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 Plon (q / ha) Produkcja rolna Cena jednostkowa (Euro / q) Cena łączna (Euro / ha) Zysk dla uprawiającego (+dopłaty bezpośrednie za powierzchnię uprawy) Rzepak ozimy 35 22 770 1.095 Zboże 70 10 700 1.025 Buraki cukrowe 600 3,5 2.100 2.100 Kukurydza energetyczna 1.000 1 1.000 1.325 Produkcja energii Zapotrzebowanie na surowiec 2,9 kg / l oleju 2,8 kg / l etanolu 10 kg / l etanolu 5,3 kg / m 3 biogazu Produkcja / ha 1.200 l oleju 2.500 l etanolu 6000 l etanolu 19.000 m 3 biogazu Kwh / ha 10.500 15.000 36.000 105.000 Koszty surowca 7,4 eurocentów / kwh 4,7 eurocentów / kwh 5,8 eurocentów / kwh 0,95 eurocentów / kwh Źródło:Ernst Keten, Biomasie als Energielieferant ein Zukunftsmarkt, 2003
Podstawowe dane dotycząc biogazu skład biogazu: - CH 4 55% - 70% - CO 2 30% - 45% - H 2 S 0,1%- 5% - inne 1 m 3 biogazu odpowiednik ok. 0,6 l diesla wartość energetyczna 1 m 3 ok. 6,5 kwh tj. 24 MJ Metan :ma 21 razy bardziej negatywny wpływ na efekt cieplarniany niż CO 2
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 Zmiksowane kolby kukurydzy Słoma pocięta Kiszonka z kukurydzy Trawa z łąki Obornik Uzysk biogazu(m 3 /t substratu) 400-600 280-300 180-290 80-120 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 m 3 /rok Planowany wzrost do 2020 r. - 800 mln m 3 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 m 3 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 kw el + 120.000 gdzie kw el oznacza zainstalowaną moc generatora prądu
Analiza ekonomiczna Charakterystyka Zakład A Zakład B Zakład C 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 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 Parametr Dania Polska 1. Objętość reaktora (m3) 700 2. Podstawowy substrat kukurydza 3. Dodatkowy substrat obornik 4. Nakłady inwestycyjne 250,000 800,000 zł 5. Dotacje 50,000? 6. Wytworzona energia elektryczna (kwh/rok) 750,000 750,000 7. Cena za energię elektryczną 0.1023 0,32 8. Koszty eksploatacji 58,200 74,000 zl - osobowe 9,000 12,000 - ruchu 750 2,000 - uprawy, zakupu surowców 48,450 60,000 9. Przychody ze sprzedaży ogółem 81,225 255,000 10. Przychody ze sprzedaży energii el. 78,225 240,000 11. Przychody ze sprzedaży energii cieplnej 3,000 15,000 12. Wynik brutto na działalności 23,025 181,000 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 m 3 biogazu 80.000 m 3 metanu 30 ha gospodarstwo 360.000 m 3 biogazu 250.000m 3 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 125.000 zł Koszt 1m 3 metanu 0,50 zł Biogazownia z układem CHP (wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła) Nakłady inwestycyjne 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