Uwarunkowania produkcji biogazu rolniczego w Polsce. Edward Majewski Adam Wąs Piotr Sulewski

Transkrypt

1 Uwarunkowania produkcji biogazu rolniczego w Polsce Edward Majewski Adam Wąs Piotr Sulewski

2 Uwarunkowanie rozwoju OZE Wyczerpywalność zasobów zagadnienie poruszane przez ekonomistów od dawna np. W. Jevons XIX w. zasoby węgla w Anglii, Malthus XVIII w. zasoby ziemi; Kryzys energetyczny lat 70-tych; Idea trwałego (zrównoważonego) rozwoju raport Gro Brundtland Światowa Komisja ds. Środowiska i Rozwoju (1987 Nasza wspólna przyszłość ); Zmiany klimatyczne efekt cieplarniany;

3 Krótka historia OZE Technologie wykorzystania odnawialnych źródeł energii mają dłuższą historię niż źródeł konwencjonalnych i sięgają czasów starożytnych. Starożytny Rzym

4 Krótka historia OZE Sir Humphrey Davy stwierdza obecność metanu w gazach powstających podczas beztlenowej fermentacji obornika 1884 studenci Ludwika Pasteura zaprezentowali technologię wykorzystania biogazu do ogrzewania i oświetlania ulic 1895 biogaz zastosowany do oświetlania ulic w Exeter Biogaz wykorzystywany jako alternatywne paliwo wobec braków benzyny 1957 samochód Bates a napędzany biogazem z obornika świńskiego przez 17 lat Program rozwoju mini biogazowni w Nepalu rok 2005: 150 tys. mini biogazowni przydomowych Bates car

5 Energia ze źródeł odnawialnych Energia rzek Wiatru Promieniowania słonecznego Energia geotermalna Biomasa bezpośrednie spalanie materii organicznej -biopaliwa płynne -biogaz Teoretycznie dostępna energia słoneczna szacunkowo przekracza aktualne zapotrzebowanie na OZE ~6000 razy

6 Definicja OZE w Polsce Ustawa z dn. 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii: odnawialne źródło energii odnawialne, niekopalne źródła energii obejmujące energię wiatru, energię promieniowania słonecznego, energię aerotermalną, energię geotermalną, energię hydrotermalną, hydroenergię, energię fal, prądów i pływów morskich, energię otrzymywaną z biomasy, biogazu, biogazu rolniczego oraz z biopłynów.

7 OZE cele polityki klimatycznoenergetycznej PAKIET KLIMATYCZNO ENERGETYCZNY 3 X 20% ROK Zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych o 20% w stosunku do roku 1990 Zwiększenie o 20% efektywności wykorzystania energii w stosunku do prognoz na 2020 r. Zwiększenie do 15% udziału źródeł odnawialnych w całkowitym zużyciu energii w tym w transporcie do 10%

8 Uwarunkowanie rozwoju OZE Co wspólnego z tymi celami ma rolnictwo? UDZIAŁ ROLNICTWA W EMISJI GAZÓW CIEPLARNIANYCH sektory pozarolnicze powierzchnia gleby 90,22% 9,79% 0,06% 1,63% 3,14% uprawa ryżu 4,94% 0,02% gospodarka odchodami zwierząt fermentacja jelitowa wypalanie pól i nieużyków

9 Miks energetyczny w skali świata Udział źródeł w zużywanej energii (OZE bez drewna i wody) Atom; 4,4% Hydroenergia; 6,8% OZE; 2,5% Ropa; 32,6% Udział źródeł w zużywanej energii (OZE + hydroenergia) Atom; 4,4% OZE 9,3% Ropa; 32,6% Węgiel; 30,0% Węgiel; 30,0% Gaz; 23,7% Udział źródeł w zużywanej energii (OZE + hydroenergia + drewno) Energia atomowa; 2,6% OZE 19,1% Paliwa kopalne; 78,3% Gaz; 23,7% Udział OZE jest różnie szacowany w zależności od przyjętego sposobu klasyfikacji źródeł energii Źródło: BP Statistics 2015, REN21, 2014

10 Struktura zużycia energii w Polsce wg źródeł Udział źródeł w zużywanej energii pierwotnej (szerokie ujęcie) Udział poszczególnych źródeł w produkcji energii odnawialnej gaz; 14,1% OZE; 9,6% 2,5% 6,1% 3992 PJ 93 Mtoe węgiel; 52,4% 80,3% 19,7% 8,2% ropa; 23,8% biopaliwa stałe energia wody 2,1% 0,4% 0,2% 0,2% energia wiatru biopaliwa ciekłe Źródło: GUS 2015 biogaz energia geotermalna odnawialne odpady komunalne energia słoneczna

11 00% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 7,01 6,69 10,53 16,6 45,9 Energia z OZE w Polsce Struktura pozyskania energii odnawialnej w wybranych krajach 3,08 0,2 8,2 6,1 2,5 80,3 2,1 0,4 20,4 9,4 13,2 5,9 32,4 0 3,7 0,7 11,1 81,7 0,6 energia słoneczna energia geotermalna odnawialne odpady komunalne biogaz biopaliwa ciekłe energia wiatru energia wody Udział energii z OZE w końcowym zużyciu energii brutto UE Polska biopaliwa stałe Źródło: GUS: Energia ze źródeł odnawialnych różne lata

12 Biogaz rolniczy Paliwo gazowe otrzymywane w procesie fermentacji metanowej surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej. SKŁAD % Metan CH Dwutlenek węglaco 2 Azot N 2 0-0,3 Wodór H Siarkowodór 0-3 H 2 S Tlen O 2 0,1-0,5

13 Biogaz rolniczy

14 Biogazowa mapa Polski Biogazownie nierolnicze ~ 190, łączna zainstalowana moc elektryczna 212,5 MW (~3% mocy OZE) Biogazownie rolnicze - 78, łączna zainstalowana moc elektryczna 93,4 MW, wydajność 358 mln m3 Plany MG z 2010 r. >2000 biogazowni rolniczych ( biogazownia prawie w każdej gminie )

15 Dynamika rozwoju biogazowni rolniczych stycznia 2011 Liczba biogazownie rolniczych wpisanych do rejestru ARR 16 1 stycznia stycznia stycznia stycznia stycznia 2016 Ilość wytworzonego biogazu rolniczego [w mln m3] Wykorzystanie zainstalowanych mocy na poziomie 59% Ilość energii elektrycznej wytworzonej z biogazu rolniczego [w GWh] r r r r r r r r r r.

16 Zalety biogazu rolniczego uniezależnienie od pogody zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego tanie źródło utylizacji odpadów zmniejszenie uciążliwości odorowej dodatkowe źródło dochodów, miejsca pracy wypełnianie wymogów pakietu klimatyczno-energetycznego ograniczenie emisji.. ale o rozwoju (lub jego braku) decyduje coś innego. Na 1 kg ekwiwalentu CO 2 redukowanego w wyniku zastąpienia paliw kopalnych biogazem otrzymuje się dodatkowo około 1 kg ekwiwalentu CO 2 (głównie metan) redukowanego przez zastąpienie tradycyjnego sposobu gospodarowania odchodami zwierzęcymi ich fermentacją w biogazowni 1 kg (z redukcji paliw kopalnych) około1 kg (z redukcji metanu) ekwiwalent około2 kg CO 2

17 Wady biogazu rolniczego i nie są to raczej podstawowe wady biogazu takie jak: niski stopień akcepcji społecznej konieczność stosowania kosubstratów (często) konkurencja o ziemię uprawną duże wymagania w odniesieniu do zachowania reżimu technologicznego

18 Wsparcie OZE do 2015 System świadectw pochodzenia energii "zielony" - podstawowy "żółty" - kogeneracja mała (<1 MW) "czerwony" - kogeneracja duża (> 1MW) "filetowy" - spalanie metanu "brązowy" - biogaz rolniczy Prawa majątkowe wynikające ze świadectwa pochodzenia są zbywalne i stanowią towar giełdowy 300 Notowania cen zielonych certyfikatów [zł/1 MWh] Opłata zastępcza: ~ 300 zł / MWh data

19 Mikroinstalacje (do 40 kw) System bazujący na obowiązku zakupu nadwyżek energii - tzw. "net-metering" System taryf gwarantowanych System wsparcia OZE od 2015/2016 r.? MOC INSTALACJI < 3 kw MECHANIZM WSPARCIA cena 0,75 zł/ kwh (hydroenergia, energia wiatru i słońca) Małe instalacje Pozostałe instalacje (duże) 3-10 kw < 40 kw kw >200 kw 1) biogaz rolniczy 0, 70 zł za 1 kwh; 2) biogaz pozyskany z surowców pochodzących ze składowisk odpadów 0,55 zł za 1 kwh; 3) biogaz pozyskany z surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków 0,45 zł za 1 kwh; 4) hydroenergia 0,65 zł za 1 kwh; 5) energia wiatru na lądzie 0,65 zł za 1 kwh; 6) energia promieniowania słonecznego 0,65 zł za 1 kwh. Obowiązek odkupu nadwyżek energii po cenie wynoszącej 100% ceny na rynku konkurencyjnym (osoby fizyczne i przedsiębiorstwa) System aukcji (dla przedsiębiorstw)

20 Wsparcie OZE w wybranych krajach Mechanizm wsparcia BE DK FR DE IT NL PL Subsydia inwestycyjne X* X X X Gwarantowane dopłaty dodawane do przychodów z produkcji i sprzedaży energii elektrycznej na rynku X Gwarantowane dopłaty dodane do przychodów ze sprzedaży energii cieplnej na rynku X Gwarantowane dopłaty dodane do przychodów ze sprzedaży biometanu Dotacje w formie certyfikatów do produkcji lub sprzedaży energii elektrycznej na rynku Gwarantowane stawki taryfowe dla sprzedaży energii elektrycznej na rynku Gwarantowane stawki taryfowe dla sprzedaży energii cieplnej na rynku Gwarantowane stawki taryfowe dla sprzedaży biometanu na rynku X X X X X X X X X Pomoc w ramach system podatkowego X X X X X X X X

21 tylko energia elektryczna energia elektryczna + cieplna Opłacalność inwestycji w biogazownie rolnicze - metodyka - scenariusze Nowy System wsparcia OZE Stary tylko energia elektryczna tylko zielone certyfikaty certyfikaty "zielone + żółte" energia elektryczna + cieplna tylko zielone certyfikaty certyfikaty "zielone + żółte" PESM* OPTM* PESM OPTM PESM OPTM PESM OPTM * PESM scenariusz pesymistyczny (cena zielonych certyfikatów : 99 zł), OPTM scenariusz optymistyczny (cena zielonych certyfikatów 300 zł) Moc elektryczna instalacji: 10 kw 40 kw 200 kw

22 Opłacalność inwestycji w biogazownie rolnicze - metodyka Podstawowe założenia technologiczne WYSZCZEGÓLNIENIE Moc elektryczna kogeneratora 10 kw 40 kw 200 kw Wartość inwestycji[ zł] Niezbędna liczba zwierząt [SD] Niezbędny dodatek kiszonki z kukurydzy (kosubstrat) [t/rok] Cena kiszonki z kukurydzy [zł/t] Powierzchnia GO przeznaczana pod kiszonkę (przy plonie 55 t) 2,2 8,2 38,7 Udział energii elektrycznej z biogazowni w energii zużywanej w gospodarstwie 70% 80% 90% Ilość energii zużywana w gospodarstwie rolnym i domowym [kwh/rok]

23 Opłacalność inwestycji w biogazownie rolnicze - metodyka 1. Metody tradycyjne: NPV - wartość zaktualizowanych przepływów pieniężnych, IRR - wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) prosty okres zwrotu 2. Rozłożony koszt produkcji energii LCOE - (Levelized Cost of Electricity) LCOE= N (I t + M t ) t=0 (1+r) t N E t t=0(1+r) t ; gdzie: LCOE rozłożony koszt produkcji energii elektrycznej - jednostkowy uśredniony koszt produkcji energii elektrycznej w cyklu życia (zł/kwh) I t - nakłady inwestycyjne w t-tym roku M t - koszty eksploatacyjne oraz koszty finansowe kredytu w t-tym roku E t - produkcja energii elektrycznej w t-tym roku r - stopa procentowa

24 Opłacalność inwestycji w biogazownie rolnicze - metodyka Kalkulator opracowany w ramach projektu BioEnergy Fram2

25 Opłacalność inwestycji w biogazownie rolnicze wyniki 0,5 "Wynik operacyjny" [zł / kw e. el] wynik operacyjny = przychody koszty eksploatacyjne (bez amortyzacji i kosztów finansowych) 0,4 0,3 0,2 0,1 0 PESM OPTM PESM OPTM PESM OPTM PESM OPTM -0,1 tylko zielone certyfikaty certyfikaty "zielone + żółte" tylko zielone certyfikaty certyfikaty "zielone + żółte" -0,2 tylko energia elektr. energia elektr. + cieplna tylko energia elektryczna energia elektryczna + cieplna Nowy Stary System wsparcia OZE 10 kw 40 kw 200 kw

26 koszty, cena [zł / kwh] Opłacalność inwestycji w biogazownie rolnicze wyniki Wartość rozłożonego kosztu produkcji energii LCOE 10 kw 1,4 1, kw 200 kw 0,8 0,6 cena gwarantowana (do 10 kw) (feed in tarif) 0,4 0,2 0 tylko energia elektryczna energia elektryczna + cieplna tylko energia elektryczna energia elektryczna + cieplna zakładana cena aukcyjna cena hurtowa cena detaliczna bez kosztów finansowych z kosztami finansowymi

27 Biznesplany 81 gospodarstw mazowieckie, podlaskie, wielkopolskie kierunek: bydło 80 %, trzoda 20%

28 Biznesplany parametry techniczne Moc instalacji [kw] Liczba gospodarstw Przeciętna moc [kw] Wartość inwestycji na 1 kw mocy Łączna zainstalowana moc [kw] Łączna produkcja energii elektr. [MWh/rok] 0< , , , , Razem ,

29 Moc instalacji Wartość inwestycji [tys. zł] Koszty razem Wynik finansowy Biznesplany wyniki Przychody w tym (%) Razem [tys. zł] zużycie energii elektrycznej (uniknięty zakup) Paliwa kopalne (uniknięty zakup) sprzedaż energii 0<10 492,1 19,9 26,7 7,6 65,7 42,9-23, ,3 28,0 25,7 10,8 63,5 54,1-26, ,6 45,6 18,3 8,6 73,1 71,4-25, ,2 93,1 24,7 3,0 72,2 97,1-4,0 Razem 676,5 39,6 23,4 7,4 69,2 62,0-22,4

30 Przypadek 1. Kalkulacja dla mikrobiogazowni (40 kwe) Liczba zwierząt (SD) Generowana moc (kwe) Produkcja ciepła (GJ) Ceny energii elektrycznej: 112 SD 40 kwe 966 GJ/rok - Zakup 0,57 zł - Taryfa gwarantowana 0,17 zł Substraty: - Obornik 1478 ton/rok - Woda 535m 3 /rok

31 Przypadek 1. Kalkulacja dla mikrobiogazowni (40 kwe) Sprzedaż nadwyżek po cenie ustawowej (0,17 zł/kwh) Sprzedaż nadwyżek po cenie detalicznej (0,565 zł/kwh) Sprzedaż nadwyżek po cenie preferencyjnej (0,7 zł/kwh) Warianty rachunku rzeczywisty hipotetyczny hipotetyczny Wartość inwestycji (zł) Przychody (zł/rok) Koszty operacyjne (zł/rok) Nadwyżka (zł/rok) Okres zwrotu (lat) nieopłacalne 10 7 Okres zwrotu : w wariancie subsysydiowanej inwestycji (200 tys. zł) - 7 5

32 Liczba zwierząt (SD) Generowana moc (kwe) Produkcja ciepła (GJ) Ceny energii elektrycznej: Substraty: Przypadek 2. Kalkulacja dla mikrobiogazowni (do 10 kwe) 31 SD 10 kwe 297 GJ/rok - Zakup 0,57 zł - Taryfa gwarantowana 0,7 zł - Obornik 393 t/rok - Woda 200 m 3 /rok

33 Przypadek 2. Kalkulacja dla mikrobiogazowni (do 10 kwe) Wariant bazowy (cena: 0,7 zł/kwh) Koszt inwestycji 25% Koszt inwestycji 25% zł dotacji Warianty rachunku rzeczywisty hipotetyczny hipotetyczny Wartość inwestycji (zł) Przychody (zł/rok) Koszty operacyjne (zł/rok) Nadwyżka (zł/rok) Okres zwrotu (lat)

34 Podsumowanie W Polsce mikro biogazownie rolnicze są obecnie mało opłacalne; Opłacalność produkcji biogazu w mikroskali zależy głównie od skali instalacji - większa biogazownia jest bardziej opłacalna - koszty inwestycji dla instalacji do 10 kw oraz 40 kw są zbliżone; Cena ustawowa energii elektrycznej z biogazowni kwe jest niewspółmiernie niska w stosunku do ceny dla innych biogazowni;

35 Podsumowanie Opłacalność mogą poprawić wyższe ceny sprzedaży energii i wsparcie finansowe inwestycji Czynnikiem poprawiającym opłacalność produkcji biogazu rolniczego jest możliwość zagospodarowania i sprzedaży energii cieplnej / lub wykorzystanie energii na własne potrzeby (dodatkowa działalność); Można oczekiwać, że rozwój rynku biogazu rolniczego przełoży się na spadek kosztów inwestycyjnych kluczowe jest wsparcie we wstępnych fazach rozwoju.