M a a k a a s u y h d i s t y s Maakaasuyhdistyksen vuosikirja 2008 2009 F i n n i s h N a t u r a l G a s A s s o c i a t i o n
Maakaasuyhdistyksen vuosikirja 2008 2009
Maakaasuyhdistys r.y. Toimitus: Hannu Kauppinen Kansi ja taitto: A-P Productions Oy Paino: Libris Oy 2009 ISSN 0786-2342
Sisältö Maakaasun uusi rooli Toimitusjohtaja Hannu Kauppinen, Maakaasuyhdistys ry 6 Nesteytetyn maakaasun rooli maailmalla kasvaa myös Suomeen uutta tuotanto- ja kuljetuskapasiteettia Asiakaspalvelupäällikkö Arto Riikonen, Gasum Oy Huipputehokkaita lämmitysratkaisuja maakaasulla 12 Toimitusjohtaja Hannu Kauppinen, Maakaasuyhdistys ry 24 Maakaasuyhdistyksen toimintakertomus vuodelta 2008 26 Maakaasuvuosi 2008 Toimitusjohtaja Hannu Kauppinen, Maakaasuyhdistys ry 54
Toimitusjohtaja Hannu Kauppinen Maakaasuyhdistys ry Maakaasun uusi rooli Tehdään ajatusleikki: ilmasto lämpenee mallien mukaisesti tai niitä nopeammin, teollisuuden rakennemuutos jatkuu tai kiihtyy, uusi talouskasvu jää totuttua vaatimattomammaksi ja energiansäästämisestä tulee oikeasti kansalaishyve. Energiankysyntä muuttuisi dramaattisesti. Esimakua kysynnän nopeasta muutoksesta on jo saatu: nykyiset talousongelmat ovat romahduttaneet energiankulutuksen lähes kymmenen vuoden takaiselle tasolle. Osa muutoksesta palautuu talouden kääntyessä kasvuun, mutta osa jää pysyväksi. Kun samanaikaisesti energiantuotantoa ohjataan voimakkaasti uuteen asentoon, voidaan energiaalalla odottaa todella merkittäviä mullistuksia seuraavan vuosikymmenen aikana. Toimintaympäristön muuttuessa perinteiset energiamuodot maakaasu mukaan lukien joutuvat etsimään uuden roolin. Monikäyttöisellä maakaasulla näitä rooleja voi olla useampikin. 6 Maakaasuyhdistyksen sty vuosikirja 2008 2009
Maakaasulla eteenpäin Linjaukset energiastrategiassa, joka tosin vanhentui jo ennen valmistumistaan Energiasektorin virallinen kehityspolku vuoteen 2020 löytyy uudesta ilmasto- ja energiastrategiasta, jonka laaja valiokuntakäsittely eduskunnassa saatiin päätökseen kesällä 2009. Strategiassa on ennen kaikkea linjattu tarvittavia toimia Euroopan unionissa yhteisesti sovittujen energiansäästöä ja uusiutuvaa energiaa koskevien tavoitteiden saavuttamiseksi. Näiltä osin strategia antaa selkeän suunnan laskelmineen. Maakaasu ei ole strategiassa pääroolissa. Strategian laskelmien mukaan tavoitteena on vähentää maakaasun kulutusta nykyisestä 41,4 terawattitunnista 39 terawattituntiin. Strategian perusuralla, missä uusia energiapoliittisia toimenpiteitä ei tehtäisi, maakaasun käyttö lisääntyisi 52 terawattituntiin. Luvuissa ei ole mukana maakaasun raaka-ainekäyttöä, joka on nykyisin 300 miljoonaa kuutiometriä eli energiamääränä 3 terawattituntia. Kaikkiaan maakaasun osuus Suomen primäärienergian käytöstä pysyisi noin kymmenessä prosentissa. Strategian perusuran arvioissa on oletettu, että maakaasuverkko laajenee Turun seudulle ensi vuosikymmenen puolivälin paikkeilla. Laajeneminen on siis oletus, ei strateginen tavoite. Luvut ja tavoitteet merkitsevät sitä, ettei maakaasulla ole näköpiirissä merkittävää volyymikasvua. Maakaasun käyttömäärät voivat laskea jopa strategian laskelmia enemmin, jos osa alussa mainituista tulevaisuuden näkymistä toteutuu. Strategiassa näitä mahdollisia tulevaisuuden kuvia energiansäästöä lukuun ottamatta ei ymmärrettävästi ole nostettu esille. Taloustilanteen nopeaa ja rajua heikkenemistä ja sen vaikutusta energiankulutukseen ei myöskään osattu arvata, kukapa olisi. Siksi strategiassa olevat määrä- ja hinta-arviot vanhentuivat jo ennen kuin asia ehti eduskuntakäsittelyyn. Teollisuuden ja etenkin metsäteollisuuden tuotantotasolla on kuitenkin todella merkittävä vaikutus energiankulutukseen ja biopolttoainevirtoihin. Sähkönkulutuksen taso nousee kunnolla esille viimeistään ydinvoimaratkaisuja puntaroitaessa. Lämpökuorman pienentyminen vähentää CHP-tuotantoa, joka muutenkin joutuu entistä kovempaan kilpailutilanteeseen. Muun muassa näitä kysymyksiä joudutaan pian oikeasti pohtimaan. Toimitusjohtajan katsauss 7
Maakaasun hyvät ominaisuudet tunnustetaan, mutta niitä ei hyödynnetä täysimääräisesti Lähtökuoppiinsa vanhentuneet laskelmat eivät maakaasun kannalta ole keskeisin ongelma. Oleellisempaa on se, että ilmasto- ja energiastrategiassa uusiutuvan energian tavoite on nostettu ilmaston edelle. Jos asia olisi päinvastoin ja niin kuin sen pitäisi olla, olisi strategiassa keskitytty kasvihuonekaasupäästöjen ja muiden ympäristöpäästöjen todelliseen ja mahdollisimman kustannustehokkaaseen vähentämiseen. Maakaasu nousisi huomattavasti keskeisempään asemaan. Kokoluokaltaan merkittävin tapa pienentää Suomen kasvihuonekaasupäästöjä olisi uusien maakaasuvoimalaitosten rakentaminen korvaamaan vanhaa sähkön ja lämmön yhteistuotantoa. Ilmastohyötyjen lisäksi tämä ratkaisu lisäisi merkittävästi Suomen sähköntuotantokapasiteettia, ovathan maakaasulaitokset tehokkuudeltaan ja sähköntuotantomahdollisuuksiltaan omaa luokkaansa tässä CHPkategoriassa. Nämä maakaasun ominaisuudet kyllä tunnetaan ja tunnustetaan. Eduskunnan talousvaliokuntakin toteaa mietinnössään, että maakaasu on energialähteenä tehokas, sillä sen siirtohäviöt ovat pienet ja sitä voidaan käyttää erittäin korkealla hyötysuhteella eli kaasun energia pystytään hyödyntämään tuotannossa lähes kokonaan. Maakaasu sopii erityisen hyvin kombivoimalaitoksiin, joissa on sekä höyry- että kaasuturbiini. Mietinnössä todetaan myös, että maakaasun käytöstä eli poltosta ei aiheudu lainkaan rikkidioksidipäästöjä. Kaasumaisen olomuodon ansiosta ei liioin muodostu hiukkas- ja raskasmetallipäästöjä eikä tuhkaa. Syntyvän hiilidioksidin määrä ja typenoksidien määrä on vähäisempi verrattuna muihin fossiilisiin polttoaineisiin. Valitettavasti maakaasun suomat mahdollisuudet jäävät vajaakäytölle, kun energiapoliittiset tavoitteet ovat muualla. Tämä on ilmaston ja ympäristön kannalta huono asia. Maakaasun uudet käyttökohteet Perinteisten maakaasun käyttökohteiden kasvunäkyminen ollessa vaatimattomia, hakee maakaasuala uusia toiminta-alueita niiden rinnalle. Maakaasu taipuu ominaisuuksiensa puolesta muuhunkin kuin suuren mittakaavan voimalaitoskäyttöön. Liikenne tarjoaa uusille polttoaineille ja energiamuodoille suuren ja mielenkiintoisen markkinan. Kaasuautot lisääntyvät maailmalla kovaa vauhtia ja Suomessakin on saatu hyvä startti aikaan. Kaasuajoneuvoja löytyy jo useammasta kategoriasta busseista henkilöautoihin. Yhä useampia kaasuautomalleja on myytävänä ja tankkausasemien määrä kasvaa asema asemalta. Myös biokaasun liikennepolttoainekäyttö etenee. Suunnitelmia ja projekteja on useita, joista yksi mielenkiintoisimmista on biokaasulaitoksen kytkeminen maakaasuverkkoon. Maakaasuverkko tarjoaa hyvän siirtokanavan biokaasulle ja samalla maakaasu toimii biokaasun varmistajana. Maakaasuverkkoon syötetty biokaasu saadaan aina maksimaaliseen hyötykäyttöön. Liikennekäytössä kotimainen biokaasu korvaisi käytännössä fossiilisia tuontiin perustuvia öljytuotteita. Kaasujen liikennekäyttöä on mahdollista laajentaa myös merelle ja järville. Nesteytettynä maakaasua voi kuljettaa maakaasuverkon ulkopuolelle esimerkiksi laivojen, lauttojen ja lossien polttoaineeksi. Nesteytetty maakaasu laajentaa maakaasualuetta ja näin maakaasu on uusi vaihtoehto paitsi laivoille ja lautoille myös monelle teollisuusyritykselle, joiden prosesseissa olisi mahdollista hyödyntää kaasuteknologiaa ja kaasun ominaisuuksia. 8 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
Biokaasu ja maakaasu tarjoavat ilmasto- ja ympäristöystävällisen vaihtoehdon liikennepolttoaineeksi. Kaasuteknologia ja kaasumaiset polttoaineet voidaan ottaa nopeasti laajaan käyttöön. Jätteen ja biomassan poltossa maakaasu on hyvä tuki-, apu- ja lisäpolttoaine, jolla voidaan varmistaa puhdas palaminen, tasata pääpolttoaineen saatavuus- ja laatuvaihteluita sekä lisätä sähköntuotantoa, kun rakennusastetta saadaan korkeammaksi. Esimerkkejä näistä ratkaisuista on tulossa. Voisiko maakaasuvoimalaitos toimia varavoimana esimerkiksi tuulivoimalle? Teknisesti vallan mainiosti, jos taloudelliset kysymykset saadaan ratkaistuksi. Maakaasu on omakotitalon monipuolinen energia. Lämmityksen lisäksi maakaasua voidaan käyttää ruuanlaitossa niin keittiössä kuin ulkonakin. Kotitankkauslaitteella samaa maakaasua voisi tankata kaasuautoon. Raaka-ainekäytössä maakaasua voidaan käyttää esimerkiksi vedyn tuottamiseen. Toteutusratkaisuja löytyy eri kokoluokissa aina jalostamomittakaavaan asti. Voisiko tästä syntyä sovelluksia energiantuotantoon? Toimisiko tulevaisuuden voimalaitos maakaasusta CO 2 -talteenotolla tehdyllä vedyllä? Toimitusjohtajan katsauss 9
Kirkastuvaa huomiseksi www.gasum.fi ww.ga w..fi
Maakaasun käyttö päivittäisenä energialähteenä on puhtaasti järkevää CO 2 -päästöjen vähentämiseksi. Gasum edistää aktii visesti myös uusiutuvan biokaasun käyttöä Suomessa. Maakaasun ja biokaasun monipuolinen hyödyntäminen on tie puhtaampaan ympäristöön tinkimättä silti nykyelämän mukavuuksista. Luonnostaan nostaa parempia pia energiaratkaisuja ratk aisu
Asiakaspalvelupäällikkö Arto Riikonen Gasum Oy Nesteytetyn maakaasun rooli maailmalla kasvaa myös Suomeen uutta tuotanto- ja kuljetuskapasiteettia esteytetyn maakaasun määrä on kasvanut viime vuosina nopeasti. Maailman 2900 miljardin kuutiometrin maakaasun vuotuisesta käytöstä noin 230 miljardia liikkui nestemäisessä olomuodossa eli LNG:nä. Vuoteen 2011 mennessä määrän otaksutaan kasvavan 270 miljardiin kuutiometriin ja vuoteen 2020 mennessä 400 miljardiin kuutiometriin. Kuljetustarve näkyy myös LNG-tankkereiden määrässä: keväällä 2009 tilauksessa oli peräti 70 tankkeria. Laivakuljetusten lisäksi LNG:tä kuljetetaan yhä useammin myös LNG-säiliöautoilla, joita näkee nykyisin myös Suomen maanteillä. LNG varastoidaan ja kuljetetaan nestemäisessä olotilassa noin -160 C lämpötilassa. Säiliö on kaksoisvaippainen tyhjöeristetty paineastia. Kuvassa olevan säiliön koko on 56 m 3, suurin, mitä normaaliin tieliikenteeseen mahtuu. LNG-säiliön rakenne on samanlainen kuin nestemäisen typen kuljetuksissa käytetään. 12 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
Vienti (Mtpa) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 Venezuela Venäjä Norja Egypti Oman Nigeria Trinidad Qatar Australia Malesia Indonesia Arabiemiraatit Brunei Libya USA Algeria LNG:n käyttöhistoria 60-luvulta tähän hetkeen. LNG:n käytön vuotuinen kasvu on ollut viime vuosina noin 7 %. Maakaasun nesteyttäminen Maakaasun nesteyttäminen vaatii laitteistoinvestointien lisäksi energiaa. Maakaasu on jäähdytettävä vähintään -82 C lämpötilaan (=kriittinen lämpötila), jotta se yleensäkään olisi nesteytettävissä. Koska tuota lämpötilaa vastaava höyrynpaine (=kriittinen paine) on edelleen melko korkea, 46 bar, niin maakaasu nesteytetään jäähdyttämällä se lähelle kiehumispistettään noin -160 C lämpötilaan. Maakaasun eli metaanin kiehumispiste normaali-ilmanpaineessa (1,013 bar) on -161,5 C ja jäätymispiste -182,5 C. Nestemäisen metaanin tiheys on 421 kg/m 3 ja kaasumaisen 0,72 kg/m 3 Nesteytyessään metaani on vain kuudessadas osa sen kaasumaisen olomuodon normaalitilasta. ÖLJY LNG Tiheys 0,85 kg/litra 0,42 kg/litra Lämpöarvo alempi 11,8 kwh/kg 13,7 kwh/kg Tilan tarve 159 litraa 280 litraa netto / 310 litraa brutto Energiasisältö 1600 kwh 1600 kwh Verrattaessa LNG:tä kevyeen polttoöljyyn ja sen energiasisältöön, tarvitsee LNG likimain kaksinkertaisen varastotilavuuden. LNG-säiliön täyttöaste on 90 %. LNG 13
Porvoon pieni LNG:n tuotantolaitos on toiminut jo vuodesta 1996 alkaen. Sen viereen on Gasum rakentamassa uutta LNG:n tuotantolaitosta sekä tuotevarastoa, jotka on määrä ottaa käyttöön kesällä 2010. Laitoksen kapasiteetti on 20 000 tonnia/a ja sen varaston koko on 2000 m 3, nykyiseen verrattuna yli kymmenkertainen. LNG:n nesteytysprosessit Metaanin nesteytysprosesseja on useita. Yhteistä niille kuitenkin on paineistetun kylmäkiertoaineen höyrystyminen, joka puolestaan siirtää lämpöä nesteytysprosessista sen ulkopuolelle. Tätä lämmönvaihdinta kutsutaan tavallisimmin cold boxiksi. Nesteytysprosessin päälaite, cold box on eräänlainen tehokas pakastin, jonka jäähdytysaineina käytetään nestekaasuja, butaania ja propaania, eteeniä, metaania ja typpeä. Kaikkein monimutkaisimmat ja samalla energiataloudellisimmat jäähdytysprosessit käsittävät kolmen-neljän jäähdytysnesteen yhdistelmän. Jäähdytysprosessien, lähinnä kiertokaasukompressoreiden sähköenergian tarve vaihtelee suuresti ollen suuruusluokkaa 0,4 0,8 kwh/m 3 normaaliolotilassa olevaa maakaasua. Cold box käsittää useita sarjaan kytkettyjä lämmönvaihtimia, joko putkivaihtimia tai levylämmönvaihtimia. Laitteen tekee arvokkaaksi ohutseinäiset ruostumattomat materiaalit. Metaani sekä jäähdytyksen kiertokaasut eivät ole mitenkään hankalia aineita käsiteltäviksi alhaisissakaan lämpötiloissa. Materiaalit ovat samoja kuin ilmakaasujenkin, typen, hapen ja argonin nesteytyksessä ja kuljetuksissa. Ennen maakaasun nesteyttämistä siitä erotetaan vesi (< 1 ppm), hiilidioksidi (< 50 ppm) sekä kaasukondensaatit, lähinnä propaani ja butaani. Korkean metaanipitoisuuden (> 98 %) omaava siperialainen maakaasu sopii erinomaisesti nesteytettäväksi, koska kondensaattien erotusprosessia ei tarvita lainkaan. Pienimuotoinen LNG Suomessa Maakaasua tarvitaan myös kaasuputkiverkos- ton ulkopuolella. Vähänkin suurempien mää- 14 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
Norjassa Bergenin ja Stavangerin välisellä E39 tieyhteydellä liikennöi viisi LNG-käyttöistä autolauttaa. Laivojen pituus on 129 m ja koneteho 12 MW. Laivojen polttoainetankit ovat 2 x 125 m 3. Kunkin laivan LNG-tarve on noin säiliöautollinen päivässä. rien kuljettaminen kaasumaisessa olomuodossa on hankalaa, vaikka paine olisi 200 bar. Maakaasun korkea oktaaniluku, RON 130, edellyttää maakaasulle optimoiduissa kaasumoottoreissa käyttämään testaamiseen ja koekäyttöihin vain metaania. Sama vaatimus pätee myös biometaania käyttäviin moottoreihin, joita käytetään esimerkiksi kaasuajoneuvoissa. LNG:stä höyrystetty metaani mahdollistaa näiden ajoneuvojen käytön biometaanin saantihäiriöidenkin sattuessa. 90-luvun puolivälissä rakennettiin Porvooseen pieni maakaasun nesteytyslaitos. Prosessi on poikkeuksellisen yksinkertainen: siinä ei ole jatkuvaa jäähdytyskiertoprosessia lainkaan, vaan se käyttää metaanin nesteyttämiseen ilmakaasutehtaan tuottamaa nestemäistä typpeä, joka höyrystyttyään päästetään takaisin ulkoilmaan. Prosessi on tehnyt mahdolliseksi pienet välttämättömät ät LNG:n toimitukset testaustarkoituksiin sekä biometaanilaitosten varapolttoaineiksi. Vanhan laitoksen viereen rakennetaan uusi ja suurempi LNG:n tuotantolaitos. Vuonna 2010 valmistuvan laitoksen kapasiteetti on 20 000 tonnia vuodessa. Laitoksen LNG-varaston koko on 2000 m 3. LNG-esimerkkejä naapurimaista Norjaan on rakennettu jo useita pieniä maakaasun nesteytyslaitoksia. Tjeldbergoddenissa on vastaava LNG-laitos kuin Porvoossa. Muutama vuosi sitten otettiin käyttöön Haugesundissa 20 000 tn/a nesteytyslaitos ja Bergenissä kaksikin, 40 000 tn/a ja 80 000 tn/a. Stavangeriin on rakenteilla jo viides pienehkö LNG:n tuotantolaitos Norjaan. Sen on määrä valmistua keväällä 2011 ja siitä on tarkoitus toimittaa LNG:tä myös Ruotsin LNG 15
markkinoille Nynäshamnin öljynjalostamoa varten sekä Tukholman kaupunkikaasuverkoston tarpeisiin. Nynäshamniin on rakenteilla LNG:n tuontiterminaali tilavuudeltaan 20 000 m 3. Näitä hankkeita ei pidä sekoittaa mitenkään pohjoisen Snöhvitin projektin kanssa. Viimemainitun LNG:n tuotanto on peräti 4,3 miljoonaa tonnia vuodessa ja sen tuotanto on suunnattu pelkästään vientiin USA:han sekä Espanjaan. LNG:n rannikkokuljetukset norjalaiset hoitavat maailman pienimmällä LNG-tankkerilla Pioneer Knutsen, jonka tilavuus on vain 1100 m 3. Toinen 7500 m 3 tankkeri on tilattuna. Lisäksi Norjassa on lähes 20 LNG:n kuljetusrekkaa. Norjalaiset LNG:n tarvitsijat ovat teollisuuden prosessikuluttajia, missä LNG korvaa lähinnä nestekaasua ja kevyttä polttoöljyä. LNG:n käyttäjiä ovat lisäksi muutamat öljy- ja kaasukentille operoivat huoltoalukset sekä kuusi autolauttaa. Keväällä 2009 seitsemän LNGkäyttöistä alusta oli rakenteilla, joiden joukossa oli maailman ensimmäiset kaksi ro-ro-alusta sekä rannikkovartioston kaksi laivaa. Norjaan ei ole hankalien rakennusolosuhteiden vuoksi rakentumassa edes Ruotsin laajuista maakaasun siirto- ja jakeluputkistoa. Norjalaisten tavoitteena on hoitaa maakaasun jakelu nestemäisessä olomuodossa. Vastaavaan järjestelyyn ollaan päätymässä monissa muissakin maissa. Kuvaavaa on, että maakaasun kuljettaminen rannikolta LNG-terminaalista nestemäisessä olomuodossa sisämaahan on helpompaa kuin putkilinjojen rakentaminen suurkaupunkien läpi. Asiakas tarvitsee LNG-säiliön ja höyrystimen Tyypillinen pystyrakenteinen kaksoisvaippainen tyhjöeristetty LNG:n asiakassäiliö. Sen voi hankkia joko omaksi tai vuokrata. Tavoitteena on, että säiliön koko vastaisi vähintään viikon kaasutarvetta. Kuvassa Linköpingissä oleva 53 m 3 LNG-varasto, jolla varmistetaan biometaanin liikennekäyttöä. Tyypilliset LNG:n asiakasäiliöt ovat pysty- tai vaakarakenteisia, joiden koko valitaan noin viikon kaasutarvetta vastaavaksi. Tarkoituksenmukaista olisi, että kuljetusrekka voisi säiliötä täytettäessä purkaa siihen koko lastinsa. Varastosäiliön maksimi täyttöaste on 90%. Säiliöt ovat kaksivaippaisia ja tyhjöeristettyjä paineastioita. Ne ovat ikään kuin kookkaita termospulloja, joiden eristeenä on tyhjön lisäksi perliittitäyte. Pienet säiliöt, alle 150 m 3, ovat poikkeuksetta pystyrakenteisia, mikä on termodynaamisesti ja sijoitusteknillisesti paras ratkaisu. Isoimmat säiliöt ovat vaakarakenteisia, mikä johtaa hiukan pienempiin investointeihin edellyttäen, että tilaa säiliön sijoittamiselle on 16 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
riittävästi. Esimerkiksi 257 m 3 :n säiliön mitat ovat 4,3 x 26 metriä. LNG:n asiakassäiliöt ovat paineastioita, joiden suurin käyttöpaine on 8 12 bar. Tyypillisin maakaasun ulostulopaine maakaasuhöyrystimen jälkeen on 4 bar. Varastosäiliön lämpöhäviöiden aiheuttama maakaasun höyrystyminen on tyypillisesti noin 0,12 % päivässä säiliön sisältämästä kaasumäärästä (=boil off). Tämä on kaasumäärä, joka päivittäin tulisi keskimäärin vähintään käyttää, jotta säiliön höyrynpaine ei lämpöhäviöiden vuoksi kohoaisi liikaa. Kaasun käyttökatkos voi kuitenkin käytännössä olla useita päiviä, ilman varoventtiilin avautumistarvetta. Nestemäisen maakaasun varastoon liittyy läheisesti maakaasuhöyrystin. Tavallisesti sellaisena käytetään ilmahöyrystimiä, joiden määrä on tuplamitoitettu. Mikäli höyrystimen ulkovaippa ilman kosteudesta huurrettuisi, kytkeytyisi toinen puolikas automaattisesti käyttöön. Ilmahöyrystimen välittämän kaasun lämpötila on noin 15 C alempi kuin höyrystintä ympäröivän ilman lämpötila. Tarvittaessa voidaan käyttää lisälämmitintä, jolla kaasun lämpötila saadaan halutuksi. Joissakin tapauksissa, varsinkin jos kaasun kulutus on hetkittäin hyvin suuri, voidaan käyttää myös kuumavesihöyrystimiä. LNG:n höyrystämiseen tarvittava energiamäärä on noin 1,6 % höyrystettävän tuotevirran energiasisällöstä. Ilmahöyrystimiä käytettäessä tuokin energiamäärä on hyötykäytettävissä. LNG-säiliöiden sijoittamisessa kaasun käyttökohteisiin ei Norjassa eikä liioin Ruotsissa ole ilmennyt ainakaan isoja vaikeuksia. Kaksoisvaipparakenne sekä tyhjöeristys suojaavat säiliötä myös sen ulkopuolelta kohdistuvaa vahinkovaaraa vastaan. LNG-varaston sijoittaminen on helpompaa kuin vastaavan kokoisen nestekaasusäiliön. LNG-varaston sijoittamisesta on eurooppalainen standardi EN 13645 Installation and equipment for liquified natural gas with storage capacity between 5 and 200 tn. Asiaa käsittelee myös NFPA 59A Standard for production, storage and handling of liquefied natural gas (LNG). LNG-varaston sijoittamiselle ei ole tarkasti määrättyjä turvaetäisyyksiä, mutta Norjassa se on ollut yleisimmin 10 30 metriä. Vaikeasti evakuoitaviin kohteisiin sekä esimerkiksi muunto- ja kytkinasemiin turvaetäisyydet ovat olleet selvästi edellä mainittua suuremmat. LNG:n höyrystämiseen käytetään ilma- tai kuumavesihöyrystimiä. Höyrystämiseen tarvittava energiamäärä on 1,6 % käsiteltävän LNG:n lämpösisällöstä. Ilmahöyrystintä käytettäessä ulos tulevan kaasun lämpötila on noin 15 C kylmempää kuin ilman lämpötila. Ilmahöyrystimet mitoitetaan tavallisesti tuplateholle, toinen käytössä, toinen huilaamassa. Höyrystimet ovat alumiinia tai ruostumatonta terästä. LNG 17
LNG:n kuljettaminen säiliöautolla Nestemäistä maakaasua voidaan kuljettaa myös säiliöautoilla samaan tapaan kuin ilmakaasuja, typpeä ja happea. Suurin skandinaaviseen liikenteeseen soveltuva LNG-rekka pystyy ottamaan noin 20 tonnin nettokuorman. Tällaisen yhdistelmän pituus on vetoautoineen 16,5 m ja kokonaispaino 45 tonnia. LNG-rekan bruttotilavuus on 56 m 3. LNG:n kuljettamininen maanteitse on muodostunut monissa maissa jo niin tavanomaiseksi, että maakaasun siirtämistä LNG:nä rannikolta sisämaahan pidetään jo tarkoituksenmukaisempana kuin pitkien putkilinjojen rakentamista taajamien lävitse. LNG:n kuljetusäiliön kapasiteettiä rajoittavat tieliikenteen mitat, niin maksimi leveys kuin pituus. Näin ollen kuljetussäiliön eristepaksuuksista joudutaan hakemaan kompromisseja. Säiliö on kaksoisvaippainen tyhjöeristetty paineastia, jonka maksimi käyttöpaine on yleisimmin 7 bar. Eristeenä käytetään kaksoisvaipan välissä perliittitäytettä. Säiliön 18 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
Tyypillisen LNG:n kuljetusrekan nettokuorma on 20 tonnia. Kuorman kokoa rajoittaa ajoneuvon maksimi pituus sekä leveys. Rekan kaikki putkistoyhteydet pumppu- sekä mittarikaappeineen sijaitsevat rekan puolivälissä vasemmalla puolella. Gasumin rekat pystyvät purkamaan LNG:n ulkoisista tekijöistä riippumatta, myös osakuormina. Enimmillään hydrauliikkakäyttöisen pumppauksen teho on 600 litraa minuutissa. laskennallinen boil off, eli lämpöhäviöiden aiheuttama höyrystyminen, on noin 0,3 % päivässä. Käytännössä säiliö pystyy pitämään lastinsa ilman varoventtiilin avautumista useita päiviä, jopa viikon. LNG-säiliön lastaus sekä purku vievät aikaa reilun tunnin. Kaasumäärän mittaus tapahtuu joko nestefaasin virtausmittarilla tai punnitsemalla auto ennen ja jälkeen lastin purkamisen. Joissakin tapauksissa maakaasu voidaan mitata myös kaasumaisessa olotilassa höyrystimen jälkeen vastaavalla tavalla kuin putkikaasunkin. Kaasuvirran mittausta voidaan käyttää myös maakaasun hajusteaineen ohjaukseen. Nestemäisenä toimitettava kaasu on aina hajustamatonta. LNG 19
LNG:n käyttöä puolustavia väittämiä Vaikka LNG onkin putkikaasua kalliimpaa, on sen hinta ja hintakehitys esim. kevyisiin öljytuotteisiin verrattuna kilpailukykyinen. LNG tekee kuljetukset ja maakaasun käytön mahdolliseksi myös putkiverkoston ulkopuolella. LNG mahdollistaa tuotteen varastoinnin useiksi päiviksi, jopa viikoksi. LNG mahdollistaa maakaasun käytön siirrettävän höyrystimen kanssa myös putkistojen liitäntä- tai vastaavissa huoltoseisokeissa. LNG toimii hyvin biokaasun (biometaanin) varapolttoaineena esim. liikennekäytössä. LNG mahdollistaa maakaasun tankkausasemien rakentamisen liikennekäyttöä varten myös putkiverkoston ulkopuolelle. LNG:stä höyrystetty kaasu on turvallinen ja ympäristöystävällinen polttoaine; se on samaa kaasua kuin putkistonkin avulla toimittettava metaani. Metaanin ominaisuuksia ja tunnuslukuja Molekyylipaino... 16,04 g/mol Jäätymispiste... - 182,5 C Kiehumispiste... - 161,5 C Kriittinen lämpötila... - 82 C Kriittinen paine... 46 bar abs LNG:n tiheys kiehumispisteessä... 421 kg/m 3 Syttymislämpötila noin... 600 C Alempi syttymisraja ilmassa...5 mol-% Ylempi syttymisraja ilmassa...15 mol-% Tiheys 0 C, 1,013 bar abs... 0,73 kg/m 3 Suhteellinen tiheys... 0,56 Alempi lämpöarvo... 35,90 MJ/m 3 Ylempi lämpöarvo... 39,82 MJ/m 3 Lyhenteitä LNG nesteytetty maakaasu CNG paineistettu maakaasu (auton polttoaine) LCNG nestemäisenä toimitettava auton polttoaine LPG nestekaasu, propaani ja butaani NGL kaasukondensaatti GTL gas to liquids, maakaasusta jalostettuja polttonesteitä LBG nestemäinen (upgreidattu) biometaani LNG:n lämpöarvo ja vertailu muihin polttoaineisiin Metaani...13,7 MWh/tn Propaani...12,8 MWh/tn Butaani...12,6 MWh/tn Kevyt polttoöljy...11,8 MWh/tn Raskas polttoöljy...11,45 MWh/tn Tonni LNG:tä vastaa 1370 m 3 maakaasua (0 C, 1 bar abs) LNG:n tyypillinen koostumus Metaani... 98,4 mol-% Typpi... 0,8 mol-% Etaani... 0,6 mol-% Propaani... 0,2 mol-% Butaani... 0,05 mol-% Pentaani... 0,01 mol-% Rikkipitoisuus... < 1 mg/m 3 LNG:nä toimitettava kaasu on hajustamatonta Yksi normaaliolotilassa oleva kaasukuutiometri vastaa likimain yhtä litraa kevyttä polttoöljyä. 20 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
Metaanin ominaisuuksia h kj kg 600 P [bar] t[ C] > dm 3-180 -170-160 -150-140 -130-120 -110-100 v kg 26 3,5 2,6 590 24 3,4 2,4 kj h kg 600 580 570 22 20 h 3,3 3,2 2,2 2,0 550 560 18 3,1 1,8 500 550 16 h 3,0 1,6 450 540 14 2,9 1,4 400 530 12 2,8 1,2 350 250 10 v 2,7 1,0 300 200 8 2,6 0,8 250 150 6 2,5 0,6 100 4 h 2,4 0,4 50 2 p v 2,3 0,2 h 0 kj kg 0 2,2-180 -170-160 -150-140 -130-120 -110-100 t[ C] > v 0 m 3 kg p (bar) h, (kj/kg) h (kj/kg) h (kj/kg) höyrynpaine nestemäisen metaanin entalpia kylläisen höyryn entalpia höyrystymislämpö (h - h ) v (dm 3 /kg) nestemäisen metaanin ominaistilavuus v (m 3 /kg) kylläisen höyryn ominaistilavuus LNG 21
Yhteenveto LNG:n käyttösovellutuksista LNG mahdollistaa maakaasun käytön myös kaukana putkilinjayhteyksistä. LNG on välttämätön kaasukäyttöisten moottoreiden testaamisessa, valmistukseen liittyvissä koekäytöissä sekä niiden tuotekehityksessä. Mikäli biometaania hyödynnetään liikennekäytössä, erityisesti raskaissa ajoneuvoissa, on LNG välttämätön biometaanin varapolttoaineena. Lukuisten esimerkkien mukaisesti LNG:n maantiekuljetuksilla on mahdollista toimittaa maakaasua myös teollisuuden tavanomaisiin tarpeisiin kevyen polttoöljyn tai nestekaasun korvaajaksi sekä sateliittina toimivien maakaasun tankkausasemien tarpeisiin (LCNG). Norjalaisten esikuvien mukaan LNG on erinomainen lauttojen sekä yhteysaluksien polttoaine. Vaatimukset laivaliikenteen päästöjen rajoittamiseksi Itämeren alueella viimeistään 2016 edesauttavat LNG:n hyödyntämistä vähäpäästöisenä erityisesti autolauttojen ja lossien polttoaineena. Suomen olosuhteissa LNG tulee palvelemaan myös maakaasun varapolttoaineena maakaasun siirtoputkistojen liitäntä-, huoltoja korjaustöissä. LNG on siten mahdollinen kaikkialle, mihin on liikennöintikelpoinen tieyhteys. Lisätietoja artikkelin laatijalta. 22 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
KAASU LAITE LENNA RTWIK STRÖM www.kaasulaite.fi
Toimitusjohtaja Hannu Kauppinen Maakaasuyhdistys ry Huipputehokkaita lämmitysratkaisuja maakaasulla Maakaasu tarjoaa energiansäästöön monia mielenkiintoisia, monipuolisia ja moderneja ratkaisuja. Maakaasua käyttävät kaukolämpövoimalaitokset ovat energiatehokkaita. Niiden lisäksi maakaasua voidaan käyttää suoraan lämmitykseen erilaisissa kohteissa pientaloista teollisuusrakennuksiin. Maakaasulämmitys on ilmaston ja yhteisen elinympäristömme kannalta hyvä valinta. Kaikki lämpö hyödyksi Maakaasukäyttöisillä kondenssikattiloilla saadaan talteen myös palamisessa syntyneeseen vesihöyryyn sitoutunut lämpö. Maakaasulla se tarkoittaa tavanomaiseen kattilatekniikkaan verrattuna enimmillään yhdentoista prosentin hyötyä, joka perustuu alemman ja ylemmän lämpöarvon eroon. Kun hyötysuhde perinteisesti lasketaan alemmasta lämpöarvosta, päästään uskomatonta mutta totta jopa yli sadan prosentin hyötysuhteeseen. 2% Maakaasun lämpöarvot: n n 11% 98% 24 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009
Maakaasulla toimiva ilmalämmitin on tehokas ja helppokäyttöinen ratkaisu hallitilojen lämmittämiseen. Kondensoitunut vesi viemäröidään. Ulos johdetaan vain palamisilman mukana tuleva typpi. Maakaasun polton hiilidioksidipäästöt ovat pienimmät kaikista tavanomaisista polttoaineista. Kondessienergian suuri ja hiilidioksidin pieni määrä perustuu maakaasun eli metaanimolekyylin rakenteeseen: maakaasulla on yhtä hiiliatomia (joka palaa hiilidioksidiksi) kohti peräti neljä vetyatomia (jotka palavat vesihöyryksi), kun esimerkiksi öljyllä vetyatomeja on kaksi ja hiilellä vain puolikas yhtä hiiliatomia kohti. Olisi syytä muistaa, että myös puun poltossa syntyy runsaasti hiilidioksidia; päästöä ei kuitenkaan oteta huomioon, kun sen katsotaan kuuluvan hiilen luonnolliseen kiertokulkuun. Mutta pelastuuko ilmasto kantojen polttamisella, onkin jo toinen juttu. Kannattaako kaikkia rakennuskuutioita lämmittää? On tiloja, joissa lämpöä tarvitaan vain tietyissä kohdissa tai tiettyyn aikaan. Tällöin tehokkain lämmitystapa saattaisi olla säteilylämmitys maakaasukäyttöisillä infrapunasäteilijöillä. Säteilylämmitys soveltuu erityisen hyvin korkeisiin hallitiloihin, joissa on yksittäisiä työpisteitä. Myös erilaiset liikuntahallit ovat hyviä kohteita säteilylämmitykselle. Kohdelämmitys säästää runsaasti energiaa, koska koko hallitilaa ei tarvitse lämmittää työskentely- tai oleskeluviihtyvyyden edellyttämään lämpötilaan. Koska maakaasu palaa puhtaasti, voidaan tiloja lämmittää myös suoralla ilmalämmityksellä. Palamiskaasut sekoitetaan tuloilmaan ja johdetaan sisätilaan. Sopivia kohteita ovat mm. autokorjaamot, maalaamot ja erilaiset kokoonpanolinjat, joissa tarvitaan suurta ilmanvaihtoa. Suoran ilmalämmityksen hyötysuhde on korkea, sillä savukaasuhäviöitähän ei ole. Kosteat savukaasut sitovat samalla työilman pölyä. Maakaasu soveltuu luonnollisesti myös perinteisempien lämmitysratkaisujen polttoaineeksi. Hyvät ja tarkat säätöominaisuudet takaavat näissäkin korkean hyötysuhteen ja puhtaan, ympäristön ja ilmaston kannalta suotuisan palamisen. Lämmitysratkaisua valittaessa kannattaakin aina selvittää, olisiko kohteeseen mahdollista saada maakaasuliittymä. Energiatehokkuus 25
Maakaasuyhdistyksen toimintakertomus vuodelta 2008 Yhteenveto Maakaasuyhdistyksellä oli vuoden 2008 lopussa 62 varsinaista ja kahdeksan muuta jäsentä. Kokoukset ja tilaisuudet Vuoden 2008 Maakaasupäivä pidettiin Turussa yhdistyksen syyskokouksen yhteydessä 25. - 26. marraskuuta. Maakaasuyhdistyksen kevätkokous kokousesitelmineen pidettiin Helsingissä 24. huhtikuuta. Maakaasun käytön valvojien neuvottelupäivät järjestettiin toukokuun lopussa Vierumäellä. Maakaasun käytön valvojan kursseja yhdistys järjesti kolme Kouvolassa, Kotkassa ja Hyvinkäällä. Kursseilla oli ennätysmäärä osallistujia, yhteensä 157. Kaikkiaan yhdistyksen tilaisuuksiin osallistui vuoden 2008 aikana 337 henkilöä. Julkaisut Vuoden 2008 aikana yhdistys julkaisi vuosikirjan 2007-2008, neljä jäsentiedotetta ja englanninkielisen Natural Gas in Finland 2008 -taskutilaston. Lisäksi yhdistyksen internetsivustoa www.maakaasu.fi on ylläpidetty ja täydennetty. Yhdistyksen kotisivuilta löytyvää maakaasukäsikirjaa käytetään mm. koulutuksessa. Edunvalvonta ja muu toiminta Yhdistyksen edunvalvontatyö on vuoden 2008 aikana kohdistunut mm. ilmaston muutoksen hillitsemiseen, uusiutuvan energian edistämiseen, energiaratkaisujen kaavoitukselliseen ohjaukseen, energian sisämarkkinoiden kehittämiseen, maakaasumarkkinoiden valvontaan sekä teknilliseen turvallisuuteen liittyviin kysymyksiin. Yhdistys on tukenut maakaasualaan liittyvää tutkimus- ja kehitystoimintaa. Tutkimuspuolella kohteena on ollut kaasun kuumailmapoltto. Vuoden aikana 2008 tehtiin uusi maakaasun roadshow- vaunu, jonka toteuttamiseen yhdistys osallistui. Yhdistys on vastannut maakaasuputkistostandardisoinnista ja maakaasun käyttötilastoinnista edellisvuosien tapaan. Yhdistys kuuluu International Gas Unioniin, joka organisoi kansainvälistä kaasualan yhteistoimintaa. World Energy Councilin toimintaan yhdistys osallistuu Energiafoorumin jäsenenä. Yhdistyksen hallitus kokoontui neljä kertaa. Yhdistyksen valiokunnat pitivät yhteensä seitsemän kokousta. Lisäksi valiokuntien ad hoc -työryhmillä oli tapaamisia. Yhdistyksen toimisto sijaitsee vuokratiloissa Helsingin keskustassa. Yhdistyksellä on kaksi palkattua henkilöä. 26 Maakaasuyhdistyksen stykse vuosikirja 2008 2009