1 Perspektywy rozwoju produkcji biogazu – szanse i bariery 1

Perspektywy rozwoju produkcji biogazu – szanse i bariery
Krzysztof Kowalczyk1 Anna Grzybek2
1. Wstęp
W grudniu 2008 uzgodniona została ostateczna wersja dyrektywy dotyczącej odnawialnych
źródeł energii3. Dyrektywa o energii odnawialnej stanowi część unijnego pakietu
klimatyczno-energetycznego, który zakłada przede wszystkim redukcję unijnych emisji CO2 o
20 proc. do 2020 roku. Po raz pierwszy wszystkie Kraje Członkowskie mają wiąŜący je
prawnie cel w zakresie odnawialnych źródeł. Do czerwca 2010 r. są zobligowane do
opracowania szczegółowych planów zwiększenia udziału energii odnawialnej.
Ma to być główne narzędzie realizacji następujących celów:
• Zwiększenia udziału sektora OZE w UE,
• Podniesienia bezpieczeństwa dostaw energetycznych,
• Redukcji efektu cieplarnianego,
• Stworzenia nowych miejsc pracy.
Dyrektywa przewiduje łączny 20% udział źródeł energii odnawialnej w zuŜyciu energii w UE
w 2020r. oraz minimalny wiąŜący 10% udział biopaliw4 w sektorze transportu dla kaŜdego
państwa członkowskiego5.
Bezpieczeństwo dostaw, obok walki ze zmianami klimatu oraz rozwoju innowacji i
gospodarki jest kolejnym waŜnym uzasadnieniem przywoływanym przez Komisję dla
wykorzystywania OZE. Dyrektywa nie tylko określa wymienione cele ilościowe, lecz
reguluje takŜe m. in. kryteria zrównowaŜonego rozwoju środowiska w odniesieniu do
agropaliw, ich wpływ na środowisko oraz warunki ramowe dla krajowych systemów wsparcia
w celu uniknięcia zakłóceń konkurencji.
Zatem ogólny kierunek polityki energetycznej i ekologicznej na poziomie europejskim moŜna
uznać za ustalony. Jego kształt wciąŜ budzi w Polsce wiele kontrowersji i obaw dotyczących
tego, czy wyznaczone w nim cele są dla Polski realne. Pesymiści twierdzą, Ŝe jego realizacja
stanowi nadmierne obciąŜenie dla gospodarki, optymiści upatrują w nim szans na rozwój
gospodarczy. NaleŜy mieć nadzieję, Ŝe szanse jakie stwarza pakiet klimatyczny 3x20+10
zostaną jednak wykorzystane do rozwoju opartego na wiedzy, z zastosowaniem
wysokowydajnych i wysokosprawnych technologii.
Doświadczenia krajów zachodnich z kryzysów energetycznych w końcu XX wieku,
wywołanych skokowym wzrostem cen ropy naftowej pokazują, Ŝe poza dolegliwościami
stanowią one równieŜ impuls do rozwoju i unowocześnienia całej gospodarki.
1
Polskie Towarzystwo Biomasy
IBMER, Ośrodek Energii Odnawialnej w Ostoi
3
P6_TA-PROV(2008)0609Promowanie stosowania energii ze źródeł odnawialnych
4
We wniosku dotyczącym dyrektywy uŜywa się oficjalnie pojęcia „biopaliwa”. W wielu opiniach wskazywano
na liczne problemy ekologiczne związane z „biopaliwami”. PoniewaŜ przedrostek „bio” sugeruje, Ŝe mowa jest
o produkcie nienagannym pod względem ekologicznym (por. uprawy biologiczne), często stosuje w opinii
neutralne pojęcie „agropaliwa” zamiast „biopaliwa”.
5
We wniosku dotyczącym dyrektywy mowa jest, Ŝe: „Proponuje się […], aby kaŜde państwo członkowskie
osiągnęło co najmniej 10%-owy udział energii odnawialnej (przede wszystkim biopaliw) w sektorze transportu
do 2020 r.”
2
1
W tym kontekście szczególnego znaczenia nabiera rozwój wysokosprawnych systemów
kogeneracyjnych i powiązanego z tym efektywnego wykorzystania ciepła systemowego oraz
powiązania z generacją energii gospodarki odpadowej i wykorzystania lokalnych zasobów
energii odnawialnej – szczególnie biomasy.
Wykorzystanie technologii biologicznego przetwarzania biomasy na paliwo gazowe jest
jednym z kierunków rozwoju rozproszonej energetyki wykorzystującej lokalne zasoby
surowców odnawialnych – w tym odpadów.
Biogaz uchodzi za atrakcyjne źródło stosunkowo taniej energii. Ponadto neutralizacja biogazu
poprzez jego spalanie staje się nieodzowną koniecznością w aspekcie ochrony środowiska
naturalnego, a szczególnie ochrony atmosfery przed emisją metanu zawartego w biogazie.
Biogaz jest z powodzeniem wykorzystany w gazowych generatorach energii elektrycznej i
kotłach gazowych.
Przeciętnie jeden metr sześcienny biogazu pozwala na wyprodukowanie:
•
2,1 kWh energii elektrycznej (przy załoŜonej sprawności układu 33%)
•
5,4 kWh energii cieplnej (przy załoŜonej sprawności układu 85%)
•
w skojarzonym wytwarzaniu : 2,1 kWh energii elektrycznej i 2,9 kWh ciepła.
Technologia ta od dziesięciu lat jest szeroko stosowana na terenie Niemiec, ale równieŜ inne
kraje rozwinęły ten kierunek produkcji energii. O ile na początku stosowana była głównie
jako sposób na utylizację biodegradowalnych odpadów, to od kilku lat powstają instalacje
wykorzystujące jako surowiec typowe uprawy roślinne. Wytworzyła się grupa gospodarstw
agroenergetycznych, wytwarzających jako towar podstawowy energię elektryczną.
Podobny model jest analizowany i lansowany w Polsce. Zainteresowanie tą technologią w
sposób naturalny wykazują głównie sektor energetyczny i w mniejszym stopniu rolniczy.
2. Cel i przedmiot pracy
Na potrzeby jednego z przedsiębiorstw energetycznych wykonano uproszczone studium
uwarunkowań realizacji biogazownii ze skojarzoną produkcją energii elektrycznej i ciepła w
okolicy Gorzowa Wielkopolskiego. Celem pracy było określenie warunków pozyskania
energii elektrycznej z procesu biologicznego zgazowania odpadów organicznych w promieniu
około 50 kilometrów od Gorzowa.
ZałoŜono, Ŝe zespół energetyczny powinien mieć moc elektryczą na poziomie 300÷500 kW
przy czasie pracy około 7 500 godzin/rok. Doświadczenia z tej pracy posłuŜyły do
zdefiniowania wniosków nt. perspektyw upowszechniania się tej technologii oraz związanych
z nią szans i ryzyk.
ZałoŜono lokalizację potencjalnych instalacji w miejscach powstawania znaczących ilości
odpadów organicznych tj. gospodarstw prowadzących intensywną hodowlę zwierząt.
3. Bilans produkcji odpadów i biogazu
Badanie warunków funkcjonowania biogazowni przeprowadzono dla konkretnej lokalizacji,
dla której zbadano uwarunkowania surowcowe.
Analiza terenu wokół Gorzowa pozwoliła wygenerować stosunkowo obszerną listę
gospodarstw hodowlanych o potencjale mogącym stanowić podstawę do potencjalnej
lokalizacji instalacji energetycznej. Na tym etapie nie brano pod uwagę oczyszczalni ścieków,
2
stanowiących równieŜ miejsca koncentracji odpadowej masy organicznej i jednocześnie
będących źródłem emisji metanu z naturalnej fermentacji.
Na analizowanym obszarze wstępnie wytypowano 31 gospodarstw (przedsiębiorstw)
zajmujących się hodowlą, w tym :
hodowla bydła
8
hodowla trzody chlewnej
7
hodowla zwierząt futerkowych 5
hodowla drobiu
11
Potencjał energetyczny produkowanych odpadów dla lokalizacji oceniano wg standardowych
wskaźników zestawionych w tabeli 1.
Do szczegółowej analizy wytypowano fermę norek.
Tabela 1. Bilans produkcji odpadów i biogazu
Wyszczególnienie
Ekwiwalent 100 SD (duŜych sztuk)
Ekwiwalent 1 SD
Produkcja suchej masy organicznej na SD
Produkcja suchej masy organicznej na SD
Produkcja metanu (w biogazie)
Wydajność energetyczna
Wydajność energetyczna
Wydajność energetyczna
Wydajność energetyczna
Wydajność energetyczna
Wydajność energetyczna
Ilość zwierząt dla biogazowni 1 kW (el)
Ilość zwierząt dla biogazowni 1 000 kW (el)
Ilość zwierząt dla biogazowni 300 kW (el)
ZuŜycie biogazu przez zespół 300 kW
Wartość energetyczna biogazu dla 300 kW el
Jed. Nat.
kg s.m.o./SD/d
Mg s.m.o./SD/rok
m3/Mg s.m.o.
m3/metanu/1 SD/rok
m3/metanu/1
sztukę/rok
m3/biogazu/1
sztukę/rok
MWh/1 sztukę/rok
kWh/1 sztukę/d
sztuk/MWh/rok
Szt
Szt
Szt
m3
MWh
Bydło
Trzoda
Drób
137
1,37
4,20
1,53
218,00
334,19
833
8,33
3,30
1,20
229,00
275,72
25 000
250,00
7,80
2,85
330,00
939,51
243,94
33,10
3,76
406,56
55,17
2,485
0,337
6,807
0,924
0,40
2,97
8,49
62,54
8 486,19 62 542,33
2 545,86 18 762,70
1 035,05 1 035,05
6 325,30 6 325,30
6,26
0,038
0,105
26,13
550,85
550 845,27
165 253,58
1 035,05
6 325,30
Z punktu widzenia analizy, tj. moŜliwości wykorzystania produktów końcowych
przetworzenia biomasy ciepła i energii elektrycznej atrakcyjny okazał się obszar intensywnej
(jak na warunki wiejskie) zabudowy zlokalizowany w odległości około 300 m od moŜliwej
lokalizacji instalacji energetycznej.
Firma prowadząca przemysłową hodowlę norek dzierŜawi kilkaset hektarów terenów
rolnych, przy czym znaczna część słabszych gruntów jest odłogowana i wykorzystywana min.
jako strefa ochronna i miejsce rolniczego zagospodarowania odpadów.
4. PodaŜ surowców
Roczny bilans odpadów, wg uzyskanych informacji, wynosi około 3 000 Mg świeŜej masy.
Są to głównie odchody hodowanych zwierząt wymieszane ze słomą jęczmienną słuŜącą jako
ściółka. Odpady – ze względu na cykl hodowlany - produkowane są głównie w okresie letnim
tj. w miesiącach od maja do listopada. W tym okresie powstaje 70% masy odpadowej.
W listopadzie i grudniu powstają równieŜ odpady poubojowe, aktualnie przekazywane do
utylizacji w specjalistycznej firmie.
3
W analizowanym gospodarstwie powstaje około 30 % odpadów. Pozostała ilość byłaby
dowoŜona z czterech ferm wchodzących w skład gospodarstwa, zlokalizowanych w
odległości od 15 do 30 kilometrów odlokalizacji głównej.
Firma posiada równieŜ moŜliwości obszarowe do produkcji masy roślinnej na potrzeby
analizowanej biogazowni. Powierzchnię upraw uzupełniających na potrzeby projektu (przy
zastosowaniu zielonki Ŝyta i kukurydzy) oszacowano na 130÷250 ha.
5. ZuŜycie surowców i paliwa
Do analizy przyjęto zespoły energetyczne o mocy 350 kW i 600 kW (gwarantujące pracę ze
średnią wydajnością 300 kW i 500 kW (załoŜono, Ŝe zespół będzie pracował przez 7 500
godzin rocznie ze średniorocznym obciąŜeniem na poziomie około 90 %).
Na podstawie ofert producentów silników załoŜono :
sprawność wytwarzania energii elektrycznej sprawność wytwarzania energii cieplnej
sprawność ogólną
-
36 %,
47 %,
83 %.
Zapotrzebowanie energii pierwotnej w postaci biogazu o wartości opałowej 22 MJ/m3 dla
gazowych zespołów energetycznych wynosi:
3
Wariant 1: 300 kW
6 325 MWh (1 035 000 m biogazu)
3
Wariant 2 : 500 kW
10 542 MWh (1 725 000 m biogazu)
Jako uzasadnione przyjęto zastosowanie zmodyfikowanych dwupaliwowych silników
wysokopręŜnych – zdecydowanie tańszych inwestycyjnie i elastyczniejszych w eksploatacji
od silników gazowych.
Zmniejsza to zapotrzebowanie na biogaz o 5÷10%, kosztem wprowadzenia w jego miejsce
oleju napędowego słuŜącego do rozruchu instalacji i inicjacji zapłonu.
W analizie załoŜono 7 % udział oleju napędowego. Dla wyeliminowania problemów z
rozliczeniem i zaliczeniem produkowanej energii elektrycznej do energii ze źródeł
odnawialnych, załoŜono stosowanie jako paliwa uzupełniającego czystego biodiesla.
Uzyskiwanie wysokich wydajności i równomiernej produkcji wymaga precyzyjnej regulacji
procesu i stosowania surowców o stabilnych parametrach.
Problem stabilności pracy i wydajności zdecydowanie poprawia prowadzenie procesu na
gwarantowanych surowcach podstawowych tj. np. zielonce lub kiszonce z masy zielonej 70÷95% wsadu - i uzupełnianiu go domieszką innej masy organicznej (obornik, gnojowica,
osady ściekowe) - 5÷30 % wsadu.
Przykładowe wydajności biogazu z róŜnych surowców zestawiono w tabeli 2.
Tabela 2. Wydajność biogazu z róŜnych substratów w odniesieniu do świeŜej masy.
Biomasa
Biogaz, m3/tśm
Metan, m3/tśm
Obornik
Trawy (zielonka)
Kukurydza (zielonka)
Odpadowe substancje organiczne
Osady ściekowe
170-240
200-260
100-150
12-15
120
140
70
10
4
6. Bilans biogazowni
Skład biogazu zaleŜy od procesu technologicznego i zastosowanego materiału wsadowego,
ale moŜna uznać następujące granice zawartości poszczególnych gazów: 55-85% metan, 1448% CO2 oraz z małe ilości siarkowodoru, azotu, tlenu, wodoru i innych substancji.
Zakładany skład chemiczny biogazu do dalszych obliczeń:
Metan
60 %
Dwutlenek węgla
39 %
Inne
1 %
Wartość opałowa
22 MJ/m3.
Przy zapotrzebowaniu na biogaz w ilości około 1 000 ÷1 700 tys. m3/rok załoŜono, Ŝe
bazowym surowcem do produkcji biogazu będą odchody z hodowli norek, stanowiące około
40÷45 % masy i około 13÷15% energii surowca wejściowego. Jako biomasę uzupełniającą
przyjęto zieloną masę z kukurydzy i Ŝyta w postaci świeŜej sieczki i kiszonki oraz odpady
poubojowe z fermy.
Do wyprodukowania potrzebnej ilości biogazu oprócz około 3000 Mg odchodów z fermy
(o uwodnieniu 85 %) konieczne jest zapewnienie dostaw zielonej biomasy pochodzenia
rolniczego na poziomie około 4 000÷ 7 000 Mg rocznie.
Koszty produkcji kiszonki podano w tabeli 3.
Tabela 3. Koszty produkcji kiszonki z kukurydzy dla róŜnych technologii produkcji
Wyszczególnienie
j.m.
I
II
III
IV
V
Średnio
Wydajność produkcji
Mg/ha
50
50
50
50
50
50
Nasiona
zł/ha
240,00
240,00
240,00
240,00
240,00
240,00
Nawozy
zł/ha
491,70
491,70
491,70
491,70
491,70
491,70
Środki ochrony roślin
zł/ha
341,20
341,20
341,20
341,20
341,20
341,20
Siew
zł/ha
136,00
136,00
136,00
136,00
136,00
136,00
Zbiór
zł/ha
350,00
287,00
257,00
246,00
239,00
275,80
Transport
zł/ha
200,00
495,00
296,00
159,00
178,00
265,60
Zakiszanie
zł/ha
350,00
370,00
221,00
367,00
562,00
374,00
Materiały do zakiszania zł/ha
120,00
120,00
120,00
120,00
120,00
Zabezpieczanie silosów zł/ha
120,00
154,00
222,00
65,00
140,25
Koszty ogółem
zł
2 398,90
2 684,90
2 374,90
2 215,90
2 237,90
2 434,55
Koszt jednostkowy
zł/Mg
47,98
53,70
47,50
44,32
44,76
48,69
Uwaga: Wariant V - w technologii zakiszania w wielkogabarytowych rękawach o duŜej pojemności.
Dla bezpiecznego funkcjonowania systemu energetycznego konieczne jest stworzenie
systemu produkcji i dostawy masy organicznej uzupełniającej bilans wsadu dla instalacji.
Areał potencjalnych upraw uzupełniających na gruntach klasy III÷V wynosi około
150÷300 ha.
Potencjał okolicznego rolnictwa spełnia ten warunek, szczególnie, Ŝe tworzy się
perspektywiczny, długoterminowy rynek zbytu dla produkowanej biomasy.
Firma FEI Sp. z o.o. posiada niezbędny areał i moŜliwość produkcji masy towarowej dla
biogazowni na niezbyt intensywnie wykorzystywanych gruntach.
7. Transport i magazynowanie surowców
Okres pozyskiwania załoŜonej ilości biomasy uzupełniającej trwa około czterech miesięcy w
roku (czerwiec÷wrzesień). W pierwszym okresie do zbioru nadaje się Ŝyto, w późniejszym
5
okresie kukurydza. Oznacza to dostawy na poziomie 200÷400 Mg dziennie. ZałoŜono
dostawę całej ilości biomasy w postaci rozdrobnionej przez jej producentów na etapie zbioru.
Najtańszą technologią składowania i magazynowania kiszonki jest przechowywanie w
systemowych, wielkogabarytowych rękawach foliowych o pojemności około 350 ton i
długości około 75 m. Załadunek rękawów połączony z odpowietrzaniem i ewentualnym
dozowaniem środków konserwujących odbywa się przy pomocy specjalistycznego sprzętu
własnego lub wynajmowanego. Zakłada się składowanie całej ilości kiszonek na placu
składowym o powierzchni 4 000÷7 000 m2 w bezpośrednim sąsiedztwie biogazowni.
W okresie zbiorów tj. przez około 30% czasu zielona masa będzie dostarczana do produkcji
bezpośrednio z pola.
Interesującym źródłem wysokowydajnego surowca mogą być wytwórnie metyloestrów w
których powstają znaczące ilości frakcji glicerynowej, zawierającej 30-40% czystej gliceryny.
Szacunkowe zapotrzebowanie areału do produkcji niezbędnej ilości biomasy wynosi około
130÷250 ha (1,3÷2,5 km2) co stanowi 2÷3,8% powierzchni uŜytków rolnych gminy.
Wstępna ocena wykazała moŜliwość uzyskania masy towarowej na poziomie kilku tysięcy
ton rocznie.
8. Biomasa pochodzenia komunalnego
RozwaŜana lokalizacja nie posiada funkcjonującego systemu gospodarki odpadami. Mając na
uwadze ilość mieszkańców i wiejski charakter miejscowości nie naleŜy spodziewać się
moŜliwości pozyskania istotnych ilości odpadowych substancji organicznych.
Miejscowość zamieszkuje około 1200 mieszkańców. Przyjmując przeciętne wskaźniki ilości
odpadów na mieszkańca, roczną ilość odpadów komunalnych moŜna szacować na poziomie
100÷200 Mg.
Gospodarka ściekowa obejmuje około jednej trzeciej miejscowości. Zmodernizowana
oczyszczalnia ścieków obecnie odbiera ok. 36 m3 ścieków komunalnych na dobę.
Oczyszczalnia wyposaŜona jest w punkt zlewczy co umoŜliwia przyjmowanie ścieków z
przydomowych zbiorników bezodpływowych. Maksymalna przepustowość oczyszczalni
3
wynosi 200m /d. W większości oczyszczalni nierozwiązana pozostaje gospodarka osadami
powstającymi w procesie oczyszczania ścieków. Dotychczasowe doświadczenia wykazują, Ŝe
unieszkodliwienie osadów ściekowych jest problemem trudnym i niewiele miast w Polsce
radzi sobie z nim w sposób zadawalający. Funkcjonująca biogazownia z powodzeniem
mogłaby wchłonąć stosunkowo niewielkie ilości osadów pościekowych jako źródła substancji
organicznych. Barierę stanowią przepisy regulujące wykorzystanie odpadów (dla substratów
mieszanych) do zagospodarowania rolniczego.
9.Biogazownia – bilans i wyposaŜenie
Biogazownia, a inaczej zakład produkcji biogazu jest zespołem urządzeń i instalacji
umoŜliwiających kontrolowane wytwarzanie z substancji organicznych w procesie
fermentacji anaerobowej gazu o wysokiej zawartości metanu. W tabeli 4 podano bilans
energii zespołu kogeneracyjnego.
Tabela 4. Dane techniczne zespołów energetycznych 300 kWe i 500 kWe.
Dane techniczne
Wariant 1
Wariant 2
moc elektryczna
300 kW
500 kW
moc cieplna
400 kW
667 kW
7 500 h
7 500 h
• czas pracy instalacji energetycznej
2
250
MWh
3
750
GWh
• roczna produkcja energii elektrycznej
w tym:
6
* potrzeb własnych
* na sprzedaŜ
• roczna produkcja energii cieplnej
w tym:
* na ogrzewanie układu fermentacji
* na sprzedaŜ
* ciepło nie wykorzystane
113 MWh
2 137 MWh
3 000 MWh
188 MWh
3 562 MWh
5 000 MWh
1 000 MWh
1 600 MWh
400 MWh
1 200 MWh
1 600 MWh
2 200 MWh
Do analizy przyjęto zunifikowany ciąg technologiczny produkcji biogazu z odpadów z
produkcji zwierzęcej oraz roślinnej składać się powinien z następujących elementów
głównych:
•
obróbki wstępnej materiału wsadowego,
•
komory fermentacyjnej,
•
systemu ogrzewania,
•
instalacji gazowej, w tym urządzenia do oczyszczania biogazu,
•
zbiornika magazynującego przefermentowaną biomasę.
Zakres podstawowego wyposaŜenia zakładu produkcji biogazu obejmuje:
• Magazyny surowca (kiszonki w rękawach foliowych) o powierzchni około 3 ha,
• Instalacje przygotowania surowca (mieszalniki),
• Instalacje do sanitacji substancji odpadowych,
• Komory fermentacyjne,
• Zbiorniki na produkty pofermentacyjne
• Instalację gazową
WyposaŜenie dodatkowe
WyposaŜenie dodatkowe biogazowni obejmuje:
• prasę silosującą do napełniania rękawów foliowych
• plac składowy na surowce
WyposaŜenie części energetycznej - zespoły kogeneracyjne
Układy kogeneracyjne z silnikami tłokowymi składają się z generatora prądu (automatycznie
synchronizującego się z siecią elektryczną) oraz sprzęgniętego z nim gazowego tłokowego
silnika spalinowego. W skład wyposaŜenia wchodzą zespoły do odzysku ciepła (wymienniki
ciepła), tłumik spalin wylotowych, automatyka pomiarowa, regulacyjna, układ
wyprowadzenia mocy), gazu, mieszacz, automatyczne uzupełnianie ubytków oleju smarnego
silnika ze specjalnego zbiornika rezerwowego - eliminującego konieczność zatrzymań
urządzenia.
Ze względu na konstrukcję oraz sposób zasilania paliwem dzieli się silniki tłokowe stosowane
w stacjonarnych układach CHP (skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła) na trzy
podstawowe grupy:
• silniki gazowe z zapłonem iskrowym (zakres małych mocy),
• silniki dwupaliwowe, tzn. zasilane paliwem gazowym oraz niewielką dawką paliwa
ciekłego w celu inicjowania zapłonu mieszanki (zakres średnich mocy) – przyjęte dla
niniejszego projektu,
• silniki wysokopręŜne (największe moce).
7
10. Rynek energii elektrycznej i ciepła
Miejscowość w zakresie zaopatrzenia w energię elektryczną obsługiwana jest przez
Gorzowski oddział koncernu ENEA S.A. Infrastruktura energetyczna jest dobrze rozwinięta i
umoŜliwia potencjalne działania w zakresie produkcji i przesyłu energii elektrycznej.
Uruchomienie lokalnej elektrociepłowni przyczyniłoby się do zwiększenia pewności zasilania
miejscowości w energię oraz zmniejszyło straty związane z przesyłem.
Produktem towarzyszącym produkcji energii elektrycznej jest energia cieplna. Jej ilość
wyniesie w skali roku 10 800÷18 000 GJ.
W obu wariantach dla mocy (300 i 500 kW) analizowana instalacja byłaby w stanie pokryć
praktycznie całkowite zapotrzebowania na ciepło (w wariancie 300 kW naleŜałoby jedno z
istniejących źródeł ciepła wykorzystać jako zabezpieczającą kotłownię szczytową).
Potrzeby własne procesu (podgrzewanie fermentatora) nie przekraczają 20÷25 % tj. 2500 ÷
3000 GJ. W okresie letnim spada zapotrzebowanie na ciepło do celów grzewczych.
W okresie pięciu miesięcy letnich zuŜycie ciepła jest najniŜsze – tylko do przygotowania
ciepłej wody uŜytkowej – i wynosi około 125 GJ/miesiąc. Oznacza to, Ŝe realna moc cieplna
wykorzystywana w tym okresie nie przekracza 50 kW. Sprawność układu obniŜa zuŜycie
energii elektrycznej do zrzutu nadmiaru ciepła do otoczenia.
W analizowanym terenie potencjalne (skupione) zapotrzebowanie na moc nie przekracza 600
kW (maksymalna moc obliczeniowa). Roczne zuŜycie ciepła przez obiekty moŜliwe do
przyłączenia wynosi około 6 000 GJ.
Stanowi to 50÷30 % ciepła wytwarzanego w załoŜonym cyklu pracy przez zespół
energetyczny. Nie zakłada się istotnych zmian w zuŜyciu ciepła w perspektywie najbliŜszych
lat.
Elementem korzystnym był stosunkowo wysoki koszt wytworzenia ciepła w istniejących
kotłowniach olejowych, wynoszący powyŜej 60 zł /GJ netto.
Jako istotne ryzyko zdefiniowano problem dostępu do rynku ciepła i postępującą destrukcję
sytemu administrowania budynkami, w tym równieŜ systemu ogrzewania budynków. W
pięciu z sześciu budynków 20÷35 % powierzchni jest odłączonych od systemu zbiorczego
zarządzania i ogrzewania.
W perspektywie pomimo istnienia interesującego potencjału technicznego nie ma gwarancji
na sprzedaŜ ciepła Ŝadnemu kontrahentowi poza Urzędem Gminy.
Zakłada się celowość zabudowy wodnego zasobnika ciepła, stabilizującego gospodarkę
ciepłem w okresie niŜszego zapotrzebowania na ciepło i przerw w pracy zespołu
energetycznego. Do zmagazynowania (zbuforowania) wytworzonej w systemie energii
cieplnej wymagany jest zasobnik ciepła o pojemności około 100÷150 m3.
Ze względu na sposób wykorzystania ciepła załoŜono montaŜ zasobnika w bezpośrednim
sąsiedztwie ogrzewanego osiedla. ZałoŜono pozostawienie istniejących kotłowni olejowych
jako awaryjnych źródeł ciepła (współpracujących z systemem grzewczym poprzez zasobnik
ciepła).
Główne wskaźniki przedsięwzięcia
•
•
•
Biogaz
Produkcja energii elektrycznej
Utylizowane odpady
ZuŜycie masy zielonej
Wariant 1
2 250
3 000
3 867
Wariant 2
3 750 MWh
3 000 Mg
6 832 Mg
8
-
ZuŜycie oleju
•
•
•
•
•
Olej napędowy
45
75Mg
Przyjęte ceny:
energia elektryczna
energia cieplna
biodiesel
masa zielona
118 zł/MWh
22 zł/GJ
3 000 zł/Mg
80 zł/Mg
11. Nakłady finansowe i efektywność inwestycji.
Koszt realizacji przedsięwzięcia określony został na bazie ofert dostawców poszczególnych
elementów oraz analogii z kosztami porównywalnych inwestycji szacuje się na poziomie
1,5÷2,5 mln PLN.
Dla elementów instalacji związanych z kogeneracją przyjęto wskaźnik 800 tys. EUR/MWe.
Przewidywane koszty budowy :
Wariant 1 Instalacja 300 kW – 1 770 tys. zł
Wariant 2 Instalacja 500 kW – 2 700 tys. zł.
W tabeli 5 zestawiono podstawowe parametry techniczne i ekonomiczne biogazownii.
Tabela 5. Zestawienie parametrów technicznych i ekonomicznych biogazownii
Wielkości podstawowe dla instalacji biogazowej
Ogólna sprawność produkcji skojarzonej
Sprawność produkcji elektrycznej
Łączna produkcja energii
Produkcja energii elektrycznej
Produkcja energii cieplnej
Zapotrzebowanie energii pierwotnej
Zapotrzebowanie na biogaz
Zapotrzebowanie na biogaz przy dopalaniu
biodieslem
Zapotrzebowanie na biodiesel
Ilość odchodów norek
Ilość biomasy zielonej
Ilość biogazu z odchodów norek
Ilość biogazu z odpadów organicznych
Ilość biomasy uzupełniającej dla załoŜonej
mocy
Ilość biomasy w stanie roboczym (ŚM)
Wydajność biogazu z odchodów norek (22 MJ/m3)
Wydajność biogazu z kiszonki kukurydzy (22
MJ/m3)
Wydajność technolog. max. (przerób biomasy)
Wydajność upraw
Wydajność upraw
Powierzchnia upraw dla produkcji biogazu
%
%
MWh/rok
MWh/rok
MWh/rok
MWh/rok
tys.m3
Wariant I
Moc - kW
300
83
36
5 250
2 250
3 000
6 325
1 035
Wariant II
Moc - kW
500
83
36
8 750
3 750
5 000
10 542
1 725
tys.m3
Mg
MgSMO/rok
MgSMO/rok
tys. m3
tys. m3
963
51
3 000
3 867
135
900
1 604
85
3 000
6 832
135
1 590
Mg/rok
Mg/rok
m3/MgŚM
1 286
3 867
45
2 272
6 832
45
m3/MgŚM
Mg/dobę
MgSMO/ha
MgŚM/ha
ha
233
22
8
27
145
233
31
8
27
256
9
Planowany przychód z energii elektrycznej
Planowany przychód z energii cieplnej
Inne przychody - "Świadectwa pochodzenia
energii elektrycznej"
Suchy osad pofermentacyjny
Opłaty za przyjęcie odpadów do utylizacji
Łączny przychód z produkcji
Amortyzacja
Koszt biomasy uzupełniającej (dla ceny 80 zł/Mg
kiszonki)
ZuŜycie energii elektrycznej
Koszt energii elektrycznej
Koszty obsługi
Koszty operacyjne produkcji gazu
Amortyzacja
Paliwo zapłonowe biodiesel
Materiały eksploatacyjne (oleje smarne)
Koszty serwisowania zespołu energetycznego
Razem koszty operacyjne produkcji energii
Koszty ogółem :
Razem przychody :
Potencjalne przychody ze sprzedaŜy energii
cieplnej
NadwyŜka operacyjna (bez amortyzacji) :
zł
zł
265 500
-
442 500
-
zł
zł
zł
zł
zł
450 000
715 500
80 000
750 000
1 192 500
80 000
zł
MWh
zł
zł
zł
zł
zł
zł
zł
zł
zł
zł
309 362
113
13 275
81 000
403 637
77 000
152 339
16 875
45 000
214 214
617 851
715 500
546 537
188
22 125
81 000
649 662
112 000
253 899
28 125
75 000
357 024
1 006 686
1 192 500
zł
zł
108 000
97 649
108 000
185 814
Zwrot nakładów inwestycyjnych budowy biogazownii o mocy 360 kW nastąpi w okresie od 8
do 10 lat. Zwrot nakładów inwestycyjnych budowy biogazownii o mocy 500kW nastąpi w
okresie 3 do 12 lat (bez uwzględniania wpływu amortyzacji na okres zwrotu).
12. Podsumwanie i wnioski
Przeprowadzona analiza przedsięwzięcia wykazała, Ŝe jest ono wykonalne. Co więcej ma
wiele cennych zalet i przynosi wymierne korzyści. Jednak porównanie słabych i mocnych
stron analizowanego projektu budowy biogazowni wykazuje przewagę negatywów i istnienie
znaczącego ryzyka inwestycyjnego.
Bilans istniejącej, odpadowej masy organicznej nie przedstawia się imponująco (około 15% w
bilansie energii wejściowej) – podobne warunki moŜe zapewnić praktycznie kaŜda większa
ferma hodowlana. Warunkiem funkcjonowania systemu jest specjalna produkcja biomasy na
jego potrzeby.
Wynik finansowy przedsięwzięcia oparty jest praktycznie w całości na przychodach ze
sprzedaŜy świadectw pochodzenia energii elektrycznej - elementu rynkowego uzaleŜnionego
od polityki państwa. Dotychczasowa ocena skuteczności i stabilności tej polityki sprawia, Ŝe
jest to zabezpieczenie mało wiarygodne.
Realizacja przedsięwzięcia uzaleŜniona jest od uzyskania znaczącego dofinansowania w
postaci dotacji – uzyskany wynik nie pozwala na realizację przedsięwzięcia z kredytu
komercyjnego.
Na dzień dzisiejszy ilość moŜliwego do sprzedaŜy ciepła odpadowego jest śladowa zaś
moŜliwa do uzyskania cena zdeterminowana aktualnym uŜytkowanym paliwem tj. węglem i
drewnem czyli niska.
Biogazownia rolnicza rozumiana jako zakład energetyczny zlokalizowany na terenie
wiejskim, pracujący na bazie specjalnie produkowanej biomasy, na dzień dzisiejszy w
10
polskich realiach stanowi przedsięwzięcie o wysokim stopniu ryzyka inwestycyjnego,
uzaleŜnione od dotacji zarówno na poziomie budowy jak i eksploatacji.
Decyduje o tym głównie :
• Lokalizacja, w oddaleniu od rynków zbytu ciepła uzaleŜnia przychody wyłącznie od
sprzedaŜy energii elektrycznej i świadectw pochodzenia energii elektrycznej. Jak na
razie brakuje realnych, systemowych elementów wsparcia do tworzenia rynku ciepła.
•
Koszty inwestycyjne są niewspółmiernie wysokie w stosunku do wartości handlowej
produktu finalnego.
•
Koszty produkcji biogazu są porównywalne lub wyŜsze od kosztów zakupu gazu
systemowego.
ObciąŜenie wysoką ilością odpadu poprodukcyjnego - moŜliwego do wykorzystania
rolniczego ale wymagającego odpowiedniej wielkości terenów i infrastruktury do
długookresowego przetrzymania nawozu w związku z ograniczonym czasem
stosowania.
Modelową lokalizację biogazowni powinny cechować :
Istniejące lub planowane do budowy zbiorniki fermentacyjne jako część instalacji
gospodarki odpadowej,
Istniejący system ciepłowniczy o zapotrzebowaniu minimalnym zbliŜonym do przeciętnej
produkcji ciepła przez system energetyczny biogazowni, lub inne odbiorniki
wytwarzanego ciepła.
PołoŜenie umoŜliwiające nie kolizyjną dostawę odpadów organicznych lub organicznej
biomasy uzupełniającej z zewnątrz.
Biorąc pod uwagę wszystkie ograniczenia związane z funkcjonowaniem biogazowni, ale
równieŜ ich zalety nasuwa się wniosek, Ŝe aktualnie biogazownia stanowi świetną technologię
do zastosowania do odzysku energii z odpadów organicznych w istniejących oczyszczalniach
ścieków i tam powinna być intensywnie rozwijana.
Jako oczyszczalnię ścieków naleŜy rozumieć zarówno typowy miejskie jak i rolnicze
instalacje do utylizacji odpadów o odpowiedniej skali.
•
11