| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Samfundsøkonomisk analyse af NOx reduktion

3 Boosting af kulfyrede blokke på kraftværk med naturgas

• 3.1 Beskrivelse af tiltaget
• 3.2 Sammenfatning af de budget- og velfærdsøkonomiske omkostninger for boosting
• 3.3 Budgetøkonomiske omkostninger
• 3.4 Velfærdsøkonomiske omkostninger

3.1 Beskrivelse af tiltaget

Formålet med boosting af en eksisterende kylfyret blok på et kraftværk er at udvide elproduktion. Ved boosting udvides produktionskapaciteten for både el og varme, idet gasturbinerne har højere eleffekt, dvs. en højere elkapacitet. Dette vil medføre en øget elproduktion. Herved fortrænges anden kondensel, hvilket giver en lavere NO_x-emission.

Beregningerne er baseret på data fra DONG og Rambøll (2003)^[8].

Der er to former for boosting: fuld og delvis boosting. Dette kapitel handler om fuld boosting og kapitel 4 om delvis boosting.

Fuld boosting består af følgende: Der tilkobles en gasturbine på 50 MW til en eksisterende kulkedel med SCR på et kraftværk. Der installeres også en turboexbander som øger kapaciteten med 4 MW. Den ekstisterende dampturbine på kedlen får en merydelse på 16 MW som følge af den tilførte varme fra gasturbinen. Den samlede merydelse fra kraftværksblokken bliver på ca. 70 MW, heraf de 54 MW fra selve gasturbinen.

Der er forudsat, at varmeproduktionen fastholdes. Ved boostingen fås derved en bedre eludnyttelse og en dårligere varmeudnyttelse. Elvirkningsgraden skønnes at forøges med ca. 4 pct., og varmevirkningsgraden falder tilsvarende^[9]. Dette betyder, at elproduktionen øges med ca. 31 pct., som antages at fortrænge kondensel.

Ved fuld boosting foretages yderligere en ombygning/udskiftning af kedlens brænderenhed, så der skiftes brændsel fra kul til gas. Der er altså tale om boosting inkl. konvertering, og der anvendes udelukkende gas i såvel turbinen som i kedlen.

Det skal bemærkes, at der kan være blokke, hvor det på grund af manglende plads vil være meget vanskeligt at installere en gasturbine. Anvendelse af gas vil endvidere kræve omfattende sikkerhedstiltag i henhold til bestemmelserne i ATEX-direktivet.

Det forudsættes, at der er installeret SCR på alle blokke inden boostingen.

Hvis alle 10 kulfyrede blokke skal omstilles til gas og boostes, bliver der tale om et betragteligt merforbrug på ca. 5 mia. m³ naturgas, noget nær en fordobling af det nuværende forbrug. Dette kan dækkes enten fra dansk produktion i Nordsøen eller import. Energistyrelsen vurderer, at det vil blive nødvendigt med ekstra investeringer i Nordsøen for at kunne klare dette merforbrug. Disse investeringer vurderes aktuelle, hvis flere værker skal omstilles, og merbehovet for gas da overstiger den danske forsyningskapacitet. Hvis kun enkelt(e) værk(er) omstilles, er det ikke nødvendigt med disse ekstra investeringer.

I tabellerne præsenteres der resultater for én gennemsnitsblok i Danmark, baseret på data fra 10 forskellige blokke. I teksten er disse resultater opskaleret til landsplan.

Emissionskoefficienter for NO_x

Før boostingen gælder: NO_x emissionen for et kulfyret kedel med SCR ligger i intervallet 65-75 g/GJ. I beregningerne er anvendt gennemsnittet, dvs. en NO_x-emissisionskoefficient på 70 g/GJ. Denne emissionskoefficient anvendes for værket før fuld repowering.

Efter boosting og konverteringen anvendes følgende emissionskoefficienter for NO_x: Gaskedlen står for ca. 85 pct. af brændselsforbruget. Gasturbinen står for de resterende 15 pct. For gaskedlen anvendes en NO_x-emissionskoefficient på 59 g/GJ. Kilden hertil er emissionskoefficienten for Avedøreværket 2, som har SCR installeret. For gasturbinen bliver emissionskoefficienten 8,4 g/GJ. Dette er beregnet på følgende måde: DMU angiver en emissionskoefficient for en ny gasturbine uden SCR til 42 g/GJ. Da SCR reducerer NO_x-udledningen med ca. 80 pct., skønnes emissionskoefficienten for en gasturbine med SCR til 20 pct. af 42 g/GJ, hvilket giver 8,4 g/GJ. Den vægtede NO_x-emissionskoefficient for en gaskedel med gasturbine og med SCR bliver da 0,85*59 + 0,15*8,4 = 51,4 g/GJ.

Fordelingsnøglen på 85 pct. for kedel og 15 pct. for gasturbine giver uændret brændselsforbrug i GJ på kedlen i forhold til situationen før boosting - altså samme mængde GJ på kedlen, uanset om der bruges gas eller kul.

Ved gasturbineafkast i kedlen tilføres en mængde ilt til forbrændingsluften, hvilket alt andet lige vil medføre en øget NO_x-dannelse og dermed en større emission. Da dette i høj grad vil afhænge af bl.a. brændernes udformning og kedelrummets geometri på de enkelte anlæg, er der set bort fra dette i opgørelsen af emissionskoefficienterne.

For SO₂ er anvendt en emissionskoefficient på 13,5 g/GJ.

I beregningerne er der anvendt følgende emissionskoefficienter:

Tabel 3-1 Emissionskoefficienter fuld boosting

Kilde: Rambøll (2003) og Energi E2 (2004)

3.2 Sammenfatning af de budget- og velfærdsøkonomiske omkostninger for boosting

Dette er et ret vidtgående tiltag med store investeringer og stigning i gasforbrug. Udover at værkernes elproduktionen stiger med ca. 31 pct. foretages en fuld konvertering fra kul til gas. På landsplan for alle 10 blokke fås en NO_x reduktion på ca. 3.300 tons NO_x - men det er samtidig en meget dyr løsning for såvel kraftværker som samfundet.

Dette tiltag har et forholdsvis stort  potentiale for NO_x reduktion. Men skyggeprisen befinder sig også i den dyre ende, og tiltaget giver et betragteligt samfundsøkonomisk underskud.

Der kan stilles spørgsmålstegn ved realismen af dette tiltag. I beregningerne antages, at el fra boostede anlæg fortrænger billigere elproduktion fra andre termiske anlæg. Denne forudsætning er imidlertid ikke helt i overensstemmelse med det aktuelle marked, og da kulproduktion stadig er billigere, vil produktionen fra det dyrere "boostede" anlæg blive fortrængt. Hertil kommer, at virkningsgraden på blokken kan påvirkes såvel positivt som negativt ved konverteringen. Det betyder, at den fulde reduktion af NO_x udledningen ikke slår fuldt igennem, idet det er afhængigt af blokkens driftsprofil.

Dette kapitel indeholder en teknisk analyse af en reduktionsmulighed på linie med beregningerne for de øvrige tiltag. Hvilken el, der i givet fald fortrænges, er en problemstilling, man må se på, hvis tiltaget skal implementeres.

Det er forudsat, at hvis flere blokke gennemgår fuld boosting, vil det blive nødvendigt med ekstra investeringer i Nordsøen for at klare stigningen i gasforbruget, jf. omtalen i afsnit 3.1. Hvis det kun drejer sig om en enkelt(e) blok, er disse investeringer ikke nødvendige.

Der reduceres NO_x ved fuld boosting, dels fordi udledningen af NO_x er mindre pr. energienhed naturgas end ved kul, dels fordi elproduktionen forøges ved boosting med i gennemsnit 31 pct. og erstatter anden produceret el på en anden blok, hvor der antages kondensel. Da en del af NO_x reduktionen ikke er en direkte effekt, men fremkommer indirekte via den el der fortrænges, bevirker det, at der er særlig stor usikkerhed knyttet til dette tiltag.

Det samlede potentiale for NO_x reduktion er ca. 3.300 tons pr. år i 2010. Det skal bemærkes, at dette er NO_x reduktionen kun i Danmark. Den samlede NO_x reduktion i både Danmark og udlandet er ca. 5.000 tons NO_x i 2010. Dette består af ca. 1600 tons NO_x fra selve boostingen (dvs. brændselsskiftet fra kul til gas) og ca. 3400 tons NO_x fra effekten af den fortrængte el. Men da det antages^[10], at indtil 2015 finder kun halvdelen af elfortrængningen sted i Danmark og resten i udlandet,  udgør effekten i Danmark i 2010 af elfortrængningen kun 1700 tons NO_x, der sammen med effekten af brændselsskiftet giver en effekt i Danmark på ca. 3300 tons NO_x i 2010. Ca. halvdelen af NO_x-reduktionen i Danmark skyldes fortrængningseffekten.

Den gennemsnitlige budgetøkonomiske omkostning for den enkelte blok er 210 mill.kr. pr. år, hvilket svarer til 729 kr. pr. kg NO_x, der reduceres. Heri er som nævnt ikke inkluderet ekstra investeringer i Nordsøen. Staten lider et årligt provenutab på ca. 3 mill. kr. blok i 2010 som følge af en mindre udledning af SO₂, der jo er afgiftsbelagt. Der er et betragteligt velfærdsøkonomisk underskud ved fuld boosting med naturgas opgjort i nutidsværdi på 1,9 mia.kr. pr. blok. Den velfærdsøkonomiske omkostning pr. blok er 571 kr. pr. kg NO_x.

På landsplan for alle 10 blokke udgør de budgetøkonomiske omkostninger 2,2 mia. kr. årligt. Den budgetøkonomiske omkostning pr. kg fjernet NO_x stiger med 24 kr. pr. kg til 752 kr. pr. kg ved at medtage investeringen i Nordsøen. Statens samledes provenutab bliver 26 mill.kr. pr. år. Det samlede velfærdsøkonomiske underskud bliver ca. 20 mia.kr. i nutidsværdi, og den velfærdsøkonomiske skyggepris bliver 598 kr. pr. kg NO_x, en stigning på 27 kr. pr. kg ved at medtage investeringen i Nordsøen.

I nedenstående tabel er resultaterne samlet.

Tabel 3-2 Oversigt over de gennemsnitlige budget- og velfærdsøkonomiske omkostninger, fuld Boosting (2004-priser)

Note: I resultatet på landsplan for alle 10 blokke er medtaget investeringer i Nordsøen. I søjlen for den enkelte blok er disse investeringer ikke inkluderet.

3.3 Budgetøkonomiske omkostninger

De budgetøkonomiske omkostninger består af:

• investeringer til boosting og konvertering
• drifts- og vedligeholdelsesomkostninger ved gas
• sparede drifts og vedligeholdelsesomkostninger til kul
• sparet SO₂ afgift og
• en indtægt fra salg af el.

Hertil kommer investeringer i Nordsøen, hvis der foretages fuld boosting på flere blokke.

Investeringen omfatter det tekniske udstyr (gasturbine) på 216 mill.kr. pr. blok, omstilling i form af kedelkonvertering på 30 mill.kr. pr. blok samt tilslutning, dvs. gasforsyning. Sidstnævnte varierer meget mellem de enkelte blokke og udgør fra 10 mill.kr. til 185 mill.kr., i gennemsnit 96 mill.kr. pr. blok. Investering i fuld boosting er i gennemsnit ca. 342 mill.kr. pr. blok (2004-priser), hvilket svarer til en årlig investeringsomkostning på 28 mill.kr. pr. blok^[11]. Der er anvendt en levetid på 20 år samt en kalkulationsrente på 6 pct.

Driftsudgifterne til gasforbruget på gasturbinen og gaskedel udgør i 2010 ca. 653 mill. kr. pr. blok. Dette bygger på en forudsætning om et årligt brændselsforbrug på ca. 20800 TJ gas på en blok i gennemsnit. Drift og vedligeholdelsen til gasturbine og gaskedel er 53 mill. kr. pr. blok. Ved den fulde boosting sparer man driftsomkostninger til kul og drift og afgift til SO₂. For en gennemsnitsblok sparer man omkostninger i 2010 på ca. 214 mill.kr. fra et kulforbrug på 17600 TJ. De sparede drifts- og vedligeholdelsesomkostninger er på 103 mill.kr. pr. år og den sparede afgift til SO₂ afgift udgør 2 mill.kr. årligt.

Meromkostningerne ved den fulde boosting bliver (28+653+53-214-103-2 = ) 415 mill.kr. i 2010 for en gennemsnitsblok.

Den fulde boosting får elproduktionen til at stige med i gennemsnit 31 pct. for en blok. Dette bygger på en forudsætning om en stigning i elvirkningsgrad på 4 pct. og fastholdt varmeproduktion, jf. afsnit 1.1. Dette svarer til en årlig merproduktion af el på 568.000 MWh. Blokken får dermed en merindtægt fra salg af el på 146 mill.kr. i 2010.

Netto stiger omkostningen for en gennemsnitsblok dermed i 2010 med ca. 269 mill.kr.

Den fulde boosting resulterer i nettoomkostninger for den enkelte blok på 2893 mill. kr. i nutidsværdi, svarende til 729 kr. pr. kg NO_x eller 210 mill. kr. pr. år, jf. Tabel 3-3. Her indgår kun NO_x reduktionen i Danmark.

Tabel 3-3 Budgetøkonomiske omkostninger for Erhvervet (pr. blok), Fuld boosting,  2004-priser.

Investeringen i Nordsøen skal som nævnt medtages, når flere blokke udsættes for fuld boosting. Der er antaget en investering i kompressor på 350 mill.kr. i 2007 og vestvendt ledning på 600 mill.kr. i 2007-2008 med årlige driftsomkostninger på 1 mill.kr. Disse beløb er i 2002-priser, og kilden hertil er beregningen for omstilling fra kul til gas på kraftværker i Energistyrelsen (2003), afsnit 4.2.2. Investeringen fordeles ligeligt ud på de 10 blokke med 1/10 til hver. Nutidsværdien af denne investering bliver 93 mill.kr. i 2004-priser pr. blok i gennemsnit.

Herved stiger nutidsværdien af nettoomkostningen for den enkelte blok med 93 mill.kr. til 2985 mill.kr. Dette svarer til 752 kr. pr. kg fjernet NO_x. Disse tal anvendes, når der ses på landsplan for alle 10 blokke.

Staten lider et provenutab på 26 mill. kr. i nutidsværdi pr. blok som følge af et tabt provenu på grund af en mindre udledning af SO₂. Dette svarer til en nutidsværdi på 260 mill.kr. på landplan eller et årligt tab på 30 mill.kr.

Der kan stilles spørgsmålstegn ved realismen af dette tiltag, jf. bemærkningerne i sammenfatningen, afsnit 3.2.

3.4 Velfærdsøkonomiske omkostninger

De velfærdsøkonomiske investerings- og driftsomkostninger giver i gennemsnit en samlet nutidsværdi på 5,7 mia.kr. pr. blok, jf. Tabel 3-4. Heri indgår ikke de ekstra investeringer i Nordsøen, da der kun ses på den enkelte blok. De velfærdsøkonomiske omkostninger er beregnet som de budgetøkonomiske omkostninger (fra Tabel 3-3) forhøjet med nettoafgiftsfaktoren på 1,17, jf. afsnit 2.6. Den sparede SO₂ afgift for erhvervet samt indtægt fra elsalg er ikke med i den velfærdsøkonomiske analyse, da det er transfereringer i samfundet.

Tabel 3-4 Velfærdsøkonomiske omkostninger, investering og drift (pr. blok), fuld Boosting (2004-priser)

Ved boosting bliver statens afgiftsprovenu mindre, da emissionen af SO₂ formindskes. Dette skyldes dels skiftet fra kul til naturgas og dels den sparede elproduktion fra kondensel ved boosting. Dette tabte afgiftsprovenu skal ikke indgå i de velfærdsøkonomiske omkostningerne, da der blot er tale om en transferering fra én sektor til en anden. Men der skal medtages et velfærdsøkonomisk forvridningstab som følge af denne provenuændring, jf. afsnit 2.7. Statens provenu mindskes samlet set med 36 mill.kr. i nutidsværdi pr. blok, jf. Tabel 3-5. Dette provenu skal hentes ind igen via andre skatter og afgifter, hvilket giver samlede forvridningsomkostninger på 20 pct. af provenutabet forhøjet med nettoafgiftsfaktoren eller 8,5 mill.kr. i nutidsværdi. Da kraftværkerne ikke betaler CO₂-afgift, mister staten ikke et provenu som følge af en nedgang i CO₂-emissionen.

Tabel 3-5  Øvrige velfærdsøkonomiske omkostninger, Forvridningstab (pr. blok) Fuld Boosting (2004-priser)

* Provenutabet for SO₂ er beregnet som SO₂ -mængden gange afgiftssatsen på 10 kr. pr. kg SO₂.

Boosting medfører en øget elproduktion. Elproduktionen øges i gennemsnit med 31 pct. svareden til 567.734 MWh pr. år pr blok. Det antages, at den ekstra elproduktion som følge af boostingen fortrænger anden elproduktion i såvel Danmark som i de øvrige nordiske lande, jf. afsnit 2.10. De sparede omkostninger ved elproduktion er beregnet udfra elprisen på det nordiske elmarked, Nord Pool markedet. Der er anvendt den vejede Nord Pool pris forhøjet med nettoafgiftsfaktoren på 1,17^[12]. Nutidsværdien bliver 2,3 mia.kr. pr. blok, jf. Tabel 3-6. Der kan stilles spørgsmålstegn ved realismen af disse forudsætninger, jf. bemærkningerne i sammenfatningen afsnit 3.2.

Tabel 3-6  Sparet elproduktionsomkostninger ved fuld boosting (pr. blok). (2004-priser)

Miljøeffekterne består dels af effekterne fra selve boostingen og dels af effekterne fra den sparede elproduktion. Boostingen reducerer udledningen af NO_x, CO₂ og SO₂. Den sparede elproduktion formindsker emissionen af NO_x, SO₂, CH₄ og N₂O. Værdien af udledningen af CO₂ medregnes ikke ved den sparede elproduktion, da CO₂-omkostningerne allerede er indeholdt i elprisen på Nord Pool markedet^[13]. Men værdien af den ændrede CO₂ udledning fra selve boostingen (brændselsskiftet fra kul til gas på kedlen samt det ekstra gasforbrug på gasturbinen) skal medreges. Mængden er beregnet ved hjælp af emissionskoefficienterne for el på Nord Pool^[14].

Ved fuld boosting er der to NO_x effekter: Dels fra selve boostingen (dvs. brændselsskiftet på kedlen fra kul til gas og det større forbrug af gas på gasturbinen) og dels fra fortrængning af anden el. Selve boostingen bevirker en reduktion af NO_x-udledningen på 162 tons i 2010, jf. tabel 3-7. Reduktionen skyldes primært skiftet fra kul til gas på kedlen, hvis effekt langt overstiger stigning fra det større gasforbrug.

Fortrængningen af anden el giver en reduktion af NO_x udledning på i alt 337 tons i 2010. Heraf sker halvdelen  - 168 tons – i Danmark og den anden halvdel i udlandet, idet halvdelen af elproduktionen antages af blive fortrængt i udlandet frem til 2015, jf. afnsit 2.12. Den samlede NO_x-reduktion i Danmark, som er det aktuelle mål, når det gælder den danske opfyldelse af NO_x-målsætningen, bliver da summen af 162 tons og 168 tons, i alt 330 tons NO_x i 2010.

Bemærk at miljøgevinsten for NO_x i Danmark fordeler sig næsten ligeligt mellem effekten fra selve boostingen og effekten fra den fortrængte el.

Ved værdisætningen af NO_x til brug for beregningen af det velfærdsøkonomiske overskud - CBA beregningen - indgår hele NO_x effekten, dvs. både effekten i udland og i Danmark. Den samlede NO_x effekt fremgår også af tabel 3-7. I 2010 formindskes NO_x udledningen med de 162 tons fra selve boostingen plus 337 tons fra den fortrængte el, i alt 499 tons NO_x.

Tabel 3-7  Reduktion af NO_x udledning, fuld boosting (pr blok).

Nutidsværdien af værdien af miljøeffekterne (inkl. NO_x) er 1571 mill.kr. pr. blok, jf. Tabel 3-8. Heraf udgør værdien af NO_x reduktionen ca. en fjerdedel, mens værdien af CO₂ tegner sig for ca. 60 pct. Det er kun værdien af CO₂-effekten fra selve boostingen, (dvs. brændselsskiftet på kedlen fra kul til gas samt det større gasforbrug på gasturbinen), der her indgår. Det skyldes, at værdien af mindre CO₂ pga. den fortrængte el allerede indgår i elprisen og dermed i værdien af den fortrængte el, dvs. de sparede elproduktionsomkostninger i tabel 3-6.

Tabel 3-8  Værdi miljøeffekter, fuld boosting (pr blok). 2004-priser.

* For NO_x, CO₂, SO₂, CH₄ og N₂O reduceres udledningen både ved boosting og pga. en sparet elproduktion. Den sparede mængde ganges med priserne fra tabel 2-3 og tabel 2-4 for at få den samlede værdi af miljøeffekterne

De samlede velfærdsøkonomiske omkostninger for en blok består af summen af investeringer og drift, forvridningstabet samt de sparede elproduktionsomkostninger. Dette giver en nutidsværdi på 3424 mill.kr. pr. blok, jf. tabel 3-9. Værdien af miljøgevinsterne (inkl. NO_x) giver en nutidsværdi på 1571 mill.kr. pr. blok. Fuld boosting giver dermed et velfærdsøkonomisk underskud på 1853 mill.kr. pr. blok i nutidsværdi. Det svarer til, at fuld boosting medfører et tab for samfundet pr. blok på 571 kr. pr. kg NO_x, der reduceres.

På landsplan – for alle 10 blokke – skal investeringen i Nordsøen tillægges. Den velfærdsøkonomiske investering i Nordsøen bliver en nutidsværdi på 107 mill.kr. pr. blok beregnet som den budgetøkonomiske investering fra afsnit 3.3 forhøjet med nettoafgifsfaktoren (NAF) på 1,17. Herved stiger nutidsværdien af de samlede omkostninger  for den enkelte blok til 3530 mill.kr. Dette svarer til 598 kr. pr. kg NO_x, og denne skyggepris anvendes for landsplan.

Tabel 3-9  Samlede velfærdsøkonomiske omkostninger, fuld boosting (pr. blok). 2004-priser

Fodnoter

^[8] CO₂-reduktionspris ved konvertering af elektricitetsproduktion fra kul til gas. Samfundsøkonomiske beregninger og vurderinger. DONG A/S. Rambøll august 2003.

^[9] Jf. Rambøll (2003), afsnit 3.1.

^[10] Forudsætningen om en ligelig fordeling mellem indenlandsk og udenlandsk elproduktion indtil 2015 og derefter 100 pct. indenlandsk stammer fra beregninger på Energistyrelsens RAMSES-model, jf. afsnit 2.12.

^[11] Jf. Rambøll (2003).

^[12] Jf. tabel 6 i Appendiks: Forudsætninger for samfundsøkonomiske analyser på energiområdet, Energistyrelsen, april 2005.

^[13] Jf. afsnit 5 i Appendiks: Forudsætninger for samfundsøkonomiske analyser på energiområdet, Energistyrelsen, april 2005.

^[14] Jf. tabel 8 i Appendiks: Forudsætninger for samfundsøkonomiske analyser på energiområdet, Energistyrelsen, april 2005.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 August 2006, © Miljøstyrelsen.