Przykłady obliczeniowe Biogaz Inwest Analizy ekonomiczne wskazują, Ŝe najkorzystniejszą formułą realizacji duŝej biogazowni rolniczej, jest zintegrowanie jej z gospodarstwem rolniczym prowadzącym produkcję roślinną i zwierzęcą lub z zakładem przetwórstwa rolno-spoŝywczego. Jest to zasadne z uwagi na dostępność substratów oraz racjonalizację kosztów pozyskania energii, zakupu nawozów oraz utylizacji odpadów. Na opłacalność biogazowni rolniczej ma wpływ szereg parametrów technologicznych i rynkowych, kształtujących koszty i przychody instalacji. Oba te czynniki na etapie opracowywania koncepcji powinny być dobrane tak, aby zapewnić optymalizację przedsięwzięcia. Wymaga to przeprowadzenia przez inwestora dokładnej analizy uwzględniającej wszystkie kluczowe aspekty rynkowe oraz. przeprowadzenie wariantowej analizy ekonomicznej.. ZałoŜenia do analizy Do obliczeń posłuŝono się programem Biogaz Inwest v. 2011, dostosowanym specjalnie do modelowania techniczno-ekonomicznego biogazowni rolniczych. Do analizy wybrano dwie instalacje w zakresie mocy 500 kw el - 1 MW el. Pierwsza z nich jest biogazownią opartą na nawozach naturalnych z domieszką roślin energetycznych. Druga zaś oparta jest głównie na odpadach z przemysłu rolniczego rolno-spoŝywczego. W obydwu przypadkach przyjęto, Ŝe instlacja pracować będzie w najbardziej rozpowszechnionej obecnie technologii fermentacji mokrej, w warunkach mezofilowych, a czas pracy biogazowni będzie wynosił 8 000 h w ciągu roku. W przykładowej Biogazowni Rolniczej 1 załoŝono, Ŝe instalacja będzie wykorzystywać rocznie 36 000 ton substratów, w tym: 20% wagowych gnojowicy świńskiej, pozyskiwanej bezpłatnie, 80% wagowych kiszonki kukurydzy, której koszt produkcji wynosi 100 zł/t. Sumaryczna objętość komór fermentacyjnych - 2,9 tys. m 3, przy czasie retencji 29 dni, pozwoli na roczną produkcję biogazu w ilości 2 mln m 3, który wykorzystany będzie w agregacie kogeneracyjnym CHP do produkcji 4,0 GWh energii elektrycznej i 18,5 TJ ciepła. Ciepło będzie wykorzystywane wyłącznie na potrzeby własne biogazowi, energia elektryczna będzie sprzedawana do sieci elektroenergetycznej. Do przechowywania przefermentowanej biomasy wybrano laguny.
Masa pofermentacyjna w ilości 33,7 tys. t/r będzie rozprowadzana na polach własnych o wymaganej powierzchni 800 ha. wsad: 36 tys. t/rok gnojowica świńska 80% kiszonka kukurydzy 20% pojemność komór: 2,9 tys. m 3 czas retencji: 29 dni CHP: 0,5 MW el biogaz: 2 mln m 3 /r moc 0,5 MW el energia elektryczna: 4,0 GWh/a ciepło: 18,5 TJ/r nawóz: 33,7 tys. t/r (0,8 tys. ha) Rysunek 1. Schemat przykładowej duŝej biogazowni rolniczej opartej na nawozach naturalnych i roślinach energetycznych W Biogazowni Rolniczej 2 załoŝono, Ŝe instalacja będzie wykorzystywać rocznie 10.000 ton substratów tj. odpadów pochodzenia rolniczego z przemysłu takich jak: krew, tłuszcz z odtłuszczaczy, wnętrzności i części mięsne, odpady kuchenne itp. KaŜda z kategorii odpadów stanowić będzie po 20% wsadu. Mieszanina substratów będzie posiadała uwodnienie 33% i przy zastosowaniu fermentacji mokrej będzie wymagała rozcieńczenia wodą do poziomu 16% zawartości suchej masy. Sumaryczna objętość komór fermentacyjnych - 2,0 tys. m 3, przy czasie retencji 72 dni, pozwoli na produkcję biogazu w ilości 2,6 mln m 3, który wykorzystany będzie w agregacie kogeneracyjnym CHP do produkcji 5,3 GWh energii elektrycznej i 24 TJ ciepła. Ciepło będzie wykorzystywane wyłącznie na potrzeby własne biogazowi, a energia elektryczna sprzedawana do sieci elektroenergetycznej. Do przechowywania przefermentowanej biomasy wybrano laguny. Masa pofermentacyjna w ilości 33,7 tys. t/r będzie rozprowadzana na polach własnych o wymaganej powierzchni 500 ha (mniej niŝ w biogazowni nr 1 ze względu na to, Ŝe objętościowo wykorzystano mniej substratów ale za to charakteryzujących się większą produktywnością biogazu). wsad: 10 tys. t/rok, po 20%: krew tłuszcz z odtłuszczaczy wnętrzności i części mięsne akratki odpady kuchenne pojemność komór: 2,0 tys. m 3 czas retencji: 72 dni CHP: 0,7 MW el biogaz : 2,6 mln m3/r moc 0,7 MW el energia elektryczna 5,3 GWh/a ciepło: 24 TJ/r nawóz: 18 tys. t/r (0,5 tys. ha) Rysunek 2. Schemat przykładowej duŝej biogazowni rolniczej opartej na odpadach pochodzenia rolniczego z przemysłu Obie inwestycje sfinansowano, pokrywając 80% nakładów inwestycyjnych, za pomocą kredytu bankowego z oprocentowaniem 8,5% w skali roku i 12 - letnim okresem kredytowania natomiast 20% będą stanowiły środki własne. Na przychody biogazowni będą stanowiły składać się: sprzedaŝ zielonych certyfikatów po cenie jednostkowej 275 zł/mwh; do roku 2020 fioletowe świadectwa pochodzenia po cenie jednostkowej 59 zł/mwh oraz sprzedaŝ energii elektrycznej do sieci po cenie jednostkowej
195 zł/mwh 1. PowyŜsze załoŝenia odnoszą się do pierwszego roku funkcjonowania biogazowni. W kolejnych latach zakłada się, Ŝe ceny ulegną zmianie dynamicznie wzrośnie zwłaszcza cena zakupu energii elektrycznej. Sumaryczne nakłady inwestycyjne w Biogazowni Rolniczej 1 opartej na surowcach rolniczych o mocy 0,5 MW el wyniosą 7,5 mln zł, co w przeliczeniu na 1 MW el mocy zainstalowanej daje 15,0 mln zł/mw el. W strukturze kosztów operacyjnych, które wynoszą 2,2 mln zł, największy udział ma koszt zakupu i przechowywania substratów (38%). Gnojowica jest pozyskiwana bezpłatnie, natomiast koszt produkcji kiszonki kukurydzy to 100 zł/t (kiszonka jest przechowywana w rękawie, co powoduje dodatkowo wzrost jej całkowitego kosztu o 20%). Kolejną znaczącą pozycją są koszty eksploatacji urządzeń oraz amortyzacja. Sumaryczne nakłady inwestycyjne w Biogazowni Rolniczej 2 (instalacja o mocy 0,7 MW el ) wyniosły 13,1 mln zł, co w przeliczeniu na 1 MW el mocy zainstalowanej daje 19,5 mln zł/mw el. Jednostkowe nakłady inwestycyjne są wyŝsze niŝ w przypadku Biogazowni Rolniczej 1, poniewaŝ konieczne będzie zastosowanie dodatkowego elementu technologicznego tzn. układu do higienizacji i sanitacji odpadów uznanych jako potencjalnie niebezpieczne (naleŝących do kategorii 2 i 3). W przypadku Biogazowni Rolniczej 2 największy koszt operacyjny (oprócz amortyzacji) stanowią koszty konserwacji i napraw urządzeń. Inwestycje, według wyników analizy ekonomicznej uzyskanych przy pomocy programu Biogaz Inwest v. 2011 charakteryzują się następującymi wskaźnikami opłacalności: Tabela 1 Wyniki obliczeń ekonomicznych dla duŝych biogazowni rolniczych Wyniki ekonomiczne Biogazownia 1 Biogazownia 2 Nakłady całkowite mln zł 7,6 13,1 Przychody roczne mln zł/r 2,1 2,8 Koszty operacyjne roczne (bez amortyzacji) mln zł/r 1,6 1,0 NPV mln zł 1,7 10,5 IRR % 15% 36% MIRR % 12% 17% Dyskontowany okres zwrotu lata 13 7 Prosty okres zwrotu SPBT lata 7 3 Ogólna ocena opłacalności opłacalna/nieopłacalna opłacalna opłacalna Uproszczoną analizę wraŝliwości na zmianę danych wejściowych przeprowadzono w formie pytań i odpowiedzi, tak aby pokazać wpływ zmiany parametrów wejściowych na wyniki ekonomiczne. Dlaczego zapewnienie stabilności dostaw substratów do biogazowni po określonej cenie jest kluczowe dla rentowności instalacji? Wskaźniki rentowności biogazowni rolniczej cechują się bardzo duŝą wraŝliwością na zmiany cen substratów. Przykładowo dla Biogazowni 1, zmiana kosztów produkcji kiszonki kukurydzy (spowodowanej np. podwyŝką cen paliwa dla zabiegów agrotechnicznych) ze 100 zł/t do 120 zł spowoduje spadek IRR z 15% do 9%. W przypadku zakupu kiszonki od dostawców 1 śółte certyfikaty ko generacyjne wykluczono z analizy ze względu na kontynuację systemu wsparcia do 2012.
zewnętrznych juŝ przy cenie 130 zł/t, pomimo iŝ kiszonka kukurydzy stanowi jedynie 20% wsadu wagowego do biogazowni, inwestycja nie będzie rentowna. Pozyskanie gnojowicy świńskiej jako wsadu do biogazowni jest opłacalne jedynie pod warunkiem, Ŝe inwestor nie będzie ponosił kosztów jej zakupu. Biogazownia 2 pozyskuje odpady pochodzenia rolniczego z przemysłu za darmo, jednak naleŝy pamiętać o zabezpieczeniu dostaw przez dłuŝszy okres. RóŜne zdarzenia losowe mogą wpłynąć na funkcjonowanie instalacji, jak na przykład kłopoty finansowe zakładu przemysłowego, które mogą doprowadzić do zaprzestania działalności gospodarczej. W takim przypadku inwestor pozbawiony zostanie darmowego wsadu. Znalezienie drugiego źródła odpadów moŝe się okazać w przyszłości trudne lub kosztowne (duŝe odległości transportowe); zwłaszcza jeŝeli więcej biogazowi będzie chciało korzystać z tego typu surowców. Cena jest zawsze wypadkową popytu i podaŝy. W początkowym okresie rozwoju biogazowi rolniczych podaŝ moŝe przewaŝać rynek popytu na surowiec, jednak w miarę upływu czasu i powstawania nowych instalacji na danym obszarze sytuacja moŝe się odwrócić. Wtedy producenci odpadów nie będą skłonni oddawać cennych surowców za darmo i wybiorą tę biogazownię, którą zaoferuje wyŝszą cenę. I tak konieczność zakupu, dotychczas pozyskiwanego nieodpłatnie wsadu, po cenie rynkowej - 50 zł/t, spowoduje spadek IRR z 36% do 18%, natomiast przy 70 zł/t do 13%. Jest to nadal biogazownia rentowna, natomiast powyŝszy przypadek ilustruje jedynie ceteris paribus, zmianę 1-ego parametru. NałoŜenie się dwóch czy trzech czynników powodujących spadek rentowności, moŝe być przyczyną bankructwa. Jest to ryzyko inwestycyjne, przed którym naleŝy się odpowiednio zabezpieczyć, czego podstawą jest podpisanie wiąŝących umów na długoletnie dostawy. Dodatkowo zleca się ocenę kondycji dostawcy odpadów w kontekście stabilności finansowej. Dlaczego zachowanie parametrów projektowych instalacji jest kluczowe dla jej rentowności? Przychody biogazowni rolniczej opartej na systemie kogeneracji zaleŝne są przede wszystkim od wydajności produkcji energii elektrycznej. Zatem wszelkie niedociągnięcia w pracy instalacji, przekładające się na jakość pracy agregatu kogeneracyjnego CHP, oznaczać będą mniejsze przychody, a więc spadek rentowności. W obliczeniach załoŝono bardzo wysoką dostępność technologiczną biogazowni, wyraŝającą się w ilości godzin pracy agregatu w ciągu roku: 8 000 h. Tak wysoka dostępność (91%) będzie moŝliwa jeŝeli inwestor podpisze odpowiednią umowę gwarancyjną z dostawcą technologii (spadek parametrów pracy i straty z tym związane powinny być w takim przypadku pokryte przez dostawcę technologii). Umowa ta powinna obwiązywać do momentu kiedy operator biogazowni sam nie posiądzie odpowiedniej wiedzy i doświadczenia pozwalających mu na unikanie licznych pułapek technologicznych. Przykładowo - nieprawidłowe funkcjonowanie instalacji odsiarczającej biogaz automatycznie przełoŝy się na wyŝszą zawartość siarkowodoru w biogazie, wyŝsze zuŝycie oleju i częstsze przerwy w pracy silnika. Innym waŝnym elementem pracy silnika jest podawana przez producenta sprawność elektryczna agregatu- zazwyczaj jest ona określana dla maksymalnego przepływu gazu i określonej zawartości metanu. Niestety w warunkach eksploatacji nie zawsze moŝliwe jest osiągnięcie idealnych warunków, a więc i idealnej sprawności. Oznacza to konieczność korekty podawanej przez producenta sprawności produkcji energii elektrycznej w agregacie CHP.
Dla analizowanych Biogazowni 1 i 2 załoŝono spadek dostępności pracy biogazowni z 8 000 do 7 800 h/r. W przypadku 1-ej biogazowni IRR spadnie z 15% do 13%, w przypadku drugiej biogazowni z 36% do 34%. Parametry opłacalności ekonomicznej są o wiele bardziej wraŝliwe są na spadek sprawności agregatu CHP, spadek sprawności o 2% spowoduje spadek IRR z 15% do 9% dla pierwszej biogazowni oraz z 36% do 27% dla drugiej biogazowi. Dlaczego wieloletnia gwarancja przychodów instalacji jest kluczowa dla jej rentowności? W warunkach polskich o przychodach decyduje głównie cena sprzedaŝy energii elektrycznej do sieci oraz sprzedaŝy zielonego certyfikatu. Polski system opiera się na zobowiązaniach ilościowych i nie ma 15-20 letniej gwarancji otrzymywania wynagrodzenia z tytułu sprzedaŝy energii elektrycznej; tak jak ma to miejsce w krajach gdzie obowiązują stałe ceny. Podana cena sprzedaŝy świadectwa pochodzenia odnosi się do warunków giełdowych. Producenci zawierają równieŝ umowy bilateralne z zakładami energetycznymi na sprzedaŝ zielonych certyfikatów, jednak ceny są wtedy o wiele niŝsze. Przystępując do negocjacji cenowych naleŝy mieć zawsze rozpisane rozwiązania wariantowe i wiedzieć przy jakiej cenie zielonego certyfikatu inwestycja będzie się jeszcze opłacała. ObniŜenie ceny zielonego certyfikatu z 275 zł/mwh do 250 zł/mwh dla Biogazowni Rolniczej 1 skutkuje obniŝeniem IRR z 15% do 10%, a dla Biogazowni Rolniczej 2 z 36% do 32%. Dalsze obniŝenie ceny ZC do poziomu 200 zł/mwh powoduje brak rentowności w przypadku Biogazowni Rolniczej 1 oraz IRR na poziomie 23% dla Biogazowni Rolniczej 2. Ocena wariantowa to nie tylko ocena ryzyka ale moŝliwości zwiększenia przychodów NaleŜy się równieŝ zastanowić, jak moŝna zwiększyć rentowność instalacji, sprzedając równieŝ inne produkty tzn. ciepło i masę pofermentacyjną. Lokalizacja biogazowni w pobliŝu osiedli mieszkaniowych lub wykorzystanie ciepła odpadowego w przemyśle, która pozwoli na sprzedaŝ 20% ciepła nadmiernego, po cenie 22 zł/gj, spowoduje wzrost wskaźnika rentowności dla pierwszej biogazowni z 15% do 18%, a dla drugiej z 36% do 38%. MoŜliwość sprzedaŝy masy pofermentacyjnej po cenie 20 zł/t w znaczący sposób polepsza wskaźniki rentowności dla obu biogazowni. Natomiast brak zgody na odzysk odpadów i konieczność termicznej utylizacji masy pofermentacyjnej poprzez spalania praktycznie czyni taką inwestycję nieopłacalną. Wobec tego naleŝy ze szczególną starannością upewnić się czy nie istnieją przeszkody prawne do wykorzystania masy pofermentacyjnej jako nawozu na polach. Dla Biogazowni 2 przyjęto, Ŝe odpady przemysłowe będą przyjmowane po zerowym koszcie. Jeśli są to odpady niebezpieczne takie jak z przemysłu mięsnego moŝe okazać, się, Ŝe za ich utylizację biogazownia będzie mogła pobrać opłatę tzw. gate fee, która stanowić moŝe przychód i zwiększać rentowność inwestycji. Kontakt: www.biogazinwest.pl www.ieo.pl aoniszk@ieo.pl