Regelwerk Technischer Hinweis Merkblatt DVGW G 693 (M) Januar 2011 Verfahren zur Ermittlung der CO 2 -Emissionen von Erdgasverbrennungsanlagen und deren Unsicherheiten für den Emissionshandel
Der DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. Technisch-wissenschaftlicher Verein fördert seit 1859 das Gas- und Wasserfach mit den Schwerpunkten Sicherheit, Hygiene und Umweltschutz. Als technischer Regelsetzer motiviert der DVGW die Weiterentwicklung im Fach. Mit seinen rund 12 000 Mitgliedern erarbeitet er die anerkannten Regeln der Technik für Gas und Wasser, prüft und zertifiziert (über die DVGW CERT GmbH) Produkte, Personen sowie Unternehmen, initiiert und fördert Forschungsvorhaben und schult zum gesamten Themenspektrum des Gas- und Wasserfaches. Die technischen Regeln des DVGW bilden das Fundament für die technische Selbstverwaltung und Eigenverantwortung der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft und sind ein Garant für eine sichere Gas- und Wasserversorgung auf international höchstem Standard. Der gemeinnützige Verein ist frei von wirtschaftlichen Interessen und politischer Einflussnahme. ISSN 0176-3490 Preisgruppe: 11 DVGW, Bonn, Januar 2011 DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. Technisch-wissenschaftlicher Verein Josef-Wirmer-Straße 1 3 D-53123 Bonn Telefon: +49 228 9188-5 Telefax: +49 228 9188-990 E-Mail: info@dvgw.de Internet: www.dvgw.de Nachdruck und fotomechanische Wiedergabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DVGW e. V., Bonn, gestattet. Vertrieb: Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbh, Josef-Wirmer-Str. 3, 53123 Bonn Telefon: +49 228 9191-40 Telefax: +49 228 9191-499 E-Mail: info@wvgw.de Internet: www.wvgw.de Art. Nr.: 308164
Verfahren zur Ermittlung der CO 2 -Emissionen von Erdgasverbrennungsanlagen und deren Unsicherheiten für den Emissionshandel Regelwerk Inhalt Vorwort... 6 1 Anwendungsbereich... 7 2 Normative Verweisungen... 7 2.1 Technische Regeln... 7 2.2 Nationale Normen... 7 2.3 Europäische Normen... 8 2.4 ISO-Normen... 8 2.5 Andere Technische Regeln... 8 2.6 Gesetze und Europäische Richtlinien... 8 3 Begriffe, Symbole, Einheiten und Abkürzungen... 9 3.1 Brennwert... 9 3.2 Eichung... 9 3.3 Emissionsquelle... 9 3.4 Erweiterte Messunsicherheit... 9 3.5 Erweiterungsfaktor...10 3.6 Genauigkeit...10 3.7 Heizwert...10 3.8 Kalibrierung...10 3.9 Kombinierte Standardunsicherheit...10 3.10 Mengenumwertung...10 3.11 Punktquelle...11 3.12 Prozessquelle...11 3.13 Q max...11 3.14 Q min...11 3.15 Q t...11 3.16 Relative erweiterte Unsicherheit...11 3.17 Relative Standardunsicherheit...11 3.18 Standardunsicherheit...11 3.19 Sensitivität/Empfindlichkeit...11 3.20 Systematische Abweichung...11 3.21 Tätigkeitsdaten, Emissionsfaktor...12 3.22 Unsicherheit...12 3.23 Unsicherheit eines Ergebnisses (Gesamtunsicherheit)...12 3.24 Zufällige Abweichung...12 03
4 Grundlegende Anforderungen des Emissionshandels...12 4.1 Rahmen der Emissionsüberwachung und Emissionsberichterstattung...12 4.2 Ebenenkonzepte für emissionsstarke Stoffströme...13 4.3 Emissionsschwache und De-minimis-Stoffströme...14 4.4 Änderungen des Ebenenkonzeptes...14 4.5 Spezifische Unsicherheitsanforderungen der Monitoring-Leitlinien 2008 2012...14 4.6 Anlagen mit geringen Emissionen...15 4.7 FAQs im Bereich Monitoring 2008 2012...15 5 Allgemeine Vorgehensweise bei der Ermittlung von Unsicherheiten...16 6 Bestimmung des Gasvolumens (Brennstoffverbrauch)...18 6.1 Messgrößen...18 6.2 Bestimmung des Gasvolumens im Normzustand...20 6.2.1 Fehlerkurvenkorrektur...20 6.2.2 Eingeschränkte Fehlergrenzen bei Turbinenradgaszählern nach EN 12261...20 6.2.3 Geeichter Zähler ohne Fehlerkurvenkorrektur...21 6.2.3.1 Die Fehlerkurve des Zählers ist nicht bekannt...21 6.2.3.2 Die Fehlerkurve des Zählers ist bekannt...21 6.2.4 Unsicherheit der Prüfstände...21 6.2.5 Wiederholbarkeit der Prüfergebnisse...22 6.2.6 Messunsicherheit im Bereich kleiner Durchflüsse...22 6.2.7 Mengenumwerter...23 6.2.7.1 Messunsicherheiten durch die Temperaturmessung...23 6.2.7.2 Messunsicherheiten durch die Druckmessung...24 6.2.7.3 Messunsicherheiten durch die Gasbeschaffenheit...24 6.2.7.4 Gasgleichung...24 6.2.8 Langzeitverhalten (Verhalten nach Inbetriebnahme)...24 6.2.9 Jahresmenge...25 6.2.10 Mittelungseffekte...26 6.3 Gesamtunsicherheit einer Messanlage aus Zähler und Mengenumwerter während des Betriebs...26 7 Bestimmung von Heizwerten und Emissionsfaktoren...27 7.1 Messverfahren...27 7.1.1 Online-Gaschromatografen (Prozessgaschromatografen)...27 7.1.2 Sonstige Gasbeschaffenheitsmessgeräte...28 7.1.3 Brennwertrekonstruktionssysteme...28 7.2 Unsicherheit...29 8 Anwendung auf Anlagenebene...29 Anhang A (normativ) Gesamtunsicherheit einer Messanlage aus Zähler und Mengenumwerter während des Betriebs...33 A.1 Geeichter Gaszähler der Genauigkeitsklasse 1,0 mit Mengenumwerter und Fehlerkurven-Korrektur...33 A.2 Geeichter Turbinenradgaszähler mit eingeschränkter Fehlergrenze nach EN 12261 (Abschnitte E4 und E5) mit Mengenumwerter...34 A.3 Geeichter Gaszähler mit Mengenumwerter; die Messabweichungen des Gaszählers bei der letzten Eichung sind bekannt...35 A.4 Geeichter Gaszähler der Genauigkeitsklasse 1,0 mit Mengenumwerter; die Messabweichungen des Gaszählers bei der letzten Eichung sind nicht bekannt...36 04
Anhang B (informativ) Bestimmung der Stoffparameter und deren Unsicherheiten...37 B.1 Berechnung des CO 2 -Emissionsfaktors a) aus der Gasanalyse (Gl. (7.2)) und b) aus Gasbeschaffenheitsgrößen (H sv, n, x CO2 ) für verschiedene Erdgase (Beispielrechnungen)...37 B.2 Ermittlung der Unsicherheit der Stoffparameter für Nordsee-Erdgas H und Holland-Erdgas L...38 B.2.1 Beispielrechnung zur Ermittlung der Unsicherheit der Stoffparameter für Nordsee-Erdgas H...38 B.2.2 Beispielrechnung zur Ermittlung der Unsicherheit der Stoffparameter für Holland-Erdgas L...39 Anhang C (normativ) Dokumentationen...40 C.1 Dokumentation zu Hochdruck geprüften Gaszählern...40 C.2 Dokumentation zu Mengenumwertern...40 C.3 Dokumentationen zum Heizwert und zum Emissionsfaktor...40 C.4 Auflistung technischer Regeln für Volumenmessung...41 Anhang D (informativ) FAQs DEHST...42 D.1 Erläuterungen zu Definitionen und Begriffen...42 D.2 Ebenenkonzept...42 D.3 Emissionsfaktor, unterer Heizwert, Kohlenstoffgehalt, einheitliche Stoffwerte...42 D.4 Weitergeleitetes CO 2...43 D.5 Berechnungsmethodik und Unsicherheitsbewertung...43 D.6 Anlagen mit geringen Emissionen...43 Anhang E (informativ) Funktionsweisen von Volumengaszählern...44 E.1 Balgengaszähler...44 E.2 Drehkolbengaszähler...46 E.3 Turbinenradgaszähler...47 E.4 Wirbelgaszähler...49 E.5 Ultraschallgaszähler...49 E.6 Coriolisgaszähler...51 E.7 Mengenumwerter...51 E.8 Belastungsregistriergeräte...52 Literaturhinweise...53 05
Vorwort Dieses Merkblatt wurde vom Projektkreis CO 2 Emissionshandel im Technischen Komitee Gasmessung und Abrechnung erarbeitet. Die vollständige, konsistente, verlässliche und transparente Überwachung der Treibhausgasemissionen hat zum Ziel, dass Anlagenbetreiber im Emissionshandel konform mit den gesetzlichen Anforderungen über ihre CO 2 -Emissionen berichten und somit das übergeordnete Ziel der Reduzierung von Treibhausgasen kosteneffizient erreicht werden kann. Um Betreibern emissionshandelspflichtiger Erdgasverbrennungsanlagen Hilfestellungen bei ihren Dokumentationspflichten im Rahmen der Emissionsüberwachung und -berichterstattung zu geben, wurde dieses Merkblatt in Zusammenarbeit mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und unter Mitwirkung der Deutschen Emissionshandelsstelle (DEHSt) erarbeitet. In praxisorientierter Herangehensweise werden Verfahren zur Ermittlung von Unsicherheiten aufgezeigt und die grundlegenden Anforderungen des CO 2 -Emissionshandels erklärt. Änderungen entfällt Frühere Ausgaben entfällt 06
1 Anwendungsbereich In Monitoringkonzepten emissionshandelspflichtiger Erdgasverbrennungsanlagen sind zum Nachweis der Einhaltung der Ebenenkonzepte der Monitoring-Leitlinien 2008 2012 (ML2007) Unsicherheitsanalysen für Tätigkeitsdaten und für stoffspezifische Parameter zu erstellen. Ausnahmen von dieser Verpflichtung sind für Anlagen mit geringen Emissionen (CO 2 -Emissionen 25 000 t/jahr) vorgesehen. Betreiber von Anlagen mit CO 2 -Emissionen 25 000 t/jahr stehen häufig vor dem Problem, wie eine solche Analyse aufzubauen und durchzuführen ist und wie die betrieblichen Gegebenheiten systematisch abgebildet werden können. Der Anwendungsbereich des Merkblatts richtet sich an Betreiber von Feuerungsanlagen, in denen Erdgas zum Zwecke der Energieumwandlung verbrannt wird, sowie an Betreiber von Produktionsanlagen, in denen Erdgas verbrannt wird und die daraus resultierenden Abgase für prozesstechnische Zwecke verwendet werden. Zum Aufbau einer systematischen Unsicherheitsanalyse soll das Merkblatt Hilfestellungen sowie Hinweise zu möglichen Vereinfachungen geben. Ausgewählte Beispiele sollen Betreibern helfen, in einer ggf. ganz oder teilweise analogen Vorgehensweise ihre Anforderungen zu lösen. Grundsätzlich ist zwischen einfachen und komplexen Anlagen zu unterscheiden. In dieser Version des Merkblatts werden einfache Anlagen 1 behandelt. Bei der Berechnung der Tätigkeitsdaten gilt der Gastag (06.00 Uhr bis 06.00 Uhr des Folgetages) als Bezugsgröße. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind für die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Anwender dieses Teils des DVGW-Regelwerkes werden jedoch gebeten, die jeweils neuesten Ausgaben der nachfolgend angegebenen normativen Dokumente anzuwenden. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschließlich aller Änderungen). Aufgeführte DIN-Normen können Bestandteil des DVGW- Regelwerkes sein. 2.1 Technische Regeln DVGW G 488 (A), Anlagen für die Gasbeschaffenheitsmessung Planung, Einrichtung, Betrieb 2.2 Nationale Normen DIN 1319-3:1996, Grundlagen der Messtechnik Teil 3: Auswertung von Messungen einer einzelnen Messgröße Messunsicherheit DIN 1319-4:1999, Grundlagen der Messtechnik Teil 4: Auswertung von Messungen Messunsicherheit DIN EN ISO/IEC 17025:2005, Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien 1 Charakteristika und Beschreibung einfacher Anlagen siehe Kapitel 8 07