transport alternatives for biogas · transport alternatives for biogas 6 figure 3: transport chain...

35
TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS in the region of Skåne BIOMASTER Anders Hjort Daniel Tamm 8 Nov 2012 BioMil AB biogas, miljö och kretslopp

Upload: others

Post on 22-Apr-2020

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS

in the region of Skåne

BIOMASTER

Anders Hjort

Daniel Tamm

8 Nov 2012

BioMil ABbiogas, miljö och kretslopp

Page 2: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

Author: Phone: Control:

Anders Hjort and Daniel Tamm 046-101450 ADCustomer: e-mail: Approved:

BIOMASTER [email protected] DTProject: Rev.date: Ver.:

Transport alternatives for biogas 8 Nov 2012 A

Contents1  Introduction...........................................................................................................................4

2  Methods for distribution.....................................................................................................52.1  Gas grid................................................................................................................................62.2  Road transport....................................................................................................................82.3  Economy.............................................................................................................................102.4  Environmental considerations.........................................................................................15

3  Market analysis...................................................................................................................173.1  Supply.................................................................................................................................183.2  Demand..............................................................................................................................193.3  Transportation of biogas..................................................................................................21

4  Scenario analysis................................................................................................................244.1  Distribution without new Trunk pipelines....................................................................254.2  Distribution with additional Trunk pipelines...............................................................274.3  Distribution based on the biogas potential....................................................................284.4  Scenario summary............................................................................................................29

5  Business model...................................................................................................................305.1  Identified actors................................................................................................................305.2  Ownership.........................................................................................................................325.3  Investment plan.................................................................................................................335.4  Access to the grid..............................................................................................................34

Revision historyDate Sig. Changes

0 2012­10­30 AH, DT Original version

A 2012­11­08 AH, DT Several changes according to customer suggestions

Transport alternatives for biogas 2

Page 3: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

AbstractIn Skåne, the southernmost region of Sweden, a regional target has been set implying the annual production of 3 TWh of biogas in 2020. Biogas sales reach higher volumes in the western part of Skåne, while the production potential is highest in the eastern part.

Different means of transport for raw and upgraded biogas, namely road transport of compressed and liquefied biogas as well as pipeline transport, have been evaluated in terms of  technological,  economical  and environmental  aspects.  The most  favourable transport  method has  been  identified with respect   to production and consumption volumes   as   well   as   transport   distance.   For   bulk   transport   over   greater   distances, pipeline  transport  has been shown to be  the most  economical  alternative.  For   local distribution,   short   distances   up   to   approximately   30 km   should   be   covered   by low­pressure pipelines,  while  longer distribution transports are most economical by LBG trucks for larger volumes and CBG trucks for smaller volumes.

The future biogas market has been analysed by collecting data on planned production capacity as well as the possible biogas potential. These numbers have been compared to the future gas consumption based on assumptions for how the industrial and vehicle sector could develop. While the planned production capacity in the eastern part almost will cover the expected consumption, the western part will continue to be dependent on external gas imports. However, the biogas potential is considerably higher than the planned capacity. With only half the potential being exploited, the eastern part of Skåne would become an area with a considerable excess gas production.

Based on this market analysis, different transport scenarios have been developed. The most  favourable scenario has been  identified to  include two new high­pressure gas pipelines connecting the eastern and the western part of Skåne. The establishment of such pipelines would permit for the whole gas transmission and distribution being done by pipeline,   leading to the most economical and flexible solution in a holistic perspective.   All   places   in   the   region   would   be   within   a   30 km   radius   from   a high­pressure   pipeline  and  could   be   connected  by   low­pressure  distribution  pipes. Also,   this   would   create   an   economical   way   to   transport   the   gas   surplus   from  the eastern part to the consumers at the western coast.

An example of a business model for the expansion of the biogas grid in Skåne, which includes   ownership,   investment   plan   and   costs   for   local   connections   with   the consideration   of   the   planned   production   plants   and   the   biogas   potential  was developed. There are different aspects that have to be considered for the planning and ownerships   of   the   gas   grids   regarding   technical  preconditions,  political   decisions, legislation,   investment   costs   and   constellations   between   business   partners.   It   is therefore suggested that a working group is formed to pursue the matter of expanding the gas grid as mentioned in Skåne's roadmap for biogas. 

Transport alternatives for biogas 3

Page 4: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

1 IntroductionIn Skåne, the southernmost region of Sweden, a regional target has been set implying the annual production of 3 TWh of biogas in 2020, divided into 1.5 TWh from digestion and 1.5 TWh from gasification.

Biogas   sales   reach   higher   volumes   in   the   western   part   of   Skåne   due   to   higher population density, access to the natural gas grid and the placement of most of the public gas filling stations as shown in Figure 1. 

The biogas potential from digestion is shown in Figure 2. The biggest potential can be found in eastern, southern and mid Skåne, which can be compared to the route of the natural gas grid at the western coast, where most gas is consumed. This imbalance puts special requirements on the distribution of gas in the region. The distribution options as well as a comparison of the different alternatives are revised in this report.

Transport alternatives for biogas 4

Figure 1: The natural gas grid (left) and the placement of public gas filling stations (right) in the region of Skåne

Page 5: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

2 Methods for distributionBiogas   can   be   transported   by   different   means,   the   most   interesting   being   truck transport in gaseous or liquid state on the one hand, and pipeline transport on the other   hand   (see  Figure   3).   These   three   alternatives   are   described   in   the   following chapters with regard to technical, economical and environmental aspects.

Transport alternatives for biogas 5

Figure 2: The natural gas grid (left) and the total biogas potential (right) in Skåne

Page 6: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

2.1 Gas gridOne option for the transportation of biogas is via a gas grid.  Gas pipelines offer a  convenient method to transport large quantities of gas at low running costs. Another major advantage of this form of distribution is that it is easier to market/sell the gas.  The addressable market is generally larger and the gas will not be limited to a local  market   in the same way as  it  would be if   it   relied on the storage and transport  of  compressed gas in cylinders; neither does it require the same type of storage as this is partly secured by the grid.

In order  to be  used at  vehicle   filling stations,  gas   transported by pipeline must  be pressurized to 230 bar at the filling station (see  Figure 3). Often, also a gas dryer is needed in this case in order to meet the requirements on humidity for vehicle fuel.

2.1.1 Distribution in the natural gas gridThe natural gas grid that is currently available in Skåne is shown in the map in Figure 1 and  2. It extends from Trelleborg to  Stenungsund  in southern Sweden, and by this, cities in west Skåne have access to it and can distribute biogas. The grid can be divided into the transmission grid operated at  60 to 80 barg,  and the distribution pipelines, normally operated at a pressure below 4 barg. High pressure pipelines are normally 

Transport alternatives for biogas 6

Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel

digester

conventionalupgrading

compressionto 230 bar

steel orcompositeswap body

CBG fillingstation

gas pipeline4 bar

(ev. drying)compression

to 230 bar

cryogenicupgrading

LBG trailer

cryo pumpto 230 bar,

evaporation

polishing,liquefaction

LBG fillingstation

pro

duc

tion

upg

rad

ing

trans

po

rtfil

ling

 sta

tion

natural gas

Page 7: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

made   from  steel,   while   low­pressure   distribution   pipelines   are   usually   made   from polyethylene.

The injection of biogas into the natural gas grid requires that its quality is adjusted to the set parameters of the grid,  which normally implies the upgrading of the gas to vehicle fuel quality according to the Swedish standard SS 15 54 38. The Wobbe Index is connected to the heating value and density of a gas and is a measure which describes the effect in a gas burner; gases with the same Wobbe Index lead to the same power at  given   burner   settings.  For   gas   turbines,   variations   must   not   exceed   5 %.   As   the difference between upgraded biogas and Danish natural gas is normally 8 %, the biogas must  be  adjusted by the  addition of  7­8 % propane,   in  addition  to  the  normal  gas upgrading steps (cleaning, upgrading and drying).

Although the Swedish gas grid is small from a European perspective, it is relatively new and modern and has good reliability. In 2008, 130 GWh were distributed through the regional natural gas grid, this was increased to 190 GWh the following year. The Swedish grid has a built­in capacity to transport 20 TWh, which can, with an increase in pressure, be increased to 30 TWh (over 300 000 Nm³/h). 1.47 TWh of biogas were produced in Sweden in 2011.

There are significant differences in the injection into the transmission grid as compared to  the distribution grid.  Distribution grids cannot accept more biogas  than what  is consumed within the grid at each time. Therefore,  injection quantities are normally limited to the lowest consumption during the year (summer holiday).  On the other hand,   the   operating   pressure   in   distribution   grids   usually   is   below   4 barg,   so   no additional compression is needed after the gas upgrading. In contrast, the transmission grid has a virtually unlimited capacity, so injection into it is an interesting option for larger   plants.   The   drawback   is   the   grid's   higher   operating   pressure   (60­80 barg), making   an   additional   compression   step   necessary.   The   compression   to   this   higher pressure requires an energy input of approx. 0.13 kWh/Nm³ biomethane.

2.1.2 Distribution in local gas gridsLocal gas grids are grids that are not connected to the natural gas grid. This alternative is suitable in areas without a natural gas grid, as well as to transport raw biogas from satellite   digestion   plants   to   central   gas   upgrading   plants   in   order   to   minimize investment   costs.   In   contrast   to   the   natural   gas   grid,   the   gas   quality   can   be   set arbitrarily   in   local  grids,   so  no propane  addition   is  normally  needed.  However,  as moisture   can   cause   operational   problems   in   the   pipes,  de­watering  of   the   gas   is normally considered a worthwhile treatment step. Additionally, local gas pipelines are often   operated   with   a   gas   quality   according   to   the   Swedish   gas   fuel   standard SS 15 54 38.

In some cases, even “local” gas grids can be connected to the natural gas grid. This can be   done   in   order   to   mitigate   fluctuations   in   production  and  consumption,   so   that natural gas is let into the local grid at high consumption, whereas gas may be sold to 

Transport alternatives for biogas 7

Page 8: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

the natural gas market at times of low local consumption. However, the latter would require   that   the  gas meets  natural  gas  specifications.  Without   this  connection,   it   is important   that   local  grids  are  equipped  with  efficient   storage   facilities   in  order   to buffer fluctuations in the consumption profile.

As grids are not considered to be an environmental hazard in Sweden, they do not require a special license, nor do they require any concession regarding local gas grids. However,   as   the   products   are   flammable,   the   executive   management   has   a responsibility for the grid.

With the exception of low­pressure pipelines,  anyone  must be granted  access to  the natural gas grid. On the other hand, gas suppliers cannot demand access to local grids.

2.2 Road transportIf a grid is not available, there are other options. The gas can be transported in tanks as compressed biogas (CBG) or liquefied biogas (LBG). The efficiency of the transport is  dependent upon the choice of cylinders and whether the gas is compressed or liquefied as this determines the quantity of gas transported. A summary of the possible options is described below.

2.2.1 CBGCompressed biogas can be transported in steel cylinders or composite material at a pressure of 230 bar. In order to be able to compress the gas to that pressure, and to meet the expectations on the consumer side, the gas is normally upgraded to vehicle fuel quality.  The  compression  of   raw biogas  would  lead  to   the   condensation  of   carbon dioxide and water and as a consequence to operational problems.

In terms of the amount of gas that can be transported on swap bodies, it is the overall weight of the truck including the load that is the limiting factor. A swap body carrying steel cylinders  with  a capacity of 2000 Nm³  holds  just 1500 Nm³;   this  is  because the cylinders are not completely filled as there must be some back pressure. Each truck can carry three swap bodies carrying a total of 4500 Nm³.  Trucks carrying gas cylinders made from low weight composite materials  have about double the capacity of steel tube containers.

Transport alternatives for biogas 8

Page 9: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

The main challenge with CBG swap bodies is the logistics, so the demand is met at any time with a minimum of  unnecessary transports.  This   is  specially difficult   in cases where the consumption suddenly and unpredictably increases.

2.2.2 LBGBiogas   can  be   liquefied   by   cooling   it   to   a   temperature   below   the  boiling   point  of methane,   which   is   dependent   on   the   pressure.   At   atmospheric   pressure,   the temperature must be lowered to ­162 °C; at higher pressure, the temperature may be higher.

An  interesting  development  can be  seen  in   the  upgrading market  where  cryogenic upgrading technology is being developed. This is a promising approach if the gas is to be converted to LBG because it has the potential of synergy effects between upgrading and liquefaction. However, this technology has not yet become fully commercial.

A prerequisite for the liquefaction of biogas is a thorough removal of other compounds in order to avoid freezing in the heat exchangers and/or nozzles in the filling station. In addition to the requirements according to the Swedish vehicle fuel gas standard (SS 15 54 38),   this  affects  mostly   the  CO2  concentration which must  be  below 50 ppmv. Therefore,   a   polishing   step   between   conventional   upgrading   processes   and   the liquefaction plant is normally needed.

The energy content of LBG is 2.6 times higher than that of compressed biogas (CBG) at 200 bar. At the same time, cryogenic vessels are not as heavy as vessels for CBG. As large   quantities   of   energy   can   be   transported   as   liquid   gas,   this   method   is   more competitive over long distances. A standard LNG trailer can carry 56 m³ of liquid gas (25 tons), corresponding to about 35 000 Nm³ (Figure 5).

Transport alternatives for biogas 9

Figure 4: Swap body for CBG transport

Page 10: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

If   the   biogas   is   to   be   used   as   vehicle   fuel,   LBG   has   the   advantage   that   simpler equipment is needed at the filling station, because LBG can be pressurized to 230 barg with a cryogenic pump prior to evaporation. Thus, no compressor is needed, and the energy demand at the filling station is minimal. Also, the filling station can supply both compressed and liquefied fuel from the same source.

2.3 EconomyThe costs for transporting biogas depend on a lot of parameters which can be difficult  to generalize. In the calculations, some general simplifications have been made in order to get a usable model with the main variable parameters  being,  transport  distance,  method of distribution, and biogas production plant size. The following simplifications are   considered   reasonable   and   should   have   an   acceptably   small   impact   on   the calculations:

• No biogas production or gas upgrading costs to vehicle fuel quality have been calculated,   since   these   costs   are   the   same   for   all   distribution   alternatives. However, eventual additional costs such as a polishing step prior to liquefaction have been considered.

• For gas pipelines, only the length has been considered, with a standard cost per meter independent on possibly different diameter.

• The   same   size   and   costs   for   process   equipment   such   as   compressors, liquefaction etc. have been used regardless of the production capacity. This has a special impact on small production plants with a liquefaction step, where the high  investment costs must be paid by a small  amount of gas.  However,  all  energy consumption has been calculated per gas volume.

The following table lists the data used in the calculations:

• 3 different cases have been studied, where the gas production plant size has been varied (10, 30, and 50 GWh/a respectively). On the consumption side, only a fuelling station with the standard consumption of 7.2 GWh/a (which is the 

Transport alternatives for biogas 10

Figure 5: LNG trailer

Page 11: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

mean annual consumption at  Skåne's   fuelling stations)  has been considered. The results would change a bit if the consumption was higher, which can be expected   for   future   fuelling   stations.   The   effect   of   higher   consumption   is discussed further down.

Table 1: Parameters for economical calculations

Parameter Value

Interest 4 % p.a.

Lifetime technical equipment 15 a

Lifetime pipelines 50 a

Truck costs 900 SEK/h

Technical personnel 500 SEK/h

Electricity 1 SEK/kWh

Heat 0.5 SEK/kWh

Maintenance costs for technical equipment 3 % p.a. of investment

Maintenance costs for pipelines 1 % p.a. of investment

Diesel consumption 0.4 L/km

Diesel costs 11.2 SEK/L

Driving speed 35 km/h

Charging/discharging per CBG swap body 10 min

Charging/discharging LBG trailer 50 min

Capacity per CBG swap body 1500 Nm³

Number of CBG swap bodies per transport 1 or 3

Capacity per LBG trailer 25 ton

Gas production and upgrading  capacity 10, 30 or 50 GWh/a

Gas transport and consumption quantity 7.2 GWh/a

Transport distance variable

It should be noted that the liquefaction technology for small scale such as biogas is not a mature market. Therefore, the investment cost for such plants is not exactly known and will be subject to adjustments during the following years. Since the investment cost represents   a   relatively   big   part   of   the   overall   costs   for   LBG   distribution,   these adjustments may considerably change the results of the economical analysis.

In the model, we have split the distribution costs into three parts:

Transport alternatives for biogas 11

Page 12: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

1. Costs generated at the gas production site. These costs have to be paid by the whole gas production (10, 30 or 50 GWh/a), and consist of equipment such as a high­pressure   compressor   (for   CBG   transport)  or   polishing   and   liquefaction equipment (LBG transport).

2. Costs for the distribution itself, which must be paid by the gas consumed at the fuelling station (7.2 GWh/a). Here, costs for pipelines, gas containers and truck driving are included. In the case of road CBG transport, we have considered two different  cases;   transport  with only a   truck carrying one container,  and transport with a truck with trailer, carrying three containers.

3. Costs at the fuelling station, paid by the gas consumed there (7.2 GWh/a). The equipment needed at the fuelling station varies with the type of fuel delivered, and is more expensive for CBG than for LBG with regard to both investment and operation.

Figure 6 to 8 show the overall costs for the different distribution methods as a function of the transport distance.

Transport alternatives for biogas 12

Figure 7: Distribution costs from a medium biogas plant (30 GWh/a) to a standard fuelling station

0 20 40 60 80 100 120 1400

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Pipeline

CBG (1 cont.)

CBG (3 cont.)

LBG

Distance [km]

Co

sts

[SE

K/N

m³]

Figure 6: Distribution costs from a smaller biogas plant (10 GWh/a) to a standard fuelling station

0 20 40 60 80 100 120 1400

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Pipeline

CBG (1 cont.)

CBG (3 cont.)

LBG

Distance [km]

Co

sts

[SE

K/N

m³]

Page 13: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

In order to get a better overview of the different options, the three figures above have been aggregated into Figure 9 and 10, which give a notion on the best transport option depending on the biogas plant size and the distribution range.

Transport alternatives for biogas 13

Figure 9: Most economical distribution method to a filling station (7.2 GWh/a) if CBG road transport is done with  three swap bodies (truck and trailer).

Figure 10: Most economical distribution method to a filling station (7.2 GWh/a) if CBG road transport is done with  only one swap body (truck without trailer).

Figure 8: Distribution costs from a big biogas plant (50 GWh/a) to a standard fuelling station

0 20 40 60 80 100 120 1400

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Pipeline

CBG (1 cont.)

CBG (3 cont.)

LBG

Distance [km]

Co

sts

[SE

K/N

m³]

Page 14: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

As can be seen, the most common distribution method, road transport of CBG, is only viable if   it   is  done with truck and trailer where  three swap bodies are transported simultaneously. Transport of only one swap body is only interesting for small plants and long distances, whereas big biogas plants should not distribute their gas by CBG transports at all.

Independent of plant size, pipeline transport is always the most economical method for distribution over shorter distances. At longer distances, CBG transport is cheaper for smaller gas production sites, whereas LBG is most economical for larger biogas plants.

If the consumer has a higher capacity than in the previous examples (7.2 GWh/a), the main effect on the results is that pipeline transport will become cheaper. The specific costs   for   CBG   and   LBG   road   transport,   however,   are   mostly   independent   on   the consumer size. Therefore, the blue pipeline area in the above figures would extent to greater distances in the case of a bigger consumer.

Apart   the distribution costs  for single  fuelling stations,  even the  transport  costs  for bigger volumes (150 GWh/a) as it occurs in the natural gas transmission grid has been analysed for the three transport methods pipeline, CBG swap bodies and LBG trailer. In the CBG case, it is assumed that all transports are done with three swap bodies at a time. In order to make the results comparable, a final gas pressure of 230 bar(g) has been set.  The LBG alternative  must  also  pay for   the   liquefaction plant  as   the   final product is set to be compressed biomethane. (Evidently, there are real cases where LBG is needed as a final product. In that case, the liquefaction equipment would be needed even in the pipeline and CBG transport case.)

As can be seen in the following figure, transport of such big quantities of gas is most economically done by pipeline up to a distance of 250 km. Above that distance, it can be more economical to liquefy the gas and transport it by LBG trailer instead.

Transport alternatives for biogas 14Figure 11: Estimated costs for bulk long distance transport of 150 GWh/a.

0 50 100 150 200 2500

0,5

1

1,5

2

2,5

PipelineCBG truck

LBG trailer

Distance [km]

Co

sts

[kr/

Nm

³]

Page 15: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

Quantities over 150 GWh/a would lead to a lower slope of the pipeline curve and move down the  LBG curve.  The  CBG curve  would  remain  almost  unaffected.  The  effect would be   that   the  distance  up  to which pipeline   transport   is   the  most  economical method would further increase.

2.4 Environmental considerationsThe distribution of biogas leads to emissions such as greenhouse gases (GHG), nitrogen oxides  (NOx)   and particles   (PM).  The  magnitude  of   these  emissions  depends  on  a multitude of parameters, and is different for the different distribution methods.

Generally,   emissions   with   relation   to   gas   transport   can   be   divided   into   emissions caused  by   the  energy consumption  during  operation,  and emissions   related  to   the creation of necessary infrastructure:

Table 2: Emission categories

Origin of emission Examples

Infrastructure Production of pipesDigging for pipelinesWearing of roads

Operation Compression energyTruck fuelEnergy for liquefaction

Generally speaking, the LBG alternative has relatively high operational emissions due to the liquefaction process, while CBG and pipeline transport have lower operational emissions generated by the compressors. These operational emissions are caused by the consumption of electricity which implies low GHG, NOx and particles emissions.

Apart from the operational emissions, transports cause emissions per kilometre. These emissions are related to truck driving and digging activities and are mostly due to the use of fossil fuels. Therefore, the GHG, NOx and particles emissions can be expected to be relatively higher than the ones related to electricity consumption. Transportation in pipe lines eliminates consumption of truck fuel and the related emissions of GHG, NOx 

and particles. Instead there are emissions originated from the production of plastic for the pipelines.  

The   LBG   alternative   with   high   operational   emissions   has   lower   emissions   for   the transport than CBG due to the higher energy content in LBG while transportation with pipelines has the lowest emissions values. 

While the operational emissions easily can be calculated from energy consumption data presented earlier in this report, the infrastructure related factors present much more 

Transport alternatives for biogas 15

Page 16: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

difficulties since they share their emissions with other processes (so called allocation). This is specially true for the wearing of roads by CBG and LBG transports. In order to calculate   the   emissions   for   gas   transport   quantitatively,   it   would   be   necessary   to perform a whole LCA which has been outside the scope of this work.

Transport alternatives for biogas 16

Page 17: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

3 Market analysisThe market analysis consists of an analysis of the existing market, future production and possible demand for biomethane in the year 2020. This chapter also describes the volume that can be transported from production to possible markets based on future production facilities and possible demand.

The Skåne region is divided into 10 traffic areas as mentioned in Skånetrafiken's market analysis (Trivector 2012). This classification is done to manage the data collected and is shown in Figure 12 below.

The supply of biomethane consists of existing and planned biogas plants. The demand has been set to the amount of consumed vehicle gas, the industrial consumption of biomethane and a possible future demand. 

Transport alternatives for biogas 17

Figure 12: Map of the 10 traffic areas in Skåne

Page 18: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

3.1 SupplyThe supply of  biogas  is  based on  the production of  biogas  from sewage  treatment plants,   co­digestion  plants,   farm based  plants  and   landfills.  The  amount  of  biogas produced in 2011 is shown in table 3 (SCB 2012). 

Table 3: Production of biogas in the region of Skåne 2011

No of Plants Biogas production Landfill gas production Total production

41 211.6 GWh/a 78.3 GWh/a 289.8 GWh/a

In Sweden in 2011 approximately 50 % of the biogas was upgraded, 38 % was used for heating,  3 % for electricity  and 8 % of   the  biogas  was flared.  This   is  similar   to  the situation in the region of Skåne. It is assumed that the usage of biogas is similar as for heat and electricity production from biogas as in Sweden in general. The total amount of upgraded biogas per biogas plant as shown in table 4 (Skånes färdplan 2011) is lower than 50 %. The reason for that is  that the production values are actual values.  This means that the production capacity could be higher in some of the plants.

Table 4: Production of vehicle gas in Skåne 2010. * production values from 2009.

Plant Traffic Area Type Biogas (GWh/a)

Upgraded (GWh/a)

Ellingeverket Eslöv Sewage treatment plant 14.2 0.5

Öresundsverket Helsingborg Sewage treatment plant 10 * 10

Kristianstad's WWTP

Kristianstad Sewage treatment plant 8.4 3.3

Källby Lund Sewage treatment plant 7 7

Sjölunda Malmö Sewage treatment plant 32 16.7

Söderåsens biogas plant

Helsingborg Co­digestion 25 25

Filborna NSR Helsingborg Co­digestion 29 29

Karpalund Kristianstad Co­digestion 42 27

Total 167.5 118.5

Transport alternatives for biogas 18

Page 19: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

3.1.1 Future supplyThe list of planned production plants as shown in table 5 is based on data from Region Skåne's   roadmap   for   biogas   (Skånes   färdplan   2011).   These   plants   are   in   various planning  stages.  This  means   that   it   is  difficult   to  predict  when  the  plants   start   to produce biomethane. It is assumed in this report that the plants produce biomethane by 2020 and that the biomethane can be transported to other areas within Skåne. 

The total possible future supply of biomethane is 2 185 GWh. This potential is largely based on a production of 1 600 GWh from a planned gasification plant. The rest of the planned plants have a possible total production of 585 GWh.

Table 5: Planned biogas plants in Skåne, compared to table 4. * planned or recent increase in production.

Plant Traffic Area Type Biomethane (GWh/a)

Jordberga Trelleborg Co­digestion 100

Malmö Malmö Co­digestion 35

Malmö Malmö Co­digestion 50

Dalby Lund Co­digestion 60

Eslöv Eslöv Co­digestion 44

Biogas Färs Ystad Co­digestion 41

Kullahalvön Helsingborg Co­digestion 15 

Filborna NSR Helsingborg Co­digestion 163*

Nymölla Kristianstad Industry 100

Karpalund Kristianstad Co­digestion 83*

Österlen Ystad Co­digestion 60

Svedala Trelleborg Co­digestion 50

Farm based plants (20 plants) Agriculture 30

Gasification plant Landskrona or Malmö Gasification 1 600

Total 2 431

Total without gasification 831

3.2 DemandAs   shown   in   table 6  (SCB   2011),   approx.   371.4 GWh/a   vehicle   gas   is   consumed   in Region Skåne.  

Transport alternatives for biogas 19

Page 20: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

Table 6: Consumed amount of vehicle gas in Region Skåne 2011

Biogas (GWh)

Natural gas(GWh)

Total(GWh)

147.8 223.6 371.4

The  largest  consumer  was  Skånetrafiken who operates  over  60 % of   its  buses  with vehicle gas. The gas buses consumed nearly 198.3 GWh vehicle gas in 2011, of which 50.8 %   was   biogas,   and   the   remaining   49.2 %   natural   gas   (Skånetrafiken's environmental report 2012). The remaining consumers of vehicle gas are assumed to consist of private and public cars as well as heavy vehicles that are refuelling at public gas stations.

The amount of vehicle gas sold at each gas station is not known, only the placement of  the gas stations and bus depots as well as the number of buses per depot. It is therefore assumed that the demand for vehicle gas is equally distributed between each filling station and that each bus consumes the same amount of fuel. Table 7 below shows the amount   of   consumed   vehicle   gas   as   well   as   the   consumed   amount   of   biogas   at industries.

Table 7: Estimated current biogas consumption per traffic area

Area Buses(GWh/a)

Public filling stations(GWh/a)

Industry(GWh/a)

Eslöv 3 7

Helsinborg 27 28

Hässleholm 3 7

Kristianstad 23 21

Landskrona 7 7 24

Lund 31 21

Malmö 94 42

Trelleborg 4 14

Ystad 0 7

Ängelholm 7 14

Total 199 175 24

Transport alternatives for biogas 20

Page 21: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

3.2.1 Future demandPossible  demand as shown in  table 8  is  based on data  from Skånetrafiken's  market analysis   and   information   from   Biogas   Syd   (Trivector   2012,   Biogas   Syd   2012).   The potential demand is based on the assumption that all buses run on vehicle gas, 10 % of the   supply  of   fuel   (gasoline,   ethanol   and  diesel)   to   Skåne   for   vehicles  besides   the demand for buses is biogas and that the industry's use of natural gas completely can be replaced with biogas. 

Table 8: Possible demand year 2020

Area Buses (GWh/a)

Public filling stations(GWh/a)

Industry(GWh/a)

Eslöv 32 65 82

Helsingborg 87 173 233

Hässleholm 32 79 36

Kristianstad 52 91 0

Landskrona 46 102 78

Lund 108 93 278

Malmö 133 194 3643

Trelleborg 74 87 2351

Ystad 42 86 0

Ängelholm 44 101 12

Total 650 1071 6713

3.3 Transportation of biogasThe amount of biogas that can be transported is based on the amount of upgraded biogas in table 4  and a possible production of biomethane in the year 2020 which is about 2.3 TWh/a. The potential demand consists of the demand listed in table 8 which is 8.4 TWh/a. 

Table 9 below shows the amount of biogas that must be transported to each transport area based on the planned production capacity. The production volume of biogas from the planned gasification plant is shown in two areas. Those two areas are Landskrona and Malmö which are the identified possible locations of the plant. 

Transport alternatives for biogas 21

Page 22: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

Table 9: Amount of biogas needed in each of the traffic areas based on planned production capacity. Bracketed numbers are possible supply from the gasification plant. Negative numbers indicate a demand for biogas while positive numbers indicate an excess production of biogas.

Area Planned supply(GWh/a)

Demand(GWh/a)

Difference(GWh/a)

Eslöv 45 179 ­134

Helsingborg 242 493 ­251

Hässleholm 0 147 ­147

Kristianstad 203 143 +60

Landskrona 0 (1 600) 226 ­226 (+1374)

Lund 67 479 ­412

Malmö 102 (1 702) 3970 ­3 868 (­2 268)

Trelleborg 150 2512 ­2362

Ystad 101 128 ­27

Ängelholm 0 157 ­157

Total 2 520 8 434 ­5 914

The table shows a small surplus in Kristianstad, as well as a big export potential in Landskrona if the gasification plant is built there. All other traffic areas must import gas, with the highest import need being located near the natural gas grid in the western part of Skåne. This is due to the assumption that today's industrial consumption of natural gas would be replaced by biogas.

Instead of comparing the demand with the today known planned production capacity, it is also possible to do a comparison with the biogas potential which could be the development in a long­term perspective. This is shown in table 10 where the difference is shown between half of the biogas potential from residues and half of the potential from  energy   crops   using   5   %   of   the   areal   in   respective   area   (not   including   forest residues) that could be digested, and the calculated demand.

Transport alternatives for biogas 22

Page 23: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

Table 10: Amount of biogas needed in each of the traffic areas based on the biogas potential (without gasification). Negative numbers indicate a demand for biogas while positive numbers indicate an excess production of biogas.

Area 50 % of biogas potential(GWh/a)

Demand(GWh/a)

Difference(GWh/a)

Eslöv 385 179 +206

Helsingborg 322 493 ­171

Hässleholm 144 147 ­3

Kristianstad 594 143 +451

Landskrona 267 226 +41

Lund 189 479 ­290

Malmö 119 3 970 ­3 851

Trelleborg 309 2 512 ­2 203

Ystad 630 128 +502

Ängelholm 278 157 +121

Total 3 237 8 434 ­5 197

With this long­term perspective, there are areas mainly in the eastern part of Skåne which present a significant surplus production of biogas and would therefore become net export areas.

Transport alternatives for biogas 23

Page 24: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

4 Scenario analysisIn order to analyse the distribution of biogas for the Skåne region, transports can be divided into two categories:

1. Bulk   transport  of   large  gas  volumes  between regions.   In   the   context  of  gas pipelines, this is normally denominated the “transmission grid” with pipelines operated at elevated pressure between 60 and 80 barg. Due to the high pressure, the pressure loss caused by friction is very small, so the transport over longer distances is possible.

2. Local distribution of smaller amounts of gas to the consumer, normally done in low­pressure pipelines up to 4 barg in the case of pipeline distribution. This offers the possibility to use plastic pipes and lower investment costs, but limits the transport range due to pressure losses.

As can be seen in Figure 11 on page 14, bulk transports of large gas quantities are most economically   done   by   pipelines   over   distances   up   to   approx.   250 km.   At   longer distances,  LBG transports  may be  more  economical.   In   the  case  of  Skåne,  with  an extension of approx. 100 km in all directions, this implies that pipeline transport is the method of choice for all such bulk transports. Therefore, the extent of the high pressure grid is crucial for further analysing a transport concept for the region.

In the following, pipelines for bulk transport will be called “Trunk pipelines”. They have a similar function as the natural gas transmission grid, but are not necessarily operated at the same pressure and may be situated behind an MR station. Thus, the Trunk pipelines include both the natural gas transmission grid and eventual regional gas pipelines operated at a pressure suitable for the transport over longer distances.

The pressure needed in Trunk pipelines (apart the transmission grid) depends on the gas volume to be transferred, the pipe diameter and the distance.  In Skåne, the net transfer   volume   between   transport   areas   is   in   the   order   of   magnitude   of   several 100 GWh/a in the eastern part and some 1000 GWh/a in the western part near the existing natural gas grid. For the transport requirements to/from the eastern part of Skåne, Trunk pipelines with a diameter of 160­200 mm and an operating pressure of 16­25 barg are considered a good choice with a reasonable pressure drop over the given distances   (50   to   100 km).   Smaller   dimensions   may   be   chosen   if   the   pipelines   are equipped with compressor stations at regular distances.

In order to reach producers and consumers, the Trunk pipelines must be combined with   other   transport   methods   for   the   transport   between   Trunk   pipelines   and   the consumer or producer.  According to chapter  2.3,  this  is  most economically done by local low­pressure pipelines for shorter distances and/or smaller volumes, while CBG swap bodies should be used for small volumes over longer distances and LBG trailers for larger volumes (see Figure 9 and 10). The range where local pipelines are the best 

Transport alternatives for biogas 24

Page 25: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

choice depends on the size of the gas production site (with higher ranges for smaller plants) and the number of CBG swap bodies per transport.

In order to keep the model usable, the following scenario simplifies this and assumes that local pipeline transport always is preferable up to appox. 30 km. In other words, all consumers and producers within a 30 km distance from high pressure Trunk pipelines should be connected by local (low­pressure) gas pipelines. Transports to or from sites outside this threshold should be done by CBG swap bodies or LBG trailers depending on the gas volume.

For a future gas distribution scenario, three different cases have been studied:

1. The Trunk pipelines consist of the existing high­pressure natural gas grid only. No new trunk pipelines are built. Amounts to be transported are based on the planned production capacity.

2. In addition to the existing high­pressure natural gas grid, two medium pressure Trunk pipelines are build from the transmission grid eastwards. Amounts to be transported are based on the planned production capacity.

3. As number 2, but based on the estimated biogas potential according to table 10 on page 23.

4.1 Distribution without new Trunk pipelinesToday's   natural   gas   high­pressure   grid   in   Skåne   consists   mainly   of   the   main transmission pipeline from Denmark to Gothenburg with some local forks.  Figure 13 shows these pipelines as well as the area within a 15 and 30 km distance from them. The figure also shows the expected surplus / shortage in each traffic area.

Transport alternatives for biogas 25

Page 26: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

As can be seen, the 30 km border around the high­pressure pipelines covers the whole western part of Skåne. This is also the area with the by far highest gas shortage. In this area, all gas transports should be done by pipelines as stated above. A big part of the  consumption in the western part will not be covered by the planned biogas production, making the use of a natural gas/biogas mix necessary.

The remaining. eastern part of Skåne is relatively equilibrated in terms of production and consumption. Kristianstad has some excess gas, while Ystad and Hässleholm need to import some gas. The eastern areas are too far away from the Trunk pipelines to be connected by local low­pressure pipelines to these Trunk pipes and must therefore be served by other means. Producers in the eastern part have the choice to distribute their gas by local low­pressure pipelines, CBG swap bodies and LBG trailers. If the whole production of a biogas plant can be consumed within approx. 30 km distance, it should be distributed by local pipelines. Otherwise, it will be more economical to invest in liquefaction equipment (bigger plants) or a swap body infrastructure (smaller plants) and distribute   the  plant's  whole  production  by  truck   transports.   In   this   case,   local pipelines will only be interesting for quite short distances.

Transport alternatives for biogas 26

Figure 13: Areas in Skåne within a 15 and 30 km distance from the existing high pressure natural gas grid. The bubbles indicate the gas shortage (orange) or surplus (green) in each traffic area based on the planned capacity.

Page 27: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

In   order   to   meet   the   remaining   gas   demand   in   the   eastern   part,   one   or   several  liquefaction plants may be built at the Trunk pipelines, preferably at the eastmost ends in  Klippan or  Eslöv.  As  can be  seen   in  Figure  9,  LBG transports  will  be   the  most economical solution in this case where the liquefaction plant fills the role of the “Biogas plant”. This LBG infrastructure can also be used to provide a backup solution for local  gas grids without a pipeline connection to the Trunk grid. In a holistic perspective, bigger consumers without proximity to a local gas producer should be prioritized by LBG transports.

4.2 Distribution with additional Trunk pipelinesIt is desirable to extend the Trunk pipeline system eastwards in order to cover a bigger area with the 30 km ribbon described above. A possible expansion of the distribution grid   has   been   proposed   by   Energigas   Sverige   in   the   Biogas   Portal   (www.biogas   ­  portalen.se). This proposal consists of two pipelines which are shown in Figure 14.

As can be seen in the figure, almost every place in Skåne would be within a 30 km distance of a Trunk pipeline if the expansion pipes were built for medium pressure as 

Transport alternatives for biogas 27

Figure 14: Areas in Skåne within a 15 and 30 km distance from Trunk pipelines if some new regional pipelines are built (green lines). The bubbles indicate the gas shortage (orange) or surplus (green) in each traffic area based on the planned capacity.

Page 28: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

explained above. Only some smaller parts of Ystad, Simrishamn and Osby would have a slightly larger distance to the Trunk grid. With minor modifications of the proposed route, also these areas could get nearer the new pipelines.

As a consequence, the whole gas transport could and should be accomplished by a mix of Trunk pipelines and local low­pressure pipelines. Eventually, some swap body filling stations could be used in order to supply consumers where the consumption is too low for a dedicated pipeline.

4.3 Distribution based on the biogas potentialThe above scenarios build on the assumption that the biogas production corresponds to the existing and planned plant capacity. However, the biogas potential is  somewhat higher than that. Figure 15 shows the same map as in the previous scenario, but with demand/excess bubbles based on the biogas potential according to table 10.

As can be seen, the unused biogas potential converts the eastern parts of Skåne from a net gas importer to an area with considerable surplus biogas production. The amount 

Transport alternatives for biogas 28

Figure 15: Areas in Skåne within a 15 and 30 km distance from Trunk pipelines if some new regional pipelines are built (green lines). The bubbles indicate the gas shortage (orange) or surplus (green) in each traffic area based on the biogas potential.

Page 29: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

of excess production in the eastern part  is  approximately 1 TWh per year.  If   it  was possible   for   these   biogas   quantities   to   be   transported   to   other   parts   of   Skåne,   a considerable part of today's natural gas consumption in the south­western region could be replaced by biogas.

While the need for extended Trunk pipelines may not be obvious in scenario 2 with mainly   medium   transport   volumes   over   medium   distances,   the   scenario   based   on biogas potential presents another picture. In order to transfer the expected amount of biogas (1 TWh per year, distributed on two main routes), Trunk pipelines to the eastern part of Skåne are the by far most economical method as explained in chapter 2.3.

4.4 Scenario summaryFor a simplified scenario analysis, Skåne can be devided in an eastern and a western part, the latter being in proximity to the existing high­pressure gas grid. Here, all gas transport should be done by gas pipelines.

Depending on the assumptions with respect to biogas production and consumption, the eastern part of Skåne could be almost self­sufficient on biogas, with a little need for gas import. In this case, transmission transports could be done by road or pipeline.

However, if the production capacity is further developed beyond the currently planned production plants, the eastern part of Skåne will become a significant net exporter of biogas. The establishment of new Trunk pipelines from the existing high­pressure grid eastwards would be the most economical way of transporting the excess gas from east to west. Furthermore, these Trunk pipelines will give access to the gas grid within a 30 km range to all areas in Skåne, making gas distribution by low­pressure pipes the method of choice.

Transport alternatives for biogas 29

Page 30: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

5 Business modelIn their investigation of how the problem of infrastructure can be solved in the region of Skåne, Karl­Erik Grevendal and Chris Lannesstam give an example of a business model for the cooperation of a local gas grid (Skånet AB 2010). This report attempts to further   develop   that   business   model   into   a   business   model   where   focus   is   on   a distribution grid and a regional gas grid. 

When   forming   the   business   model,   different   possible   market   models   have   been considered. Consideration was also taken regarding that the gas market could change. It is therefore possible that the business model needs to be revised in the future, e.g.  because of new legislation that changes the different ownerships and roles. 

5.1 Identified actorsThere are a number of identified key actors involved when biogas is distributed in a gas grid. The identified actors are listed below:

• Biogas producer: Owns the biogas plant and produces biogas. Sells the biogas to the biogas supplier.

• Grid owner: Owns gas pipelines and gas meters and makes sure that the gas is  transferred to the purchaser of the biogas.  The grid owner is a central actor when   it   comes   to   information   in   the  gas  market.   It   is   the   grid  owner   that measures and reports the amount of biomethane in the entry and exit points in the   gas   grid.   He  provides   gas   suppliers,   balance   providers   and   the   system manager   with   the   information   needed   to   calculate   supply  and   regulate   the balance in the gas system. Three different grid types have been identified:

1. Regional gas transmission grid, 16 barg or more

2. Distribution grid: Normally up to 4 barg. 

3. Local raw gas grid: Connects the biogas plants, normally up to 4 barg.

• Transmission system operator (TSO).  A TSO shall,   in accordance to directive 2003/55/EG and besides being responsible for the operation and maintenance, be responsible for balancing his own network. There are two actors in Sweden that share that responsibility:

1. Svenska kraftnät is the actor who is the system operator (responsible for that the balance between supply and demand of gas is maintaned in the national natural gas system).

2. SWEDEGAS:   Private   company   that   owns   Swedens   transmission   grid and is responsible for the operation and maintenace of it.  It is  the only 

Transport alternatives for biogas 30

Page 31: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

Certified  TSO and will  probably soon  take over  the  responsibility  as system operator from Svenska kraftnät.

• Balance provider: An actor that has the economical responsibility for that there is a balance between supplied and withdrawn amount of gas from the entry and exit points in a specific gas grid. The balance provider signs a contract for balance responsibility with Svenska Kraftnät. 

• Biogas supplier: Purchases biogas from the producer and delivers the biogas to the consumer of biogas. Uses the gas grid but does not own it. According to the Natural gas law, gas suppliers are allowed to deliver biogas to an exit point only if somebody has the balance responsibility. Business model. 

• Consumer: User of biogas, e.g. as vehicle fuel or for industrial purposes.

Figure 16 below shows a business model for the distribution of biogas. The model is just  an example  because   there   is  a  chance   that   the  different  actors   involved  in   the different identified projects choose different solutions. Each part of the model is owned by an actor in different types of constellations which is discussed further in chapter 5.2.

After being upgraded to vehicle standard, the produced biomethane is bought by the biogas supplier. The biogas supplier signs an agreement with an owner of one of the 

Transport alternatives for biogas 31

Figure 16: Dashed lines represent road transport and continuous lines represent transport in a gas grid.

Regional gas grid

Bio

gas

prod

ucer

Distribution grid

Local grid

Co

nsum

er

Roa

d tr

ansp

ort

Biogas supplier

System operatorBalance provider

Page 32: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

three  different  grids  depending on  local  conditions,  or  arranges   transport  by road. Chapter  2  and 4  discuss   the  economical  and technical  conditions   further.  The grid owner distributes the biogas to the consumer. The biogas supplier does also sign an agreement with the consumer of the biogas, e.g. a municipality, bus company or gas station.

The   biogas   supplier   may   also   have   a   so­called   balance   sheet   liability.   If   a   biogas supplier does not want to manage its balance responsibility, it can let another biogas supplier   or   specialized   company   manage   the   balance   responsibility.   The   balance responsibility in the regional gas grid is maintained by the system operator.

The consumer of the biogas is an actor that gets an agreement with the gas grid owner in order to connect to the gas grid and gets another agreement with a biogas supplier for the delivery of biogas.

5.2 OwnershipThere are different conditions that have to be considered for the ownerships of the gas grids   regarding   political   decisions,   legislation,   investment   costs   and   constellations between business partners. It is therefore not possible to pinpoint an actor that could own   a   gas   grid.   Those   decisions   are   something   that   should   take   place   where   all  necessarily information are gathered (technical, political and economical). 

It   is   therefore   suggested   that   a  working   group   is   formed   to  pursue   the   matter  of  expanding the gas grid as mentioned in Skåne's roadmap for biogas. Below are the respective grids discussed in order to illustrate the complexity.

5.2.1 Local gridsOnly  a   few  local  gas  grids  exist   in  Sweden.  Those  are  owned by  constellations  of different actors depending on the local circumstances. E.g. biogas producers could start a   separate   company   that   owns   a   share   of   the   grid,   local   municipalities   or   energy companies could own another share of the grid.

The most important factor here to consider is the actors that are involved in the projects that want to use the local gas grid. Hence, the ownership could be different in every  project depending on the local circumstances.

5.2.2 Distribution gridsDistribution grids are usually more complex,   the  investment costs  are higher,  more actors are involved and the grids extend over several municipalities compared to local gas grids.

The above mentioned factors make the project harder tor realise and require a larger project organisation. The ownership of the gas grid is one piece in a bigger puzzle. 

Transport alternatives for biogas 32

Page 33: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

One option is that the respective municipalities own the project until commissioning in a   separate   company.   If   its   desired,   another   actor   or   actors   could   take   over   the ownership   after   commissioning.   Another   possibility   is   that   several   local   gas   grid companies together start a new company that owns the distribution grid. 

5.2.3 Regional gridsRegional grids are grids that supply gas to distributors rather than to end customers across Skåne. This is a larger infrastructure project and involves all of the actors that have an interest in a regional gas grid.

One option could be  that  Region Skåne owns the project  until  commissioning  in a separate company. If its desired, another actor or actors could take over the ownership after commissioning. Another possibility is that several distribution gas grid companies together start a new company that owns the regional distribution grid. 

5.3 Investment planThis investment plan is based on several assumptions and should therefore only be considered as one of different possible investment plans. The investment costs should be considered as rough assumptions.

The investors are the owner of the projects. This does not mean that the owners of the projects for the gas grids are the only investors. It is for example also possible that the first steps that take place during 2013 – 2015 are divided into several other projects.  This is something that could be discussed in the working group mentioned above.

The investment costs are higher during the construction phase of the gas grids because it's   there  the actual   investments are made.  The total  estimated costs  are 605 MSEK. These costs are based on the following assumptions:

• The total length of the regional gas grid is 120 km and the investment cost for the regional gas grid 1 500 SEK/m.

• The length of each distribution gas grid is 50 km, there are 10 such distribution grids, and the investment cost for the distribution gas grid is 700 SEK/m.

• 10 compressors are needed for the compression from distribution grids into the transmission   grid,  with  an   investment   cost   of   6 MSEK   per   compressor depending on the gas quantity.

• There are in total 12 connection points with an investment cost of 0.5 MSEK each.

Transport alternatives for biogas 33

Page 34: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

Table 11: Time table for investments

Activity Sub­activity 2013(kSEK)

2015(kSEK)

2017(kSEK)

2019(kSEK)

2021(kSEK)

Regional gas grid Preliminary study 500

Planning 1 000

Permits/Easements 500 500

Construction 62 000 62 000 62 500

Commissioning 1 000

Distribution gas grid Preliminary study 1 000

Planning 2 000

Permits/Easements 1 000

Construction 125 000 125 000 160 000

Commissioning 1 000

Total 2 000 4 500 187 000 187 000 224 500

5.4 Access to the gridThe possibilities and the costs of connection vary depending on the distance to the existing gas grid, technical conditions and the amount of biogas produced. Since it is not always obvious whether or not a connection to a regional gas grid is preferable, it is crucial to evaluate the distance to gas grids in the vicinity. It is assumed here that the  planned production facilities owns a local gas grid in a separate company that connect to the distribution grid and that the distribution grid are connected to the regional grid. 

It also requires an agreement with the owner of the distribution gas grid in order for the producer of biogas to be able to access the distribution gas grid. Costs arising from accessing the distribution gas grid are:

• Investment costs arising from the actual gas pipeline. An estimated cost with the assumption that the distance is 1 km to the distribution grid is 0.7 MSEK.

• Investment   costs   arising   from   gas   blower,   gas   meter,   gas   analysis   etc.   An estimated cost is 0.3 to 1 MSEK.

• Connection   fee   to   the   owner   of   the   regional   grid.   An   estimated   cost   as mentioned above is 0.1 MSEK for one local gas grid.

There is a possibility that the demand in the distribution grid are lower than the supply from the biogas producers that connects to the distribution grid. Then the owner of the 

Transport alternatives for biogas 34

Page 35: TRANSPORT ALTERNATIVES FOR BIOGAS · Transport alternatives for biogas 6 Figure 3: Transport chain for biogas used as vehicle fuel digester conventional upgrading compression to 230

BioMil AB

distribution grid has to invest in a compressor station in order to inject it to the regional grid.   Such   an   investment   cost   does   not   affect   the   investment   costs   for   the   biogas producers. It will probably instead lead to higher running costs because the owner of the distribution grid has to finance the investment.

Transport alternatives for biogas 35