INWESTYCJE W BIOGAZ I SYSTEMY KOGENERACYJNE

Transkrypt

1 INWESTYCJE W BIOGAZ I SYSTEMY KOGENERACYJNE mgr inż. Witold Płatek II Forum Ochrony Środowiska Warszawa, r.

2 Plan prezentacji 1. Kim jesteśmy? 2. Biogaz Źródła Potencjał Realia Zalety Model energetyczny 3. Biogazownia efektywne źródło biogazu na przykładzie zrealizowanej Inwestycji 4. Technologie kogeneracyjne aspekt techniczny i ekonomiczny 5. Przykładowe realizacje instalacji kogeneracyjnych

3 Kim jesteśmy? Centrum Elektroniki Stosowanej CES Sp. z o.o. powstało w 1992 roku w Krakowie. Założycielami firmy są inżynierowie, którzy uczestniczyli w opracowywaniu, pod koniec lat 80-tych, pierwszych polskich tranzystorowych przetwornic częstotliwości. Bazując na swej szerokiej wiedzy powołali do życia spółkę, zajmującą się urządzeniami energoelektronicznymi. Biogazownie Polskie Sp. z o.o.i Wspólnicy S.k powstały w 2007 roku. Jesteśmy firmą inżynierską. Projektujemy, budujemy i uruchamiamy biogazownie pod klucz. Dobieramy technologię do substratu i lokalnych uwarunkowań. BIOGAZ Nasze doświadczenie Od 2000 roku zajmujemy się energetycznym wykorzystaniem biogazu pierwsze instalacje kogeneracyjne Komisją Senacką RP - październik 2006 Prezentacja strategii rozwoju sektora biogazu w Polsce Polska Akademia Nauk PAN - październik 2007 Prezentacja na konferencji Polityka Energetyczna Kraju Bruksela - listopad 2007 Wystąpienie przed Komisarzem ds. energii, Polski potencjał biogazu rolniczego

4 Kim jesteśmy? - oferta 1. Systemy kogeneracyjne, trigeneracyjne, poligeneracyjne: - wytwornice pary - chillery absorpcyjne 2. Wyposażenie instalacji biogazowych - zbiorniki biogazu - dmuchawy - analizatory - osuszacze biogazu - pochodnie biogazu - odsiarczalnie biogazu 3. Biogazownie rolnicze 4. AKPiA oraz wizualizacja procesów

5 Kim jesteśmy? - instalacje 95 urządzeń kogeneracyjnych w Polsce, o łącznej mocy ok. 54,35MW el Paliwo: Gaz ziemny Biogaz oczyszczalniany Biogaz oczyszczalniany i / lub gaz ziemny Biogaz Biogaz składowiskowy Trigeneracja/Poligeneracja w realizacji

6 Kim jesteśmy?- centra serwisowe

7 Kim jesteśmy? referencje oczyszczalnie ścieków Lp. 1 2 INWESTOR Oczyszczalnia Ścieków Kujawy Kraków Oczyszczalnia Ścieków Załęże Rzeszów Zainstalowana MOC Elektryczna [kw] Zainstalowana MOC Cieplna [kw] Paliwo Rok 3x173 3x289 biogaz x345 1x345 2x530 1x530 biogaz / gaz ziemny 2003 / Oczyszczalnia Ścieków w Nowym Sączu biogaz Oczyszczalnia Ścieków w Przemyślu 2x173 2x289 5 Oczyszczalnia Ścieków w Tychach 6 Oczyszczalnia Ścieków w Mielcu 2x x biogaz / gaz ziemny 2005 biogaz 2006 /2008 /2012 biogaz / gaz ziemny 2008 / Oczyszczalnia Ścieków Gorzów Wlkp. 2x370 2x426 biogaz 2008 / Oczyszczalnia Ścieków w Krośnie 2x192 2x214 9 Oczyszczalnia Ścieków w Kaliszu 10 Oczyszczalnia Ścieków w Opolu biogaz / gaz ziemny 2009 biogaz 2009 /2014 biogaz / gaz ziemny 2009

8 Kim jesteśmy? referencje oczyszczalnie ścieków Lp. INWESTOR Zainstalowana MOC Elektryczna [kw] Zainstalowana MOC Cieplna [kw] Paliwo Rok 11 Oczyszczalnia Ścieków w Szczecinie 3x350 3x475 biogaz Oczyszczalnia Ścieków w Rąbczynie - Ostrów Wlkp. Oczyszczalnia Ścieków Kujawy - Kraków 2x192 2x214 biogaz x192 2x214 biogaz 2011 / Oczyszczalnia Ścieków Gdańsk-Wschód 4x716 4x740 biogaz Oczyszczalnia Ścieków Dębica biogaz Oczyszczalnia Ścieków Gdynia - Dębogórze biogaz Oczyszczalnia Ścieków Opole 3x323 3x485 gaz ziemny Oczyszczalnia Ścieków Sosnowiec 2x370 2x426 biogaz Oczyszczalnia Ścieków Swarzewo 2x400 2x395 biogaz 2016

9 BIOGAZ Źródła biogazu Potencjał Realia Zalety Model energetyczny

10 Biogaz -źródła biogazu - biogaz ( biopaliwo gazowe, mieszanina CH 4 (40-80%) oraz CO 2 (20-55%), pozostałe H 2 S,H 2,CO,N 2,O 2. - biometan (biogaz uszlachetniony do parametrów zbliżonych do gazu ziemnego) Źródła biogazu Zwierzęce Komunalne - odchody zwierząt - odpady organiczne - osad ściekowy Roślinne Przemysł spożywczy - uprawy energetyczne - mleczarski - odpady roślinne - owocowo - warzywny - mięsny

11 Biogaz - potencjał powierzchnia kraju 31,2 mln ha Użytki rolne w gospodarstwach rolnych 50,9% użytki rolne odłogi i ugory na gruntach ornych mln ha 1 mln ha Pozostałe grunty 19,8% Lasy i grunty leśne 29,3% Źródło: Opracowanie własne na podst. Rocznik Statystyczny Plon kiszonki kukurydzy z 1 ha ~ 50 t zaw. suchej masy 0,3 zaw. suchej masy organicznej 0,95 Z 1 tony suchej masy organicznej kukurydzy można uzyskać ok. 700 m 3 biogazu o zaw. metanu (CH 4 ) - 53 % Produkcja metanu z 1 ha = 50 t x 0,3 x 0,95 x 700 x 0,53 ~ 5300 m 3 CH 4 biometanu (biogazu m 3 )

12 Biogaz potencjał 1.Biogaz z celowych upraw energetycznych W Polsce jest ponad 1500 gmin rolniczych (1566). Średni obszar gminy ha Jeśli każda gmina przeznaczy na produkcję biogazu 17% swojego areału to otrzymamy: Biometan w ilości - 15 mld m 3 CH4 ~ 540 PJ - en. el. z biometanu ~ 216 PJ (60 TWh) - en. cieplna z biometanu ~ 243 PJ - uniknięta emisja CO 2 ~ 47 mln t 2.Biogaz z pozostałych źródeł ( oczyszczalnie ścieków, składowiska odpadów, odpady z pielęgnacji terenów zielonych, odchody zwierzęce, organiczne odpady przemysłowe, rolnicze odpady poprodukcyjne), Biometan w ilości 2,5 mld m 3 CH4 ~ 90 PJ - en. el. z biometanu ~ 36 PJ (10 TWh) - en. cieplna z biometanu ~ 41 PJ - uniknięta emisja CO 2 ~ 7,8 mln t Łącznie 17,5 mld m 3 CH 4 rocznie

13 Biogaz - realia Potencjał produkcji biogazu w Niemczech Źródło: Fachverband Biogas e.v.

14 Źródło: Fachverband Biogas e.v. Biogaz - realia Biogazownie w Niemczech

15 Porównanie produkcji biogazu rolniczego w Polsce i w Niemczech POLSKA Liczba biogazowni NIEMCY Zainstalowana moc elektryczna 66 MW MW Roczna produkcja prądu 0,53 TWh 27,55 TWh Roczna produkcja metanu 140 mln m mln m 3 Powierzchnia użytków rolnych 17 mln ha 12 mln ha Powierzchnia upraw energetycznych 2,89 mln ha 2 mln ha Liczba ludności 38,5 mln 80,2 mln Polska - potencjał energetyczny biometanu z kukurydzy: ok. 540 PJ, czyli ok. 15 mld m 3 CH 4 rocznie Przyjmując, że uprawiane są rośliny o różnej wartości energetycznej, na różnych glebach, oraz uwzględniając niemieckie doświadczenie potencjał biometanu wynosi: ok. 341 PJ, czyli ok. 9,5 mld m 3 CH 4 rocznie, reszta biogazu 90PJ x 0,8 = 72 PJ Łącznie biogaz rolniczy i pozostałe źródła 11,5 mld m 3 CH4 rocznie

16 Biogaz - potencjał Potencjał biometanu w kraju: Biometan w ilości 11,5 mld m3 CH4 ~ 414 PJ - en. el. z biometanu ~ 166 PJ (46 TWh) - en. cieplna z biometanu ~ 186 PJ - uniknięta emisja CO 2 ~ 36 mln t Zużycie gazu w kraju: Roczne zużycie gazu ziemnego w Polsce ok. 15 mld m 3 Wydobycie krajowe: ok. 4,5 mld m 3 Import: ok. 10,5 mld m 3 Gazoport ok. 5 mld m 3 Zużycie energii elektrycznej w kraju: 160 TWh

17 Źródło: opracowanie własne CES Kraków Biogaz - model energetyczny

18 Biogaz - zalety Odnawialne Źródło Energii Technologia całkowicie bezodpadowa Zerowy bilans emisji CO 2 Brak emisji pyłów Zmniejszenie emisji NO x i SO x Ograniczenie zapotrzebowania na paliwa kopalne Realne zwiększenie niezależności energetycznej Wzrost opłacalności produkcji rolnej Produkcja pełnowartościowego nawozu organicznego Możliwość produkcji zdrowej żywności Rozproszona generacja energii Zmniejszenie strat na przesyle energii Produkcja energii na stałym poziomie Mała odległość transportu surowców energetycznych Zmniejszenie bezrobocia na obszarach wiejskich Ograniczenie emigracji Utrzymanie kultury rolnej upraw Ograniczenie wyprzedaży ziemi Łączy interesy: rolnictwa, ochrony środowiska i energetyki (gaz, paliwa, energia elektryczna),

19

20 Schemat budowy biogazowni PODAJNIK ZBIORNIK SUBSTANCJI PRZEFERMENTOWANEJ (10000m 3 ) CHP 370 el

21 Biogazownia 1,2MW el pod klucz Komora fermentacyjna: Średnica 18,77m Wysokość18,27m Pojemność 5 053m 3 Komora wtórna fermentacyjna: Średnica 28m Wysokość 6m Pojemność 3 693m 3 Zbiornik magazynowy: Średnica 28m Wysokość 8m Pojemność 4 924m 3

22 Biogazownia 1,2MW el pod klucz Podajnik substratu stałego Separator nawozu pofermentacyjnego Osprzęt (mieszadła, zawory, pompy) Suszarnia

23 Biogazownia 1,2MW el pod klucz Moduł kogeneracyjny Moc elektryczna: 1 200kW Moc cieplna: 1 225kW Zabudowa CHP w obudowie dźwiękochłonnej Osuszacz biogazu Pochodnia

24 Biogazownia 1,2MW el Aby biogazownia działała prawidłowo potrzebne są: - rzetelnie opracowany projekt - staranne wykonanie - odpowiedzialny operator

25 BIOGAZOWNIA 1,2 MW el - Przychody Koszty wybudowania biogazowni 4,5 mln EUR ~ 19 mln PLN Koszt zakupu biomasy: cena kiszonki z kukurydzy: 140 zł / t Koszt biomasy: zł /r Roczne koszty obsługi biogazowni: 1. Obsługa biogazowni (2 osoby po ½ etatu): zł 2. Przeglądy urządzeń, remonty: zł 3. Koszty dodatkowe: zł 4. Koszty rozlania nawozu (opcja): zł Koszty łącznie: zł

26 BIOGAZOWNIA 1,2 MW el - Przychody Zapotrzebowanie biogazowni na energię wyniesie ok. 7,5 % wyprodukowanej energii elektrycznej oraz ok. 15 % energii cieplnej. Energia elektryczna: (1110 kw x 0,160 zł x 8000 h) Zielone Certyfikaty : (1200 kw x 0,140 zł x 8000 h) Ciepło: (1020 kw x 0,1 zł x 8000 h) Żółte Certyfikaty: (1200kW x 0,12 zł x 8000 h) Przychód roczny z produkcji : ~ zł / rok ~ zł / rok ~ zł / rok ~ zł / rok ~ zł / rok

27 TECHNOLOGIE KOGENERACYJNE - aspekt techniczny

28 Bilans energetyczny modułu kogeneracyjnego energia wypromieniowywana z płaszcza silnika i z prądnicy 2% 6,6% 23,3% straty w spalinach ciepło odzyskane ze spalin 1,6% energia elektryczna 42,2% biogaz 100% ciepło z chłodzenia silnika 21,7% 2,6% ciepło z chłodzenia mieszanki paliwowo - powietrznej

29 Jakość paliwa dla modułów kogeneracyjnych Przykładowe wartości graniczne dla wykorzystania biogazu Siarkowodór H 2 S < 750ppm Siloksany < 10 mg Wilgotność względna < 80% Amoniak NH 3 < 75mg Urządzenia umożliwiające poprawę parametrów biogazu - odsiarczalnie - filtry węglowe - osuszacze

30 Skutki złej jakości paliwa gazowego Płomieniówki wymiennika spalin Głowica silnika (osad z krzemianów) Tłok silnika (osad z siarki) Głowica silnika (osad z siarki) Tłok silnika (osad z krzemianów)

31 Poligeneracja

32 Poligeneracja - praktyka MWS TYMBARK Poligeneracja Biogaz/gaz ziemny Moc elektryczna: 999 kw Moc cieplna: 570 kw Moc chłodnicza: 400 kw Produkcja pary: 600 kg/h (12 bar) Sterowanie i wizualizacja SCADA Trójmembranowy zbiornik biogazu o objętości 1500 m 3, kształt półkula. Odsiarczalnia biogazu, przepływ max.150 Nm 3 /h

33 Poligeneracja - praktyka MWS TYMBARK Sterowanie i wizualizacja SCADA

34 Co wpływa na żywotność modułu kogeneracyjnego? Jakość paliwa gazowego Autoryzowany, doświadczony serwis Stosowanie oryginalnych części dedykowanych do danego typu urządzenia Stosowanie oleju smarnego zalecanego przez producenta Przestrzeganie harmonogramu przeglądów Minimalizacja operacji START/STOP Możliwość zdalnego podglądu pracy urządzenia oraz natychmiastowa reakcja w przypadku stanów awaryjnych

35 TECHNOLOGIE KOGENERACYJNE - aspekt ekonomiczny na przykładzie oczyszczalni ścieków

36 Wysokosprawna kogeneracja Produkcja energii elektrycznej i cieplnej Przyjęte założenia: 1. Moc znamionowa systemu CHP 600 kwel. 565 kwth. 2. Produkcja biogazu na poziomie 220 m 3 /h 3. Wartość opałowa biogazu 6,38 kwh/m 3 4. Cena zakupu energii elektrycznej 0,30 zł/kwh netto 5. Cena systemu kogeneracyjnego ok zł netto 6. Koszty dodatkowe związane z włączeniem kogeneratorów w aktualny system elektroenergetyczny i cieplny w zależności od zakresu prac, przyjęto zł netto. 5. Roczne koszty eksploatacyjne zł

37 Przykładowe zyski z zastosowania Układu kogeneracyjnego na BIOGAZ Koszty ponoszone: Sposób tradycyjny: energia elektryczna z ZE energia cieplna wytwarzana z biogazu Roczne koszty energii elektrycznej: 600 kw x 8000 h x 0,30 zł/kwh = = zł Roczne koszty energii cieplnej: Sprawność kotła gazowego: 90% (565 kw / 0,9 ) / 6,38 kwh/m 3 = 98,4 m 3 /h 98,4 m 3 /h x 8000h x 0 zł/m 3 = 0 zł Łączne koszty zakupu energii elektrycznej i produkcji ciepła: = zł Z wykorzystaniem kogeneracji: (jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej z gazu ziemnego) Dobrano kogenerator, który do produkcji 600kWel / 565kWciepl / 1405 kw w ciągu godziny zużywa 220,2 m 3 /h biogazu. Koszt zapotrzebowania na biogaz: 220,2 m 3 /h x 8000 h x 0 zł/m 3 = = 0 zł Koszty rocznej obsługi serwisowej agregatu wynoszą: koszt obsługi agregatu zł Łączne koszty eksploatacji agregatu: = zł Sprzedaż zielonych certyfikatów: 600kW x 8000 h x 0,14 zł/kwh = zł Sprzedaż żółtych certyfikatów: 600kW x 8000 h x 0,10 zł/kwh = zł Roczne oszczędności: zł zł zł = zł Koszt instalacji wynosi ok zł, zatem zwróci się on w niecały 1 rok eksploatacji.

38 NPV Kogeneracja na biogaz zł zł zł zł zł ,00 zł ,94 zł zł zł zł 0 zł zł rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)

39 NPV Kogeneracja na biogaz DOTACJA 30% zł zł zł zł zł ,00 zł ,73 zł zł zł zł 0 zł zł rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)

40 PRZYKŁADOWE REALIZACJE INSTALACJE KOGENERACYJNE

41 Przykładowe realizacje OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW KUJAWY KRAKÓW Rok 2001 Biogaz: Moc elektryczna: 3 x 173 kw Moc cieplna: 3 x 289 kw Rok 2011 Biogaz Moc elektryczna: 1 x 192 kw Moc cieplna: 1 x 214 kw

42 Przykładowe realizacje OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW GDAŃSK Biogaz Moc elektryczna: 4 x 716 kw Moc cieplna: 4 x 740 kw

43 Przykładowe realizacje OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW GORZÓW WIELKOPOLSKI Rok 2008 Biogaz Moc elektryczna: 1 x 370 kw Moc cieplna: 1 x 426 kw Rok 2015 Biogaz Moc elektryczna: 1 x 370 kw Moc cieplna: 1 x 426 kw

44 Przykładowe realizacje MWS OLSZTYNEK TRIGENERACJA Medium: biogaz/gaz ziemny Moc elektryczna: 800 kw Moc cieplna: 405 kw Produkcja pary: 520 kg/h (12 bar) Dwupaliwowy moduł kogeneracyjny Sterowanie i wizualizacja SCADA Wytwornica pary

45 ZAPRASZAMY DO WSPÓŁPRACY Biogazownie Polskie Sp. z o.o. i Wspólnicy S.k. ul. Biskupińska Kraków tel.: fax: Centrum Elektroniki Stosowanej CES Sp. z o.o. ul. Biskupińska Kraków tel.: fax: