Gasmotorer i vækst omkring os

analyse af udsigterne for gasmotorer og gasturbiner (< 30 MWe) til decentral elproduktion for en tidhorisont
Illustration: Stadtwerke Kiel: "Klústenkraftwerk"
Gasmotorer er konkurrencedygtige både nu og på fremtidens elmarked.
webartikel
- Jan de Wit - jdw@dgc.dk - Dansk Gasteknisk Center

Firmaet Delta Energy & Environment (Delta-ee) har lavet en analyse af udsigterne for gasmotorer og gasturbiner (< 30 MWe) til decentral elproduktion for en tidhorisont på ca. 5 år frem. Elproduktion dækker her både  Power-only (dvs. alene elproduktion) og kraftvarme. Undersøgelsen er lavet for forskellige regioner (Europa, Asien, Nord- og Sydamerika osv.). 

Firmaet har i sommeren 2017 afholdt et webinar med hovedpunkterne fra analysen, og det er i blandt andet resultater herfra, der bringes i denne artikel.

Markedsanalyse fra Delta-ee

Det konkluderes, at gasmotorerne står konkurrencemæssigt stærkt til dagens og fremtidens elmarked og vil her tage markedsandele fra gasturbinerne. 

Generelt forventes en vækst i installation af gasmotorer frem mod 2022. Årligt forventes salget at gå fra de nuværende ca. 5 GWe/år til 7,3 GWe/år. Europa anvender primært de større gasmotorenheder, hvor de mindre enheder har deres primære salg i Asien. På verdensplan er gasmotorerne i undertal i forhold til dieselmotorer til elproduktion. Gasmotorernes andel er dog stigende.

For gasturbiner er markedet i Vesteuropa i øjeblikket vigende. Disse enheders bedste salgsområde er Asien. Fordelingen mellem anlæg til kraftvarme og elproduktion alene for solgte gasturbiner er lige nu 50/50. Her forventes fremtidige anlæg i højere grad at blive udlagt som kraftvarme frem mod 2025.

Figur 1
Delta-ee forecast mht. årlige salg af gasmotorer til elproduktion frem mod 2022.

 

I anvendelsessegmentet fjernvarme (mindre og mellemstore anlæg) står motorerne allerede stærkt; det forventes der ikke ændret på. For større anlæg forventes gasmotorer fremover i mange tilfælde også at kunne være konkurrencedygtige.

Inden for kraftværksområdet vil gasmotorandelen i forhold til gasturbiner forventeligt øges, både inden for segmenterne grundlast, regulerkraft og backupinstallationer. For førstnævnte segment forventes motorerne at nå en andel på tæt ved 50 %; for sidste segment gør deres egenskaber, at de forventes at stå for op mod 90 % af de nye installationer.

For industriel kraftvarme gælder på verdensplan, at der i øjeblikket anvendes flere gasturbiner end gasmotorer. Her forventes motorer også at opnå en øget markedsandel ved nye installationer; dog vil andelen i perioden endnu ikke helt nå 50 %.

Nye anlæg i nabolandene

I Danmarks nabolande er flere større anlæg baseret på gasmotorer under etablering. Her skal kort nævnes nogle eksempler fra Tyskland og Baltikum.

Tyskland:
I Kiel bygges et anlæg med i alt 20 gasmotorer. Disse motorer etableres i 4 bygninger/blokke og har i alt en ydelse på 190 MWe samt 192 MW varme. Fuldlast kan nås på under 5 minutter. Det eksisterende forsyningsanlæg behøver ca. 4 timer for det samme. Der etableres også et elkedelanlæg og en stor varmeakkumuleringstank (30.000 m3) på sitet. Anlægget kobles på byens fjernvarmenet og skal både levere kraftvarme, fungere som regulering for de store mængder VE-el, der er i området, og fungere som backup ved udfald af andre forsyningskilder. Anlægget har en totalvirkningsgrad på 90 %, og der opnås en CO2-reduktion på 70-80 % i forhold til den forsyning, der skal erstattes. De anvendte motorer er 20-cylindrede GE-Jenbacher gasmotorer med to-trins turboladning. Anlægget er færdigt i 2018.
 

Figur 2B
Den 20 cylindrede gasmotor, der opstilles 20 af på værket i Kiel.

 

I Mainz bygges ligeledes et stort motorbaseret værk. Også dette anlæg bygges for at kunne støtte og sikre forsyning i forbindelse med de store mængder VE-energi, der også her kommer ind i systemet. En anden grund er her, at de seneste års faldende strømpriser og faldende CO2-certifikatpriser har fået en række større gasturbinebaserede værker i området til at reducere deres drift betragteligt, så der dermed ikke fås fjernvarmeleverance derfra. Anlægget i Mainz baseres på 10 kraftvarmeproducerende gasmotorenheder (i alt 100 MWe samt ca. 100 mW termisk ydelse) med et tilhørende varmelager. Anlægget etableres i tilknytning til eksisterende kraftværksanlæg, hvor der p.t. både er etableret et combined cycle-anlæg og en mere traditionelt dampturbinebaseret elproduktion. Anlægget forventes i kommerciel drift i 2018. De anvendte motorer er her fra Wärtsilä, se ref. /3/.

Baltikum:
I Estland har man i 2013/2014 fået bygget et 250 MWe motorbaseret værk udelukkende som backupværk til elproduktion. Anlægget skal kun i drift ved akut effektmangel og skal også være i stand til at genstarte elnettet ved et blackout. Der er i alt 27 motorer fordelt på to blokke på henholdsvis 110 og 140 MWe. De anvendte motorer er dual fuel-motorer. Det primære brændsel er naturgas, men letolie vil også kunne anvendes. I tilknytning til anlægget er etableret olietanke med olie til nogle dages forbrug. Et af kravene til dette backupværk var/er, at enhederne skal kunne starte og nå fuldlast på under 1 minut. Et andet krav var/er, at det skal kunne betjenes fuldautomatisk og kunne være uden bemanding i det daglige. Disse krav opfylder de anvendte motorbaserede enheder. Motorerne, der her er anvendt, er Wärtsilä DF 20/V34, se ref. /4/.
 

Konklusion, et paradoks

Gasmotorer vinder markedsandele til både kraftvarme og Power-only-produktion på verdensplan, og de større gasmotorer vinder i Vesteuropa ind på områder, hvor man før naturligt ville have valgt gasturbiner. Dette skyldes en høj effektivitet, brændselsfleksibilitet, meget hurtig start, gode lastreguleringsegenskaber samt prisgunstig investerings- og driftsomkostning. 

Der tegner sig et klart billede af, at enhedernes egenskaber er særdeles nyttige i relation til integration af store mængder vedvarende energi ‑ heraf en væsentlig del fluktuerende.

Mange af de danske gasmotorbaserede kraftvarmeanlæg er meget mere brændselseffektive end anlæggene i udlandet. Dette gælder også i forhold til de nyere anlæg i udlandet. Mange nyere udenlandske anlæg etableres med totalvirkningsgrad på eksempelvis 90 – 95 % (ift. brændslets nedre brændværdi). Flere danske anlæg har totalvirkningsgrad over 100 %, og visse er oppe omkring 103-107 % (ift. brændslets nedre brændværdi) ved hjælp af effektiv røggaskøling, herunder køling af røgen med absorptionsvarmepumpe som sluttrin. Røggastemperaturer under 20 °C. kan dermed opnås i fyringssæsonen. Anlæggene er endvidere meget fleksible med hensyn til produktionsudstyr. Ofte råder disse værker over både kedler, kraftvarmeenheder, solvarme, elkedler, evt. varmepumpe samt varmeakkumulering, så driften kan optimeres.

Så hvis nogle af disse effektive danske anlæg lukkes ned de kommende år, mens nye og mindre brændselseffektive anlæg etableres i vore nabolande, må dette skyldes tarifmæssig skævvridning af en eller anden slags på det nordeuropæiske energimarked, herunder salget af systemydelser.
 

Figur3
Røggastemperatur til skorsten fra dansk gasmotor baseret på KV anlæg vidner om meget høj total virkningsgrad.