne øknmiske analysen betraktes dette sm en inntekt på den resulterende energiprisen fr årlig prdusert elektrisitet (se Tabellen under). Tabell 3.6 Reduserte ljeutgifter Oljefrbruk pr år 0,9 GWh Antar erstatning på 50 % av lje med 0,45 GWh (0,9 GWh * 0,5) spillvarme Gj.snittlig ljepris 60 øre/kwh Reduksjn i årlige ljeutgifter 270 000 kr (0,45 GWh* 60 øre/kwh) Reduksjn i årlige ljeutgifter mregnet til 23 øre/kwh (270 000/1200000 kwh inntekt fr den resulterende el) energiprisen fr årlig prdusert elektrisitet - 28 -
Resulterende energipris fr årlig prdusert elektrisitet, når investeringer, drift- g vedlikehld, reduserte ljeutgifter g prduksjnsstøtte gjennm el.sertifikater blir følgende Tabell 3.7 Resulterende energipris fr elektrisitet Årlige utgifter: Investering 29 øre/kwh Brenselkstnad (Bigass) 0 øre/kwh Drift- g vedlikehld: 21 øre/kwh Gassmtr Drift- g vedlikehld: 8 83 øre/kwh Renseprsess (H 2 S) Årlige inntekter fr prdusert strøm: Inntekt El.sertifikat -25 øre/kwh Inntekt Reduserte -23 øre/kwh ljeutgifter Resulterende energipris elektrisitet 10-81 øre/kwh Knklusjn Elektrisitetsprduksjn Basert på en relativ grv øknmisk analyse blir den resulterende energiprisen fr elektrisitet fra 10-81 øre/kwh. Grunnen til den stre variasjnen er usikkerheten rundt H 2 S-innhldet/knsentrasjnen i bigassen, sm igjen har betydning fr mfanget av renseprsessen. Dette medfører at den årlige drift- g vedlikehldskstnaden har såpass strt spenn. Det må gså gjøres en grundigere vurdering av hva el.sertifikater g redusert fakling betyr i årlig inntekt g hvr mye lje sm kan reduseres. Derfr må det gjøres et mer grundig frprsjekt fr å kunne si ne mer m lønnsmheten i et gassmtr-prsjekt. Denne resulterende energiprisen fr elektrisitet fra 10-81 øre/kwh kan sammenliknes mt sptprisen fr elektrisitet på Nrdpl-markedet i Nrden, sm ligger i gjennmsnittelig ver året de siste årene fra 30-40 øre/kwh. Sammenlikningen mt sptprisen indikerer at det kan være lønnsmhet i el.prduksjn, men sm nevnt, må det gjøres et mer grundig frprsjekt fr å kartlegge alle aspektene i mer detalj g hvrdan reguleringen bør være i frhld til levering på nettet kntra kun å levere strømmen til internt frbruk. - 29 -
Alternativ C) Drivstffsprduksjn Bimetan til CBG/LBG Prduksjnsvlum ved Saulekilen renseanlegg Basert på bigassptensialet, sm ble beregnet i kap.2, vil det årlige prduksjnsvlumet være på ca 0,65 mill m 3 rå bigass i året (ca 74 m 3 /time i gj.snitt) med bilgisk rensing, basert dagens betingelser. Ved ppradering av bigassen vil ne tilgjenglig metan i den rå bigassen gå tapt i renseprsessen. Bigassens innhld g kvalitetskrav fr naturgasskvalitet Bigass prdusert fra klakkslam innehlder i hvedsak følgende kmpnenter, se Tabell 3.8. Omfanget av kmpnentenes tilstedeværelse i bigassen vil sm sagt variere. Dersm andre energikilder enn klakkslam benyttes vil det gi en annen sammensetning av kmpnentene i bigassen enn det sm er ppgitt i høyre-klnne i Tabell 3.8. Tabell 3.8 Bigassens sammensetning, typiske verdier (Kilde: Prduksjns g bruk av klimanøytral gass i Tønsberg, Tønsberg Utvikling, mai 2008) Fr videre vurderinger i frprsjekter sv fr utnyttelse av bigassen må det fretas en gassanalyse fr å få et mer krrekt bilde av kmpnentene sm den rå bigassen består av. Bimetan er et begrep sm benyttes fr ppgradert bigass, tilsvarende naturgasskvalitet. Oppgraderingen innebærer at gassen renses slik at den ppfyller ulike standarder fr naturgass. Naturgass er egentlig ikke én definert kvalitet i seg selv, siden kvaliteten kan variere mye mellm ulike gassfelt. Generelt innehlder naturgass 85 95 % metan, men med innslag av mer energirik etan, prpan, butan g kndensat. Ved bruk av bigass sammen med eller til erstatning fr naturgass, vil man nrmalt måtte behandle bigassen med t hvedfrmål: - 30 -