Przetwarzanie odpadów i produktów roślinnych w biogazowniach

Przetwarzanie odpadów i produktów
roślinnych w biogazowniach aspekty ekonomiczne
Sympozjum “Metanizacja gospodarki na rzecz proinnowacyjnego rozwoju Dolnego Śląska” Dolnośląskie
Centrum Zaawansowanych Technologii, Politechnika Wrocławska 21 grudnia 2005
dr Maciej Sygit
SYGMA Sp. z o.o. Wrocław
Determinanty rozwoju energetyki odnawialnej
- wzrost poziomu wykorzystania energii odnawialnej w szczególności
związanych z biomasą
- wyczerpywanie się tradycyjnych nośników energii z jednoczesnym
wzrostem ich cen
- wdrażanie postanowień protokołu z Kioto, regulacje UE,
obowiązująca w Polsce „Strategią rozwoju energetyki odnawialnej”
zgodnie z krajową polityką energetyczną udział tzw. „zielonej energii”
w zużyciu energii elektrycznej ogółem ma wynieść:
•w roku bieżącym 3,1%,
•w roku 2006 3,6%,
•w roku 2010 7,5% ,
•w roku 2020 14%.
Biomasa –oznacza podatne na rozkład biologiczny frakcje produktów,
odpady i pozostałości przemysłu rolnego (łącznie z substancjami
roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych z nim gałęzi
gospodarki, jak również podatne na rozkład biologiczny frakcje
odpadów przemysłowych i miejskich.
Dyrektywa 2001/77/WE
Biomasa – to stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub
zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów,
odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także
przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych
odpadów, które ulegają biodegradacji.
Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 Dz. U.
nr267 poz. 2656
Źródło: www.biomasa.org
Wartość energetyczna dostępnej biomasy w Polsce:
800 PJ* - szacowana wartość dodtępnych zasobów ogółem
Wartość energetyczna słomy: 16 GJ/t
Cena rynkowa słomy: 80 zł/t
Oszacowana wartość tych nośników energii:ok. 4 – 5 mld zł
Szacunkowe wykorzystanie tej energii:10-20%
Sposoby wykorzystywania biomasy na cele energetyczne
1. Spalanie bezpośrednie biomasy bez obróbki chemicznej (słoma,
zrębki z drewna, pellety, brykiety).
2. Poddanie biomasy obróbce chemicznej, a następnie spalanie
produktów tej obróbki.
*Źródło: Ocena rynku biomasy. Projekt Fobiom – Etap I. Program SAVE. Listopad 2004
Koszty surowca (Cent / kWh) dla typowych roślin –
uprawa energetyczna
Rzepak ozimy
Zboże
Buraki
cukrowe
Kukurydza
energetyczna
Plon (q / ha)
35
70
600
1.000
Cena jednostkowa (Euro / q)
22
10
3,5
1
Cena łączna (Euro / ha)
770
700
2.100
1.000
1.095
1.025
2.100
1.325
2,9 kg / l oleju
2,8 kg / l
etanolu
10 kg / l
etanolu
5,3 kg / m3
biogazu
1.200 l oleju
2.500 l etanolu
6000 l etanolu
19.000 m3
biogazu
10.500
15.000
36.000
105.000
7,4 eurocentów
/ kWh
4,7 eurocentów
/ kWh
5,8 eurocentów
/ kWh
0,95
eurocentów /
kWh
Produkcja rolna
Zysk dla uprawiającego
(+dopłaty bezpośrednie za
powierzchnię uprawy)
Produkcja energii
Zapotrzebowanie na
surowiec
Produkcja / ha
Kwh / ha
Koszty surowca
Źródło:Ernst Keten, Biomasie als Energielieferant – ein Zukunftsmarkt, 2003
•Podstawowe dane dotycząc biogazu
• skład biogazu:
- CH4
- CO2
- H2S
- inne
55% - 70%
30% - 45%
0,1%- 5%
• 1 m3 biogazu – odpowiednik ok. 0,6 l diesla
• wartość energetyczna 1 m3 ok. 6,5 kWh tj. 24 MJ
• Metan :ma 21 razy bardziej negatywny wpływ na efekt cieplarniany
niż CO2
Model rolniczej biogazowi
Źródło: BIOGAS – Energy from Biomass, Agricultural biogas production from Manure and Energy
Crops, NEWSLETTER 2/2003
Uzyski biogazu dla różnych odmian surowców w
porównaniu z odchodami zwierzęcymi
Substrat
Uzysk biogazu(m3/t substratu)
Zmiksowane kolby kukurydzy
400-600
Słoma pocięta
280-300
Kiszonka z kukurydzy
180-290
Trawa z łąki
80-120
Obornik
20-40
Źródło: Hans. J. Hillebrand „Report on research and teaching activities At Kyoto Universitety”
Funkcjonowanie biogazowi w Austrii
Obecna liczba rolniczych biogazowi: 150
Znaczny spadek jednostkowych nakładów inwestycyjnych przy wzroście liczby
biogazowi od 1990 roku
Podstawowy surowiec wykorzystywany w biogazowniach:
- odchody zwierząt (w biogazowniach zlokalizowanych przy fermach zwierząt),
- odpady roślinne oraz komunalne.
Prąd elektryczny wytwarzany w biogazowniach:
CHP (combined heat & power) wytwarzany przez generatory CHP o średniej
mocy 77 kW
Odbiorcy energii cieplnej : ok. 20% biogazowi sprzedaje ciepło odbiorcom
zewnętrznym
Zużycie własne energii elektrycznej i ciepła przez biogazownie:
•11% wytworzonej energii elektrycznej
•27% ciepła
Funkcjonowanie biogazowi w Austrii c.d.
Zapotrzebowanie na siłę roboczą:
1,1 godz./dzień (w biogazowniach wykorzystujących odchody zwierzęce)
5 godz./dzień (w biogazowniach wykorzystujących odpady roślinne)
Zwrot nakładów inwestycyjnych: 7 – 8 lat
(przy gwarantowanej cenie sprzedaży energii elektrycznej 0,165 €/1kWh oraz
0,145€/1kWh)
Funkcjonowanie biogazowi w Danii
Produkcja biogazu: ok. 69 mln m3/rok
Planowany wzrost do 2020 r. - 800 mln m3
Duńskie plany do 2020 r. przewidują włączenie dużych biogazowni do
działającej sieci przesyłowej gazu ziemnego.
Funkcjonowanie biogazowi w Niemczech
Liczba bogazowni: ok. 2000
Planowane inwestycje: ok. 20 mld € w rozwój produkcji 8,7 mld m3
biogazu rocznie
Efekty inwestycji:
•zabezpieczenie 11% zużywanego metanu w gospodarce niemieckiej.
•powstanie ok. 130.000 nowych miejsc pracy
Nakłady inwestycyjne
Szacunkowa zależność pomiędzy nakładami inwestycyjnymi na
budowę biogazowni a mocą zainstalowanego generatora energii
elektrycznej CHP na podstawie danych duńskich
I = 3500 €/kWh x kWel + 120.000 €
gdzie kWel oznacza zainstalowaną moc generatora prądu
Analiza ekonomiczna
Charakterystyka
Moc generatora prądu (kW)
Nakłady inwestycyjne (1000€)
Dotacje inwestycyjna (%)
Oprocentowania pożyczki (%)
Cena sprzedawanej energii (cent/kWh)
Przychody ze sprzedaży energii (1000 €)
Roczne koszty operacyjne (1000 €)
Okres zwrotu nakładów inwestycyjnych
Zakład A
Zakład B
Zakład C
18
137.5
40
4
16,5
10
1,8
11
100
450
30
4
16,5
84.5
34,1
7,5
330
1,160
0
4
14,5
406,5
222,4
9
Źródło: The Development of Biogas Technology in Denmark: Achievements & Obstacles”
http://diggy.ruc.dk/bitstream/1800/363/1/The_Development_of.pdf
Ekonomiczny model typowej biogazowni na biomasę
Nr
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Parametr
Objętość reaktora (m3)
Podstawowy substrat
Dodatkowy substrat
Nakłady inwestycyjne
Dotacje
Wytworzona energia elektryczna (kWh/rok)
Cena za energię elektryczną
Koszty eksploatacji
- osobowe
- ruchu
- uprawy, zakupu surowców
9. Przychody ze sprzedaży ogółem
10. Przychody ze sprzedaży energii el.
11. Przychody ze sprzedaży energii cieplnej
12. Wynik brutto na działalności
Dania
700
kukurydza
obornik
250,000 €
50,000
750,000
0.1023 €
58,200 €
9,000
750
48,450
81,225
78,225
3,000
23,025
Polska
800,000 zł
?
750,000
0,32
74,000 zl
12,000
2,000
60,000
255,000
240,000
15,000
181,000
Dane dotyczące biogazowni dla polskich warunków mają charakter przybliżony.
Źródło: Rudolf Braun, Arthur Wellinger „Potential of Co-digestion” IEA Bioenergy, Task 37 – Energy
from Biogas and Landfill gas
Makroekonomiczne efekty rozwoju biogazowni
- produkcja biogazu zmienia warunki higieniczne i sanitarne, w
szczególności na terenach wiejskich,
- biogaz eliminując konwencjonalne nośniki energii - wpływa ochronnie
na środowisko naturalne,
- biogaz staje się produktem uczestniczącym w grze rynkowej z
potentatami energetycznymi,
- wzrost bezpieczeństwa energetycznego gospodarki poprzez
koncentrację oraz niezależność,
- zmniejszenie niekontrolowanej emisji biometanu do atmosfery
Powstanie nowego „przemysłu metanowego”
spowoduje:
- rozwój nauk rolniczych,
- rozwój biotechnologii
- rozwój technologii oczyszczania, przechowywania, transportowania i
przetwarzania biogazu,
- rozwój specjalistycznych firm budowlanych,
- rozwój technik wytwarzania CHP
•
Podsumowanie
•
1 ha gruntów rolnych 12.000 m3 biogazu
•
30 ha gospodarstwo  360.000 m3 biogazu  250.000m3 metanu
 80.000 m3 metanu
Wytwórnia biogazu
Nakłady inwetycyjne
600.000 zł
•
- amortyzacja 10%
60.000 zł
•
- koszt upraw 30 ha x 1300 zł/ha =
39.000 zł
•
- inne koszty (ciepło, e. el. )
26.000 zł
•
Razem koszty
•
Koszt 1m3 metanu
•
Biogazownia z układem CHP (wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła)
•
Nakłady inwestycyjne
125.000 zł
0,50 zł
750.000 zł
•
- amortyzacja 10%
75.000 zł
•
- koszt upraw 30 ha x 1300 zł/ha =
39.000 zł
•
- inne koszty (ciepło, e. el. )
16.000 zł
•
Razem koszty
130.000 zł
•
Sprzedaż e. el.
224.000 zł
•
Zysk brutto
94.000 zł
DZIĘKUJĘ PAŃSTWU ZA UWAGĘ
http://www.sygma.pl
50-079 Wrocław
ul. Ruska 61
tel. 0.71 780 51 61, 780 52 61
fax 0.71 780 52 11