Transcript Biogasdistribution, från lokal till regional hantering

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
RAPPORT
BIOGAS ÖST
UPPDRAGSNUMMER 1157571000
Biogasdistribution, från lokal till regional hantering
(Beskrivande och jämförande studie av olika distributionsformer för biogas och fordonsgas)
STOCKHOLM 2011-03-11
Sweco Environment AB
Stockholm, Avfallsteknik
Stefan Dahlgren
Towe Ireblad
Andreas Lindgren
Hans Lundborg
ra04s 2010-01-14
1 (31)
Sweco
Sweco Environment AB
Gjörwellsgatan 22
Box 34044, 100 26 Stockholm
Telefon 08-695 60 00
Telefax 08-695 60 10
www.sweco.se
Org.nr 556346-0327
säte Stockholm
Ingår i Sweco-koncernen
Uppdrag 1157530000; sfda
P:\1174\1157571_BGÖ_Biogas_Dist\000\10 Arbetsmtrl_dok
2
Innehållsförteckning
SAMMANFATTNING ................................................................................................................... 5
1
INLEDNING ............................................................................................................................ 7
1.1
2
BAKGRUND OCH MÅLSÄTTNING ......................................................................................... 7
BIOGASSITUATIONEN I BIOGAS ÖST OMRÅDET ...................................................... 8
2.1
BIOGAS ÖST OMRÅDET ...................................................................................................... 8
2.1.1
Produktion och efterfrågan på fordonsgas i Biogas Öst området ............................. 8
2.1.2
Tankställen och distribution ...................................................................................... 9
3
BIOGASSYSTEM MED FORDONSGASPRODUKTION ................................................. 9
3.1
VAD ÄR UPPGRADERING, KRYOGEN UPPGRADERING OCH LBG .......................................... 9
3.1.1
Vanliga uppgraderingsmetoder ............................................................................... 10
3.1.2
Kryogen uppgradering och LBG ............................................................................. 12
3.2
BIOGASSYSTEM MED FORDONSGAS (CBG) OCH FÖRVÄTSKAD FORDONSGAS (LBG) ...... 12
4
DISTRIBUTIONSTEKNIKER FÖR FORDONSGAS ...................................................... 14
4.1
DISTRIBUTION AV FORDONSGAS I LEDNING ...................................................................... 14
4.1.1
Markledning ............................................................................................................ 14
4.1.2
Sjöledning ................................................................................................................ 15
4.2
TRANSPORT MED LASTBIL ................................................................................................ 15
4.2.1
Transport av komprimerad fordonsgas (CBG) i stålflaskor .................................... 15
4.2.2
Transport av komprimerad fordonsgas (CBG) i kompositflaskor ........................... 16
4.2.3
Transport av förvätskad fordongas (LBG) .............................................................. 17
5
JÄMFÖRELSE MELLAN OLIKA DISTRIBUTIONSTEKNIKER ............................... 17
5.1
INLEDNING ....................................................................................................................... 17
5.2
FÖRUTSÄTTNINGAR OCH ANTAGANDEN ........................................................................... 18
5.2.1
Distributionskostnader ............................................................................................ 18
5.2.2
Energianvändning ................................................................................................... 18
5.2.3
Klimat- och miljöpåverkan ...................................................................................... 19
6
RESULTAT ........................................................................................................................... 20
6.1
6.2
6.3
DISTRIBUTIONSKOSTNADER ............................................................................................. 20
ENERGIANVÄNDNING ....................................................................................................... 21
KLIMAT- OCH MILJÖEFFEKTER ......................................................................................... 22
7
DISKUSSION ........................................................................................................................ 24
8
REFERENSER ...................................................................................................................... 27
9
ORDLISTA ............................................................................................................................ 28
10
BILAGOR .......................................................................................................................... 29
3
10.1
BILAGA 1. KOSTNADER FÖR UPPGRADERING OCH DISTRIBUTION FÖR DE OLIKA
DISTRIBUTIONSTEKNIKERNA. ....................................................................................................... 29
10.2 BILAGA 2. KALKYLFÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BERÄKNING AV KOSTNADER FÖR GASLEDNING
(4 BAR)......................................................................................................................................... 30
10.3 BILAGA 3. KALKYLFÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BERÄKNING AV ENERGIFÖRBRUKNING FÖR
LASTBILSTRANSPORTER. .............................................................................................................. 31
4
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 1 029–1 641 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 50–60 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
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 (CO2), kväveoxider (NOx) 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, 1 037 och
2 590 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
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 1 029–1 641 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 60–70 % metan och 30–40 % 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
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.
2.1.1 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
År 2009 uppgick produktionen av biogas till 518 GWh medan produktionen av fordonsgas
3
uppskattades till ca 22 MNm (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 169-200 biogassopbilar
samt ca 12 300 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 1 029–1 641 GWh,
beroende på marknadstillväxten i olika scenarier (Jonerholm et al, 2010).
2.1.2 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 60–70 % metan och 30–40 % koldioxid. Fordonsgas
måste innehålla 97 ± 1 % metan för att uppfylla kraven i den svenska standarden (SS 15 38 54
”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 www.sgc.se.
9
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
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 2002. 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
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 60–70 %.
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 60–70 %
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
Figur 4. Schematisk skiss över biogassystem för biogas och fordonsgas.
13
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
4.1.1
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
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
4.2.1 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).
3
Varje växelflak rymmer maximalt 2 000 Nm 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
3
ca 350 Nm fordonsgas. Gasflaskorna i växelflaken fylls i vanliga fall inte maximalt och ett
3
växelflak lastar i praktiken ungefär 1 700 Nm . 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
3
till ungefär 1 500 Nm (Ragnar Sjödahl, muntligen, 2011). I Biogas Öst regionen transporteras
normalt tre flak samtidigt, ett på själva lastbilen och två på släpet. Den totala mängden
3
fordonsgas som levereras till tankstationen uppgår alltså till 4 500 Nm vid distribution med
stålväxelflak.
15
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.
4.2.2 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 9 700
3
Nm (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,
3
vilket betyder att en last i praktiken uppgår till ca 8 730 Nm fordonsgas.
16
4.2.3
TRANSPORT AV FÖRVÄTSKAD FORDONGAS (LBG)
3
Vid distribution av LBG transporteras fordonsgasen i flytande form med lastbil. Då 1 Nm
(normalkubikmeter) biogas kyls ner till ca -162°C förvätskas gasen och dess volym minskar nästan
3
600 gånger, från 1 Nm 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)
Stålväxelflak
Kompositväxelflak
LBG
Ledning 4 bar
Avstånd (100 km)
Stålväxelflak
Kompositväxelflak
LBG
Ledning 4 bar
Avstånd (250 km)
Stålväxelflak
Kompositväxelflak
LBG
Ledning 4 bar
Faktaruta 3. Vad är kWh, MWh, GWh och TWh?
1 kWh är den energimängd som går åt för att värma en 1 000 watts spisplatta i en timme. 1
MWh är 1 000 kWh och ungefär den energimängd som behövs för att köra en bensindriven
personbil 130 mil. 1 GWh är 1 000 MWh och motsvarar den värmeenergi som 40 villor
använder på ett år. 1 TWh är 1 000 GWh och motsvarar Sveriges totala energianvändning
under 20 timmar.
17
5.2
FÖRUTSÄTTNINGAR OCH ANTAGANDEN
5.2.1 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.
5.2.2 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
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 3.
5.2.3 KLIMAT- OCH MILJÖPÅVERKAN
Klimatpåverkan från transporterna kommer från utsläpp av växthusgasen koldioxid. Med
miljöpåverkan menas utsläpp av föroreningarna kväveoxider (NOx) 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
(NOx), (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
6
RESULTAT
6.1
DISTRIBUTIONSKOSTNADER
Kostnaden för distributionen av fordonsgasen (200 GWh) 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 50–60 km är distribution med gasledning. Kostnader för
transport (25 km) med stålväxelflak och kompositväxelflak uppgår till 0,08 respektive 0,09 kr per
kWh medan kostnaden för transport av förvätskad fordonsgas (LBG) uppgår till 0,15 kr per kWh.
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 och ledningsalternativet. Transport med ledning är dock billigare än transport
med kompositväxelflak upp till ungefär 80 km enlig beräkningarna i den här rapporten.
Kostnaden för att transportera fordonsgasen 100 km i flytande form (LBG) uppgår till 0,16 kr per
kWh.
Om fordonsgasen måste transporteras 250 km för att nå marknaden är LBG transport det
billigaste alternativet och kostnaden uppgår till 0,17 kr per kWh. Vid så lång transport blir
ledningsalternativet betydligt dyrare än övriga distributionstekniker och uppgår till drygt 0,3 kr
per kWh, se figur 7.
0,35
0,30
kr per kWh
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
25 km
100 km
Ledning
Stålflak
250 km
Kompositflak
LBG
Figur 7. Distributionskostnad i kr per kWh för distribution av 200 GWh fordonsgas per år med olika tekniker
(ledning, stålväxelflak, kompositväxelflak och LBG med gastrailer) för avstånden 25, 100 och 250 km.
20
ENERGIANVÄNDNING
Den totala energianvändningen för transport av fordonsgas är störst då stålväxelflak används,
3
figur 8. Då stålväxelflaket rymmer ungefär 44 000 kWh (4 500 Nm ) krävs fler än 4 500
transporter per år och 12 transporter per dag för att distribuera 200 GWh fordonsgas medan
motsvarande siffror för kompositväxelflak och LBG transport blir ca 2 360 st. respektive ca 840 st.
per år och 6 st. respektive 2 st. per dag. Kompositväxelflak och LBG gastrailer uppskattas i den här
3
3
rapporten kunna leverera ca 85 000 kWh (9 000 Nm ) respektive 142 000 kWh (25 000 Nm ) per
last. Vid distribution med gasledning antas den trycksättning gasen har då den uppgraderats
räcka för transporten i 4 bars ledningar vilket medför att ingen ny energi behöver tillföras för
ledningsdistributionen.
Om gasen distribueras i 10 bars ledningar eller om gas ska distribueras 100 km och 250 km, i 4
eller 10 bars ledningar, behövs ytterligare tryckhöjning, men den mängd energi som då tillförs har
bedömts som marginell och försumbar i jämförelse med de andra distributionsteknikerna. Den
energieffektivaste metoden för gastransport är via gasledning. Sedan följer transport i flytande
form (LBG), transport med kompositväxelflak och sist transport med stålväxelflak, se figur 8
nedan.
Vid 100 km transport med stålväxelflak beräknas 2 % (20 kWh diesel per transporterad MWh
fordonsgas) av energivärdet i den transporterade fordonsgasen åtgå för distributionen. Vid
ökande distributionsavstånd minskar energieffektiviteten kraftigt på grund av allt längre
transportsträckor med tom retur. Vid 250 km transport åtgår 5 % av energivärdet i fordonsgasen
för dess distribution.
kWh diesel / MWh transporterad fordonsgas
6.2
60
50
40
30
20
10
0
25 km
100 km
Ledning
Stålflak
250 km
Kompositflak
LBG
Figur 8. Energiförbrukning i kWh diesel per transporterad MWh fordonsgas för distribution av 200 GWh
fordonsgas per år med olika tekniker för avstånden 25 km, 100 km och 250 km.
21
Den totala energiförbrukningen för transporterna i de olika distributionsmodellerna varierar,
liksom energieffektiviteten, kraftigt beroende på transportavståndet. Det relativa förhållandet
mellan distributionsteknikerna är dock detsamma som för energieffektiviteten och oberoende av
transportavståndet. I den här rapporten har vi antagit att lastbilstransporterna i medeltal
förbrukar 4,45 liter diesel per mil oberoende av distributionsteknik. Med detta antagande åtgår
drygt 1 miljon liter diesel för att transportera 200 GWh fordonsgas med stålväxelflak om gasen
ska distribueras 250 km, se figur 9. För de kortare distributionsavstånden förbrukas drygt 400 000
respektive 100 000 liter diesel om gasen ska distribueras med stålväxelflak. Gasdistribution med
gasledning förbrukar givetvis minst (0 liter i samtliga distributionsavstånd). Lastbilstransport av
fordonsgas i flytande form (LBG) och även med kompositväxelflak förbrukar mycket mindre
drivmedel än transport med stålväxelflak, se figur nedan.
Liter diesel per år
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
25 km
Stålflak
100 km
Kompsitflak
250 km
LBG
Ledning
Figur 9. Total förbrukning av diesel i liter per år för distribution av 200 GWh
fordonsgas för olika distributionstekniker (stålväxelflak, kompositväxelflak,
LBG med gas trailer och ledning) och avstånd.
6.3
KLIMAT- OCH MILJÖEFFEKTER
Utsläppsmängderna av koldioxid (CO2), kväveoxider (NOx) 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, 1037 och
2 590 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
partikel utsläppen 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
stålväxelflaktransport, se figur 10, 11 och 12.
22
Ton CO2 utsläpp per år
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
25 km
Stålflak
100 km
Kompositflak
250 km
LBG
Ledning
Ton NOx utsläpp per år
Figur 10. Årliga utsläpp av koldioxid (CO2)i ton för distribution av 200 GWh
fordonsgas för olika distributionstekniker (stålväxelflak, kompositväxelflak,
LBG med gas trailer och ledning)och avstånd.
20
15
10
5
0
25 km
100 km
Stålflak
Kompositflak
250 km
LBG
Ledning
Kg Partikelutsläpp per år
Figur 11. Årliga utsläpp av kväveoxider (NOx) i ton för distribution av 200 GWh
fordonsgas för olika distributionstekniker (stålväxelflak, kompositväxelflak,
LBG med gas trailer och ledning) och avstånd.
250
200
150
100
50
0
25 km
100 km
Stålflak
Kompositflak
250 km
LBG
Ledning
Figur 12. Årliga utsläpp av partiklar för distribution av 200 GWh fordonsgas
för olika distributionstekniker (stålväxelflak, kompositväxelflak,
LBG med gas trailer och ledning) och avstånd.
23
7
DISKUSSION
Beräkningarna av distributionskostnaderna för transport av 200 GWh fordonsgas visar att det är
kostnadseffektivast att transportera gasen med ledning om transportavståndet är kortare än 50–
60 km. Vid längre transportavstånd är samtliga distributionsformer med lastbil billigare än
ledningstransport. När det gäller energianvändning vid transport, och klimat- och miljöpåverkan
är förhållandet det motsatta och ledningstransport är alltid, för alla energi- och miljörelaterade
parametrar det bästa alternativet.
Resultatet i den här rapporten visar också tydligt att energieffektiviteten minskar och klimat- och
miljöpåverkan ökar drastiskt vid ökat transportavstånd om gasen transporteras med lastbil.
Kostnaderna för klimat- och miljöpåverkan kan värderas. Av tabellen nedan framgår kostnader
för utsläpp av koldioxid, kväveoxider och partiklar, enligt SIKA 2002, samt kostnad per liter diesel.
Tabell 2. Miljöekonomisk värdering av utsläpp av koldioxid, kväveoxider och partiklar i kronor per utsläppt kg
samt ungefärlig kostnad per liter diesel, enligt antaganden i den här rapporten.
Ämne
Koldioxid (CO2)
Kväveoxider (NOx)
Partiklar innerstad Stockholm
Partiklar ytterstad Stockholm
Partiklar yttre områden stor Stockholm
Kostnad per Kg
0,8
25
9 500
6 000
2 400
Kostnad per
liter diesel
2,07
0,44
2,01
1,27
0,51
Riksdagen har antagit mål för miljökvaliteten inom 16 områden. Energianvändningen och
energisektorn påverkar alla miljömålen och är i många fall en nyckelfaktor för att målen ska
kunna uppnås. Energimyndigheten bedömer att användning av fossila bränslen fortfarande är det
mest angelägna problemet att komma tillrätta med inom energisektorn (Energimyndigheten,
2007). För att nå uppsatta miljökvalitetsmål bör framtida distributionssystem vara så
energieffektiva som möjligt.
Storleken på distributionskostnaden för gas i ledning är framförallt beroende av
kapitalkostnaderna per meter anlagd ledning, med andra ord kostnader för att gräva upp mark,
inköp av ledning, läggning av ledning i ledningsgrav och övertäckning av ledningsgraven. Detta
medför att kostnaderna för ledningsdistribution ökar markant då transportavståndet ökar. Det
betyder också att skalfördelarna är större för distribution av gas i ledning än de är för de andra
distributionsformerna, med andra ord så ökar kostnadseffektiviteten kraftigt då större mängder
gas transporteras i ledningen.
I figur 13 har vi ökat gasmängderna som transporteras med de olika teknikerna till 400 GWh
samtidigt som alla andra antaganden i beräkningarna hållits konstanta. Figuren visar att
distribution med gasledning, under givna förutsättningar, då blir kostnadseffektivast.
Resonemanget visar att det klimat- och miljövänligaste alternativet genom god planering och
storskaliga lösningar också kan var det mest kostnadseffektiva.
24
0,20
0,18
0,16
kr per kWh
0,14
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
25 km
100 km
Ledning
Stålflak
250 km
Kompositflak
LBG
Figur 13. Distributionskostnad i kr per kWh för distribution av 400 GWh fordonsgas per år med olika tekniker
(ledning, stålväxelflak, kompositväxelflak och LBG med gastrailer) för avstånden 25, 100 och 250 km.
Genom att anlägga ledningen i sjö istället för på land kan, under vissa omständigheter,
kostnaderna för gasdistribution med ledning minskas ytterligare. Vid korta sjöledningssträckor i
innerstadsmiljö med fartygsleder är de ekonomiska incitamenten och vinsterna små eller
obefintliga. Om man däremot lägger längre sjöledningsträckor i områden utan fartygsleder och
bebyggelse uppskattar vi att man, för dessa sträckor, kan sänka kostnaden med ungefär 20 %.
Stadsgasnätet i Stockholm försörjer drygt 80 000 hushåll med energi. Stadsgasen, som kommer
från förgasning av nafta, byts under 2011 ut mot naturgas. Gasbranschens vision är att
användningen av naturgas i stadsgasnätet också ska medföra en framtida övergång till biogas i
nätet. Naturgasen som ska distribueras i stadsgasnätet kommer att transporteras i flytande form
(LNG) med lastbil till Mårtensdal i Hammarby sjöstad där gasen förångas och blandas med luft
innan den injiceras i nätet för vidare distribution.
Om man i ett framtida scenario tänker sig en eller två stora biogasanläggningar, som totalt
producerar 200 GWh biogas, 5–10 mil söder om Stockholm och som delvis försörjer
stadsgasnätet och/eller det fordonsgasnät som Stockholm Gas AB bygger med metangas
(uppgraderad biogas), så kommer olika distributionslösningar för att transportera in gasen till
Hammarby ge olika effekter. Om gasen transporteras med stålväxelflak eller kompositflak behövs
12 respektive 6 stycken tur- och returtransporter om dagen, genom Stockholms södra
innerstadsområde. Om gasen transporteras i flytande form behövs endast 2 sådana transporter
om dagen medan man med ledningstransport helt undviker problemen med transportfordon i
innerstaden och de negativa klimat- och miljöeffekterna lastbilstransporterna skulle medföra.
Utöver negativa klimat- och miljöeffekter tillkommer även säkerhetsaspekter. Det absolut
säkraste sättet att distribuera gasen är via ledningstransport. Om gasen transporteras med lastbil
ökar säkerheten med minskad transportfrekvens och exponeringstid i trafiksituationer, vilket
25
medför att transport med LBG transport måste betraktas som det säkraste alternativet då gasen
distribueras med lastbil.
Energigas Sverige, den nationella branschföreningen, har lanserat ett förslag där ett regionalt
ledningsnät, figur 14, sammanför Biogas Öst regionens städer med fordonsgasnätet som
Stockholm Gas utvecklar i Stockholm stad. I ett sådant ledningsnät kan olika producenter ansluta
och injicera uppgraderad biogas på olika platser. För att distributionen av biogasen i ett så stort
nät ska bli kostnadseffektiv krävs förmodligen distribution av volymer som överstiger 1 TWh.
Energigas Sverige uppskattar att den framtida efterfrågan på biogas är tillräckligt stor för att
motivera utbyggnaden av ett regionalt ledningsnät (Anders Mathiasson, muntligen, 2011) och
Jonerholm et al (2010) uppskattar att efterfrågan på fordonsgas inom regionen kan uppgå till mer
än 1,5 TWh år 2020.
Figur 14. Energigas Sveriges förslag på ett regionalt ledningsnät för distribution av biogas som sammanför
städerna runt Mälaren med fordonsgasnät som Stockholm Gas utvecklar. Figuren kommer från Energigas
Sverige.
26
8
REFERENSER
Appelkvist Markus & Per Olof Johansson (2002). Tillförlitlighet och backup i
biogassystem, Biogas – fokus på tillämpningar, Uppsatser: energihushållning – projekt,
avdelningen för Energihushållning, Institutionen för Värme- och Kraftteknik, Lunds
Tekniska Högskola.
Benjaminsson Johan & Ronny Nilsson. (2009). Distributionsformer för biogas och
naturgas i Sverige. Rapport av Grontmij för Energigas Sverige.
Börjesson Pål, Tufvesson Linda & Mikael Lantz (2010). Livscyckelanalyser av svenska
biodrivmedel. Rapport nummer 70, institutionen för teknik och samhälle, Avd. för miljöoch energisystem. Lunds Tekniska Högskola.
Energimyndigheten (2007). Energisektorns miljöpåverkan och arbete med miljöfrågor.
Rapport ER 2007:16.
Hagen Martin, Polman Erik, Jensen, K., Jan, Myken Asger, Jönsson Owe, & Anders Dahl
(2001). Adding gas from biomass to the gasgrid. Rapport SGC 118, Svenskt Gastekniskt
Center.
Jonerholm Katarina, Forsberg Jonas, Millers-Dalsjö Daina & Celeste Ganga Parada
(2010). Utbud och efterfrågan på Fordonsgas i Biogas Öst Regionen. Rapport av Sweco
för Biogas Öst.
SIKA (2002). Luftföroreningar, Delrapport, ASEK. Rapport 2002:12.
Sweco Viak. SL, Lidingö Stad och Käppalaförbundet (2005). Förutsättningar för att
utnyttja biogas från Käppalaverket som fordonsbränsle för bussar och andra fordon.
Rapport Sweco Viak.
Muntliga referenser:
Jonas Forsberg, Biogas Öst, www.biogasost.se
Ragnar Sjödahl, AGA Linde AB, www.aga.se
Anders Mathiasson, Energigas Sverige, www.energigas.se
Internet:
Svenska Petroleuminstitutet, www.spi.se
27
9
ORDLISTA
Biogas
Samlingsnamn för gaser som bildas när organiskt material bryts
ner i syrefri miljö. Består till större del av koldioxid och metan
(ca 60–70 % metan och 30–40 % koldioxid). Även biometan
(uppgraderad biogas) med ca 97 % metanhalt och Deponigas
kallas ofta biogas, se nedan.
Biometan
Samlingsnamn för gaser som huvudsakligen består av metan
(ca 97 %) och som kan utvinnas ur biologiskt material, ex. från
rötning och termisk förgasning.
Deponigas
Gas som bildas från deponier (45–55 % metan)
CBG
CBG (Compressed biogas) är uppgraderad och komprimerad
biogas (Bimetan) med fordonsbränslekvalitet.
Fordonsgas
Metangas för fordonsdrift (uppgraderad biogas (Biometan),
naturgas eller en blandning av dessa gaser).
LBG
LBG (Liquified BioGas) är förvätskad uppgraderad biogas. Då
gasen förvätskas övergår den i flytande form.
LNG
LNG (Liquified Natural Gas) är förvätskad naturgas, d.v.s.
naturgas i flytande form.
Naturgas
Gasblandning som till övervägande del innehåller metan.
3
Nm
28
3
Normalkubikmeter är en standardenhet som anges för 1 m gas
vid normaltillstånd 0°C och atmosfärstryck (1,01325 bar)
10
BILAGOR
10.1
BILAGA 1. KOSTNADER FÖR UPPGRADERING OCH DISTRIBUTION FÖR DE OLIKA
DISTRIBUTIONSTEKNIKERNA.
Ledning
Gasmängd (GWh/år)
LNG back-up (kr/kWh)
Komprimering till 200 bar (kr/kWh)
Lastväxlarflak/LBG trailer (kr/kWh)
Finrening (kr/kWh)
Förvätskning (kr/kWh)
Kapitalkkostnad (kr/kWh)
Summa årskostnad (miljoner kr)
Summa årskostnad ledning 25 km (milj. kr)
Summa årskostnad ledning 100 km (milj. kr)
Summa årskostnad ledning 250 km (milj. kr)
Kapitalkostnad ledning 25 km (kr/kWh)
Kapitalkostnad ledning 100 km (kr/kWh)
Kapitalkostnad ledning 250 km (kr/kWh)
Distribution, drift & underhåll 25 km
(kr/kWh)
Distribution, drift & underhåll 100 km
(kr/kWh)
Distribution, drift & underhåll 250 km
(kr/kWh)
200
Stålväxelflak
Kompositväxelflak
200
1
0,007*
1
0,028*
1
0,023*
200
1
0,007*
1
0,028*
2
0,046*
0,058
11,6
0,081
16,2
LBG med gas
trailer
200
1
0,007*
1
0,046*
1
0,017*
1
0,12*
0,148
29,6
7,5
20,2
45,5
0,037
0,101
0,228
0,014
0,019*
3
0,014*
4
0,003*
3
0,039
0,053*
1
0,040*
4
0,010*
1
0,131*
3
0,098*
4
0,024*
3
0,088*
5
1
* Data från Benjaminsson & Nilsson, 2009 (tabell 21), för gasmängder på 100-1000 TWh.
2
* Investeringskostnad för kompositväxelflak uppskattas vara dubbelt så stor som kostnaden för
stålväxelflak.
3
* Uppgiften baseras på antagandet om ett linjärt samband mellan avstånd och kostnad och har
beräknats från uppgifter i Benjaminsson & Nilsson, 2009 (tabell 21).
4
* Kostnaden uppskattas till 75 % av kostanden för stålväxelflak.
5
* Se bilaga 2 (Kapitel 10.2) för beräkningsgrunder för ledningsalternativ och bilaga 3 (kapitel
10.3) för beräkningar av energianvändning vid lastbilstransporter.
29
10.2
BILAGA 2. KALKYLFÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BERÄKNING AV KOSTNADER FÖR
GASLEDNING (4 BAR).
Energi i varje ledningssträcka (kWh)
Inv. kostnad ledning på landsbygd
(kr/m)
Inv. kostnad ledning i stad (kr/m)
Ränta
Avskrivningstid
Annuitetsfaktor
Drift & Underhåll (% av
investeringskostnad)
Distans 1 (m)
Distans 2 (m)
Distans 3 (m)
200 000 000
2 500
5 500
5%
30
0,065
2,50 %
25 000
100 000
250 000
Investering 25 km (kr)
Investering 100 km (kr)
Investering 250 km (kr)
115 000 000
310 000 000
700 000 000
Drift och underh. 25 km (kr/år)
Drift och underh. 100 km (kr/år)
Drift och underh. 250 km (kr/år)
2 875 000
7 750 000
17 500 000
Annuitet 25 km
Annuitet 100 km
Annuitet 250 km
7 480 915
20 165 945
45 536 005
Totalkostnad 25 km
Totalkostnad 100 km
Totalkostnad 250 km
10 355 915
27 915 945
63 036 005
Kostnad per kWh (200 GWh, 25 km)
Kostnad per kWh (200 GWh, 100 km)
Kostnad per kWh (200 GWh, 250 km)
30
0,05
0,14
0,32
10.3
BILAGA 3. KALKYLFÖRUTSÄTTNINGAR FÖR BERÄKNING AV ENERGIFÖRBRUKNING FÖR
LASTBILSTRANSPORTER.
Stålväxelflak (CBG)
3
Nm fordonsgas per last
kWh fordonsgas per last
Förbrukning per 100 km (inkl.
tom retur)
Medelförbrukning liter diesel
per mil (tur och tom retur)
Förbrukad energi för distribution
25 km (kWh diesel)
Förbrukad energi för distribution
100 km (kWh diesel)
Förbrukad energi för distribution
250 km (kWh diesel)
Förbrukad energi för distribution
25 km (liter diesel)
Förbrukad energi för distribution
100 km (liter diesel)
Förbrukad energi för distribution
250 km (liter diesel)
4 500
43 650
873
Kompositväxelflak
(CBG)
8 730
84 681
873
LBG med
gastrailer
24 589
141 600
873
4,45
4,45
4,45
218
218
218
873
873
873
2 183
2 183
2 183
22
22
22
89
89
89
223
223
223
31