Ny teknologistrategi for norsk sokkel? reduser klimafotavtrykket fra olje og gass med ny teknologi Helge Skjæveland, leder TTA1 Miljø og energi
OG21 TTA1 sin Visjon norsk petroleumsvirksomhet skal være den mest energieffektive i verden og et av de viktigste teknologibehovene for å sikre energieffektiv og bærekraftig utvinning av norske petroleumsressurser er å utvikle og ta i bruk ny teknologi som reduserer energibruken offshore knyttet til transport av gass og kondensat, behandling av produsert vann og produksjon av elektrisitet og varme. SIDE 2
Utfasing av fossile brensler i «offshore» kraftproduksjon Det grønne skiftet handler om hvordan og når en kan fase ut bruken av fossile brensler, fordi disse forårsaker utslipp av store mengder klimagasser. For Norge er dette en stor utfordring fordi vi har verdens høyeste andel av fornybar energi (vannkraft) i det nasjonale fastlandsenergisystemet (installert kapasitet ca 23500MW), men bruk av gass til kraftproduksjon (installert kapasitet ca 500MW) på petroleumsinstallasjonene til havs gjør at totalbildet ser annerledes ut Inkludert utslippene fra petroleumsinstallasjonene på norsk sokkel, så utgjør Norges netto utslipp ca. 10 tonn CO2 per innbygger per år (kilde: SSB), relativt høyt i en global målestokk. Inkludert de indirekte utslippene som forbrenningen av norskprodusert olje og gass forårsaker tilsvarer det 110 tonn CO2 per innbygger per år. Det er blant de høyeste per innbygger i verden. SIDE 3
Utfasing av fossile brensler i «offshore» kraftproduksjon Olje- og gassnæringen i Norge har skapt verdier for rundt 9000 milliarder kroner, og sysselsatte i 2014 over 300 000 personer. Det er en utfordring hvordan man skal skape alternative arbeidsplasser i samme størrelsesorden, og hvordan, eller om, en kan realisere verdien av gjenværende olje- og gassressurser uten at det skaper et negativt klimafotavtrykk. Et poeng som ikke så ofte kommer fram, er at dagens teknologi utnytter energien i fossile brensler svært dårlig. Et moderne gasskraftverk uten CO2-rensing har en virkningsgrad på i underkant av 60 prosent. Det betyr at kraftverket konverterer i underkant av 60 prosent av den totale energimengden i gassen til elektrisk energi. Resten blir omgjort til varme og forsvinner med avgassene som resultat av ufullstendig forbrenning. SIDE 4
Utslipp av miljøgasser fra Norge i 2014 kilde ssb SIDE 5
Kraftproduksjon på sokkelken ved bruk av ny teknologi Det er 178 gassturbiner *(kraftverk) på sokkelen, som er basert på forbrenning og roterende turbiner for elektrisitetsproduksjon. Det gir et energitap, ofte på over 50%. Over hele verden forskes det imidlertid på nye metoder for å konvertere energien i olje, gass og kull til elektrisk energi. Dersom virkningsgraden kunne økes til 80-90%, ville det bare være behov for litt over halvparten så mye råstoff til samme kraftproduksjon som med dagens kraftverk på sokkelen. Elektrokjemisk konvertering av fossilt brensel direkte til elektrisitet ved hjelp av brenselceller er en spennende ny teknologi. Brenselceller utnytter energien i fossilt brensel mye mer effektivt og i lab skala er det oppnådd over 80%. * kilde OD SIDE 6
Kraftproduksjon på sokkelken ved bruk av ny teknologi Det finnes to typer brenselceller; høytemperatur- og lavtemperaturceller. Høytemperatur brenselceller kan, på en svært effektiv måte, brukes til drift av kraftverk og fremdrift av større fartøy. Alkaliske Brenselceller, AFC Lavtemperaturbrenselceller Polymer Elektrolytt Fosforsyre Membran Brenselceller, Brenselceller, PAFC PEMFC Høytemperaturbrenselceller Smeltekarbonat Brenselceller,MCFC Fastoksid Brenselceller, SOFC Drifts temperatur 70-220 C Opp til 120 C 130-220 C 600-800 C 700-1000 C Elektrolytt Kalium hydroksid (KOH) Polymer membran Konsentrert fosfor syre Smeltet Li/K karbonat Fastoksid keram Drivstoff Ren hydrogen Hydrogen (+reformert), metanol Realiserte systemer Applikasjon Romfart, u-båt Bærbar, mobil, APU, CHP Hydrogen, naturgass Hydrogen, naturgass Hydrogen, naturgass Opp til 12 kw Opp til 250kW Opp til 1 MW Opp til 2 MW Opp til 10 MW Små kraftverk, APU, CHP Kraftverk Kraftverk, APU, CHP SIDE 7
Forskning og teknologiutviklingsløp IFE og CMR har utviklet en patentert teknologi for elektrokjemisk konvertering av olje/gass/kull direkte til elektrisitet og hydrogen, med integrert fangst av CO2. Teknologien «Zero Emission Gas technology» (ZEGTM) er testet på labskala og muliggjør en virkningsgrad på mer enn 80 %. Det arbeides nå med å få oppskalert teknologien fra et par kv til noen hundre kv. På SINTEF forskes det på å separere CO2 fra røykgass gjennom membraner som har høy selektivitet for CO2. Det arbeides med å finne kostnadsoptimale prosesser og membraner. Slike teknologier kan gi mindre tap av virkningsgrad og bedre utnyttelse av brenselet. Et sammarbeidsprosjekt mellom Aker Kværner, Statkraft, Bellona, Siemens Westinghouse Power Cooperation og Norske Shell i 2001-2003 hadde som mål å skaffe oversikt over SOFC med «etterbrenner» og drift av et 220 kv anlegg på Kollsnes. Prosjektet ble skrinlagt av tekniskt og økonomiske årsaker * kilde OD SIDE 8
Kraftproduksjon på sokkelken ved bruk av ny teknologi Unmanned Mini Platform/Floater SOFC CO 2 Injection Pump Surface Subsea Fuel Gas Power Distribution Subsea Separation Produced Oil Booster Pump Module Tie Back Water Injection Pump Production Well Water Injection Well CO 2 Injection Well ZESOFC at Kollsnes Industrial Park, Prove of concept SIDE 9 DATO 27.08.2015 OG21S ROLLE OG ORGANISERING
Forskning og teknologiutviklingsløp Eksemplene her representerer lange teknologiutviklingsløp, men Norge er langt fremme i forskning på disse områdene og vi har gode og innovative forskningsmiljøer. Men for å få det til så trengs det en betydelig innsats, fra det offentlige så vel som industri. Da må forskningsinvesteringene dreies mer i retning høyrisiko/høypotensial teknologier for energiproduksjon. SIDE 10
Eksempel på forskning og teknologiutvikling globalt MHI is developing basic technologies for a triple combined cycle power generation system integrating solid oxide fuel cells (SOFC) and a gas turbine combined cycle (GTCC) power generation system. In a triple combined cycle power generation system, an SOFC power generation system is placed before the GTCC system. By generating power at three stages the fuel cell, gas turbine, and steam turbine the resulting fuel cell combined cycle (FCCC) system achieves outstanding efficiency in generating power from natural gas. The FCCC system is expected to achieve the world's highest power generation efficiency exceeding 70% (LHV)1 for several hundred MW class power generation and over 60% (LHV) efficiency for several tens MW class power generation. SIDE 11 DATO 27.08.2015 OG21S ROLLE OG ORGANISERING
Typer & mengder av miljøgasser sluppet ut kilde ssb SIDE 12