Projekt SWX-Energi Rapport nr 32 Småskalig uppgradering av biogas Ola Lloyd, WSP Sverige AB
2
FÖRORD Rapporten Småskalig uppgradering av biogas är framtagen av Ola Lloyd, WSP Group AB på uppdrag av projekt SWX-Energi. Rapporten redovisar ekonomiska och tekniska analyser för olika lokaliserings- och tekniska alternativ. Ekonomin analyseras utifrån investerings- och driftskostnader för ett biogassystem med uppgraderingsanläggning och fyllnings-/tankningsstation. Rapporten grundar sig på förhållandena i Säffle, men regelverk, tekniska alternativ och ekonomi gäller generellt. Avvägningar och bedömningar kan överföras till andra liknande orter i Sverige. 2011-11-02 Lars Persson Ola Holby Projektchef, SWX-Energi Projektledare, delprojekt Biogas O653-77211, 070-2117896 054-7001889, 070-2203520 lars.persson@gde-kontor.se ola.holby@kau.se 3
SAMMANFATTNING Utredningen syftar till att utvärdera lämplig lokalisering av en uppgraderingsanläggning, samt lämplig teknik. Vidare ingår det i uppdraget att utvärdera småskaliga lösningar för uppgradering av biogas genom att jämföra följande systemlösningar: En uppgraderingsanläggning placeras vid varje rötningsanläggning. Rågasen torkas och distribueras till en gemensam uppgraderingsanläggning. Tidigare utredningar har visat att det finns god potential för produktion av biogas i Säffles närområde. I beskrivningen för uppdraget ska utredningen baseras på hantering av biogas med energiinnehållet 8 GWh/år i ett första steg, som i ett senare skede kan utökas till 20 GWh/år. Lokalisering av uppgraderingsanläggning påverkas av valet för hur gasen ska säljas och var fyllnings-/tankningsanläggningen ska lokaliseras. Av den anledningen har även lokalisering av dessa inkluderats i utredningen. Lokalisering En stor del av kunderna bedöms komma via E45:an för tankning, så placering vid en avfart till denna är viktig. Två platser för lokalisering av tankstationen har valts ut. Dessa är: OKQ8 (eller Statoil) bensinstation nära norra avfarten från E45:an. Nordic Paper, området nära södra avfarten från E45:an och älven. Fyllnings-/tankningsstationen placeras med fördel vid en av bensinstationerna där angränsande tomt kan bereda gott om utrymme. Försäljning av biogas i samarbete med OKQ8 eller Statoil bedöms som fördelaktigt, vilket favoriserar denna lokalisering. Uppgraderingsanläggningen kan placeras vid fyllnings-/tankningsstationen eller vid följande platser: Planerad rötningsanläggning vid Mösseberg. Avloppsreningsverket. Var uppgraderingsanläggningen ska placeras beror delvis på hur biogassystemet ska skötas och ägas. Om tankningsstationen och uppgraderingsanläggningen har gemensam ägare och ska skötas av samma personal är det lämpligt att uppgraderingsanläggningen placeras vid OKQ8 eller Statoil, eftersom det finns synergieffekter för driften. Placeringen är också den mest flexibla om fler anläggningar för produktion av biogas ska anslutas i framtiden. Uppgraderingsteknik De vanligast förekommande teknikerna är beskrivna med fördelar och nackdelar. Vilken teknik som ska väljas beror på hur fördelarna värderas och viktas. Här ställs ekonomi kontra miljöpåverkan. Även miljöpåverkan kan bedömas olika beroende på hur egenskaperna viktas, till exempel låga metanförluster kontra hög energiförbrukning och hantering av stora mängder kemikalier. 4
Följande parametrar påverkar valet av teknik: Rågasens kvalitet (mängden föroreningar, till exempel svavelväte och oljor). Biogas innehållande höga halter svavelväte eller oljor renas oftast billigast och säkrast med vattenskrubberteknik. Kapaciteten (storleken, investeringskostnader och driftskostnader). För anläggningar med liten kapacitet är investeringskostnaden högre än driftskostnaden. Tekniker som PSA, membranteknik och vattenskrubber har vanligtvis lägre investeringskostnader än andra tekniker. För stora anläggningar är driftkostnaderna en större andel av totalkostnaden. Teknik med relativt sett låg energiförbrukning får en ekonomisk fördel. Detta förhållande kan gynna kemisk absorption. Lokala förutsättningar (tillgång till rent åvatten, elpris, värmepris och avsättning av spillvärme). Om anläggningen ska handlas upp på total-/funktionsentreprenad, rekommenderas att inte välja teknik innan upphandling, då detta riskerar att begränsa konkurrensen. Om däremot anläggningen ska handlas upp som delad entreprenad med färdiga handlingar, ska teknik väljas före det att upphandlingen sker. Fyllnings-/tankningsstation För att sälja och distribuera gasen ska en försäljningsstrategi utformas. Det sker efter kontakt och förhandlingar med olika aktörer. Det är lämpligt att ha möjlighet att både kunna sälja gasen lokalt och till kunder i grannstäderna. Fyllnings-/tankningsstationen utformas därför med snabbtankningsdispenser och med fyra anslutningar för gasflak. Småskalig uppgradering Med krav på att anläggningen ska vara återbetald på 15 år och med 5 % kalkylränta, 2 % inflation och rågasen värdesätts till 0,4 SEK/kWh, blir gränsen för hur liten kapacitet som kan nå lönsamhet mellan 4 och 8 GWh/år, med en systemlösning för offentlig försäljning av gasen. Mindre anläggningar kan nå lönsamhet om någon eller några av följande premisser ändras: Lägre pris på rågasen. Enklare utformning av anläggningarna (till exempel gasen används för eget bruk). Gaspriset fortsätter att öka mer än inflationen. Nya tekniker, som förenklar anläggningarna, utvecklas. Myndighetskraven förenklas för små anläggningar. Beräkningar visar på att det med dagens priser är mer lönsamt att dra ledningar inom rimliga avstånd till en gemensam uppgraderingsanläggning än att bygga flera små. 5
INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING... 8 1.1 Bakgrund... 8 1.2 Kvalitetssäkring... 8 1.3 Definitioner... 9 1.4 Mål och syfte... 10 1.5 Avgränsningar... 10 1.6 Grundläggande förutsättningar... 10 1.7 Gällande regelverk... 11 2 UPPGRADERING AV BIOGAS... 12 2.1 Beskrivning av uppgraderingstekniker... 12 2.1.1 Tryckvattenabsorption (TVA, skrubberteknik)... 13 2.1.2 Kemisk absorption med amin... 15 2.1.3 Kolmolekylsikt (PSA)... 17 2.1.4 Membranseparation... 19 2.1.5 Kryoteknik... 20 2.2 Miljöpåverkan... 21 2.3 Val av uppgraderingsteknik... 22 3 FYLLNINGS- OCH TANKNINGSSTATION... 24 3.1 Beskrivning av fyllningsstation för gasflak (trailers)... 25 3.2 Kompressorer... 25 3.3 Stationärt gaslager... 26 3.4 Prioritetspanel... 26 3.5 Gasflak (gas trailers)... 26 4 BESKRIVNING AV SYSTEMLÖSNINGAR... 28 4.1 Försäljningsstrategi... 28 4.2 Station för fyllning av gasflak... 29 4.3 Förslag på utformning av fyllnings- och tankstation i Säffle... 29 4.4 Strategi uppgradering... 30 4.5 Strategi placering, uppgradering och tankningsstation... 30 6
5 LOKALISERING... 31 5.1 Lokalisering av gastankningsstation vid OKQ8... 33 5.1.1 Lokalisering av uppgraderingen vid tankningsstationen (OKQ8- OKQ8)... 33 5.1.2 Lokalisering av uppgraderingen vid rötningsanläggningen (RA-OKQ8)... 34 5.1.3 Lokalisering av uppgraderingen vid reningsverket (RV-OKQ8)... 34 5.2 Lokalisering av tankningsstation vid Nordic Paper... 35 5.2.1 Lokalisering av båda anläggningarna vid Nordic Paper (NP-NP)... 36 5.2.2 Lokalisering av uppgraderingen vid rötningsanläggningen, (RA-NP)... 36 5.2.3 Lokalisering av uppgraderingen vid reningsverket, RV-NP... 36 5.3 Bedömningsgrunder avseende risk för lokalisering... 37 5.3.1 Biogasens egenskaper och risker förknippade med biogas... 37 5.3.2 Säkerhetsavstånd... 38 5.4 Utvärdering... 39 5.4.1 Planförhållande... 39 5.4.2 Bedömning av säkerhetsavstånd... 39 5.5 Slutsatser avseende lokalisering... 40 6 EKONOMI... 43 6.1 Kassaflödesanalys... 43 6.2 Småskalighet... 46 6.2.1 Allmänt, investering och lönsamhet... 46 6.2.2 Jämförelse flera små kontra en gemensam uppgradering... 47 6.3 Slutsats ekonomi... 49 7 REFERENSER... 51 7
1 INLEDNING Delprojekt Biogas har tillsammans med Säffle kommun låtit utreda förutsättningar och möjligheter till att producera biogas och använda den som drivmedel till fordon i Säffle. Grunden till samarbetet är att projektet generellt vill ta fram underlag för att visa förutsättningarna för hela kedjan från substrat (gödsel, reningsverksavfall, energigröda, industriavfall, med mera) till färdig fordonsgas. 1.1 Bakgrund WSP har fått i uppdrag att: Utvärdera olika lokaliseringar för en uppgraderingsanläggning. Beskriva och utvärdera olika tekniker för uppgradering. Genomföra kassaflödesanalys baserad på en utvald teknik. Jämföra småskalig uppgradering av två mindre kontra en större anläggning. Tidigare utredningar, delrapport nr 1 och 20, har visat på att stora mängder biogas kan produceras i närområdet. I specificeringen för uppdraget ska bedömningen grundas på produktion av mellan 8 till 20 GWh biogas per år. Vid utvärdering av teknik behöver förutsättningarna fastställas. Även systemet efter uppgraderingen kan ha en betydande roll för utvärderingen. Distributionen av gas till kunderna utformas beroende på vilken försäljningsstrategi som väljs. Det är oftast denna strategi som har störst påverkan på det genomsnittliga försäljningspriset för gasen och därmed ekonomiska lönsamheten för hela verksamheten. Av denna anledning har uppdraget utökats med följande: Utvärdera olika lokaliseringar för placering för fyllnings-/tankningsstationer. Beskriva och utvärdera olika distributionssystem för fyllning och tankning. Beskriva olika försäljningsstrategier för uppgraderad gas. Istället för ekonomisk bedömning av en uppgraderingsteknik görs kassaflödesanalyser baserade på ett utvalt system inkluderat uppgradering och fyllnings-/tankningsstationer. 1.2 Kvalitetssäkring Rapporten är utförd Ola Lloyd, WSP Samhällsbyggnad, biogas. I enlighet med WSP:s kvalitetsledningssystem, certifierat enligt ISO 9001 och ISO 14001, omfattas denna handling av krav på internkontroll. Detta innebär att rapporten granskats av en från projektet fristående konsult vid WSP. Ansvarig för granskning av denna rapport har varit Bernt Karlsson. 8
1.3 Definitioner CBG LBG Fordonsgas Lastväxlarflak Bar(g) NO x Siloxaner Nm 3 Riskområde Rågas Rengas Energiinnehåll Komprimerad biogas (200-300 bar) Flytande biogas, Liquidfied biogas (metangas) Uppgraderad biogas eller naturgas. som används som drivmedel till fordon Gasflaskor monterade på en stålram eller i en container, som kan lastas på lastbil eller på lastbil med släp Enhet för övertryck Kväveföreningar Kiselföreningar Normalkubikmeter, volym vid normaltillstånd, det vill säga 0 C och 1,01325 bar tryck Område i vilket det finns explosiv atmosfär eller sådan kan förväntas förekomma i en sådan omfattning att särskilda skyddsåtgärder krävs i fråga om konstruktion, installation och användning av utrustning Obehandlad biogas Uppgraderad biogas, det vill säga renad till standard enligt Europa Norm för drivmedel för fordon Omvandling av energiinnehåll i biogas, i GWh/år till gasflöde i Nm 3 rågas per timme redogörs för i tabell nedan: GWh/år Nm 3 /h (vid metanhalt 100 %) 1 11,6 4 46,5 8 93 20 233 9
1.4 Mål och syfte Målet med utvärderingen är att identifiera den lämpligaste lokaliseringen för uppgraderingsanläggning och fyllningsstation ur säkerhets- och tillgänglighetssynpunkt. Vidare ska utredningen klargöra om det finns hinder, det vill säga om placeringen strider mot myndighetskrav, regler eller lagar. Förslag på lösningar ska redovisas för att uppfylla kraven då dessa identifierats. Utredningen skall kunna användas som beslutsunderlag och syftar till att beskriva förutsättningar för etablering av anläggningen utifrån följande bedömningsgrunder: Planförhållanden och markanvändning (visuell inspektion). Säkerhetsavstånd till befintliga enheter inom anläggningen. Säkerhetsavstånd till bostäder eller till intilliggande industriverksamheter. Ekonomiska förutsättningar avseende småskaliga lösningar och jämföra ett system med två mindre sammankopplade uppgraderingsanläggningar kontra en större. 1.5 Avgränsningar Vid all nyetablering uppkommer påverkan på omgivningen. Förutsättningarna för alternativen beskrivs men påverkan på omgivningen kan inte bedömas i detalj i denna lokaliseringsstudie. En mer detaljerad bedömning av omgivningens påverkan och lämpliga åtgärder för att minska den behöver därför belysas i miljökonsekvensbeskrivning för varje etablering som planeras. För anslutning till tankningsramper kommer gasledningar att krävas. Hur dessa ledningar bör anläggas eller vilken påverkan de kommer att ha på omgivningen utreds inte i denna studie. Faktorer som anläggningskostnader, markförhållande/geologi och möjlighet till markavtal påverkar också möjligheten till etablering av anläggningen. Dessa aspekter utreds inte i denna studie. En ekonomisk detaljerad utredning bör utföras då lokaliseringen valts, en strategi för projektet har fastlagts och då det klargjorts att projektet är genomförbart enligt lagar och anvisningar. 1.6 Grundläggande förutsättningar En grundläggande förutsättning är att alla alternativen kan genomföras oavsett vilken tid det tar för att få de tillstånd som behovs. En uppgraderingsanläggning som behandlar biogas motsvarande 20 GWh/år kräver en tillgänglig byggyta om cirka 150 m 2. Därutöver tillkommer yta för marginaler till tomtgränser och köryta till byggnadens portar. För att distribuera 20 GWh/år beräknas minst fyra fyllningsplatser behövas, vilket innebär att behovet av tillgänglig area beräknas till cirka 800 m 2. 10
1.7 Gällande regelverk Vid utvärdering av de alternativa lokaliseringarna har följande svenska lagstiftning och föreskrifter beaktats: Lagen om brandfarliga varor och gaser. Plan- och bygglagen. I tillägg till dessa har {2} Energigasnormen (EGN, 2010) och {3} Tankstationsanvisningar (TSA 2010) tillämpats. 11
2 UPPGRADERING AV BIOGAS Biogas innehåller mestadels metan, normalt 60-75 %. Övriga ämnen är koldioxid, 25-40 %, vatten, svavelväte, ammoniak, kiselföreningar (siloxaner), oljerester och partiklar. Energiinnehållet utgörs av metanet. Koldioxiden utgör bara en ballast och tar plats vid lagring av gasen. Vidare bör gasens energiinnehåll hållas i ett snävt intervall för att: Anpassas till bilmotorernas bränsleinställning och få så låga emissioner som möjligt vid förbränning (framförallt av NOx.). Åstadkomma så små variationer i energiinnehåll som möjligt, eftersom gasen betalas per volym (Nm 3 ). Detta åstadkoms genom att koldioxiden avlägsnas och metanet anrikas till halter över 96 %. Övriga ämnen avlägsnas för att öka driftsäkerheten och minimera förslitningen av utrustning och maskiner, så att anläggningen ska få en lång livstid. För att uppgradera biogas till drivmedelskvalitet, {4} (Motorbränsle, biogas som bränsle för snabbgående Ottomotorer), det vill säga avskilja koldioxid, svavelväte, kiselföreningar och vatten, krävs en kombination av olika tekniker.. Namnet för respektive process härrör sig från metoden att avskilja koldioxid, medan metoden för att avskilja till exempel svavel eller vatten kan vara den samma för flera processer. Kravet på låg fukthalt är så högt ställt, att endast en teknik används i de befintliga anläggningarna. Det är tekniker avseende avskiljning av koldioxid och svavelväte som skiljer olika leverantörers processutformningar åt. Några tekniker avskiljer flera av de oönskade ämnena i ett och samma processteg. Gasen lagras i gasflaskor som monteras i fordonens fria utrymmen, vilket begränsar storleken på flaskorna och därmed hur mycket bränsle som kan fyllas på. Gasens energiinnehåll per volym är lågt jämfört med bensin och diesel. För att körsträckan ska bli rimlig för ett fulltankat fordon måste därför gasen komprimeras. Högsta tillåtna gastryck i fordonets gasflaska är, enligt {3} Anvisningar för tankstationer, 230 bar(g) vid gastemperaturer över cirka 30 C. Högsta tillåtna tryck minskar med gasens temperatur vid tankningen, så vid 15 C är 200 bar(g) högsta tillåtna tryck. Tankningsstationerna är försedda med styr-och kontrollutrustning som reglerar att trycket inte blir för högt. Begränsningen av trycket gäller även om flaskor i fordonen är godkända för högre tryck. 2.1 Beskrivning av uppgraderingstekniker Nedan beskrivs i korta ordalag relevanta tekniker för avskiljning av koldioxid från biogas. Dessa tekniker är: Tryckvattenabsorption (TVA, skrubberteknik). Kemisk absorption med amin. Kolmolekylsikt (PSA). Membranseparation. Kryoteknik. 12
Skrubberteknikerna och kryoteknik avskiljer simultant normalt förekommande halter svavelväte medan de andra teknikerna kräver förbehandling av biogasen. De olika reningsteknikerna innehåller komponenter som är lika, till exempel kompressorer, kondensfällor/filter och gasanalysutrustning. Utformningen av en process kan, vad det gäller detaljer, skilja från leverantör till leverantör, men huvudkomponenterna är likartade. 2.1.1 Tryckvattenabsorption (TVA, skrubberteknik) Genom tryckvattenabsorption renas biogas från koldioxid, men även från svavelväte och ammoniak, genom att de under tryck löses i vatten rent fysikaliskt. För den storlek av anläggningar, som är aktuella i Norden, sker absorptionen vanligtvis vid 6-12 bar(g). I en kolonn möts komprimerad biogas och vatten i ett motströmsförfarande och koldioxid, svavelväte och ammoniak löses i vattnet och den renade gasen får en förhöjd metanhalt, se Figur 1, sida 14. Två huvudprinciper för processlösningar förekommer avseende vattnet: Genomströmningsförfarande, där tillgång till stora mängder billigt vatten krävs. Recirkulerande vattenflöde, där vattnet regenereras (avgasas). Regenerering av vattnet kan utföras på olika sätt. Lösligheten av gaserna i vattnet är starkt beroende av tryck och temperatur, så metoderna bygger på att förändra dessa parametrar. Genom att sänka trycket och höja temperaturen för vattnet frigörs gas. Vidare kan en inert gas (en gas som inte reagerar kemisk med sin omgivning) eller luft blåsas genom vattnet och driva ut gaserna. Avdrivning med luft bör undvikas då höga halter svavelväte är löst i vattnet. 13
Anlutning till tankningsstation 4-10 bar(g) Renad gas, >96 % metan <10ppm svavelväte 3 150-450 Nm /h -80 C Dp (vid 4 bar) Gasanalys CH 4 O 2 FT Biogas in 3 240-600 Nm /h Kondens 65% metan <10 liter/h <300 ppm H2S 100-500 mbar(g), 0-25 C Gasreningsprocess för biogas med cirkulerande vatten Kristianstad GR2 vid Allöverket FT Gasanalysutrustning CH 4, CO 2, H2O, O2 Gas som ej uppfyller kvalitestskraven återförs till gasintaget <300 Nm 3 /h Fuktig gas återförs till gasintaget 20-40 Nm /h 3 < 5 liter/h 3 ca 720 Nm /h 10 bar(g) Gastork < 20 C FT Vatten 3 <100 Nm /h 12 bar <16 C Recirkulation för minskning av metanförlusterna 3 50-85 Nm /h Kondensfälla Kondensavskiljare Gaskylare Vätskekylare Pump Färskvatten* 3 <5m /dygn Filter Kylvatten <12 C Pump Avlopp 3 <5m /dygn Restgas 3 ca 900-1100 Nm /h ca 75-90% luft 10-25% koldioxid ca 0,5-1% metan Figur 1. Figuren visar ett flödesschema för en vattenskrubber i Kristianstad med recirkulerande vatten. ca 200 ppm svavelväte Filter *Om halten H2S kontinuerligt överstiger 300 ppm ökas färskvattenintaget Flashkolonn Kondensfälla Absorptionskolonn Desorptionskolonn Luftfläkt Värmeåtervinning Kylmaskin Kompressorer Biofilter Uppvärmning byggnad Kylare placerad utomhus Om tjänligt vatten finns på nära håll (som tumregel inom cirka 300 meter), är en genomströmningsprocess att föredra framför regenerering. Vatten från stora vattendrag och sjöar håller oftast hög och jämn kvalitet och kan med fördel användas som absorptionsmedel. Genomströmningsprocessen är enklare i sin utformning och energisnålare, vilket medför att den oftast är mer ekonomisk än en process med recirkulerande vatten. Metanförlusterna minimeras genom att vattnet partiellt avgasas i en flashkolonn, se Figur 1. Gasen leds tillbaka till den inkommande biogasen på kompressorns sugsida. Metanförlusterna beräknas bli 1-2 % av inkommande metan och följer med den avdrivna koldioxiden. Restgasen innehåller mindre än 1 % metan. Resterande gaser är mestadels luft och koldioxid. För att minimera utsläpp av metan till atmosfären installeras ofta en katalytisk förbränning av restgasen. Utsläpp av metan kan då minskas till under 0,1 % av inkommande mängd metan. Tryckvattenabsorption är den äldsta och mest använda tekniken för koldioxidavskiljning från biogas. Tekniken lämpar sig väl i kalla klimat där kostnaden för att kyla processen blir relativt låg. Fördelar är: Beprövad och tillförlitlig teknik. Avskiljer koldioxid och svavelväte samtidigt. Flexibel process, god reglerbarhet, kan utformas för att passa kundens behov. Små mängder kemikalier används. 14
Nackdelar är Risk för bakterietillväxt i kolonner, medför ökat underhåll. Styrning av vätskenivåer medför risk för överfyllning. Miljöpåverkan i form av metanutsläpp motsvarande 1-2 % totala metanflödet (Miljöpåverkan kan minskas genom installation av katalytisk förbränning av restgasen). 2.1.2 Kemisk absorption med amin En aminabsorption är till skillnad från vattenabsorption en rent kemisk skrubberprocess. Här reagerar koldioxid med aminen och en kemisk förening bildas. Aminen reagerar bara med koldioxiden (selektivt), vilket medför att metanet passerar opåverkat genom processen. Metanförlusterna blir därför mycket små i denna process. Processen utförs med flera olika aminer. Vanligaste typen av amin som används är en monoetanolamin, MEA {8} Persson, 2003. Även vattnet som finns i gasen passerar genom absorptionen och måste avlägsnas efter processen. Normalt avskiljs svavelvätet före absorptionen i ett separat steg, för att hålla absorptionsmedlet så rent som möjligt och för att minska risken för luktproblem. Kemiska absorptionsprocesser utformas med en absorptionskolonn och ett torn för regenerering av vätskan, så kallad desorptionskolonn, se flödesschema i Figur 2, nästa sida. Regenereringen sker genom kokning av vätskan för att spjälka upp den bildade föreningen. Energiåtgången är stor och värmespillet är en av de största nackdelarna. Spillvärmen håller normalt 30-35 C. Om det finns ett värmebehov i närheten, till exempel vid rötningsanläggningen, kan en del av värmespillet eventuellt minskas. Processen kan utföras vid lägre tryck än vid tryckvattenabsorption. För anläggningar med stor kapacitet är det en optimeringsfråga där lågt arbetstryck medför att kolonner och rörsystem blir större, att jämföra med högre arbetstryck och mindre kolonner och rörsystem. En fördel med denna process jämfört med tryckvattenabsorption är, att mindre mängder vätska behövs för absorption av samma mängd koldioxid, vilket reducerar pumparbetet. 15
Gasreningsprocess för biogas med kemisk absorption Restgas ca 95-99% koldioxid ca 0,1-0,3% metan 4-10 bar(g) FT Renad gas, ~99 % metan <10ppm svavelväte -80 C Dp (vid 4 bar) Gasanalysutrustning CH 4, CO 2, H2O, O2 Gas som ej uppfyller kvalitestskraven återförs till gasintaget Fuktig gas återförs till gasintaget ca 10% av renad gas Gastork FT Kondensering av amin Absorptionskolonn Amin 3 <100 Nm /h ca 1,5 bar <20 C Desorptionskolonn Biogas in 65% metan FT <300 ppm H2S 20-100 mbar(g), 0-25 C < 5 liter/h Gasanalys CH 4 O 2 Gaskylare Kondensavskiljare Kompressor Gaskylare Avskiljnig HS 2 Värmeväxlare Pump Ångpanna Gasfläkt < 20 C Kylvatten <15 C Pump Ånga 130 C Kylmaskin/ kylvatten < 15 C Figur 2. Figuren visar ett flödesschema för en skrubber med kemisk absorption. {9} Cirmac. Fördelar är: Flexibel för olika processtryck. Låga metanförluster ger utbyte av metan nära 100 %. Låg energiförbrukning (el) avseende pump- och kompressorarbete. Nackdelar är: Kemikalie används, vilket är otrevlig att handskas med (jämfört med vatten). Mer utrustning krävs, vilket innebär 30-40 % högre investeringskostnad jämfört med TVA. Stor energiåtgång för regenerering av aminen ger stora energiförluster. Lång starttid, cirka 2 timmar, då det tar tid att uppnå arbetstemperatur i kokaren. Även relativt lång återstart efter tillfälliga störningar, cirka 30 minuter. För hög reningsgrad, metanhalt på 99 % ger ett lägre flöde än då gasen innehåller 96 % metan. Ersättningen sker vanligtvis per Nm 3 och inte per kwh. 16
2.1.3 Kolmolekylsikt (PSA) Molekylsiktar kan enklast beskrivas som specialdesignade filter för gasmolekyler. Rening av biogas med hjälp av molekylsiktar utförs under förhöjt tryck, varefter bädden regenereras genom undertryck med hjälp av vakuumpumpar. Sådana anläggningar kallas också för PSA-anläggningar där PSA står för Pressure Swing Adsorption. Följande fyra steg genomförs i en processcykel: 1. Trycksättning av behållare. 2. Adsorption, leverans av produktgas. 3. Trycksänkning, metanförlustminimering. 4. Desorption under vakuum, regenerering. Vid kontinuerlig drift används vanligtvis fyra kolonner, Figur 3, nästa sida, men det förekommer även anläggningar med sex stycken. Dessa kopplas in omväxlande, så att alla behållarna befinner sig i olika steg. På så vis är det alltid en behållare som absorberar de oönskade ämnena och släpper igenom metanet. Behållarna packas med ett poröst material som gasen passerar genom. Materialen är antingen aktivt kol eller zeoliter (aluminium-kiselförening). Materialen absorberar de oönskade ämnena genom att de har mängder med porer som är lagom stora för de oönskade ämnena att tränga in och temporärt fastna i. Om svavelväte förekommer i gasen krävs en separat förbehandling (stor vikt bör läggas på utvärdering av svavelväteavskiljning). Det är kostsamt att ersätta bäddmaterialet och anläggningen är utrymmeskrävande. Vatten behöver inte avskiljas till lägre än en daggpunkt på 5 C, resterande vatten avskiljs med molekylsiktarna simultant med koldioxiden. Daggpunkter under - 60 C uppnås vid normalt arbetstryck (5 bar). För att uppnå lägre daggpunkter måste arbetstrycket i kolonnerna höjas ytterligare. Siktmaterialet står för en stor del av driftkostnaden för PSA-anläggningar. Kolmolekylsiktarna har också visat sig vara känsliga för siloxaner och flyktiga kolväten varför Carbo-Tech i sina leveranser rekommenderar ett förfilter på ingången till respektive kolonn. {10} Carbo Tech. Dessa förfilter regenereras samtidigt som kolonnerna med molekylsiktar med samma vakuumpump. De flesta kolmolekylsiktanläggningar i drift har högre metanförluster än TVA. Detta har inte tidigare setts som ett problem och har först de senaste åren lett till åtgärder i form av ändringar i utformningen av processen. Metanförluster under 2 % kan uppnås genom utökat antal behållare och smartare styrning av reningen. 17
Flödesschema PSA-anläggning, 250 Nm 3 /h Anlutning till 4 barsledning 1,5-4 bar(g) FT Renad gas, 97 % metan <10ppm svavelväte ca 180 Nm 3/h -60 C Dp (vid aktuellt tryck) Gasanalysutrustning HS 2 CH 4, CO 2, H2O,O2 Odörisering Gas som ej uppfyller kvalitetskraven Gastork Bufferttank Filter PSA-filter Gasanalys CH4 Recirkulation för minskning av metanförluster, ca 50 Nm 3 /h FT Blåsmaskin Biogas in 3 250Nm /h 60% metan <300 ppm H2S ca 20 mbar(g), 0-35 C <25 C <25 C Gaskylare 5-7 bar(g) Vakuumpump Svavelfilter O2 Gasanalys a Kyltork (gaskylare) Förfilter Kompressor Kylmedelskylare Kylmaskin < 40 C < 5 C Kondens <3 liter/h PSA Flödesschema.cdr Pump Pump Figur 3. Figuren visar ett flödesschema för en uppgraderingsanläggning med Pressure Swing Adsorptionteknik med fyra kolonner. Fördelar är: Den är beprövad. Ingen vätskefas förekommer (förutom kondens). Nackdelar är: Metodens känslighet för svavelväte medför att förbehandling av gasen krävs. Ett relativt högt slitage av ventiler kan förväntas, eftersom trycket växlas regelbundet och materialet i bädden lämnar ett fint stoft. Som utformningen av processerna är utförd på europeiska anläggningar, regleras inte avskiljning av koldioxid med gasflödet. Detta ger högre metanförluster och större slitage än nödvändigt när anläggningen körs på dellast. Miljöpåverkan i form av 2-5 % metanförluster. Kan minskas genom installation av katalytisk förbränning av restgasen (på liknande sätt som för TVA). 18
2.1.4 Membranseparation Med hjälp av polymera membraner kan man separera gaser med avseende på deras skillnader i genomträngningsförmåga genom membranen. Gasen som skall separeras får strömma i ett rörformat membran under förhöjt tryck, varvid en del molekyler löses i och diffunderar genom membranet (rörväggen). Processen kallas omvänd osmos. Man kan under tryck få koldioxid, svavelväte och vatten att penetrera membranet och på så sätt få en gas anrikad på metan i retentatet, den gas som flödar inuti det rörformade membranet. För att få en bra separation krävs med moderna membran ett gastryck på mellan 12 och 20 bar(g). Erfarenheter från dessa är än så länge för färska för att en säker bedömning avseende driftsäkerhet, underhåll och livslängd ska kunna ges. En stor andel av metanet diffunderar tillsammans med koldioxiden (restgas) genom membranet. Vid en genomströmning utan recirkulation (en modul), erhålls stora metanförluster. För att minimera dessa krävs recirkulering av restgasen eller två eller tre moduler som kopplas så att restgasen kan uppgraderas för att minska dess slutinnehåll av metan. Kompressorkapaciteten behöver ökas med omkring 30 % om restgasen skall recirkuleras genom membranmodulen, {11} DMT. Membranen är känsliga för föroreningar som till exempel oljor och partiklar. Membrantekniken har vidareutvecklats under 2000-talet och börjat användas av stora gasbolag. Ökning av kapaciteten sker genom att fler kolonner med membran ansluts parallellt. Detta begränsar vinsten med storskalighet. En holländsk leverantör erbjuder anläggningar för kapaciteter på 15 200 Nm 3 obehandlad biogas per timme. I avvaktan på driftserfarenheter från processen med de nya membrantyperna ges inga synpunkter på metodens lämplighet. Fördelar är: Det är en enkel process med relativt få komponenter, vilket bör innebära låg investeringskostnad. Ingen vätskefas förekommer (förutom kondens). Metoden är inte beroende av tillgång på vatten. Nackdelar är: Metodens känslighet för föroreningar medför att effektiv förbehandling av gasen krävs, (stor vikt bör läggas på utvärdering av olje-, siloxaner- och fettavskiljning). Det är kostsamt att ersätta membranmaterialet. En relativt hög driftkostnad förväntas eftersom separationen sker vid högre tryck än för konkurrerande metoder. Låga investeringskostnader, höga driftskostnader och begränsad fördel av storskalighet innebär att metoden troligen blir mest attraktiv för småskaliga anläggningar. Metoden med moderna membran är nyutvecklad, så erfarenhet av långvarig drift saknas. Livslängden för membranen är oftast avgörande för att metoden ska vara attraktiv ekonomiskt. 19
2.1.5 Kryoteknik Kryoteknik innebär att behandlingen av biogasen sker vid låga temperaturer, oftast långt under 0 C. Tekniken utnyttjar skillnaderna i kokpunkt (ångbildningstemperatur, temperatur varvid gasen omvandlas till vätska eller is) för att separera de olika ämnena. Separation av luftgaser (syre och kväve) utförs huvudsakligen med kryoteknik. Kryoteknik används också för fasomvandling av andra ämnen. Omvandling av naturgas till flytande naturgas (LNG, Liquidfied Natural Gas) sker också med kryoteknik. Ångbildningstemperaturen är starkt beroende av trycket. Det gäller framförallt för koldioxid. Koldioxid börjar kondensera då temperaturen sjunker under -78,5 C i atmosfärstryck men redan vid 31 C vid tryck strax över 6 bar(g). Fryspunkten är också tryckberoende men inte lika påtagligt ångbildningstemperaturen. Fryspunkten är -78,5 C för koldioxid vid 1 bar absolut. Vid tryck under cirka 6 bar(g) övergår koldioxid direkt från fast fas (is) till gas utan mellansteget vätska. För att avskilja koldioxid så att metanet anrikas till halter över 97 % krävs temperaturer under -105 C. Kokpunkten för metan är -161 C vid atmosfärstryck. Kryoteknik för fasomvandling av ren metan har funnits länge på marknaden och är beprövad. Olika utformningar av kryogena processer för separation av biogas finns under utprovning och har en del kvar att bevisa innan tekniken kan anses tillförlitlig. Processen är mycket energikrävande och den renade gasen fås med låga temperaturer. Kylbehovet för att omvandla koldioxiden till is eller vätska är mer än dubbelt så stort som kylbehovet för att sänka temperaturen från rumstemperatur till frystemperatur. Omvandlingen av metan till vätska är cirka 4 gånger mer energikrävande än att sänka temperaturen från -105 till -161 C. Störst intresse för kryotekniken för uppgradering föreligger när biogasen ska omvandlas till och distribueras som flytande biogas, LBG. LBG kan framställas från uppgraderad biogas, där uppgraderingen utförs med konventionell teknik som kompletteras med ett poleringssteg för att nå metanhalter över 99 %. Kryotekniken står då för omvandlingen av metangasen till vätska. {13} Cryostar- I en process, som utprovas i Sverige, kyls gasen i flera steg. Vid en temperatur strax över fryspunkten vid aktuellt tryck kondenserar merparten av koldioxiden som avskiljs. Metanet löses utmärkt i flytande koldioxid så vätskan måste avgasas för att inte metanförlusterna ska bli för höga, {12} Benjaminsson, 2006. Den avskiljda koldioxiden kan renas och utgöra en biprodukt eller användas som kylmedel för att förbättra energibalansen i processen. I efterföljande steg avskiljs merparten av resterande koldioxid i värmeväxlare, som är byggda för att klara beläggningar av is (kolsyreis). Energiförluster till omgivningen är omfattande. Andelen energiförluster i förhållande till energimängd i behandlad biogas blir större ju mindre kapacitet anläggningen har. Storskalighet har därför större inverkan vid kryogena processer än vid andra processer. I avvaktan på driftserfarenheter från processen beskrivs inga för-/nackdelar eller miljöpåverkande faktorer. 20
2.2 Miljöpåverkan Det går inte att generellt precisera de olika processernas miljöpåverkan. En precisering kräver att lokala förutsättningar utreds i detalj och att systemlösningar för respektive process väljs. Lokala förutsättningar (val av placeringsalternativ) kan gynna en eller några av processerna. Sådana faktorer är: Användningstrycket efter processen. Om gasen ska distribueras vid lågt tryck (2-4 bar) till exempel till en tankningsstation, bör reningsprocessen genomföras vid tryck strax över, det vill säga vid 5-6 bar, för att energiförlusterna ska minimeras. Om spillvärme i form av lågvärdig värme (~30 C) från processerna kan användas, blir det stora energibehovet för kemisk absorption en mindre belastning. Om tillgång på tjänligt åvatten eller sjövatten finns inom rimligt avstånd, blir alternativet skrubber med genomströmmande vatten en möjlighet, som normalt sett har låg energiförbrukning och låga driftskostnader. Hanteringen av de från gasen avskiljda ämnena är viktig för att minimera påverkan på miljön. Gasens sammansättning påverkar mängderna av dessa ämnen och därför också hur stor miljöpåverkan blir. Följande ämnen avskiljs från gasen och förs bort från anläggningen: Svavelväte Kondensvatten Kiselföreningar (Siloxaner) Ammoniak Olje- och fettrester Partiklar Om gasen innehåller höga halter svavelväte kan de olika processerna skilja sig åt avseende miljöpåverkan. De flesta anläggningar med PSA och kemisk absorption, som finns i Nordeuropa, avskiljer svavel med kolfilter. Förbrukat kol mättat med svavel hanteras som farligt avfall. Svavlet kan avskiljas med annan teknik som vattenskrubber, bioskrubber, biofilter för att nämna några. Miljöpåverkan skiljer sig åt för de olika teknikerna. Vattenskrubber avskiljer svavel samtidigt som koldioxid. För en skrubber med genomströmmande vatten leds vattnet till reningsverket eller som spädvatten vid rötningsanläggningen. Slutligen hamnar svavlet i rötresten där det kan komma till nytta som näringsämne. För skrubber med recirkulerande vatten följer svavlet med koldioxiden och luften (restgas) vid avgasningen av vattnet. Restgasen innehåller även lite metan som utgör metanförlusten. De största anläggningarna i Sverige har utrustats med katalytiska brännare (vanligaste fabrikat är Voxidizer), där metanet i restgasen förbränns och svavelvätet omvandlas till svaveldioxid. Även PSA-anläggningar kan förses med katalytiska brännare. Restgasen, som består av metan och koldioxid, blandas med luft innan den tillförs brännaren. 21
2.3 Val av uppgraderingsteknik De flesta anläggningarna för uppgradering av biogas i Norden är utförda på totalentreprenad eller funktionsentreprenad ( turn key ). Antalet entreprenörer, som behärskar uppgraderingsprocesser och har väl fungerande referensanläggningar, är få på den nordiska marknaden. Om tekniken väljs före upphandlingen reduceras konkurrensen och risken för att priset blir ofördelaktigt ökar. Vi rekommenderar att upphandlingen sker utan precision av teknik utan istället med hjälp av en omfattande kravspecifikation avseende prestanda och utrustning. Om ett val av teknik ändå ska göras, är det bättre att anlägga uppgraderingen på en utförandeentreprenad eller delad entreprenad efter färdiga handlingar. Processen utformas och projekteras av en ingenjörsfirma och byggs av ett eller flera installationsföretag (bygg/el/maskin/rör). Vilken teknik, som blir mest attraktiv vid en upphandling, beror på följande parametrar: Kapacitet, storskalighet gynnar teknikerna olika. Rågasens kvalitet, mängd föroreningar, svavel, kisel med mera i rågasen. Lokala förutsättningar, till exempel tillgång till rent vatten och avsättning för spillvärme. Elpris och pris på ånga (130 C). Kapacitet; Storskalighet är påtagligt gynnsamt för de flesta uppgraderingstekniker och inverkar olika på de olika teknikerna. Av utfallet att döma på de planerade anläggningarna är PSA-teknik och skrubber med genomströmmande vatten ekonomiskt mest attraktivt då de är anläggningar med kapacitet under 10 GWh (~850 Nm 3 /h). Skrubber med recirkulerande vatten är attraktiva i intervallet 75-150 GWh (1500-3000 Nm 3 /h). Däröver förväntas teknik med kemisk absorption bli mest attraktiv, framför allt om det finns tillgång på billig ånga eller behov av att värma upp till exempel slam till cirka 30 C. Se vidare tabell 1,nästa sida. Processer, som använder moderna membran, förväntas bli ekonomiskt attraktiva för relativt små anläggningar och framförallt om metangasen ska komprimeras vidare till en tankningsstation eller ett gasnät med tryck över 12 bar(g). Rågasens kvalitet: Föroreningar i rågasen kan vara negativt för PSA- och membrantekniker, som bygger på att gasen ska penetrera genom porer. De är känsliga för igensättningar och även om föroreningarna avlägsnas innan, är det en riskfaktor. Att avlägsna svavel med aktivt kol blir kostsamt om halten av svavelväte är högt. Vattenskrubbertekniken avlägsnar svavelväte till acceptabla nivåer samtidigt som koldioxiden avlägsnas. Acceptabel svavelhalt begränsas i regel av vad kompressorerna tål och inte av skrubberprocessen. Gränsen brukar ligga mellan 500 och 1000 ppm svavelväte. Lokala förutsättningar: Tillgång till någorlunda rent åvatten inom cirka 100 meters avstånd medför att en förenklad vattenskrubberanläggning kan väljas. Anläggningskostnaden sänks med 10-20 % och driftskostnaderna sänks med 5-10 % jämfört med ett recirkulerande system. 22
Tillgång till billig ånga samt höga elpriser och avsättning för spillvärme som håller 35 C är faktorer som gynnar valet av kemisk absorption. Krav på mycket låga metanemissioner kan också vara en faktor som gynnar valet av kemisk absorption. Tabell 1. Tabellen visar en sammanställning av olika egenskaper för olika uppgraderingsmetoder som är viktiga vid utvärdering och teknikval. Egenskap Vattenskrubber PSA Kemisk absorption Moderna membran Attraktivt 4) kapacitetsområde, Nm 3 /h 50-10 000 30 500 >200 < 200 (750) Metanhalt, % 3) 95 98 % 95 97 % Ca 99 % 97 99 % Metanförluster, % 1 3 % 2 5 % 0,1 0,3 % 0,3 1 % Arbetstryck, bar(g) 5 20 5 12 0,1 4 12 20 Starttid, min 0,5 5 1 5 20 120 1 5 Reglerområde 25 100 % 100 % (ON/OFF) 1) 25 100 % 25 2) 100 % Metanutbyte 97 98 % 97 98 % 99 99,5 % 97 99,2 % Särskilda förutsättningar Flexibel process, passar i de flesta fall. Svavelväte avskiljs samtidigt med koldioxid. Känslig för föroreningar, olja, partiklar, svavelväte, siloxaner. Samtidig avskiljning av det mesta av vatten och koldioxid. Separat avskiljning av svavelväte och vatten. Kräver tillgång på billig ånga 130 C, för attraktiv ekonomi. Känslig för föroreningar, olja, partiklar svavelväte, siloxaner. Önskat leveranstryck bör vara ca 12 barg Anmärkningar Metanutsläpp kan minskas med katalytisk brännare. Högre metanhalt kan fås enkelt genom polering av gasen. Metanutsläpp kan minskas med katalytisk brännare. Högt slitage p.g.a. frekventa tryckväxlingar. Oklart hur mycket aminförlusterna är. Låg elförbrukning, hög värmeförbrukning. Membranen är under utprovning. Drifterfarenheter för mer än 1 år saknas. 1) Anläggningar med PSA teknik kan reglera kapaciteten men inom ett snävt område. Teoretiskt ska gasflödena kunna minskas, utan att metanutsläppen ökar, genom avancerad styrning av drift-/regenereringstiderna. Detta har inte genomförts i Sverige ännu. 2) Leverantören av membranteknik har angett regelområdet 0-100%. Uppgiften har inte verifierats och i praktiken blir det kompressor/n/erna som begränsar minsta flödet för kontinuerlig drift. 3) Hög menahalt >99% anges ofta som en positiv egenskap, men ger lägre inkomster eftersom gasen ofta säljs per volym (Nm 3 ) och inte per energiinnehåll (kwh). 4) Kapacitetsområde vid vilket metoderna bedöms vara ekonomiskt konkurrenskraftiga. 23
3 FYLLNINGS- OCH TANKNINGSSTATION Tankning av fordon med biogas sker på olika sätt. Nedan beskrivs de tre vanligast förekommande sätten. I Figur 4 nedan visas schematiskt olika tankningssystem. 1. Tankning via dispenser (gasmack) direkt till fordonet. Tankningen sker snabbt och utförs på ett par minuter för personbilar och 10-20 minuter för sopbilar. Tankningstiden för bussar är beroende på hur stora gastankar de är utrustade med. Normalt tar det 15-30 minuter. Snabbfyllning kan även ske med flytande metan för de anläggningar och bilar som har ett sådant system. Detta finns ännu inte i Sverige och är framför allt intressant för tyngre fordon som behöver stora energimängder i tankarna för att kunna genomföra sina transporter smidigt men även för övriga som slipper att tanka så ofta. 2. Långsamtankning sker vanligtvis under natten och utförs vid de parkeringsplatser fordonen har. Om bussar och sopbilar ska ingå i kundkretsen byggs parkerings-/tankningsplatserna vid fyllningsstationen. Platserna används av de entreprenörer, som fått kontrakten att utföra busstransporter respektive renhållningen. 3. Fyllning av gasflak sker då gasen ska säljas till gasdistributörer eller gas ska transporteras till ett tankningsställe, som ligger så pass avlägset att det inte är lönsamt att dra en gasledning dit. Stationen kan även ta emot gas om produktionen inte räcker till för den egna kundkretsen eller störningar har uppstått i gasproduktionen. För distribution av stora mängder gas, mer än vad som finns avsättning för lokalt, till avlägsna kunder (>20 mil), kan det vara lönsamt att omvandla gasen till flytande metan (LBG) och distribuera den via tankbilar. Gasproduktion Uppgradering fy Fyllning/Tankning 3. Flakfyllning/LBG 2. Långsamtankning Bussar/Sopbilar 1. Snabbtankning Bilar/Bussar Figur 4. Figuren visar schematiskt biogasens väg till fordonen i olika system för tankning. 24
För transporter med flytande metangas har utredningar visat, att det i dag bara är lönsamt för kvantiteter över 50 GWh och då transporterna är längre än 10 mil {1} Petterson m. fl., 2006). Transport av renad gas via 4 bars gasledning till en tankningsstation är intressant vid korta avstånd. För hur långt avstånd som en transport via gasledning är lönsammare än flak beror på terräng, gasvolymer och investeringskriterier. Cirka 5 km brukar användas som tumregel i normalfallet. 3.1 Beskrivning av fyllningsstation för gasflak (trailers) En fyllningsstation för biogas utgörs av högtryckskompressorer, stationärt gaslager, prioriteringspanel, uppställningsplatser för gasflak med anslutningar, samt styr- och övervakningsutrustning, enligt schema i Figur 5 nedan. Uppgradering Ko m p rimering Stationärt gaslager Biog a s Gasflak Ko m p rimering Sta tio nä rt gaslager Gasflak < 230 bar Dispenser Figur 5. Fyllningsstation för komprimerad biogas med lastväxlarflak. 3.2 Kompressorer Kompressorer höjer gasens arbetstryck till det tryck som är nödvändig för att fylla gasflaskorna i flaken eller i gaslagret. För kapaciteter under 20 GWh per år är långsamtgående hydrauliskt drivna kolvkompressorer vanligast på svenska marknaden. Dessa finns med en boosterfunktion som möjliggör fyllning från stationärt gaslager till gasflak cirka fyra gånger snabbare än fyllning direkt från kompressor. För anläggningar med kapacitet mindre än 20 GWh finns numera även snabbgående direktdrivna kolvkompressorer. Hur kostnadseffektiva dessa är utreds i samband med ett anbudsförfarande. Kompressorer övervakas kontinuerlig avseende gasläckage, tryck, temperatur och brand. Övervakning sker genom ett elektroniskt styrsystem och ett mekaniskt säkerhetssystem. Kompressorutrustning bör placeras i ett separat rum. Komprimering sker direkt in i fordonsgasflaskor eller in i ett högtryckslager. 25
3.3 Stationärt gaslager Gaslagrets uppgift är att fungera som buffert för att jämna ut skillnaden i produktion (uppgraderingen) och förbrukning av gas. Vidare utgör gaslagret en buffert vid tillfälliga produktionsbortfall. Gaslagret dimensioneras utifrån de krav som ställs avseende leveranssäkerhet. I bedömningen beaktas kundkretsens behov och hur snabbt gasen kan distribueras från externa leverantörer. Vanligtvis dimensioneras lagret för ett dygns behov av gas. Det stationära gaslagret kan initialt vara ersatt av ett mobilt i form av till exempel ett flak innehållande cirka 1800 Nm3. Vid ökad försäljning bör gaslagret rymma ca 20 Nm3 (vattenvolym). Trycket i stationära gaslager är 250-350 bar, vanligtvis 250 bar. Gaslagret övervakas avseende gasläckage och tryck. 3.4 Prioritetspanel Panelen består av PLC-styrda ventiler och mätutrustning som dirigerar gasflödena till rätt anslutning. Panelen omfattar också säkerhetsutrustning som till exempel säkerhetsventil, reducerventiler och tryckvakter. 3.5 Gasflak (gas trailers) Vid försäljning av biogas till distributörer, som till exempel AGA, Eon eller Fordonsgas Sverige sker distributionen vanligtvis med gasflak. Det finns olika lösningar för hur de utformas. Gasflaskor kan monteras i lastvagnssläp och transporteras med trailers. En av Eons modeller består av 100 gasflaskor som rymmer 80 liter vardera, totalt cirka 3000 Nm 3 biogas komprimerad till cirka 300 bar. AGAs modell bygger på lastväxlarflak. Flaken är fyllda med 147 flaskor á 50 liter (geometrisk volym), vilket motsvarar 7,35 m 3. Vid ett tryck av 200 bar kan cirka 1900 Nm 3 gas lagras per flak, se Figur 6. Fyllningen styrs utifrån trycket, så vintertid kan en större mängd gas fyllas eftersom gasens temperatur följer utomhustemperaturen. Figur 6. Gasflaskor på flak enligt AGAs modell. 26
Vid transporter av större mängder gas begränsas distributionen av maxvikten för en lastbil och totallängd med släp, vilken i Sverige är 65 ton och 25,25 meter. De flesta flaken är utformade så, att en bil kan lastas med tre flak. Gasflaskor i stål ger snabbt en hög vikt då antalet flaskor ökas. Gasflak med flaskor i kompositmaterial är lättare och rymmer betydligt större mängder gas än motsvarande gasflak med stålflaskor, men kostnaden för dessa är betydligt högre. Flaskor i kompositmaterial har en begränsad livslängd, vilket för nuvarande är 20 år. Stålflaskor besiktigas cirka vart femte år och har ingen begränsning, så länge de är hela och i gott skick. Flak med gasflaskor i komposit består av 36 stycken 450 liters flaskor som fylls till 250 bar. För att systemet skall vara effektivt krävs en bra utformad logistik samt matchning av utbud och efterfrågan på gas. I Tabell 2 redovisas beräkning av maximal lastkapacitet för lastväxlarflak med gasflaskor i stål respektive av kompositmaterial. Tabell 2. Maximal lastkapacitet och biogasens vikt i olika lastväxlarflak för transport av komprimerad biogas i AGAs modeller. Lastbil Biogas ton Lastkapacitet 1) Nm 3 Litet lastväxlarflak, stål 1,4 1 600-1 900 Stort lastväxlarflak, stål 2,1 2 500-3 000 Stort lastväxlarflak, komposit 3,5 4 000-5 000 1) Lastkapaciteten varierar med temperaturen i luften samt beror på hur väl gasflaken är tömda när de ansluts. Vilket flaksystem, som blir aktuellt, beror på vilken distributör som kontrakteras. Fyllningsstationen ska utformas så att stor flexibilitet erhålls, så att försäljning ska kunna ske till flera kunder. 27
4 BESKRIVNING AV SYSTEMLÖSNINGAR 4.1 Försäljningsstrategi Det tar tid att bygga upp en omfattande kundkrets av ägare till gasfordon. 8 GWh/år kan försörja cirka 800 personbilar som kör 1300-1500 mil per år på gas. Det innebär att antalet tankningar blir 110-150 per vardag och betydligt färre under helgdagarna. Mängden biogas, 8-20 GWh/år, räcker mer än väl till för att göra gasmacken offentlig, det vill säga tillgänglig för en större kundkrets. Om beslut tas om att göra gasmacken offentlig krävs en extern försörjning som komplement för att undvika gastorka vid ogynnsamma situationer. Vanligaste åtgärden är att installera ett reservsystem i form av kontrakt med gasdistributörer. Alternativt kan ett lager av flytande natur- eller biogas, LNG eller LBG, installeras. Fördelen med en offentlig gasmack är att gasförbrukning stiger i snabb takt i samband med att tankstället blir känt. En offentlig gasmack placeras fördelaktigast nära E45:an och helst vid en bensinstation. För kunderna, som kör bifuel, är fördelen att båda bränslena kan fyllas vid samma ställe. För övriga kunder blir det en fördel om macken är bemannad och då är fördelen bekvämligheten med tillgång till andra förnödenheter som macken erbjuder. Gasmackar, som inte placerats vid bensinstationer, men ändå används flitigt finns till exempel i Jönköping och i Trollhättan. Avsättningen av gasen kan ske på olika vis. Följande alternativ bör beaktas vid val av försäljningsstrategi: Uppgraderad gas säljs till en gasdistributör. Avtal om minikvantiteter ska då skrivas. (Distributörer är till exempel AGA, E.ON och Fordonsgas Sverige). Gasen säljs via gasmack och långsamtankning via egen säljorganisation i egen regi. En kombination av ovanstående. Det kan vara svårt att få till stånd ett avtal med distributör med villkor, som innebär lokal konkurrens. Utbyggnadstakten är beroende på marknadsaktiviteter. Erfarenheter visar på, att det tar mellan två och fyra år för att komma upp i försäljningsvolymen 8 GWh per år, om försäljningen ska ske i egen regi. En gasdistributör klara uppgiften betydligt snabbare. Försäljning av 20 GWh beräknas kräva en utbyggnad av kundkretsen under ytterligare några år. Det är inte vanligt att en kombination av egen försäljning och försäljning till gasdistributör används. Enklast är att sälja all gas till en distributör. Försäljningen sker via ett mellanled och ersättningen blir lägre än då gasen säljs direkt till slutkund. Försäljning via distributör väljs när största delen av gasen måste transporteras via flak och om ingen egen försäljningsorganisation finns och intresse för att bilda och upprätthålla sådan saknas. Om den största delen av gasen ska säljas i Säffle är det mer lönsamt att sälja gasen i egen regi än till gasdistributör. Gas, som inte säljs i Säffle, säljs då istället på den öppna marknaden. Kunderna kan då vara distributörer, energibolag i grannkommuner med flera. Optimalt är att gasproduktionen ökar i samma takt som försäljningen av gas. Kundkretsen kan begränsas, åtminstone i en början, till en utvald grupp. Det kan vara kommunens egna fordon samt någon sopbil och taxi. Ökningstakten av försäljningen är i detta alternativ långsammare än om gasmacken görs offentlig. Det kan vara det bästa alternativet om det råder stor osäker- 28