Inmatning av biogas utan propantillsats i Lunds Energis naturgasnät - en förstudie till smarta gasnät - Johanna: Presentera exjobbet Examensarbete VT 2012 Johanna Lakso och Fredrik Luthman

Dagens presentation Bakgrund Syfte Del 1: Typkunder Del 2: Simulering Slutsatser Johanna: presentera agendan

Bakgrund till projektet ÖSTRA GASNÄTET Förbrukning ca 35 GWh SÖDRA SANDBY REVINGE DALBY LUNDS INNERSTAD Fredrik: Ny inmatningspunkt med BIOGAS Konvention att mata in biogas MED propan Vi vill undersöka mata in UTAN propan Specialstuderat östra nätet Planerad biogasanläggning Produktion ca 60 GWh

Varför mata in biogas utan propan? Gör biogasen mer konkurrenskraftig – 58 kr/MWh  Minskat beroende av ändliga resurser Potential till minskade utsläpp av växthusgaser Anpassning av energisystemet till förnybar energi Varierande gaskvalitet en oundviklig utveckling Fredrik:

Varför matar man då inte alltid in utan propan? Fredrik:

Syftet med examensarbetet Syftet är att: utreda vilka variationer i gaskvalitet olika typkunder i gasnätet tekniskt sett kan hantera utveckla en simuleringsmodell för att studera vilka variationer i gaskvalitet som kan uppstå vid inmatning av biogas utan propan i det östra gasnätet utvärdera hur ett välfungerande system för inmatning av biogas skulle kunna fungera Fredrik:

Del 1: Typkunder Fredrik: Första delen utvärderade vi olika TYPKUNDER Vi har valt att kolla på Värmekunder Industrikunder Fordon Gasturbiner Dessa har valts för att representera så stor del av populationen av gasapplikationer i Lund som möjligt. Del 1: Typkunder

Intervjuer & Erfarenheter Krav & Råd Weaver Fredrik: METOD: Weaver Krav & Råd Intervjuer Erfarenheter från Danmark

Vad är Wobbeindex? Wobbeindex används som mått på gasers utbytbarhet Wobbeindex, W, anger brännareffekten för olika energigaser Samma wobbeindex = samma brännareffekt Fredrik: I vår rapporten har vi använt WOBBEINDEX som den huvudsakliga parametern för att utvärdera acceptabla variationer i gaskvalitet INTRODUCERAR…. WOBBEINDEX! Peka på formel. Värmevärde genom relativ densitet. ”Värmevärdet” är energinnehållet i gasen och ”Relativ densitet” är gasens densitet i förhållande till luft. Samma wobbeindex = samma brännareffekt på en viss gasapplikation Värmevärde Wobbeindex = Relativ densitet

Rapportens referensgaser +2,5 % Naturgas Ref Fredrik: Det är variationer i gaskvalitet, RELATIVT EN VISS REFERENSNIVÅ som är avgörande. Beroende på INSTÄLLNING kommer alltså olika stora relativa variationer att uppstå. Rapportens referensgaser: Naturgas Ref, Biogas I, Biogas II GENERELLT är +/- 5 % acceptabelt Om inställd på Naturgas Ref: 6 % variation nedåt till Biogas I och 9 % till Biogas II. Om inställd på G20: 4 % nedåt till Biogas I och 7 % nedåt till Biogas II, samt 2 % upp till Naturgas Ref METOD: Intervjuer Weaver Litteraturstudier Erfarenheter från Danmark G20 -3,5 % Biogas I -7,1 % Biogas II

Erfarenheter från Danmark Fredrik: Vi har tittat på erfaranheter från Danmark Apparater injusterade på motsvarande Naturgas Ref Problem då under 14,3 kWh/Nm3, d.v.s. strax under Biogas I. (ca 0,1 kWh/Nm3 under) Problemen avhjälptes då gasapplikationerna omjusterades till G20 ( 15,24 --> 14,9 kWh/Nm3)

Legala och tekniska krav Fredrik: Det finns LEGALA KRAV för inmatad gas på nät. Regler för transmissionsnät och distributionsnät. Blå = transmission, Röd= distribution Samliga referensgaser klarade sig. Det finns även TEKNISKA KRAV Striktast: NGC Vidast: Danmarks nya förestrifter Biogas I klarar alla, Biogas II klarar ingen

Weavers utbytbarhetsteori Fredrik: Vi har även tittat på en alternativ och något daterad utbytbarhetsteori: Weavers. Denna använder INTE WOBBEINDEX Enligt denna så skulle varken Naturgas Ref eller Biogas I fungera problemfritt i en gasapplikation inställd på G20. Naturgas Ref skulle ge upphov till sotbildning och Biogas I skulle löpa risk att orsaka flamlyft. Denna teori är gammal och har kritiserats för att indexvärden inte motsvarar observerade förbränningsfenomen. Det bör därför inte läggas för stor vikt vid dessa resultat.

Del 1: SAMMANFATTNING Fredrik: Biogas I okej Rekommendationer för respektive kundgrupp Noggranna rekommendationer som tagits fram till typkunder presenteras i tabell 10, men generellt bör alla typkunder injusteras på G20, alla industrikunder utvärderas individuellt och fordon med lean-burn-motorer bör inte tanka i Lund Del 1: SAMMANFATTNING

Del 2: Simulering Johanna: Debiteringsproblem Biogasanläggning – hela havet stormar I den andra delen av projektet har vi simulerat hur variationerna i det östra nätet skulle kunna se ut. Del 2: Simulering

Modellens uppbyggnad Johanna: Simuleringen är uppbyggd utefter en linjär modell där biogasen matas in i sydöstra Dalby i närheten av asfaltsverket. Biogasen kommer att förbrukas av fem olika punktlaster i ordningen A, V1, V2, V3, S/R. Överskottet kommer att skickas till Lund Simuleringen beräknar för varje timme gasflödet i mätpunkterna P1-P5

Kundprofiler Modellen bygger på verkliga förbrukningar i de fall som vi har timmätning och på schabloner, där årsförbrukningen fördelas över årets alla timmar för resterande kunder Vi har även gjort skillnad på värmekunder med verksamhet som har betydligt lägre förbrukning på helgen

Indata i programmet Johanna: Till simuleringen skickar man in följande data: Vilket år, om det är skottår, vilken veckodag, samt om skanska har uppgraderat sin anläggning eller inte (vilket de planerar att göra) Indatan hämtas av MatLab från Excel och efter att ha beräknats och analyserats i matLab skickas resultaten åter till Excel, för att kunna läsas in av ett tänkt debiteringssystem.

Effektsimulering i en mätpunkt POSITIVT FLÖDE Gasflöde [kW] Biogas Johanna: Kärnan i simuleringen är att flödet beräknas i ett antal mätpunkter och att tecknet framför flödet talar om ifall biogas matas i riktning mot Lund eller om naturgas matas i riktning mot Dalby LUND DALBY NEGATIVT FLÖDE Naturgas Gasflöde [kW]

Resultat från modellen Johanna: Det resultat som vi får från modellen är en kurva som visar flödet varje timma. Den här grafen visar flödet i punkt P5 sista mätpunkten innan Lund över två veckor och man ser redan här hur mycket asfaltsverken påverkar flödet under vardagarna. På helgerna är det däremot alltid ett överskott som behöver matas till Lund.

Antal timmar med 100 % biogas Johanna: Vi analyserade sedan rådatan på lite olika sätt. Här kan man för olika år se hur många timmar som respektive område har biogas, naturgas eller en blandning. Det man kan se är att alla kunder kommer att ha biogas större delen av året och att det är ganska få timmar som kvaliteten är blandad/osäker

Överskott i östra nätet Johanna: Och precis som man kunde ana i förra figuren, så säger våra simuleringar att det skulle vara överskott på biogas i östra nätet mellan 75-80 % av året Och mellan 25-30 GWh skulle behöva tas emot i Lund. Vilket är ungefär hälften av den producerade biogasen.

Korrelation med asfaltsverken Johanna: Vi kollade även på korrelationen med asfaltsverken och kom fram till att det är alltid överskott i östra nätet då båda asfaltsverken står stilla. Medan det i de flesta fall behövs ett tillskott med naturgas de timmar som (ena eller) båda asfaltsverken kör. Den mängd biogas som produceras varje timme är alltså betydligt större än lasten från värmekunderna i området, men väldigt liten när industrierna drar igång på full effekt.

Alternativ inmatningspunkt Johanna: Vi gjorde också några analyser där vi tittade på medströms inmatning, d.v.s. att biogasen istället matas in på 10-barsledningen mellan Lund och Dalby. Grafen här visar åter igen bara två veckor, men man kan se hur halten biogas i gasblandningen förändras. Den lägsta halten biogas som skulle bli på ett år, enligt simuleringarna, är 25 % biogas (och 75 % naturgas)

Modellens avvikelser från verkligheten Tidsförskjutningar på grund av den befintliga gasvolymen som finns lagrad i nätet. Modellen förutsätter att det alltid matas in naturgas via 10-barsledningen från Lund. Tryckskillnader kan uppstå och ge line packing som följd, en utökad modell behövs. Johanna: Modellen har självklart en del SVAGHETER och skiljer sig från verkligheten på vissa punkter. Till exempel så tar vi ingen hänsyn till gasen som är lagrad i gasnätet utan räknar med att den gas som produceras, förbrukas samma timma. I verkligheten finns det en tidsförskjutning som beror på att den befintliga gasen i ledningen måste förbrukas först. Modellen förutsätter också att det alltid matas in naturgas vid överskott, men i verkligheten skulle biogasen som står lagrad i 10-barsledningen till Lund förbrukas först vid ett omslag från överskott till underskott. Det kan också uppstå tryckskillnader i nätet som gör att gasen packas olika mycket. Och vi hittade precis i slutet av vårt arbete en tysk modell som även tagit hänsyn till tryckförändringar, och därmed den befintliga gasen i systemet. I övrigt var våra modeller väldigt lika och vår modell skulle därför kunna utökas med även denna aspekt.

Möjliga system Renodlat biogasnät Inmatning utan propan i sydöstra Dalby Luft- och propaninblandning Alternativ inmatningspunkt Johanna: presentera agendan

Slutsatser En teknisk gräns för inmatning av biogas på naturgasnätet ligger mellan kvaliteten för Biogas I och Biogas II, förutsatt att alla kunder injusteras på referensnivån G20. Simuleringsmodellen har beskrivit systemet väl och en vidareutveckling av modellen har potential att kunna användas som ett debiteringsunderlag. Det mest lämpade systemet är inmatning av biogas utan propantillsats på 10-barsledningen mellan Lund och Dalby Fredrik: Några av de slutsatser som vi dragit från det här arbetet är: Att det finns en teknisk gräns för inmatning av ren biogas någonstans mellan kvaliteten för Biogas I och Biogas II Att alla kunder bör injusteras på G20 innan man matar in biogas och att industrikunder bör utvärderas individuellt Att det kommer vara överproduktion i östra nätet stora delar av året, vilket flyttar problematiken till Lund Och att, av de olika system som vi tittat på, är det mest lämpade systemet här i Lund är att flytta inmatningen så att biogasen matas in utan propantillsats på högtrycksledningen mellan Lund och Dalby.

Vad händer nu då? Danmarks nya föreskrifter System som säkerställer kvalitet på inmatad gas Simulerad debiteringsmodell Samråd med industrier Fredrik:

Tack för att ni lyssnade Några frågor?

Avvikelser för rapportens referensgaser Fredrik: Rapportens referensgaser: Naturgas Ref, Biogas I, Biogas II Det är variationer i gaskvalitet, RELATIVT EN VISS REFERENSNIVÅ som är avgörande. Beroende på INSTÄLLNING kommer alltså olika stora relativa variationer att uppstå. GENERELLT är +/- 5 % acceptabelt Om inställd på Naturgas Ref: 6 % variation nedåt till Biogas I och 9 % till Biogas II. Om inställd på G20: 4 % nedåt till Biogas I och 7 % nedåt till Biogas II, samt 2 % upp till Naturgas Ref