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

En opdateret analyse af Danmarks muligheder for at reducere emissionerne af NOx

3 Kraftvarmeværker

• 3.1 SCR på gasmotorer i kraftvarmesektoren[4]
  • 3.1.1 Teknologi
  • 3.1.2 Emissionsværdier
  • 3.1.3 Reduktionspotentiale
  • 3.1.4 Økonomi
• 3.2 Bedre styring af gasmotorer i kraftvarmesektoren[5]
  • 3.2.1 Teknologi
  • 3.2.2 Emissionsværdier
  • 3.2.3 Økonomiske konsekvenser
• 3.3 Lav-NOx brændere i fjernvarmesektoren[6]
  • 3.3.1 Teknologi
  • 3.3.2 Opgradering af brændere
  • 3.3.3 Anvendelse i fjernvarmesektoren
  • 3.3.4 Emissionsværdier
  • 3.3.5 Reduktionspotentiale
  • 3.3.6 Økonomi
• 3.4 Reburning
• 3.5 SNCR/SCR på halm- og træflisfyrede kedler
• 3.6 Yderligere tiltag

For kraftvarmeværkerne er følgende tiltag blevet opdaterede:

• SCR på gasmotorer;
• Bedre styring af gasmotorer;
• Lav-NOx brændere på gas og oliekedler;
• Reburning.

Opdateringen har ikke givet anledning til væsentlige ændringer i værdierne sammenlignet med 2006 rapporten, undtagen for reburning. Dette tiltag vurderes ikke at være relevant i videre omfang. For de anlæg hvor det i princippet ville være relevant er der ikke adgang til naturgas, og det vil næppe være rentabelt at etablere en sådan forsyning.

Derudover er det vurderet om der er yderligere tiltag som kunne være relevante:

• SNCR på træflisfyrede værker;
• SCR på halmfyrede værker;
• Røggaskondensering;
• Fremrykning af udskiftning af gamle gasmotorer

Vurderingen har vist at der på træflisfyrede værker kan etableres SNCR. For halmfyrede værker er der vanskeligheder ved at anvende SCR bortset fra efter røggasrensningen. Det vil kræve opvarmning af gassen og derfor vil det næppe være en økonomisk realistisk løsning. Potentialet ved rensning på flis og halmfyrede værker er endvidere begrænset.

Røggaskondensering er kun relevant for kraftvarmeværker og her vil NO_x reduktionen ske på bekostning af reduceret elproduktion.

Fremrykning af udskiftningen af gamle motorer er et tiltag som kan overvejes, som et alternativ til mere effektiv styring af motorerne.

3.1 SCR på gasmotorer i kraftvarmesektoren^[4]

3.1.1 Teknologi

Katalytisk de-NO_x-anlæg omtales ofte som SCR-anlæg efter den engelske betegnelse Selectice Catalytic Reduction.

Reduktionen af NO_x foregår ved følgende reaktion med ammoniak:

4 NO + 4 NH₃  + O₂ —> 4 N₂ + 6 H₂O
NO + NO₂  + 2 NH3 —> 2 N₂ + 3 H₂O
2 NO₂ + 4 NH₃  + O2  —> 3 N₂ + 6 H₂O
6 NO₂ + 8 NH₃  —>7 N2 + 12 H₂O

Ammoniak eller alternativt urea tilføres ved inddysning et tilpas stykke før reaktoren, så god opblanding opnås. Ammoniakken fordamper og blandes med luft, inden den inddyses i røggassen.

De kemiske reaktioner forløber i en katalytisk reaktor ved en temperatur på mellem 320° C og 400° C. I reaktoren sker reduktionen ved, at NO_x og ammoniak diffunderer til katalysatorens overflade og reagerer med hinanden.

Efter passage gennem reaktoren er 80 pct. – 95 pct. af det oprindelige NO_x-indhold omdannet til vand og frit kvælstof. Derudover vil røggassen indeholde en lille rest ammoniak. Det normale designkriterium er, at ammoniakslippet skal være mindre end 5 ppm NO_x-reduktionen er direkte proportional med mængden af inddyset ammoniak.

Da anvendelse af urea kan give korrosion på varme overfader, vurderes ammoniakvand som værende den mest hensigtsmæssige løsning.

3.1.2 Emissionsværdier

Ved installering af SCR katalysatorer på gasmotoranlæg kan forventes følgende reduktioner i NO_x emissionen (angivet ved 5 % O₂):

Tabel 3-1  Emissionsværdier for motorer med og uden SCR

3.1.3 Reduktionspotentiale

På baggrund af data fra Energistyrelsen er der registreret følgende gasmotoranlæg i kraftvarmesektoren for år 2007:

Figur 3-1  Gasmotorer i kraftvarmesektoren i år 2007

En del af de eksisterende anlæg har en væsentlig lavere emission end de tilladte 550 mg. Ved en beregning af det samlede reduktionspotentiale forudsættes derfor, at 30 % af de eksisterende anlæg overholder emissioner i henhold til ½ TA Luft. Dette svarer til 250 mg/Nm³ (ved 5 % O₂).

Baseret på data fra Energistyrelsen (år 2007) er den eksisterende NO_x-emission beregnet for gasmotoranlæg og vist i tabel 3.2.

Tabel 3-2 Eksisterende NOx emission fra gasmotoranlæg

Såfremt lav SCR-anlæg installeres på samtlige 501 gasmotoranlæg, kunne der opnås følgende reduktioner (ved 80 % reduktion):

Tabel 3-3 Mulig NOx reduktion på gasmotoranlæg i kraftvarmesektoren

Hvis tilsvarende betragtninger foretages udelukkende for anlæg større end 2,5 MW_e, ses at det drejer sig om 134 anlæg.

Figur 3-2 Gasmotorer > 2,5 MWe i år 2007

Den eksisterende NO_x-emission relateret til ovennævnte anlæg er beregnet i tabel 3.4.

Tabel 3-4 Eksisterende NOx emission fra gasmotoranlæg større end 2,5 MWel

Såfremt lav SCR-anlæg installeres på gasmotoranlæg (> 2,5 MW_e), kan der opnås følgende reduktioner (ved 80 % reduktion):

Tabel 3-5 Mulig NOx reduktion på gasmotoranlæg > 2,5 MWe

3.1.4 Økonomi

3.1.4.1 Investering og driftsomkostninger

Et SCR anlæg til et motoranlæg med elkapacitet på 3 MW_el kan overslagsmæssigt etableres for 1 mio. kr. inkl. montering, heraf udgør katalysatorelementer 400.000 Kr.

Tabellen nedenfor viser investeringsomkostninger pr. MW. De årlige driftsomkostninger er relateret enten til produktionen eller til kapaciteten. De forudsatte levetider er også angivet i tabellen.

Tabel 3-6 Oversigt over investerings og driftsomkostninger

3.1.4.2 NO_x reduktionsomkostning

Beregningen af omkostning pr. kg. NO_x kan vises ved at beregne de samlede omkostninger og dividere med det samlede reduktionspotentiale.

Baseret på investeringsomkostningerne for både selve SCR anlægget og for katalysator elementerne kan en annualiseret investeringsomkostning beregnes.

Forudsættes en diskonteringsfaktor på 4 % fås følgende: Investering i SCR inklusiv katalysator elementer = 54.600 kr. per MW_el. Totalen for alle anlæg baseret på at der en samlet kapacitet på 945 MW_el bliver 51.600.000 kr. De årlige driftsomkostninger beløber sig til 9.568.000 kr. for ammoniak og 3.150.000 for øvrige driftsomkostninger.

Det giver en samlet budgetøkonomisk omkostning for kraftvarmeværket på ca. 64 millioner kr. pr. år. Det samlede reduktionspotentiale er beregnet til 2916 tons pr. år (jf. tabel 3.3) og derfor bliver omkostningen pr. kg NO_x reduceret 22 kr.

Hvis der i stedet laves en beregning for anlæg større end 2,5 MW_el fås følgende NO_x reduktionsomkostning. Enhedsomkostningerne pr MW_el er de samme mens totalen for alle anlæg baseret på at der en samlet kapacitet på 608 MW_el (på anlæg større end 2,5 MW_el) bliver 33 millioner kr. De årlige driftsomkostninger beløber sig til ca. 5 millioner kr. for ammoniak og ca. 2 millioner for øvrige driftsomkostninger. Det giver samlede årlige omkostninger for alle anlæg over 2,5 MWel på ca. 40 millioner kr. NO_x reduktionsomkostninger bliver derfor (33.000.000kr/1.542.000 kg NO_x) 26 kr. pr. kg. NO_x reduktion.

3.2 Bedre styring af gasmotorer i kraftvarmesektoren^[5]

3.2.1 Teknologi

Det vil være muligt ved en forbrændingsmæssig justering at reducere NO_x udledningen fra de ældre motoranlæg.

Forudsætningen er, at elvirkningsgraden falder med 1 % og varmevirkningsgraden stiger med 1 %. Det forudsættes at antallet af driftstimer er uændret ud fra den betragtning at elproduktion styres af spotprisen på el og ikke ud fra varmebehov. Dette vil betyde en uændret elproduktion samt et større brændselsforbrug og en større varmeproduktion. Den øgede varmeproduktion skal så fradrages varmeproduktion på kedelanlæg.

Det er vurderet, at ved at justere de ældre motoranlæg, kan NO_x-emissionen reduceres til 250 mg/Nm³.

3.2.2 Emissionsværdier

Ved beregning af reduktionspotentialet for NO_x er der anvendt følgende emissionsværdier:

Tabel 3-7 Emissionsværdier for motorer med og uden justering af forbrændingen.

3.2.2.1 Reduktionspotentiale

Baseret på data fra Energistyrelsen (år 2007) er den eksisterende NO_x-emission beregnet for gasmotoranlæg. Det er her forudsat, at 30 % af eksisterende motoranlæg har NO_x emissioner svarende til ½ TA Luft (250 mg/Nm³).

Tabel 3-8 Eksisterende NOx emission fra gasmotoranlæg i kraftvarmesektoren

Såfremt der foretages en justering af forbrændingen på de ældre motoranlæg, kan der opnås følgende reduktioner:

Tabel 3-9 Mulig NOx reduktion ved justering af motoranlæg i kraftvarmesektoren

3.2.2.2 Konsekvens for UHC emission

En reduktion af NO_x ved forøgelse af luftoverskudstallet på lean-burn motorer vil normalt føre til en forøgelse af UHC emissionen (uforbrændte kulbrinter) med forøget drivhuseffekt til følge (metanemission).

3.2.3 Økonomiske konsekvenser

De økonomiske konsekvenser beregnes med udgangspunkt i et repræsentativt anlæg på 3 MW_el.

De væsentligste omkostningsforudsætninger er:

• Et øget gasforbrug idet antallet af driftstimer øges således at den samlede elproduktion er konstant (givet den lavere elvirkningsgrad efter justeringen).
• Sparet gasforbrug på varmeproducerende kedler.
• Der forudsættes ikke at være nogen egentlig investeringsomkostning forbundet med selve justeringen idet den kan foretages af en tekniker i forbindelse med almindeligt eftersyn af anlægget. Sådanne øvrige driftsudgifter forudsættes at være de samme før og efter justeringen.

Den samlede beregning er vist i nedenstående tabel. Den illustrerer beregningen af NO_x omkostningen baseret på et anlæg på 3 MW_el.

Tabel 3-10 Beregning af omkostninger ved justering af gasmotorer

3.3 Lav-NOx brændere i fjernvarmesektoren^[6]

3.3.1 Teknologi

Lav-NOx-brændere kan virke efter forskellige principper, da et lavt NO_x-emissionsniveau kan opnås på følgende vis:

• Undgå høje forbrændingstemperaturer (over 1500 °C);
• Have kort opholdstid ved høj temperatur;
• Holde en lav iltkoncentration [O2] i forbrændingszonen;
• Have en lav kvælstofkoncentration [N2] i forbrændingszonen;
• Have reducerende zoner, hvor NO kan reduceres til frit N2.

Den mest brugte metode er at benytte overstøkiometrisk forbrænding med 20 - 75 % luftoverskud og derved sænke forbrændings-temperaturen til 1200 - 1500 °C.

Andre lav-NOx-brændere benytter to trins forbrænding med køling mellem de to trin for at holde temperaturen nede. Blandingsforholdet mellem gassen og luften holdes på bestemte værdier for de forskellige forbrændingstrin. Denne trinvise forbrænding bevirker, at flammetemperaturen holdes jævn gennem hele brænderen.

Generelt gælder, at det skal tilstræbes, at luft og gas blandes bedst muligt, så der ikke fremkommer "hot spots". Betegnelsen "hot spots" dækker over områder i flammen, som er varmere end omgivelserne. Disse varme områder giver øget NO_x -emission.

3.3.2 Opgradering af brændere

Et alternativ til udskiftning af den samle brænderinstallation kan være, at opgradere de eksisterende brændere til lav-NOx brændere. Dette kan typisk ske ved, at brænderhoved og brænderventiler på gasrampe udskiftes samt at blæsermotor forsynes med frekvensregulering.

3.3.3 Anvendelse i fjernvarmesektoren

På baggrund af data fra Energistyrelsen er følgende kedelanlæg i fjernvarmesektoren registreret for år 2007.

Figur 3-3 Kedelanlæg i fjernvarmesektoren i år 2007

Kun et begrænset antal af de olie- og gas gasfyrede kedler i fjernvarmesektoren er monterede med lav-NOx-brændere. Disse fjernvarmekedler fungerer dog hovedsageligt som spids- og reservelastkedler, og de årlige varmeproduktioner er derfor relativt begrænsede.

3.3.4 Emissionsværdier

Ved montering af lav-NOx-brændere på olie- og naturgasfyrede fjernvarmekedler kan forventes følgende reduktioner i NO_x-emissionen (angivet ved 10 % O₂):

Tabel 3-11 Emissionsværdier for eksisterende og nye kedler

3.3.5 Reduktionspotentiale

Baseret på årsstatistik (år 2007) fra Dansk Fjernvarmeforening (DFF) er den eksisterende NO_x-emission beregnet for naturgas- og oliefyrede kedelanlæg. Der er her forudsat røggas med O₂ = 4 % samt at 20 % af kedelanlæggene allerede har installeret lav-NOx-brændere.

Tabel 3-12 Eksisterende NOx-emission fra naturgas- og oliefyrede fjernvarmekedler

Såfremt lav-NOx-brændere installeres på de resterende 80 % af de naturgas- og oliefyrede fjernvarmekedler med gamle brændertyper, kan der opnås følgende reduktioner:

Tabel 3-13 Mulig NOx reduktion på naturgas- og oliefyrede fjernvarmekedler

3.3.6 Økonomi

Udskiftning af gamle brændere med lav-NOx -brændere kan overslagsmæssigt gennemføres for følgende investeringer.

Tabel 3-14 Specifik investeringsomkostning for lav-NOx-brændere

Baseret på oplysningerne fra Energistyrelsens statistik kan det skønnes at den gennemsnitlige kedel størrelse er på 12 MW. Ved interpolation er investeringsomkostningen blevet beregnet til hhv. 51.000 og 81.000 kr. pr. MW.

Som anført ovenfor skønnes det at 20 % af kedlerne allerede har lav-NOx brændere og derfor er tiltaget kun relevant for de resterende 80 %. Det er i alt 346 anlæg og ud fra brændselsforbruget skønnes 75 % af kedlerne at være gasfyrede mens de resterende 25 % er oliefyrede. Det betyder at der er ca. 205 gasfyrede og ca. 72 oliefyrede kedler hvor det er relevant at udskifte brænderne.

De samlede investeringsomkostninger er vist i nedenstående tabel som også viser den resulterende NO_x omkostninger. (Reduktionen i NO_x emissioner er taget fra Tabel 3-13)

Tabel 3-15 NOx omkostning for lav-NOx-brændere

Driftsomkostningerne skønnes at være upåvirkede af om brænderen er ny eller gammel og derfor er den beregning som er vist i tabellen dækkende for de budgetøkonomiske omkostninger.

3.4 Reburning

Reburning omtales, i Miljøstyrelsen (2006a) og (2006b), som en teknologi man uden videre kan tage i anvendelse. Følgende forhold skal dog tages i betragtning:

1. Der er ikke ført gas frem til hovedparten af de halm- og træflisfyrede varmeværker. Det er et åbent spørgsmål om gasselskaberne er villige til at føre gassen frem og hvad omkostningerne til disse nye gasledninger i givet fald vil være.
2. Reburning anvendes ikke i Danmark for nuværende, og der findes ikke driftserfaringer som dokumenterer at det teoretiske NOx reduktionspotentiale kan realiseres.
3. Økonomien for de halm- og gasfyrede varmeværker vil blive væsentligt dårligere, da gassen er væsentligt dyrere end biomasse.

På den baggrund vurderes reburning ikke længere at være et relevant tiltag og der er ikke foretaget yderligere beregninger.

3.5 SNCR/SCR på halm- og træflisfyrede kedler

På flisfyrede kedelanlæg kan der etableres NO_x-rensning ved hjælp af SNCR (selektiv non katalytisk Reduktion), hvor der tilsættes ammoniak eller alternativt urea i forbrændingskammeret ved temperaturer på ca. 900 - 1100 °C. Ombygningen vil typisk koste 750.000 kr. for et kedelanlæg i størrelsen 4 - 8 MW. Der vil kunne opnås NO_x reduktioner på 60 - 70 %. Da kun en meget lille del af den samlede produktion foregår med flis som brændsel (et par procent jf. seneste årsstatistik fra Dansk Fjernvarme) er det samlede potentiale meget begrænset.

Driftsomkostninger til ammoniakvand vil være ca. 3.100 DKK/ton NO_x.

Der findes tilsyneladende ingen erfaringer med etablering af SNCR på halmfyrede kedler.

Med hensyn til SCR (selektiv katalytisk reduktion) på halmfyrede anlæg har det vist sig, at det er forbundet med store problemer såsom:

• Tilstopning af katalysator,
• Kaliumforgiftning af katalysator.

Hvis SCR skal anvendes på halmfyrede anlæg skal det sandsynligvis ske efter den konventionelle røgrensning (posefilter). Det vil dog her være nødvendigt at genopvarme røggassen til ca. 350 °C, hvilket vil være forbundet med store investeringer og driftsudgifter. Denne løsning vurderes derfor ikke at være realistisk.

3.6 Yderligere tiltag

Udover de tiltag som er behandlet ovenfor kunne følgende yderligere tiltag muligvis bidrage til NO_x reduktioner:

• Røggaskondensering som øger virkningsgraden i varmeproduktionen;
• Fremrykket udskiftning af gamle motorer.

Røggaskondensering som øger virkningsgraden i varmeproduktionen med op til 12 % point vil reducere den tid motoren kører og dermed NO_x emissionen (og andre emissioner). Det vil så medføre en reduceret elproduktion som følge af færre driftstimer og derfor vil det være nødvendigt med en øget elproduktion fx fra kraftværkerne.

For anlæg der kun producerer varme vil der ikke være et tab i form af reduceret elproduktion. Det vurderes imidlertid at disse anlæg kun anvendes i spidsbelastningssituationer og derfor har få driftstimer. Det vil dermed ikke kunne betale sig at investere i røggaskondensering for sådanne anlæg.

Som angivet ovenfor i afsnittet om styring af gasmotorer så har nye motorer en væsentlig lavere emission. Det har ikke været muligt at skaffe data om alderssammensætningen af gasmotorer i sektoren og derfor er det vanskeligt at skønne over potentialet ved at fremrykke udskiftning af gamle motorer.

[4] Forudsætninger vedrørende NOx emission, investeringer og driftsudgifter er fået fra Catcon Power Solution A/S, Driftsudgifter til ammoniakvand er fået fra Yara Denmark.

[5] Forudsætninger vedrørende NOx emission og reduktion i elvirkningsgrad er fået fra GE Jenbacher (Per Høgsted).

[6] Forudsætninger vedrørende NOx emission og investeringer er fået fra Weishaupt (Søren Jespersen).

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

Version 1.0 Maj 2009, © Miljøstyrelsen.