Biogasdistribution, från lokal till regional hantering

Transkript

1 Biogasdistribution, från lokal till regional hantering Beskrivande och jämförande studie av olika distributionsformer för biogas och fordonsgas Rapporten är en del av projektet InfraBiogas Öst MAJ 2011 Stefan Dahlgren, Sweco Towe Ireblad, Sweco Andreas Lindgren, Sweco Hans Lundborg, Sweco Office of Regional Planning Stockholm County Council

2 ra04s RAPPORT BIOGAS ÖST UPPDRAGSNUMMER Biogasdistribution, från lokal till regional hantering (Beskrivande och jämförande studie av olika distributionsformer för biogas och fordonsgas) STOCKHOLM Sweco Environment AB Stockholm, Avfallsteknik Stefan Dahlgren Towe Ireblad Andreas Lindgren Hans Lundborg 1 (31) Sweco Gjörwellsgatan 22 Box 34044, Stockholm Telefon Telefax Sweco Environment AB Org.nr säte Stockholm Ingår i Sweco-koncernen Uppdrag ; sfda P:\1174\ _BGÖ_Biogas_Dist\000\10 Arbetsmtrl_dok

3 2

4 Innehållsförteckning SAMMANFATTNING INLEDNING BAKGRUND OCH MÅLSÄTTNING BIOGASSITUATIONEN I BIOGAS ÖST OMRÅDET BIOGAS ÖST OMRÅDET Produktion och efterfrågan på fordonsgas i Biogas Öst området Tankställen och distribution BIOGASSYSTEM MED FORDONSGASPRODUKTION VAD ÄR UPPGRADERING, KRYOGEN UPPGRADERING OCH LBG Vanliga uppgraderingsmetoder Kryogen uppgradering och LBG BIOGASSYSTEM MED FORDONSGAS (CBG) OCH FÖRVÄTSKAD FORDONSGAS (LBG) DISTRIBUTIONSTEKNIKER FÖR FORDONSGAS DISTRIBUTION AV FORDONSGAS I LEDNING Markledning Sjöledning TRANSPORT MED LASTBIL Transport av komprimerad fordonsgas (CBG) i stålflaskor Transport av komprimerad fordonsgas (CBG) i kompositflaskor Transport av förvätskad fordongas (LBG) JÄMFÖRELSE MELLAN OLIKA DISTRIBUTIONSTEKNIKER INLEDNING FÖRUTSÄTTNINGAR OCH ANTAGANDEN Distributionskostnader Energianvändning Klimat- och miljöpåverkan RESULTAT DISTRIBUTIONSKOSTNADER ENERGIANVÄNDNING KLIMAT- OCH MILJÖEFFEKTER DISKUSSION REFERENSER ORDLISTA BILAGOR

5 BILAGA 1. KOSTNADER FÖR UPPGRADERING OCH DISTRIBUTION FÖR DE OLIKA DISTRIBUTIONSTEKNIKERNA BILAGA 2. KALKYLFÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BERÄKNING AV KOSTNADER FÖR GASLEDNING (4 BAR) BILAGA 3. KALKYLFÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BERÄKNING AV ENERGIFÖRBRUKNING FÖR LASTBILSTRANSPORTER

6 SAMMANFATTNING I den här rapporten beskrivs på ett enkelt och informativt sätt olika tekniker för distribution av biogas och fordonsgas. Målsättningen med rapporten är att höja kunskapsnivån hos beslutfattare, samhällsplanerare och allmänhet inom Biogas Öst regionen. Rapporten avslutas med en jämförelse av kostnader, energieffektivitet samt klimat- och miljöeffekter för de olika distributionsteknikerna. Då efterfrågan på fordonsgas i östra Mellansverige har ökat under flera år planeras nya biogasanläggningar. Under 2010 förbrukades 389 GWh fordonsgas i regionen. Efterfrågan år 2020 uppskattas uppgå till mellan GWh i regionen. I takt med ökad efterfrågan blir även tankstationerna fler. Marknaden och marknadssituationen förändras och biogasen, som tidigare producerades och användes lokalt, kommer i framtiden att produceras och användas regionalt. Frågan om hur de framtida volymerna av fordonsgas ska distribueras på bästa och effektivast sätt är mycket viktig och kräver god samhällsplanering. Hur kan fordonsgas distribueras? Vilka distributionsformer är billigast? Vilka distributionsformer är miljövänligast och energieffektivast? Vad bör man ta hänsyn till då hanteringen av biogas går från lokal till regional nivå? Fordonsgas kan distribueras med gasledning eller med lastbil. Då lastbil används transporteras fordonsgasen antingen i trycksatt form i växelflak med stålflaskor eller i kompositflaskor, eller i flytande form (LBG) i en gastrailer. I rapportens kapitel 5 jämförs de olika distributionsformerna ur perspektiven kostnadseffektivitet, energieffektivitet och klimat- och miljöpåverkan. Jämförelsen görs i en förenklad distributionsmodell där biogasen produceras i tre olika områden i regionen (200 GWh i varje område), i en eller flera produktionsanläggningar och distribueras med de olika teknikerna till marknader på olika avstånd, 25 km, 100 km och 250 km. Kostnaden för distributionen av fordonsgasen varierar med avståndet för transporten och med vilken teknik som används. Då gasen ska transporteras 25 km uppgår kostnaden till 0,05 0,15 kr per kwh med de olika distributionsteknikerna. Det billigaste teknikalternativet för transport av fordonsgas upp till ungefär km är distribution med gasledning. Då 200 GWh fordonsgas ska distribueras 100 km för att nå marknaden är det mest kostandseffektivt att transportera gasen med stålväxelflak som då kostar 0,11 kr per kwh att transportera. Vid detta avstånd uppgår transportkostnaden till 0,12 och 0,14 kr per kwh för kompositväxelflak respektive ledningsalternativet. Kostnaden för att transportera fordonsgasen 100 km i flytande form (LBG) uppgår till 0,16 kr per kwh. Om fordonsgasen måste transporteras 250 kilometer för att nå marknaden är LBG transport det billigaste alternativet och kostnaden uppgår till 0,17 kr per kwh. Den totala energiförbrukningen för transport av fordonsgas är störst då stålväxelflak används. Då stålväxelflaket rymmer mindre gasmängder än kompositväxelflak och LBG trailern krävs fler transporter med stålväxelflak än med de andra alternativen vilket också medför att mer energi (diesel) krävs. Med stålväxelflak krävs 12 transporter per dag för att distribuera 200 GWh fordonsgas per år medan motsvarande siffror för kompositväxelflak och LBG transport blir ca 6 respektive 2 transporter per dag. Vid 100 km transport med stålväxelflak beräknas 2 % av energivärdet i den transporterade fordonsgasen åtgå för distributionen. Vid ökande distributionsavstånd minskar energieffektiviteten kraftigt. Vid 250 km transport åtgår 5 % av energivärdet i fordonsgasen för dess distribution. 5

7 Mängden energi som behövs för distribution med gasledning är försumbar i jämförelse med de andra alternativen och distribution med gasledning är mycket mer energieffektivt än distribution med lastbil. Utsläppsmängderna av koldioxid (CO 2 ), kväveoxider (NO x ) och partiklar följer givetvis den totala förbrukningen av diesel och ökar med ökande avstånd för lastbilstransporterna. Distribution med ledning ger inga utsläpp av klimat- och miljöpåverkande gaser eller föroreningar oavsett distributionsavstånd. Transport med stålväxelflak är det distributionsalternativ som ger högst utsläpp medan transport med kompositväxelflak och framförallt av gas i flytande form (LBG) ger betydligt lägre utsläpp. Koldioxidutsläppen då fordonsgasen transporteras med stålväxelflak uppgår till 259, och ton per år för avstånden 25, 100 och 250 km. Utsläppen av kväveoxider från transport med stålväxelflak uppgår till 2,7 respektive 18 ton per år för avstånden 25, 100 och 250 km medan partikelutsläppen uppgår till 22, 86 och 216 kg per år för respektive avstånd. Med kompositväxelflak blir utsläppen av samtliga klimat- och miljöparametrar ungefär hälften så stora medan LBG transport ger utsläpp som endast uppgår till knappa 20 % av utsläppen från transport med stålväxelflak. 6

8 1 INLEDNING 1.1 BAKGRUND OCH MÅLSÄTTNING Efterfrågan på fordonsgas i östra Mellansverige har under flera år ökat och prognoser för framtiden spår att trenden fortsätter. Nya biogasanläggningar planeras för att möta behoven från lokaltrafik, taxi och privatbilism. Under 2010 förbrukades 389 GWh fordonsgas i regionen. Enligt rapporten Utbud och Efterfrågan och på fordonsgas i Biogas Öst regionen (Jonerholm et al, 2010) uppskattas efterfrågan på fordonsgas 2020 uppgå till mellan GWh. Samtidigt som antalet produktionsanläggningar ökar så ökar också antalet tankstationer och fordon. Marknaden och marknadssituationen förändras och biogasen, som tidigare producerades och användas lokalt, kommer i framtiden att produceras och användas regionalt. Biogas som används som fordonsgas produceras i vanliga biogasanläggningar. Den nyproducerade biogasen innehåller ungefär % metan och % koldioxid. Metan är den energibärande gasen och då biogasen ska användas som fordonsbränsle måste den innehålla 97 ± 1 % metan enlig svensk standard. Genom så kallad uppgradering minskar man koncentrationen av koldioxid och ökar koncentrationen av metan så att biogasen når fordonsgaskvalitet. Den fordonsgasen distribueras efter uppgradering till gastankstationerna eller bussdepåer där konsumenten tankar sina fordon. Distribution av fordonsgas kan ske på olika sätt. Frågan om hur de framtida volymerna av fordonsgas ska distribueras på bästa och effektivast sätt är mycket viktig för beslutsfattare, samhällsplanerare och biogasbranschen. Vilka distributionsformer är billigast? Vilka distributionsformer är miljövänligast och energieffektivast? Vad bör beslutsfattare och samhällsplanerare ta hänsyn till då produktion och användning av biogasen går från lokal till regional hantering? Den här rapporten beskriver på ett enkelt sätt olika distributionsformer för fordonsgas med målsättningen att öka beslutfattares och samhällsplanerares kunskaper. Rapporten avslutas med en jämförelse av kostnader, energieffektivitet samt klimat- och miljöeffekter för de olika distributionsformerna. Rapportens ansats är att jämföra ovanstående parametrar med nyckeltal i förenklade distributionsmodeller. De förenklade distributionsmodellerna beskriver inte en verklig situation i Biogas Öst regionen. Biogas Öst har för avsikt att i framtida fördjupade studier mer ingående utreda distributionssystem inom regionen. Rapporten är framtagen och skriven av Sweco AB. Faktaruta 1. Biogas, Biometan och Fordonsgas. Begreppet Biogas brukar användas som ett samlingsnamn för gaser med olika metanhalt som bildats genom nedbrytning av organiskt material. Begreppet Biometan används då biogasen har uppgraderats till att innehålla mycket hög metanhalt (ca 97 %) eller då gasen är producerad genom termisk förgasning. Begreppet Fordonsgas eller CBG (Compressed BioGas) används för uppgraderad och trycksatt biogas, eller naturgas, och för blandningar av dessa gaser. 7

9 2 BIOGASSITUATIONEN I BIOGAS ÖST OMRÅDET 2.1 BIOGAS ÖST OMRÅDET Biogas Öst är ett regionalt samverkansprojekt i östra Mellansverige som syftar till att främja en ökad öka produktion, bättre distribution och större användning av biogas och därmed bidra till att uppnå Sveriges miljömål. Samverkansprojektet lägger särskilt fokus på produktion och användning av fordonsgas och har som långsiktigt mål att minst 10 procent av drivmedlen inom regionen år 2020 är fordonsgas från uppgraderad biogas. Biogas Öst området omfattar länen Uppsala, Stockholm, Västmanland, Södermanland, Örebro och Östergötland. Figur 1. Biogas Öst området med länen Stockholm, Uppsala, Södermanland, Västmanland, Örebro och Östergötland PRODUKTION OCH EFTERFRÅGAN PÅ FORDONSGAS I BIOGAS ÖST OMRÅDET Inom Biogas Öst område finns idag 67 anläggningar som producerar biogas (39 avloppsreningsverk, 8 samrötningsanläggningar, 2 gårdsanläggningar och 18 deponigasanläggningar). Den producerade biogasen används för uppvärmning av rötkammare och anläggningsbyggnader, för elproduktion eller för uppgradering till fordonsgas. 18 anläggningar uppgraderar biogasen till fordonsgaskvalitet. 8

10 År 2009 uppgick produktionen av biogas till 518 GWh medan produktionen av fordonsgas uppskattades till ca 22 MNm 3 (209 GWh). Totalt såldes 255 GWh fordonsgas 2009 inom regionen (Jonas Forsberg, muntligen, 2011). Den uppgraderade biogasen säljs antingen till kollektivtrafikförbrukning i kommuner med biogasbussar, eller till publika tankställen för konsumtion av taxi och privatbilister. Inom regionen fanns 2010 totalt 462 biogasbussar, i storleksordningen biogassopbilar samt ca taxi och personbilar (Jonas Forsberg, muntligen, 2011). Efterfrågan på uppgraderad biogas som drivmedel till fordon, inom Biogas Öst regionen, uppgick 2010 till 389 GWh. Efterfrågan på fordonsgas inom regionen år 2020 uppskattas till mellan GWh, beroende på marknadstillväxten i olika scenarier (Jonerholm et al, 2010) TANKSTÄLLEN OCH DISTRIBUTION I Biogas Öst regionen finns idag 38 publika tankställen för fordonsgas. Utöver de publika tankställena finns även 9 bussdepåer i regionen, samt ett antal icke publika tankställen. Samtliga bussdepåer, förutom Sala, är försörjda via ledning. Mindre än hälften av de publika tankstationerna är försörjda via ledning, de flesta försörjs genom leverans av komprimerad fordonsgas med lastbil. Publika tankställena som är försörjda via ledning förekommer i samtliga län inom Biogas Öst regionen, ofta i anslutning till bussdepåer, men är inte vanligt förekommande inom Stockholms län. 3 BIOGASSYSTEM MED FORDONSGASPRODUKTION 3.1 VAD ÄR UPPGRADERING, KRYOGEN UPPGRADERING OCH LBG Nyproducerad biogas innehåller ungefär % metan och % koldioxid. Fordonsgas måste innehålla 97 ± 1 % metan för att uppfylla kraven i den svenska standarden (SS Motorbränslen Biogas som bränsle till snabbgående ottomotorer ) och uppgradering är en process där man minskar mängden koldioxid i gasen och på så sätt ökar metanhalten. Det finns många olika metoder som kan användas för att uppgradera biogas. Några metoder är vanligt förekommande i Sverige och dessa brukar benämnas konventionella uppgraderingsmetoder. De vanliga metoderna är vattenskrubber, kemisk absorption med amin (CApure) och Pressure Swing Adsorption (PSA). Ett nytt koncept som många är intresserade av är kryogen uppgradering. Vid kryogen uppgradering kyls biogasen tills den övergår i flytande form och förvätskas till så kallad LBG. LBG är en förkortning av det engelska uttrycket Liquified Biogas och används som motsats till CBG (Compressed Biogas) som blir slutresultatet från de konventionella uppgraderingsmetoderna. Nedan beskrivs kortfattat de vanligaste konventionella metoderna samt den kryogena tekniken. Beskrivningen av uppgraderingstekniker är inte fullständig och det finns många nya intressanta tekniker under utveckling. I Svensk Gastekniskt Centers publikationsserie finns flera rapporter om uppgradering. Den som är intresserad av nya uppgraderingstekniker kan till exempel läsa SGC Rapport 163 Nya renings- och uppgraderingstekniker för biogas som kan laddas ner på SGC s hemsida 9

11 3.1.1 VANLIGA UPPGRADERINGSMETODER Vattenskrubber Vattenskrubber är en metod som uppgraderar biogasen genom fysisk absorption. Vattenskrubber är den vanligaste uppgraderingstekniken i Sverige. Metoden fungerar genom att koldioxid löser sig lättare i vatten än vad metan gör. I vattenskrubbern förs den koldioxidrika biogasen in i botten på en absorptionskolonn. Vatten pumpas samtidigt in i toppen på kolonnen. Då vattnet rörs sig ned genom kolonnen möts den av biogasen som rör sig uppåt. Koldioxiden löser sig till mycket stor del i vattnet medan metangasen, som är svårlöslig i vatten, tas ut i toppen av kolonnen. Avskiljning av koldioxiden regleras med tryckhöjning i kolonnen och med variationer förhållandet mellan gas- och vattenflödet. Biogasen som tas ur absorptionskolonnen har genom avlägsnandet av koldioxid mycket högre metan halt (97 %) än den biogas som förs in i kolonnen, se den principskissen för en vattenskrubber i figur 2 nedan. Figur 2. Schematisk beskrivning av en vattenskrubber (Appelkvist & Johansson, 2002). Kemisk skrubber med amin (CApure) Metoden för den kemiska skrubbern påminner om vattenskrubbertekniken som beskrivs ovan. Skillnaden är att ett annat absorptionsmedel (se faktaruta 2 nedan) än vatten används för att lösa ut koldioxiden. Det finns olika typer av kemisk skrubber där man använder olika kemiska absorptionssubstanser. Den som är vanligast i Sverige är kemisk skrubber med amin, vanligen kallad CApure eller COOAB. En annan kemisk absorptionsteknik som ofta nämns är kemisk skrubber med Selexol. 10

12 När biogasen strömmar genom absorptionskolonnen i en CApure-anläggning binds koldioxiden till aminet som rör sig i motsatt riktning. Den uppgraderade biogasen tas ut i toppen av kolonnen som i en vattenskrubber. Den första CApure-anläggningen i Sverige togs i drift Idag är CApure tekniken väletablerad. Pressure swing adsorption (PSA) En PSA-anläggning består av fyra kärl med adsorptionsmaterial. Kärlen är länkade för att minska energianvändningen vid komprimering av gasen. Varje kärl arbetar i fyra olika faser, adsorption, sänkning av tryck, regenerering och uppbyggande av tryck, se figur 3 nedan. Vid adsorptionsfasen förs trycksatt biogas in i kärlets nedre del. När gasen passerar genom kärlet adsorberas koldioxid, syre och kväve på adsorptionsmaterialets yta. Gasen som kommer ut ur toppen av kärlet är anrikat på metan och innehåller cirka 97 % metan. Innan adsorptionsmaterialet mättas i kärlet leds gasen om till ett nytt trycksatt kärl. För kärlet som har en nästan mättad adsorptionsbädd börjar nu regenereringen. Trycket i kärlet sänks i flera steg till nästan vakuum nås. Först sänks trycket genom att kärlet sätts i balans med ett redan regenererat kärl, härefter sänks trycket till atmosfärstryck. Den gas som nu lämnat kärlet innehåller stora mängder metan och recirkuleras till inflödet av rågas. Innan kärlet åter kan användas till adsorption ökas trycket stegvis, vilket är det sista steget i cykeln. PSA- tekniken är den näst vanligaste tekniken i Sverige. Under de senaste åren har dock PSA-tekniken fått stå tillbaka till förmån från vattenskrubbertekniken och kemisk absorption med amin. Figur 3: Adsorption med PSA (Hagen et al, 2001) Faktaruta 2. Absorption och adsorption. Vid Absorption löser sig koldioxiden i ett lösningsmedel som i vatten eller till exempel i den kemiska föreningen amin. Vid Adsorption fastnar koldioxiden på ett annat ämne som till exempel aktivt kol. 11

13 3.1.2 KRYOGEN UPPGRADERING OCH LBG Koldioxid kan även separeras från biogas genom så kallad kryogen uppgradering. Metoden baseras på att olika gaser har olika kokpunkter vilket medför att de övergår i flytande form vid olika temperaturer. Kryogen teknik används vanligen då man vill förvätska naturgas till flytande naturgas, så kallad LNG. Att använda den kryogena processen för att uppgradera och förvätska biogas (LBG) är relativt nytt i Sverige. Separationsmetoden fungerar genom att koldioxid har högre kokpunkt än metan och förvätskas och övergår i flytande form före metangasen. Då koldioxiden övergår i flytande form fasas den ut och den metangas som blir kvar får på så sätt en högre metanhalt. Idag finns två stycken kryogena uppgraderingsanläggningar i Sverige. Ytterligare tre stycken projekt pågår eller planeras. De finns flera olika tekniska koncept för den kryogena tekniken och framtiden får utvisa vilka av dessa koncept som blir framgångsrika på marknaden. 3.2 BIOGASSYSTEM MED FORDONSGAS (CBG) OCH FÖRVÄTSKAD FORDONSGAS (LBG) Biogas produceras genom rötning, d.v.s. nedbrytning av organiskt material i syrefri miljö. Vid rötningen omvandlas organiskt material till gaserna koldioxid och metan. Metangasen är den energibärande gasen i biogas. Metanhalten i biogas uppgår till ungefär %. Rötningsprocesser kan förekomma i naturligt syrefria miljöer, till exempel i våtmarker och deponier. Det finns olika typer av substrat som används för biogasproduktion, exempelvis slam i avloppsreningsverk, organiskt avfall från hushåll och industrier samt odlade energigrödor. Ett biogassystem innehåller många olika komponenter. Distributionen och användningen av den producerade fordonsgasen är beroende av hur biogassystemet är uppbyggt. Figur 4 nedan visar förenklat och schematiskt olika biogassystem där 1) biogasen uppgraderas med konventionell teknik till fordonsgas i form av komprimerad fordonsgas (CBG) och distribueras till gastankstationer med lastbil, 2) biogasen uppgraderas till fordonsgaskvalitet och distribueras, med 4 10 bars tryck, i gasledning till gastankstation där den komprimeras ytterligare och 3) biogasen uppgraderas med kryogen teknik till förvätskad fordonsgas (LBG) och distribueras i flytande form i lastbil till gastankstationer för flytande fordonsgas, så kallade LBG och LCBG stationer. LCBG står för Liquified and Compressed BioGas. I systemet med komprimerad biogas (CBG systemet) förs biogas med 60-70% metan in till uppgraderingsanläggningen. Uppgraderingsanläggningen producerar biogas med minst 97 % metan. Den uppgraderade biogasen (fordonsgasen) komprimeras till ca 230 bar och transporteras sedan till gastankstationer med lastbil (stålväxelflak eller kompositväxelflak). Då gasen transporters med gasledning sker transporten under lågt tryck (oftast 4 bar), och gasen komprimeras till ca 230 bar vid gastankstationen. I systemet med LBG förs biogas med % metan till en kryogen uppgraderingsanläggning som både uppgraderar och förvätskar gasen till LBG. Man kan även uppgradera biogasen med konventionell teknik och förvätska den efter att den har uppgraderats. Ett sådant LBG koncept antas vara mer energikrävande än då biogasen uppgraderas och förvätskas samtidigt. Den förvätskade gasen transporteras med lastbil till tankstationen där den lagras i speciella tankar. I ett LBG system behöver gasen inte trycksättas på samma sätt som i ett CBG system. Vid CBG gastankstationer tankar slutkonsumenten fordonsgas i komprimerad form (till ca200 bar). Vid LBG gastankstationer tankas fordonsgasen i flytande form och vid LCBG stationer finns möjlighet att tanka både förvätskad och komprimerad fordonsgas, se figur 4. 12

14 Figur 4. Schematisk skiss över biogassystem för biogas och fordonsgas. 13

15 4 DISTRIBUTIONSTEKNIKER FÖR FORDONSGAS Det finns flera olika tekniker för att transportera och distribuera fordonsgas. Komprimerad fordonsgas (CBG) kan transporteras i ledning eller i gasflaskor på lastbil. Förvätskad fordonsgas (LBG) kan endast transporteras i en tank på lastbil. I det här kapitlet beskrivs följande distributionstekniker; Distribution av komprimerad fordonsgas (CBG) i ledning (4 eller 10 bar) förlagd i mark eller sjö Distribution av komprimerad fordonsgas (CBG) i gasflaskor med lastbil Distribution av förvätskad fordonsgas (LBG) med lastbil 4.1 DISTRIBUTION AV FORDONSGAS I LEDNING MARKLEDNING Distributionsledningar för överföring av biogas kan ske i en så kallad lågtrycksledning då gasen har ett högsta tryck av 4 bar eller i högtrycksledning, då gasen har ett tryck över 4 bar, vanligtvis 10 bar. Gasledningen består vanligen av PE-material (polyetenplast) men även gasledningar av rostfritt stål förekommer. Gasledningen förläggs i en ledningsgrav under markytan, ofta tillsammans med andra typer av ledningar och kablar. Beroende på val av tryck i systemet gäller olika regler avseende hur ledningen ska läggas samt olika krav på avståndet från ledningen till omkringliggande ledningar. Det är därför viktigt att vid val av tryck i systemet beakta var ledningen ska förläggas och omgivningens egenskaper. En så kallad högtrycksledning har högre krav på hur ledningen ska förläggas vilket ofta gör det mer kostsamt att lägga högtrycksledningar. Fördelarna med en högtrycksledning är att kapaciteten att transportera gas ökar och vid planering en av gasledning avvägs fördelar och nackdelar mot varandra. Ibland kan man behöva förlägga en del av ledningen eller hela ledningen där det är mycket hårt material eller där det är svårt att gräva upp marken för att skapa en ledningsgrav, till exempel inne i en stad. Då kan metoden styrd borrning användas. Vid styrd borrning styrs borrhuvudet på ett sätt som gör det möjligt att borra krokigt, till exempel under vägar, järnvägar och vattendrag. Ledningen förläggs i borrhålet. Rörmaterialet kan vara av plast eller stål. 14

16 4.1.2 SJÖLEDNING Gasen kan på motsvarande sätt som ovan transporteras i ledning förlagd i vatten. Ledningen utgörs även då av PE-material eller stål. Ledningen förses med vikter för att hindra uppflytning och läggs på en avjämnad sjöbotten. Då ledningen läggs i vatten svetsas den först ihop på land och bogseras ut med båt. Ledningen förses med betongvikter och sänks till botten. Dykare övervakar och justerar ledningsläget på botten. Bottnen kan behöva viss justering genom schakt/fyllning för att ledning och vikter ska ligga korrekt. När ledningen är på plats görs en slutjustering och ledningen läges- och nivåbestäms. Ledningen provtrycks för att säkerställa att täthetskraven uppfylls och att inget läckage förekommer. Vid anslutningarna på land förläggs ledningen i mark och täcks över. 4.2 TRANSPORT MED LASTBIL TRANSPORT AV KOMPRIMERAD FORDONSGAS (CBG) I STÅLFLASKOR Distribution av komprimerad fordonsgas (CBG) sker i gasflaskor av stål som placeras i en särskild container, ett så kallat lastväxlarflak, se figur 5. Växelflaket lastas sedan på en lastbil och transporteras till gastankstation. Ett lastväxlarflak kan även användas som mobilt gaslager. Vid gastankstationen växlas flaken och lastbilen lämnar flak som är fulla med gas och tar med sig flak som tömts av biogaskonsumenter vid gastankstationen, se figur 6 nedan. Figur 5. Ett lastväxlarflak med stålflaskor för transport av komprimerad gas (CBG). Varje växelflak rymmer maximalt Nm 3 fordonsgas och är delat i sex sektioner för att minska utsläpp av gas vid en eventuell olycka. Om en sektion läcker ut sin last vid en olycka läcker endast ca 350 Nm 3 fordonsgas. Gasflaskorna i växelflaken fylls i vanliga fall inte maximalt och ett växelflak lastar i praktiken ungefär Nm 3. Det måste också finnas ett mått av mottryck i gasflaskorna i flaket. Det innebär att den mängden gas som faktiskt levereras i varje flak uppgår till ungefär Nm 3 (Ragnar Sjödahl, muntligen, 2011). I Biogas Öst regionen transporteras normalt tre flak samtidigt, ett på själva lastbilen och två på släpet. Den totala mängden fordonsgas som levereras till tankstationen uppgår alltså till Nm 3 vid distribution med stålväxelflak. 15

17 Figur 6. Växling av gasflak. Hanteringen av växelflak kräver att en uppställningsplats för mobilt gaslager finns tillgängligt vid tankningsplatsen. I en sådan ingår vanligtvis betongplatta med ingjuten stålförstärkning samt stolpe med fyllnings- och tankningsutrustning med väderskydd. Uppställningsplatsen skall avskärmas med lämpliga brandavskiljande väggar för att uppfylla myndighetens krav. Lastbilstransporter med komprimerad fordonsgas (CBG) i stålväxelflak är den dominerande distributionsformen i Sverige TRANSPORT AV KOMPRIMERAD FORDONSGAS (CBG) I KOMPOSITFLASKOR Ett alternativ till transport av fordonsgas i stålflaskor är att använda kompositflaskor. Kompositmaterialet är ett lätt och starkt material och flaskorna är tillverkade i glasfiberarmerad plast, ett material som ofta används där extra höga krav ställs på hållfasthet, värmetålighet och låg vikt. Då komposit leder värme sämre än stål ger detta en lägre förångningskapacitet vid stark kyla vilket i sin tur innebär att det kan ta längre tid att tömma ett flak vid lägre temperaturer än då den omgivande temperaturen är högre. Kompositmaterialet är cirka hälften så tungt som stål. Den låga vikten utgör en fördel jämfört med stålflaskor med avseende på gastransport då gasflakets totalvikt blir lägre än ett flak med stålflaskor. Den transporterade volymen gas kan på grund av transportekipagets totala vikt ökas och det skulle vara möjligt att transportera cirka 8,4 ton gas, 8,4 ton fordonsgas motsvarar Nm 3 (Benjaminsson & Nilsson, 2009). Därmed minskas bränslekostnaden per transporterad mängd fordonsgas jämfört med stålväxelflakstransport. Även i kompositflaskor måste dock ett mottryck finnas för att tankning ska kunna ske. En rimlig uppskattning är att endast 90 % av den transporterade fordonsgasen levereras till gastankstationen, övrig gas finns kvar i gasflaskorna, vilket betyder att en last i praktiken uppgår till ca Nm 3 fordonsgas. 16

18 4.2.3 TRANSPORT AV FÖRVÄTSKAD FORDONGAS (LBG) Vid distribution av LBG transporteras fordonsgasen i flytande form med lastbil. Då 1 Nm 3 (normalkubikmeter) biogas kyls ner till ca -162 C förvätskas gasen och dess volym minskar nästan 600 gånger, från 1 Nm 3 i gasform till 1,7 liter i vätskeform, vilket ger den förvätskade fordonsgasen ett högre energiinnehåll per volymenhet. Förvätskad fordonsgas har 2,6 gånger så högt energiinnehåll som komprimerad fordonsgas (CBG) och 590 gånger så högt energiinnehåll som gasen har innan den komprimeras (Benjaminsson & Nilsson, 2009). Vid transporten lagras den förvätskade fordonsgasen i en välisolerad tank, motsvarande en stor termos, så att vätskans låga temperatur bibehålls. Tanken är monterad på en lastbil med möjlighet till fyllning och tömning av gasen. Tanken på lastbilen är av samma typ som de stationära tankarna som används som lager för LBG och LNG (Liquified Natural Gas) vid LBG och LNG tankstationer. För att undvika att gasen förångas vid lagring måste den hållas väl kyld. Detta innebär att man vid gastankstationer med LBG lager måste ha ett kontinuerligt uttag av gas för att undvika tryckuppbyggnad i tanken. Då transporten sker under en förhållandevis kort tidsrymd uppstår inte detta behov vid distributionen. Vid tankning kan den förvätskade fordonsgasen antingen tankas direkt i flytande form eller omvandlas till CBG via en så kallad kryopump. 5 JÄMFÖRELSE MELLAN OLIKA DISTRIBUTIONSTEKNIKER 5.1 INLEDNING I det här kapitlet jämförs de olika distributionsmetoder ur perspektiven kostnadseffektivitet, energieffektivitet samt klimat- och miljöpåverkan. Jämförelsen görs i en förenklad distributionsmodell där biogas som motsvarar en energimängd på 600 GWh produceras inom en region. Biogasen produceras i tre olika områden (200 GWh i varje område), i en eller flera produktionsanläggningar och ska transporteras till marknader på olika avstånd; 25 km, 100 km och 250 km. Biogasen kan transporteras med gasledning som har 4 bars tryck, eller med lastbil. Med lastbil kan biogasen transporteras trycksatt i växelflak med stålflaskor, i växelflak med kompositflaskor eller i form av flytande gas (LBG). Av tabellen nedan framgår de olika distributionsmodellerna och vilka distributionsformer som jämförs. Tabell 1. Distributionstekniker och avstånd som jämförs utifrån perspektiven energieffektivitet, kostnadseffektivitet samt klimat- och miljöfaktorer. Avstånd (25 km) Avstånd (100 km) Avstånd (250 km) Stålväxelflak Stålväxelflak Stålväxelflak Kompositväxelflak Kompositväxelflak Kompositväxelflak LBG LBG LBG Ledning 4 bar Ledning 4 bar Ledning 4 bar Faktaruta 3. Vad är kwh, MWh, GWh och TWh? 1 kwh är den energimängd som går åt för att värma en watts spisplatta i en timme. 1 MWh är kwh och ungefär den energimängd som behövs för att köra en bensindriven personbil 130 mil. 1 GWh är MWh och motsvarar den värmeenergi som 40 villor använder på ett år. 1 TWh är GWh och motsvarar Sveriges totala energianvändning under 20 timmar. 17

19 5.2 FÖRUTSÄTTNINGAR OCH ANTAGANDEN DISTRIBUTIONSKOSTNADER Den ekonomiska jämförelsen är kvantitativ och baseras på olika nyckeltal för olika typer av distributionstekniker samt på egna beräkningar av kostnader för distribution med gasledning. kapital- och driftskostnader för att uppgradera och transportera fordonsgasen skiljer sig åt beroende på hur den ska transporteras. Dessa skillnader påverkar kostnaden för transporten och har medtagits i beräkningarna. Biogas som transporteras i ledning och i trycksatt form måste komprimeras, innan eller efter transport, vilket också påverkar den totala distributionskostnaden. Gas som transporteras trycksatt i växelflak (stål eller komposit) trycksätts till ca 230 bar innan transport medan gas som transporteras via ledning trycksätts till 4 eller 10 bar för ledningstransporten. Kostnaden för kompression har medtagits i beräkningarna för stålväxelflak och kompositväxelflak men inte för ledningstransport då gasen levereras med ett visst tryck från uppgraderingsanläggningen. Vid långa ledningstransporter behövs ytterligare tryckhöjning av gasen. Energikonsumtionen för den tryckhöjningen är dock marginell och försumbar i jämförelse med energikonsumtionen för övriga distributionstekniker varför den ytterligare tryckhöjningen ej medtagits i beräkningarna. I bilaga 1, 2 och 3 redovisas beräkningsgrunder och nyckeltal som använts för att uppskatta kostnaderna för distributionen samt källor för de nyckeltal som antagits. Vid beräkning av kostnader för dragning av gasledningen har antagits att ledningen läggs i mark och inte i sjö. Kostnader för ledningsdragning på land varierar beroende på om ledningen läggs i stadsmiljö eller utanför stad. I modellerna för ledning har vi antagit att den längsta ledningen (25 mil) läggs till 90 % utanför stad och till 10 % i stadsmiljö. Den 10 mil långa ledningen läggs till 80 % utanför stad och till 20 % i stadsmiljö medan den kortaste ledningen (2,5 mil) läggs till 30 % utanför stad och till 70 % i stadsmiljö. Kostnader för ledningsdragning redogörs för i bilaga 2. I den här rapporten räknar vi med att kostnaden per meter ledning i stad är dubbelt så dyr som kostnaden utanför stad. Kapitalkostnaden för kompositflak har antagits uppgå till 2 gånger kostnaden för stålväxelflak. Vid transport av fordonsgas i kompositväxelflak minskar energiförbrukningen per transporterad mängs gas vilket medför att distributionskostnaden per kwh minskar. I den här studien har vi också antagit att drift- och underhållskostnaden vid transport av gas i kompositväxelflak uppgår till 75 % av kostnaden för transport med stålväxelflak ENERGIANVÄNDNING Energieffektiviteten för de olika distributionsformerna presenteras i form av använd energimängd energi (diesel) i kwh per transporterad mängd energi (fordonsgas) i MWh. Energianvändning beräknas här endast för transporten. Energianvändningen vid kompression av gasen, innan eller efter transport eller vid olika former av uppgradering ingår inte i beräkningarna. Transport i ledning Vid transport av biogas i ledning åtgår energi vid trycksättningen av gasen i ledningen. Fordonsgasen antas dock levereras trycksatt från uppgraderingsanläggningen och ingen ytterligare energi behöver därför tillsättas för själva transporten. Vi har i den här utredningen därför antagit att ingen energi används vid transporten då gasen distribueras via ledning. 18

20 Lastbilstransport Energin som förbrukas vid användning av växelflak av stål och komposit eller vid transport av LBG med gastrailer, utgörs av energin i det drivmedel som används vid transporten. Vi har antagit att transporten sker fullastad vid leverans med tom retur och att samtliga distributionsformer i medeltal förbrukar 4,45 liter diesel per mil vid transport med full tur och tom retur. Siffran baseras på antagandet att energiförbrukningen uppgår till 2 % av energin i den transporterade gasen vid en transport på 10 mil med tom retur för transport av gas med stålväxelflak (Ragnar Sjödahl, muntligen, 2011). Dieseln antas vara av miljöklass 1 och innehålla 9,8 kwh per liter. Se även bilaga KLIMAT- OCH MILJÖPÅVERKAN Klimatpåverkan från transporterna kommer från utsläpp av växthusgasen koldioxid. Med miljöpåverkan menas utsläpp av föroreningarna kväveoxider (NO x ) och partiklar. Utsläppsmängderna av metan, som också är en kraftfull växthusgas, har antagits vara försumbara under distributionsfasen. Utsläppen av koldioxid och föroreningar kommer från förbränning av den diesel som används av lastbilarna vid transporten. Nedan redogörs för de emissionsdata som använts för beräkning av utsläpp av koldioxid och föroreningar. Förbränning av en liter diesel (miljöklass 1) antas ge ett koldioxidutsläpp på 2,54 kg (SPI, 2011). Förbränning av en MJ (Megajoule) diesel antas ge ett kväveoxidutsläpp på 500 mg kväveoxider (NO x ), (Börjesson et al, 2010). Förbränning av en MJ diesel antas ge ett utsläpp på 6 mg partiklar (Börjesson et al, 2010). 1 kwh motsvarar 3,6 MJ. 1 liter diesel innehåller 9,8 kwh eller 35,3 MJ (9,8 3,6 MJ). 19