Publikacja biowęgiel ICiMB

Perspektywy i możliwości produkcji biowęgla w oparciu o
lokalną biomasę odpadową
Województwo opolskie
Franciszek Sładeczek, Ewa Głodek
Zakres prezentacji
• Biomasa/Wsad
• Wybór technologii, warianty pracy
• Charakterystyka produktu
• Opis techniczny instalacji
• Analiza ekonomiczna
• Podsumowanie
Biomasa/Wsad
W celu określenia możliwości rozwoju produkcji biowęgla w
województwie opolskim została przeprowadzona analiza rynku.
Ze względu na fakt, że substraty do produkcji biowęgla zawierają różne
grupy materiałów, obejmujące rośliny energetyczne, odpady z leśnictwa,
biomasy rolnych, komunalnych osadów ściekowych, frakcji organicznej
odpadów komunalnych stałych lub pozostałości z przetwórstwa rolnospożywczego, analizowano biomasę z sektora rolnictwa, przemysłu
spożywczego i leśnictwa.
Potencjał słomy w regionie opolskim [tys. ton/r]
Rodzaj słomy
Ilość
całkowita
Zużycie
%
Słoma
odpadowa
Słoma zbożowa
1293
82
233
Słoma rzepakowa
206
86
28
Słoma kukurydziana
261
93
18
Całkowity potencjał
1760
279
Biodegradowalne odpady z przemysłu spożywczego
[tys. ton/r]
Sektor
Total
amount
Usage
Waste
Biomass
Cukrownie
1,2
1,2
0
Przemysł mleczarski
15,2
1,6
13,6
Browary i gorzelnie
13,5
1,5
12,0
Przemysł spożywczy
14,9
2,6
12,3
44,8
6,9
37,6
Total
Biodegradowalne odpady z hodowli
[tys. ton/r]
Drób
Trzoda
Bydło
3716000
595202
122030
Obornik / ściółka
7,4
864
923
Odpady z uboju
14,5
17,2
6,8
Pierze
4,8
-
-
Rodzaj hodowli
Ilość [pcs]
Potencjał osadów komunalnych
Stabilizowane osady komunalne,
sucha masa – 15 300 ton/r (2012)
Obecne wykorzystanie:
- rekultywacja terenu, korekta gruntów - 9%
- rolnictwo, uprawa roślin - 71%
1 zakład > 100 000 RLM,
9 zakładów >15 000 <100 000 RLM,
19 zakładów > 2 000 <15 000 RLM,
11 zakładów > 1 000 < 2 000 RLM,
30 zakładów <1 000 RLM
Lokalizacja oczyszczalni
komunalnych
(RLM - równoważna liczba
mieszkańców)
Wybór technologii, warianty pracy
W obecnym stanie techniki selekcja instalacji produkcji biowęgla jest ograniczona.
Analizowano trzy technologie - WSK Anlage GmbH, Carbon Terra oraz Pyreg. Do
studium wykonalności wybrano technologię WSK Anlage GmbH. Urządzenie
zostało przetestowane przez nas w skali pilotażowej. Uzyskano pozytywne wyniki
testów pirolizy kurzeńca, słomy żytniej i osadów ściekowych.
Schemat blokowy technologii - WSK Anlage GmbH
Schemat zakładu biowęgla w województwie opolskim
Charakterystyka produktu
Kurzeniec
Słoma żytnia
Osady ściekowe
Wariant I – produkcja biowegla z kurzeńca + odzysk ciepła –
WSK Anlage GmbH
OLEJ PIROLITYCZNY
0,12 kg
12 % mas
Bilans masy
BIOGAZ
0,28 kg
26 % mas
SUCHA biomasa
1 kg
100%
PIROLIZA
BIOWĘGIEL - BC
0,6 kg
60% mas
Energia wykorzystywana w procesie
pirolizy
15% energii wejściowej
2,4 MJ
Energia w gazach
7,0 MJ
44 % en.
Bilans energii
SUCHA biomasa
energia
16 MJ/kg
100% en.
PIROLIZA
Biowęgiel BC
Wd=16 MJ/kg
energia
9,0 MJ
56% energii wejściowej
Olej pirolityczny
4,6 MJ
29 % energii wejściowej
Wariant II – produkcja biowegla z kurzeńca + odzysk ciepła i energii –
WSK Anlage GmbH
Energia wykorzystana w procesie
pirolizy
15% energii wejściowej
2,4 MJ
Bilans masy
Energia w gazach
7,0 MJ
44 % en.
SUCHA biomasa
energia
16 MJ/kg
100% en.
Piroliza
Biowęgiel BC
Wd = 15 MJ/kg
energia
9,0 MJ
56% energii wejściowej
Olej pirolityczny
- paliwo zasilajace silnik 4,6 MJ
29 % energii wejściowej
Silnik - ICE
sprawność 28%
1,29 MJ
BIOGAZ
0,28 kg
28% mas
SUCHA biomasa
1 kg
100%
PIROLIZA/ZGAZO
WANIE
Olej pirolityczny
0,12 kg
12% mass
Bilans energii
BIOWĘGIEL - BC
max. 60% mas 0,60 kg
SILNIK - ICE
Gazy odlotowe
Charakterystyka techniczna
Zestawienie instalacji
Praca quasi ciągła
5 sekcji x140 ton/rok
= 700 ton/rok s.m.
Komora reaktora
Lokalizacja inwestycji
Kryteria wyboru: położenie działki dla produkcji biowęgla, istniejąca
infrastruktura, możliwość podłączenia mediów, dostępność biomasy,
łatwy transport.
Lokalizacja instalacji
biowęgla – była
cegielnia.
Analiza ekonomiczna
Wydatki inwestycyjne zostały określone na podstawie informacji uzyskanych od:
operatora instalacji,
dostawców biomasy,
producentów energii elektrycznej i ciepła,
dostawców urzadzeń
W analizie efektywności ekonomicznej przyjęto następujące założenia:
- Własne wykorzystanie energii cieplnej i elektrycznej (model prosumencki),
- Stopa dyskontowa na poziomie 8%,
- Czas pracy instalacji 5800 h / rok,
- Koszty inwestycyjne w wysokości 400 000 euro
Podczas trwania projektu ceny podstawowych produktów pozostają bez zmian i są
następujące:
Zużycie biomasy
suchej
t
Cena biomasy
€/t
Koszt
biomasy
€/rok
Cena ciepła
€/kWh
Cena
elektryczności
€/kWh
Cena
biowęgla
€/t
700
10
8 860
0,02
0,05
300
Moc
electryczna
kW
Moc
cieplna
kW
Produkcja energii
kWh/rok
Produkcja
ciepła
kWh/rok
Max produkcja
biowęgla t/rok
43
103
249 400
598 560
420
NPV [€]
Dane bazowe
Wariant I
IRR [%]
RNPV
DPR [lata]
278 658
14,29%
0,70
5,9
238 658
134 893
94 893
11,25%
7,13%
4,63%
0,54
0,34
0,22
6,5
7,5
8,2
Zmiany
Wzrost inwestycji o 10%
Zmniejszenie dochodów o 10%
Wzrost inwestycji o 10% i
zmniejszenie dochodów o 10%
Dotacja 30%
NPV [€]
Dane bazowe
IRR [%]
RNPV
DPR [lata]
509 058
36,92%
1,82
3,5
481 058
365 293
337 293
31,52%
26,28%
22,11%
1,56
1,30
1,10
3,9
4,3
4,8
Zmiany
Wzrost inwestycji o 10%
Zmniejszenie dochodów o 10%
Wzrost inwestycji o 10% i
zmniejszenie dochodów o 10%
NPV [€]
Dane bazowe
Wariant II
IRR [%]
RNPV
DPR [lata]
522 852
23,800%
1,18
4,6
478 552
372 411
328 111
19,889%
17,117%
13,835%
0,98
0,84
0,67
5,0
5,4
6,0
Zmiany
Wzrost inwestycji o 10%
Zmniejszenie dochodów o 10%
Wzrost inwestycji o 10% i
zmniejszenie dochodów o 10%
Dotacja 30%
NPV [€]
Dane bazowe
IRR [%]
RNPV
DPR [lata]
778 020
52,872%
2,51
2,8
747 010
627 579
596 569
45,210%
41,430%
35,438%
2,19
2,02
1,75
3,1
3,3
3,6
Zmiany
Wzrost kosztów inwestycji o 10%
Zmniejszenie dochodów o 10%
Wzrost inwestycji o 10% i
zmniejszenie dochodów o 10%
Możliwość wykorzystania
biowęgla jako polepszacza gleby
Założenia:
Zastosowanie dla najsłabszych gleb
tj klasy V
Areał klasy V = 91.540 ha
Wykorzystanie biowęgla 10 ton / ha
Potencjalny popyt na biowęgiel
91540 * 10 = 915 400 ton/rok
Możliwość wykorzystania biowęgla do
rekultywacji terenów leśnych
Powierzchnia lasów wynosi 249 762 ha, co stanowi około 27% obszaru
województwa opolskiego.
Założenia:
Rekultywacja 10% obszarów leśnych = 24 980 ha
Zużycie biowegla 5 ton / ha
Potencjalne zapotrzebowanie biowęgla 24980 * 5 = 124 900 ton/rok
Podsumowanie
1. W analizie surowca do produkcji biowęgla w rejonie Opolskim skupiliśmy się
przede wszystkim na biomasie odpadowej. Ten rodzaj biomasy jest najtańszy i
najbardziej dostępny. Największy potencjał stanowi słoma, hodowla zwierząt
gospodarskich, odpady przemysłu spożywczego i komunalne osady ściekowe.
2. W obecnym stanie techniki sele3kcja technologii instalacji biowęgla jest
ograniczona. Do studium wykonalności została wybrana technologia WSK Anlage
GmbH. Urządzenie w skali pilotażowej zostało przez nas przetestowane. Uzyskano
pozytywne wyniki testów z pirolizy kurzeńca, słomy żytniej i osadów ściekowych.
3. Wydajność instalacji przemysłowej dla lokalnych potrzeb w naszym regionie
powinny być rzędu 700 - 1000 ton suchej biomasy / rok. Opolszczyzna ma 72 gmin
o populacji ok. 1 milion. Dla ilości docelowej 15 instalacji, potencjał produkcyjny
wynosił by max. 6 tys ton rocznie.
Podsumowanie
4. Analiza ekonomiczna instalacji biowęgla dla kurzeńca, oparta na technologii WSK o
rocznej wydajności 420 ton/rok, wykazuje korzystne wskaźniki IRR, NPV i czasu
zwrotu inwestycji dla obu scenariuszy - z odzyskiem ciepła i energii elektrycznej. Dla
opcji z 30% dotacją wyniki są jeszcze lepsze, czas zwrotu jest krótszy niż 4 lata.
5. Główne zastosowania biowęgla, które zostały wytypowane dla województwa
opolskiego to poprawa gleb niskiej jakości (klasa V) oraz rekultywacja terenów
leśnych. Porównując potencjalne potrzeby (1 mln ton) do zdolności produkcyjnych (6
tys. ton/rok) działalność firm produkcji biowęgla jest zapewniona na wiele
dziesięcioleci.