De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Partner for progress Aardgas, de schakel naar een duurzame energiehuishouding Prof.dr.ir. Mannes Wolters Kiwa Gastec Technology / Universiteit Twente 12.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Partner for progress Aardgas, de schakel naar een duurzame energiehuishouding Prof.dr.ir. Mannes Wolters Kiwa Gastec Technology / Universiteit Twente 12."— Transcript van de presentatie:

1 Partner for progress Aardgas, de schakel naar een duurzame energiehuishouding Prof.dr.ir. Mannes Wolters Kiwa Gastec Technology / Universiteit Twente 12 October 2006; KIVI NIRIA Smart Energy Mix Congres

2 © Kiwa Agenda Huidige rol aardgas in energievoorziening Op weg naar een duurzame gasvoorziening Rol van gasinfrastructuur in een duurzame energievoorziening

3 © Kiwa Huidige rol aardgas in energievoorziening

4 © Kiwa Wereld primair energieverbruik (IEA)

5 © Kiwa Schets van de Nederlandse gasindustrie (1) Aardgas levert ongeveer 50% van de totale energiebehoefte Totale Nederlandse aardgasvoorraad:circa 1600 miljard m 3 Jaarlijkse gasproductie: circa 80 miljard m 3 : – 40 miljard m 3 : export – 20 miljard m 3 : energie distributiebedrijven – 20 miljard m 3 : industrie + centrales

6 © Kiwa NAM M09a NAM M09b Chevron AKKRUM NAM DE MARNE NAM DONKERBROEK Elf GORREDIJK NAM GRONINGEN Bula HAULERWIJK Elf LEEUWARDEN NAM NOORD-FRIESLAND Elf OOSTEREND NAM OOSTERWOLDE TransCan SCHIERMONNIKOOG-NOORD NAM TIETJERKSTERADEEL Emshorn Grijpskerk Norg Groningen Nieuw Roden Nes Moddergat Oostrum Engwierum Vierhuizen Munnekezijl Saaksum Usquert Warffum Winsum Bedum Tietjerksteradeel Suawoude Marum Ureterp Kollumerland Grootegast Surhuisterveen Opende-Oost Marumerlage Zevenhuizen Sebaldeburen Boerakker Pasop Roden Norg-Zuid Appelscha Assen Eleveld Vries Annerveen Oude Pekela Blijham Blija Ferwerderadeel Anjum Metslawier Ezumazijl Suawoude-S Groothusen Wieringa Noorderdiep Beerta Rodewolt Harkstede-NW Harkstede Feerwerd Faan Niekerk Vierhuizen-Zuid Lauwersoog-C Lauwersoog-Oost Kollum Kollum-Noord Surhuisterveen Ternaard Blija-Zuid Oost Oppenhuizen Leeuwarden Akkrum Allardsoog Witten Midlaren Lula Gieterveen Noorderdiep Stadskanaal Gasselternijveen Vlagtwedde Lauwersoog-West Blija-Zuid M09A-Foxtrot Schiermonnikoog Wad Engwierum Houwerzijl Molenpolder Langebrug Donkerbroek Franeker Ried Grouw Rauwerd Wartena Nijega Suawoude Hollum-Ameland Nes-Noord Ameland-Westgat Ameland-Oost Ameland N7-FA Ameland-Noord UGS Grijpskerk UGS Norg Aardgasvelden in Noord Nederland

7 © Kiwa Groningen gasveld ( 3-D weergave) 35 km 25 km 300 m

8 © Kiwa Lengte leidingnetten : Transportnetten (  40 bar) : circa km Distributienetten (  8 bar) : circa km (> 0,1 bar : km) (  0,1 bar : km) Schets van de Nederlandse gasindustrie (2)

9 © Kiwa Nederlands gastransportsysteem GRK NOR Germany Belgium Groningen Gasfield Amsterdam Groningen Cal Gas High Cal Gas LEGEND :

10 © Kiwa Opslagcapaciteit Ondergrondse opslag (Langelo, Grijpskerk, Alkmaar) :8 x 10 9 m 3 LNG (Maasvlakte) :80 x 10 6 m 3 Schets van de Nederlandse gasindustrie (3)

11 © Kiwa Gasopslag Norg -Injection capacity: 24 million m 3 /day - Production capacity: 51 million m 3 /day

12 © Kiwa Europese Gasimporten IEA: World Energy Outlook 2002/OECD

13 © Kiwa Aardgasexport vanuit Midden Oosten en Afrika

14 © Kiwa Bewezen Aardgasreserves

15 © Kiwa LNG Transport

16 © Kiwa Bestaande gasinfrastructuur wereldwijd (1999) km transportleidingen 22 liquefaction plants (LNG) (totale capaciteit : 91 MT / jaar) 102 LNG tankers 600 ondergrondse opslagfaciliteiten (werk capaciteit : 300 miljard m 3 ) km distributie netwerk totale waarde : US $ miljard

17 © Kiwa Aardgas als energiedrager –Relatief milieu-vriendelijk –Voor vele toepassingen inzetbaar –Relatief goedkoop –Veilig en betrouwbaar

18 © Kiwa Op weg naar een duurzame gasvoorziening Energiebesparing en emissiereductie Biogas

19 © Kiwa Op weg naar een duurzame gasvoorziening Energiebesparing en emissiereductie # HR CV-ketels # Micro-wkk

20 © Kiwa HR ketel Extra warmtebenutting door condensatie verbrandingsgassen 1975 economizer 1979 Gasunie ketel

21 © Kiwa

22 © Kiwa

23 © Kiwa HR ketel anno 2006 HR is de standaardkeuze Ook in de kelder of met een gemetselde schoorsteen 10 jaar voor op het buitenland De referentie voor nieuwe technologie

24 © Kiwa

25 © Kiwa Micro-warmtekracht Wat is dat ? Operationele definitie : Directe vervanging van een cv-ketel in een water- verwarmingssysteem, die gelijktijdig warmte en electriciteit produceert Kenmerken : Electrisch vermogen < 16 A Een per woning

26 © Kiwa

27 © Kiwa Stroomopwekking in een micro-wkk Generator : # Gasmotor (interne verbranding) # Stirling motor (externe verbranding) # Rankine cycle Electrochemische omzetting : # Brandstofcel

28 © Kiwa Warmteopwekking in een micro-wkk Warmte uit de stroomopwekking is primair Hulpketel voor bijverwarming Maximaal aantal draaiuren met warmteopslag

29 © Kiwa Dimensionering Micro-wkk draait alleen als er warmtevraag is ! Gemiddeld electriciteitsverbruik 370 W (3200 kWh, 8760 uur) Optimaal is 800 tot 1000 W (electrisch) E-rendement Electriciteitsvermogen Warmtevermogen 10% 1 kW 9 kW 25% 1 kW 3 kW

30 © Kiwa Belang van het electrisch rendement In Nederland wordt de electriciteit uitgewisseld via het openbare net Dus er is nooit electriciteit over, warmtevraag is bepalend Maximaal aantal draaiuren bij lage warmteproductie : # Bij 3 kW kun je ook in de herfst verwarmen # Bij 9 kW kun je dan de warmte niet kwijt

31 © Kiwa

32 © Kiwa Micro-wkk technieken Gasmotor (interne verbranding)

33 © Kiwa Honda gasmotor microwarmtekrachtcentrale Elektrisch vermogen: 1 kW Elektrisch rendement: 25 % Warmtelevering: 3 kW Nu alleen in Japan op de markt

34 © Kiwa Micro-wkk technieken Stirling motor (externe verbranding)

35 © Kiwa Microgen stirling microwarmtekracht centrale Elektrisch vermogen 1000 Watt AC (230 V) Gewicht 90 kg Elektrisch rendement (schatting) 15% Totaalrendement (schatting) 105%

36 © Kiwa WhisperGen stirling engine model Mark 4 Electrical output 1200 Watt AC (230 V) Heat output 8 kW Dimensions (HxWxD) 85x50x60 cm Weight 138 kg Sound 63 dBA Electric efficiency (estimated) 12% Total efficiency (estimated) 85%

37 © Kiwa Op weg naar een duurzame gasvoorziening Biogas

38 © Kiwa Wat is biogas ? -Gas van biomassa -Geproduceerd door vergisting (of vergassing)

39 © Kiwa Voordelen van inzet biogas -Reductie van CO2 emissies -Vergroting leveringszekerheid (diversificatie energiemix) -Hernieuwbare energiebron -Bij stijgende aardgasprijzen attractief -Hoge sociale acceptatie

40 © Kiwa Hoe kan biogas in de energievoorziening worden ingezet ? Omzetten in electriciteit (bijv. d.m.v. gasmotor) Omzetten in electriciteit en warmte via wkk Opwerken naar aardgaskwaliteit en injecteren in bestaande gasnet Opwerken en leveren aan apart „groen gasnet“ Opwerken en gebruiken als transportbrandstof (auto‘s) Omzetten naar waterstof

41 © Kiwa Waarom biogas injecteren in aardgasnetten ? Gebruikmaken van bestaande infrastructuur ( transport/distributie en toepassingen ) Hoge efficiency in totale energieketen Relatief lage investeringskosten

42 © Kiwa Marktwaarde van biogas -Tenminste gelijk aan die van aardgas ( mits van dezelfde kwaliteit) -Potentieel extra waarde gebaseerd op duurzaamheid/milieuvoordelen (“eco-labelling” ); afhankelijk van politiek

43 © Kiwa EU ondersteunt injectie van biogas in aardgasnetten EU Richtlijn 2003/55/EC : “….biogas and gas from biomass or other types of gas are granted non-discriminatory access to the gas system..” -Uitgangspunt voor de eisen aan de samenstelling van biogas zijn de eisen voor aardgas -Eisen voor “alternatieve gassen” nog onduidelijk; rol voor netbeheerders

44 © Kiwa Vergelijking samenstelling aardgas en biogas Biogas (vergisting) Aardgas (L-gas) Methaan (vol.%) CO2 (vol.%) <1 H2S (mg/m3) <5 Ammonia (mg/m3) <3

45 © Kiwa Mogelijk extra eisen aan biogas-samenstelling -Biogas bevat componenten die niet of nauwelijks in aardgas voorkomen -Invloed van deze componenten op transport/distributie infrastructuur, gastoepassingen, gezondheid e.d. is (nog) niet volledig bekend

46 © Kiwa State-of-the-art van biogasinjectie in aardgasnetwerken In diverse landen worden relatief kleine hoeveelheden geinjecteerd (stortgas, vergistingsgas, e.d.) Geen grote problemen ( dioxinevorming ?) Recente Zweedse studie : geen ziekteverwekkers, virussen e.d. in biogas Geen specifieke eisen tot nu toe in Nederland Kwaliteisspecificaties voor biogas in ontwikkeling (op Europees niveau, nationaal niveau )

47 © Kiwa Membraan-installatie voor opwerking biogas

48 © Kiwa Mogelijkheden tot biogasinjectie in gasnetten Injectie in transportnet ( > 40 bar ) Injectie in het regionale gasdistributienet ( 4 – 8 bar) Injectie in een afzonderlijk “groen” gasnet

49 © Kiwa Injectie in het hoge druk aardgastransportnet Grootschalige biogasproductie nodig Bij voorkeur productie biogas bij hoge druk ( anders extra compressie nodig) Gebruik van de gehele bestaande gasinfrastructuur ( incl. gasopslag, levering aan grootverbruikers, export ) In principe volledige substitutie van aardgas mogelijk

50 © Kiwa Injectie in een afzonderlijk “groen” gasnet Kleinschalig, decentraal, “eiland-structuur” Back-up moeilijk ( tenzij lokale gasopslag beschikbaar) Mogelijk minder hoge eisen aan gassamenstelling

51 © Kiwa Injectie in het gasdistributienet Decentraal, maar onderdeel van groot systeem Back-up beschikbaar (aardgas) Grote, bestaande afzetmarkt beschikbaar

52 © Kiwa Technische mogelijkheden en eisen voor de injectie van biogas in het aardgasnet Deze zijn afhankelijk van : Toegang tot het aardgasnet (afstand, aanwezigheid stations ) Gassamenstelling Capaciteit van het net Minimale gasvraag van het betreffende net (“zomer- plateau”) Mogelijkheden tot gasopslag

53 © Kiwa Verschil tussen injectie in L-gas resp. H-gas net L-gas net : Biogas is op te werken tot L-gas kwaliteit H-gas net : Biogas is soms niet op te werken tot H-gas kwaliteit (te lage calorische waarde ) ; evt. LPG toevoegen

54 © Kiwa Status biogasinjectie in aardgasnet # Huidige situatie : - goede ervaringen met kleinschalige injectie in aardgasnetten - technologie beschikbaar voor opwerken biogas tot aardgaskwaliteit # Toekomst : - groot potentieel om biogas te injecteren - maar, nog veel uitdagingen (toelaatbare gassamenstelling, toelaatbare concentraties sporen- componenten, inpassing in aardgasinfrastructuur, regelgeving, betrouwbaarheid, e.d.) - daarom verder onderzoek nodig

55 © Kiwa Uitdaging BIOGAS + AARDGASINFRASTRUCTUUR = WEG NAAR DUURZAME ENERGIEVOORZIENING

56 © Kiwa Rol van gasinfrastructuur in een duurzame energievoorziening Grootschalige inzet van biogas (vergassing biomassa) Waterstofvoorziening # infrastructuur # brandstofcellen # waterstofauto’s

57 © Kiwa SNG van biomassa

58 © Kiwa Implementatie Groen Aardgas

59 © Kiwa Waterstofvoorziening

60 © Kiwa Waarom wordt waterstof toegepast ? Tijdens verbranding (conversie) wordt geen CO 2 geproduceerd (“zero emission” ) Er kan direct chemische energie in electrische energie worden omgezet m.b.v. brandstofcellen Potentieel geschikt als opslagmedium voor varierend aanbod van hernieuwbare energie Kan gemaakt worden uit hernieuwbare energiebronnen ( bijv. biomassa, zonlicht )

61 © Kiwa Bestaande methoden voor de productie van H 2 Uit aardgas via steam-reforming : CH 4 + 2H 2 O  CO 2 + 4H 2 Uit aardgas via partial oxidation : 2CH 4 + O 2  2CO + 4H 2 Pyrolyse van aardgas : CH 4  C + 2H 2 Electrolyse van water : 2H 2 O  2H 2 + O 2

62 © Kiwa Uit Biomassa Syngas productie  H 2, CO and CH 4 Water-gas shift reactie : CO + H 2 O  CO 2 + H 2 Gas behandeling (CO 2 verwijdering )

63 © Kiwa Mogelijkheden voor H 2 inzet in de gasvoorziening Als toevoeging aan aardgas ( tot een bepaald maximum percentage) Complete vervanging van aardgas door waterstof

64 © Kiwa Mogelijke effecten van waterstof op de infrastructuur Distributie materialen Capaciteit van het net Lekkage/permeatie Gas volume meting

65 © Kiwa Gevolgen voor de infrastructuur door inzet H 2 Afname van de energietransportcapaciteit van het netwerk, vooral het hogedruktransportnet Er kan waterstofverbrossing van het stalen gastransportnet optreden De integriteit, lekkage en permeatie in distributienetwerken worden slechts beperkt beinvloed

66 © Kiwa Veiligheidsaspecten voor waterstoftransport Het risico voor brand en explosies is ongeveer gelijk voor transport door pijpleidingen van aardgas en van waterstof De ervaring met waterstoftransport is zeer goed

67 © Kiwa Veiligheidsaspecten van waterstof en aardgas Ontstekingsgebied H vol% aardgas5-18 vol% Ontstekingsenergie H 2  0.02 mJ aardgas  0.20 mJ Diffusie coefficient H 2  4x Diffusie coefficient CH 4

68 © Kiwa Ongevallen in de stadsgasperiode (Stadsgas bevatte ca. 50 vol% H 2 en ca. 10% CO) Ongevallen t.g.v. onverbrand gas # Vergiftiging (veroorzaakt door CO) ca. 88% # Explosies en vuur ca. 2% Ongevallen veroorzaakt door verbrandingsgassen ca. 10%

69 © Kiwa Conclusies m.b.t. veiligheid inzet H 2 Vroeger gebruik van waterstof in stadsgas (wat tot ca. 50% H 2 bevatte) was veilig, afgezien van slachtoffers tgv CO in het stadsgas

70 © Kiwa Gevolgen voor gebruikstoestellen Het gedrag van de meeste toestellen (bijv. gasmotoren, turbines, cv-ketels) wordt sterk beinvloed door toevoeging van waterstof aan aardgas Aanpassing van de toestellen is echter in principe mogelijk

71 © Kiwa Conclusies voor inzet van H 2 in de gasvoorziening (IEA studie) Veiligheid wordt niet significant verlaagd Tot 3% toevoeging van H 2 aan aardgas zijn nauwelijks aanpassingen nodig Toevoeging van H 2 tot percentages van ca. 12% vereist serieuze aanpassingen (gasmotoren, turbines, gastransportnetwerken) Voor nog hogere H 2 percentages zijn over de gehele gasketen aanzienlijke aanpassingen nodig De kosten voor aanpassing van de infrastructuur zijn (nog) tamelijk hoog vergeleken met andere opties om de CO 2 emissies te verlagen

72 © Kiwa Brandstofcellen # PEM # SOFC

73 © Kiwa Werkingprincipe PEM brandstofcell Elektrochemisch omzetting van waterstof in elektriciteit en warmte

74 © Kiwa Brandstofcel voorbeelden Vaillant (Duitsland)

75 © Kiwa SOFC brandstofcel Hexis

76 © Kiwa Rijden op waterstof

77 © Kiwa Kiwa Gastec Technology – Gas Appliances: Laboratorium voor waterstofonderzoek, productontwikkeling voor o.a. BMW (1) BMW ontwikkelt een waterstofauto (7 Serie, verbrandingsmotor) Waterstof wordt in vloeibare vorm getankt (LH 2 ) Op dit moment: één pomp voor vloeibaar waterstof in Berlijn en één in München Langs de snelweg Berlijn – München worden op korte termijn pompen voor vloeibaar waterstof gebouwd

78 © Kiwa Kiwa Gastec Technology – Gas Appliances: Laboratorium voor waterstofonderzoek, productontwikkeling voor o.a. BMW (2) Kiwa Gastec Technology heeft een Waterstof Boil Off Systeem voor BMW ontwikkeld BMW gaat eind 2006 in serieproductie met de waterstofauto (ongeveer 100 auto’s in 2006 en 2007) Nieuw ontwikkelingsprogramma bij BMW vanaf 2007: Clean Energy 2010

79 © Kiwa Andere automobielmerken op waterstof Opel (GM): aandrijving auto met brandstofcel alleen LH 2 als brandstof Mercedes, Volkswagen: aandrijving auto met brandstofcel reformer: Benzine =>waterstofgas Gecomprimeerd waterstofgas

80 © Kiwa Conclusies Aardgas blijft een van de belangrijkste energiebronnen voor de komende decades ; veilig, betrouwbaar, schoon en goedkoop De bestaande (aard)gasinfrastructuur maakt een geleidelijke en probleemloze overgang naar een duurzame energievoorziening mogelijk Belangrijke stappen in de weg naar een meer duurzame energievoorziening : energiebesparing, en toevoeging duurzame energiebronnen aan de gasvoorziening

81 © Kiwa Aardgas, de schakel naar een duurzame energiehuishouding !


Download ppt "Partner for progress Aardgas, de schakel naar een duurzame energiehuishouding Prof.dr.ir. Mannes Wolters Kiwa Gastec Technology / Universiteit Twente 12."

Verwante presentaties


Ads door Google