Mikrobiogazownia o mocy elektrycznej 10-50kW widziana w kontekście dyrektywy 2009/28 inż. Karol Oczadły Prowadzący: Kierunek studiów: Rodzaj studiów: Przedmiot: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk Elektrotechnika II stopnia Energetyka Rynkowa Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 1
Spis treści 1. Wprowadzenie... 3 1.1. Cel projektu... 3 1.2. Założenia pakietu 3x20... 3 2. Charakterystyka gospodarstwa... 4 3. Założenia projektu... 5 3.1. Podstawowe elementy ciągu technologicznego... 5 3.2. Przygotowanie substratów... 6 3.3. Zbiornik procesu fermentacji... 7 3.4. Zbiornik biogazu... 9 3.5. Moduł kogeneracyjny... 9 4. Etap koncepcyjny... 12 4.1 Określenie łańcucha wartości i priorytetów gospodarstwa... 12 4.2 Pozyskanie substratów... 12 3.6.Infrastruktura ciepłownicza... 12 4.2 Bilans energetyczny... 13 4.3 Praca agregatu kogeneracyjnego w trybie Semi Off Grid.... 17 4.4 Przyłączenie do sieci... 18 4.5 Kalkulacje efektywności... 18 5. Podsumowanie... 20 6. Bibliografia... 21 Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 2
1. Wprowadzenie 1.1. Cel projektu Tematem niniejszego projektu jest propozycja budowy mikrobiogazowni na terenie gospodarstwa rolno hodowlanego, która stanowić będzie pierwszy krok do stworzenia obiektu prosumenckiego pozwalającego lepiej wykorzystać potencjał produkcyjny i ekonomiczny obiektu. Zawarta w opracowaniu analiza energetyczno ekonomiczna pozwoli skalkulować opłacalność inwestycji, z kolei propozycje rozwiązań technicznych związanych min. z umiejscowieniem czy wyborem konkretnej instalacji pomogą stworzyć podstawy dla opracowania końcowej dokumentacji technicznej oraz spojrzenia na rolę tego obiektu z punktu widzenia energetycznego całej gminy. Uruchomienie tego typu instalacji pozwoli na uniezależnienie się od problemów energetyki tradycyjnej i przez to lepsze zarządzanie hodowlą. Prawidłowo działająca instalacja powinna przynosić profity pozwalające na dalszy rozwój gospodarstwa położonego w jednej z najdynamiczniej rozwijających się miejscowości w Polsce oraz przyczynić się do spełnienia założeń pakietu 3x20. 1.2. Założenia pakietu 3x20 Zgodnie z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady Europy 2009/28/WE założenia Pakietu 3x20 są następujące: Udział odnawialnych źródeł energii (OZE) w ogólnej produkcji energii na poziomie 20% - dążenie do samowystarczalności energetycznej krajów Unii Europejskiej poprzez wykorzystanie naturalnych źródeł energii. Celem dla Polski jest 15% do roku 2020. Wzrost efektywności energetycznej o 20% - dążenie do oszczędności energii, a przez to do ograniczenia kosztów związanych z jej wykorzystaniem oraz ochrony środowiska. Redukcja emisji gazów cieplarnianych o 20% - ograniczenie negatywnych skutków emisji zanieczyszczeń, mających znaczenie globalne. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 3
2. Charakterystyka gospodarstwa Opisywane w projekcie gospodarstwo rolne położone jest w miejscowości Pawłowice w gminie Pawłowice i jest największym tego typu obiektem na jej terenie. Rys2.1. Położenie gminy Pawłowice Gospodarstwo jest dobrze usytuowane jeżeli chodzi o infrastrukturę, leży bowiem na przecięciu drogi krajowej DK81 oraz drogi wojewódzkiej 938 co znacznie ułatwia sprawy logistyczne. Dużym atutem jest tutaj również powierzchnia użytkowa gospodarstwa, która znacznie ułatwi ewentualne rozmieszczenie instalacji oraz przechowywanie odpowiednich substratów. Całość liczy 3 budynki mieszkalne oraz 5 budynków użyteczności gospodarczej. Niewątpliwym atutem jest również podłączenie do sieci średniego napięcia Sn oraz posiadanie własnej stacji transformatorowej Sn/nn. Głównymi zadaniami gospodarstwa są hodowla bydła oraz produkcja rzepaku i zbóż. Powierzchnia uprawna wynosi 330ha a liczba bydła oscyluje w granicach 250 sztuk. Koncepcja mikrobiogazowni zakłada przeznaczenie pewnej ilości powierzchni uprawnej pod uprawę substratu oraz wykorzystanie gnojowicy bydlęcej gromadzonej w istniejącym już zbiorniku. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 4
3. Założenia projektu 3.1. Podstawowe elementy ciągu technologicznego Projekt zakłada pracę proponowanej mikrobiogazowni głównie na potrzeby własne (elektryczne i cieplne). Gospodarstwo będzie mogło stać się energetycznie niezależne, jednak nadal pozostanie podłączone do systemu elektroenergetycznego. Ciepło będące produktem procesu można wykorzystać do ogrzania budynków mieszkalnych zastępując tym samym tradycyjne kotły węglowe. Rys3.1. Poglądowy schemat instalacji mikrobiogazowni [5] Zależnie od cech gospodarstwa można wyróżnić różne konfiguracje układów i zastosowanych urządzeń technologicznych. Substraty są tutaj punktem odniesienia, gdyż zależnie od nich stosuje się różne metody fermentacji, sposoby przechowywania gazu i zagospodarowania masy pofermentacyjnej. Biorąc pod uwagę profil przedstawionego gospodarstwa jako substraty procesu fermentacji beztlenowej posłużą kiszonka z kukurydzy oraz gnojowica bydlęca. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 5
3.2. Przygotowanie substratów Kiszonka z kukurydzy (rozdrobnione całe rośliny) będzie dowożona na odpowiednio przygotowany punkt jej składowania. Będzie ona przechowywana w odpowiednim silosie, którego lokalizacja powinna umożliwiać łatwy dojazd odpowiednim sprzętem. Tak odpowiednio przygotowany zbiornik przechowywał będzie substrat dostarczany w fazie zbioru, zakiszał go w odpowiednich komorach i następnie przenosił go za pomocą podajnika ślimakowego do komory fermentacyjnej. Kiszonka o niskim uwodnieniu może być przechowywana w pryzmach pod przykryciem. Świeża gnojowica bydlęca będzie przepompowywana bezpośrednio z istniejącego już zbiornika do zbiornika wstępnego. Odpowiednia instalacja zapewni mieszanie substratu a następnie wtłaczanie jej porcjami wraz z pozostałymi substratami do komory fermentacyjnej. Rys3.2. Kiszonka z kukurydzy [5] Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 6
3.3. Zbiornik procesu fermentacji Po dostarczeniu odpowiednich substratów w komorze fermentacyjnej zachodzi proces rozkładu substancji organicznych oraz produkcji biogazu. Komora może być wykonana z blachy, żelbetu lub tworzyw sztucznych i najczęściej ma kształt cylindryczny. Reaktor powinien być szczelny i dobrze izolowany termicznie, by ograniczyć straty ciepła potrzebnego do prawidłowej fermentacji. Potrzebny do tego jest też system grzewczy i system odprowadzania masy pofermentacyjnej. Podgrzewanie materiału wsadowego, które odbywa się za pomocą wymienników ciepła zapewnia stabilną temperaturę procesu. Realizuje się to ciepłem z agregatu ko generacyjnego (CHP). Mieszanie zawartości komory odbywa się za pomocą mieszadła pionowego, które pozwala na dokładne rozprowadzenie pożywienia bakterii w celu optymalnej pracy procesu biologicznego. Rys3.3. Zbiornik procesu fermentacji z komorą na biogaz [5] Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 7
Rys3.4. Położenie omawianego gospodarstwa Rys3.5. Proponowane usytuowanie poszczególnych elementów instalacji Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 8
3.4. Zbiornik biogazu Zbiornik na biogaz wykonany zostanie jako zbiornik mokry. W takim wariancie jest on umieszczony bezpośrednio nad komorą fermentacyjną co przedstawia Rys3.3. Rozwiązanie takie pozwala zaoszczędzić miejsce, które wymagałby osobny zbiornik na biogaz. Poziom gazu powinien być mierzony w sposób ciągły a informacja ta z pomocą odpowiednich sygnałów przekazana do szafy sterowniczej. Pomiary gazu potrzebne są dla utrzymania odpowiedniej mocy modułów kogeneracyjnych. 3.5. Moduł kogeneracyjny Kogeneracja jest procesem wytwarzania energii, w którym jednocześnie generowana jest energia elektryczna oraz ciepło. Jest to proces wysokosprawny, w którym energia wytwarzana jest z użyciem relatywnie czystych paliw takich jak biogaz. Kogeneracja przyczynia się do ograniczenia zanieczyszczeń oraz zmniejszenia zużycia paliw kopalnych. Osiągnięcie wysokich sprawności rzędu 65% sprawności elektrycznej oraz 30% sprawności cieplnej możliwe jest dzięki zastosowaniu układu odzysku ciepła, które powstaje w trakcie produkcji energii elektrycznej. Agregat zbudowany jest na bazie silnika spalinowego, który napędza trójfazowy generator synchroniczny. Ponadto układ chłodzenia agregatu kogeneracyjnego wyposażony jest w wymiennik płytowy, za pomocą którego można podłączyć agregat do sieci ciepłowniczej. Rys3.6. Zasada działania agregatu kogeneracyjnego [4] Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 9
Za pośrednictwem wymienników płytowych ciepło odzyskane z agregatu może być wykorzystane do ogrzewania budynków lub do celów technologicznych. Propozycja wykorzystania otrzymanego ciepła zostanie opisana w kolejnych punktach. Rys3.7. Przykładowy moduł ko generacyjny [4] Zastosowanie odpowiedniego oprogramowanie typu SCADA nadzorującego przebieg procesu technologicznego pozwoli na zbieranie aktualnych danych pomiarowych, ich wizualizację, sterowanie procesem, alarmowanie oraz archiwizację. Umożliwi to lepsze zarządzanie całym procesem technologicznym oraz zdobywanie doświadczeń do dalszych udoskonaleń całego systemu. Dane z odpowiednio skonstruowanego systemu SCADA można przykładowo wykorzystać jako źródło informacji na stronie internetowego laboratorium energetyki prosumenckiej ilab EPRO. Pozwoli to użytkownikom z całego kraju na wizualizację przebiegu procesu oraz zdobywanie wiedzy i motywacji do wdrażania własnych instalacji tego typu. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 10
Rys3.8. Przykład schematu technologicznego [6] Rys3.9. Przykład systemu SCADA nadzorującego pracę agregatu kogeneracyjnego [7] Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 11
4. Etap koncepcyjny 4.1 Określenie łańcucha wartości i priorytetów gospodarstwa Głównym priorytetem biznesowym dla proponowanego gospodarstwa jest dążenie do samowystarczalności energetycznej przy jak najmniejszych nakładach. Pozwoli to na uniezależnienie się od problemów energetyki tradycyjnej oraz pozyskanie funduszy na nowe inwestycje. Konsekwencją takiego założenia jest więc przeznaczenie jak najmniejszej ilości powierzchni uprawnej pod przygotowanie substratów, w tym przypadku pod uprawę kukurydzy. Ze względu na hodowlę bydła oraz produkcję i sprzedaż rzepaku oraz zbóż niemożliwe jest przekazanie powierzchni pod uprawę substratu większej niż 30% powierzchni wszystkich gruntów rolnych. Nadmiar energii elektrycznej wyprodukowany w okresach mniejszego zapotrzebowania będzie sprzedawany do sieci. Punktem wyjścia do dalszych rozważań oraz obliczeń jest zużycie energii elektrycznej w gospodarstwie wynoszące ok. 8000kWh miesięcznie. 4.2 Pozyskanie substratów Zgodnie z założeniami projektu substratami procesu fermentacji są kiszonka z kukurydzy oraz gnojowica bydlęca. Ze względu na umiejscowienie zbiornika fermentacji blisko obory hodowlanej dostarczanie gnojowicy bydlęcej będzie odbywać się automatycznie poprzez odpowiednią instalację pompową. Kukurydza pozyskiwana jest na przełomie września/października przez to zbiory powinny wystarczyć do całorocznego utrzymania procesu fermentacji. Kiszonkę przechowywać można w silosach lub w odpowiednio przygotowanych rękawach foliowych. Transport substratu do podajnika odbywać się będzie za pomocą ładowarki teleskopowej, która znajduje się na wyposażeniu gospodarstwa. 3.6.Infrastruktura ciepłownicza Projekt mikrobiogazowni zakłada maksymalne wykorzystanie ciepła będącego produktem procesu kogeneracji. W związku z tym proponuje się ogrzanie trzech budynków mieszkalnych oraz jednego budynku przemysłowego leżących na terenie gospodarstwa w Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 12
okresie grzewczym oraz całoroczne dostarczanie ciepłej wody użytkowej. W okresie żniw energię cieplną można wykorzystać w suszarni do zboża zastępując tym samym olej opałowy. Operacja taka nie będzie wymagała dodatkowych inwestycji, ponieważ konstrukcja suszarni grawitacyjnej umożliwi przy drobnych modyfikacjach zamianę przyłącza z pieca olejowego na przyłącze z infrastruktury kogeneracyjnej. Różne rozmieszczenie poszczególnych budynków mieszkalnych nie utrudnia budowy sieci ciepłowniczej ze względu na duży obszar wolnej przestrzeni. Wykorzystanie ciepła wymaga jednak pewnych nakładów inwestycyjnych związanych nie tylko z siecią ciepłowniczą ale również z kupnem wymienników ciepła w poszczególnych budynkach, które zastąpią tradycyjne kotły węglowe. 4.2 Bilans energetyczny Obliczenia związanie z inwestycją sprowadzają się przede wszystkim do określenia jej opłacalności. Niniejszy projekt nie ma na celu określenia dokładnej wyceny poszczególnych jego elementów itp. gdyż zadanie to leżeć będzie po stronie ewentualnego wykonawcy inwestycji. Chce się tutaj jedynie zwrócić uwagę na przykładowe rozwiązanie przekształcenia zakładu produkcyjnego w obiekt prosumencki i wykonanie pewnych oszacowań. Obliczenia sprowadzą się więc głównie do określenia powierzchni uprawnej, którą przeznaczyć można pod uprawę kukurydzy aby osiągnąć samowystarczalność energetyczną, doboru mocy elektrycznej oraz cieplnej agregatu kogeneracyjnego czy porównanie różnych wariantów pracy. Średnie miesięczne zużycie energii elektrycznej dla całego gospodarstwa wynosi ok. 8000kWh. Biorąc pod uwagę zwiększone zapotrzebowanie na energię w okresie żniw związane z pracę wszelkiego rodzaju urządzeń procesu przygotowania zboża zakładamy zwiększone zapotrzebowanie na energię o 20% w okresie od lipca do października włącznie. Uwzględniając powyższe założenie, roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną wynosi 102400 kwh. Bilans energii elektrycznej został opracowany w podrozdziale dotyczącym pracy Semi Off Grid. Pobór energii cieplnej został oszacowany na podstawie danych średniego zapotrzebowania na ogrzanie 1m 2 domu, które wynosi ok. 80kWh na sezon. Okres grzewczy liczony jest od października do końca kwietnia. Do wyliczonej wartości dodano 20% na potrzeby ogrzewania ciepłej wody, która będzie dostępna całorocznie. Przyjęto również średnią powierzchnię budynku domu mieszkalnego jako 120m 2. Poszczególne składniki zostały przedstawione w tabeli1. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 13
Budynek Powierzchnia Energia na ogrzewanie energia na ogrzewanie Suma budynku [kwh] wody [kwh] [kwh] Dom1 120m2 9600 1920 11520 Dom2 120m2 9600 1920 11520 Dom3 80m2 6400 1280 7680 Gospodarczy 80m2 6400 1280 7680 Tabela4.1. Zestawienie danych dotyczących energii cieplnej (roczne) Na podstawie powyższego zestawienia można określić całkowite roczne zapotrzebowanie na energię cieplną, które wynosi 38400 kwh. Posiadając dane na temat rocznego zapotrzebowania na moc elektryczną oraz cieplną można dobrać odpowiedni agregat kogeneracyjny. Dla liczby godzin w roku wynoszącej 8766 godzin minimalne moce agregatu wynoszą: Minimalna moc elektryczna [kw] 11,7 Minimalna moc cieplna [kw] 4,4 Tabela4.2. Zestawienie danych dotyczących wymagań agregatu Uwzględniając sprawność generatorów, zróżnicowanie zapotrzebowanie na energię szczególnie w okresie żniwnym, potrzeby własne procesu oraz to, że generator nie powinien pracować przy pełnej mocy można zaproponować agregat kogeneracyjny firmy Viessmann Vitobloc EM-18/36. Charakteryzuje się następującymi cechami: Wydajność 18kWe, 36kWt Paliwo: biogaz Silnik: 4 cylindrowy spalinowy Sprawność wytwarzania energii elektrycznej: 32% Sprawność wytwarzania energii cieplnej: 64% Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 14
Rys4.1. Proponowany agregat kogeneracyjny Należy mieć na uwadze zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną w okresie żniw, które może przewyższać średnie miesięczne zapotrzebowanie nawet o 20%. Ze względu na zasady doboru modułów kogeneracyjnych oraz wykorzystanie ciepła uznano, że w okresie silnie zwiększonego zapotrzebowania na energię elektryczną będzie ona pobierana z sieci elektroenergetycznej (praca w trybie Semi Off Grid). Znalezienie dalszego zastosowania dla niewykorzystanej energii cieplnej pozostawia się w kwestii właściciela. Można tutaj zaproponować ogrzewanie pobliskich bloków mieszkalnych. Poniżej przedstawiono kalkulację energetyczną substratów, która zostanie przeprowadzona w celu wyliczenia powierzchni wymaganej pod uprawę substratu. Dane zostały oszacowane na podstawie kalkulatora ze strony www.biogazienergia.pl. Moc elektryczna agregatu 18kW Całkowita roczna produkcja biogazu 67918m 3 Roczna produkcja biogazu z kiszonki 67123m 3 Roczna produkcja biogazu z gnojowicy 795m 3 Zawartość suchej masy organicznej Kiszonka z kukurydzy 94% Gnojowica bydlęca 80% Zapotrzebownie na substraty Kiszonka z kukurydzy 420t/rok Gnojowica bydlęca 75m 3 /rok Ilość kiszonki z 1ha 40t Wymagana powierzchnia uprawy 11ha Tabela4.3. Kalkulacja energetyczna Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 15
Ec [kwh] Moc cieplna pieca zasilającego suszarnię grawitacyjną wynosi ok. 750kW. Dla oszacowania trybu pracy suszarni przyjęto jej użycie w miesiącach lipcu, sierpniu do suszenia rzepaku i zbóż oraz użycie w październiku w celu suszenia kukurydzy. Ponadto założono, że pracuje ona średnio przez 12 godzin na dobę oraz 10 dni w każdym z przewidzianych miesięcy. Powyższe dane posłużyły do stworzenia rocznego bilansu cieplnego. Biorąc pod uwagę również sprawność, grafik wygląda następująco: 100000 90000 80000 70000 60000 Energia cieplna wytwarzana 50000 40000 30000 Zapotrzebowanie na energię cieplną 20000 10000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Miesiąc Rys4.2. Roczny bilans energii cieplnej Widać tutaj, że agregat ko generacyjny nie jest w stanie dostarczyć odpowiedniej ilości ciepła dla suszarni zbożowej. Z drugiej strony zwiększenie mocy agregatu spowoduje jeszcze większe dysproporcje w niewykorzystanym cieple, widoczne szczególnie w miesiącach takich jak maj, czerwiec, wrzesień. Jako propozycję wykorzystania tego ciepła można zaproponować ogrzewanie pobliskich bloków mieszkalnych lub podjęcie działań związanych z poszerzeniem magistrali ciepłowniczej kopalni KWK Pniówek, która obecnie zasila ciepłem szkoły, kościoły, budynki mieszkalne oraz samorządowe. Podłączenie do takiej sieci miałoby niewątpliwie same korzyści ale stanowi to poważne wyzwanie inwestycyjne oraz biurokratyczne ze strony właściciela gospodarstwa. Powyższy bilans uwzględnia również wykorzystanie ok. 25% wytwarzanej energii cieplnej na potrzeby utrzymania odpowiedniej temperatury procesu fermentacji. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 16
Ee [kwh] 4.3 Praca agregatu kogeneracyjnego w trybie Semi Off Grid. Proponuje się, aby agregat ko generacyjny pracował w trybie Semi Off Grid. Oznacza to, że gospodarstwo współpracuje z siecią elektroenergetyczną ale zakłada produkcję prądu na własny użytek. Jest to zdecydowanie optymalny tryb pracy ze względu na wysoce zróżnicowane zapotrzebowanie na energię elektryczną zarówno dobowe jak i roczne. Na podstawie danych dotyczących średniego zużycia energii w miesiącu (8000kWh), zwiększonego zapotrzebowania w okresie żniw o 20% oraz sprawności obliczono bilans roczny energii elektrycznej, który przedstawiono na Rys4.3. Nadmiarowo wytworzoną energię elektryczną można oczywiście sprzedać do sieci w formie tzw. certyfikatów uzyskując z tego tytułu dodatkowy przychód. 14000 12000 10000 8000 Energia elektryczna wytwarzana 6000 4000 Zapotrzebowanie na energię elektryczną 2000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Miesiąc Rys4.3. Roczny bilans energii elektrycznej Do wykonania bilansu dobowego posłużono się wykresem dobowej obciążalności krajowego systemu elektroenergetycznego, przez co zwrócono uwagę na poranny (6-10) oraz popołudniowy (19-22) szczyt obciążenia. Ponadto nałożono zwiększone zapotrzebowanie na energię w czasie udoju krów 2 razy dziennie w godzinach 4-8 oraz 16-20. Bilans dobowy przedstawia dzień pracy niebędący dniem okresu żniw. Dzienne średnie zużycie energii elektrycznej (w odniesieniu do średniej miesięcznej) wynosi ok. 267kWh. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 17
20 18 16 14 12 Energia elektryczna wytwarzana 10 8 6 4 Zapotrzebowanie na energię elektryczną 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 4.4 Przyłączenie do sieci Rys4.4. Dobowy bilans energii elektrycznej Zgodnie z instrukcją ruchu i eksploatacji sieci dystrybucyjnej firmy TAURON Dystrybucja S.A. proponowana mikrobiogazownia (jako źródło do 40kW) może być podłączone do sieci nn ale pod warunkiem bliskiej odległości do stacji Sn/nn. W tym wypadku stacja Sn/nn znajduje się na terenie gospodarstwa. Ponadto mikrobiogazownia musi być wyposażona w odpowiednią aparaturę do współpracy z siecią dystrybucyjną. 4.5 Kalkulacje efektywności Wyciągając wnioski z danych zawartych w poszczególnych bilansach można oszacować koszty oraz przychody inwestycji w opisywaną tutaj mikrobiogazownie. Szacunki zakładają koszta związane z inwestycją w poszczególne elementy instalacji biogazowej oraz roczne koszty eksploatacji tego typu obiektów. Przychody brane są pod uwagę z tytułu sprzedaży energii elektrycznej, oszczędności w rachunkach za energię oraz oszczędności na ogrzewaniu budynków. Sprzedaż niewykorzystanego ciepła nie została wzięta pod uwagę. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 18
Roczna produkcja energii elektrycznej Roczne zużycie energii Energia sprzedana do sieci Cena zielonych certyfikatów (2014) Roczny przychód Roczne oszczędności z tytułu rachunków za energię elektryczną Roczne oszczędności na ogrzewaniu domów (koszty węgla) Łączne roczne oszczędności Tabela4.4. Bilans oszczędności 157,7 MWh 102,4 MWh 55,3 MWh 230zł/MWh 12 720 zł 144 000 zł 7 000 zł 164000 zł Koszty ewentualnej inwestycji sprowadzają się do kupna komory ze zbiornikiem biogazu, agregatu ko generacyjnego oraz całego pozostałego osprzętu i instalacji. Uwzględniono również potrzebę kupna wymienników ciepła oraz instalacji ciepłowniczej potrzebnej do rozprowadzenia ciepła będącego produktem procesu kogeneracji. Cena agregatu kogeneracyjnego Cena komory ze zbiornikiem biogazu Cena pozostałego osprzętu, instalacji oraz oprogramowania Roczne koszty eksploatacyjne Koszty wymienników ciepła oraz instalacji ciepłowniczej Łączne koszty (bez eksploatacji) Tabela4.5. Bilans kosztów 90 000 zł 90 000 zł 90 000 zł 20 000 zł 70 000 zł 340 000 zł Podsumowując wydatki oraz koszty można stwierdzić, że inwestycja w tego typu instalację zwróci się po ok. 2,5 roku. Są to dane zadowalające, ponieważ według szacunków Instytutu Energii Odnawialnej IEO tego typu inwestycja w mikrobiogazownie tej mocy będzie kosztować ok. 250000 zł a wydatki zwrócą się po ok. 3 latach. Projekt zakłada wykorzystanie pozostałego po procesie fermentacji nawozu oraz nie uwzględnia kosztów zbiorów kukurydzy, gdyż profil gospodarstwa zakłada jej coroczne zbiory na potrzeby wyżywienia hodowli. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 19
5. Podsumowanie Rozpatrywane gospodarstwo stanowi bardzo ciekawy przypadek analizy gospodarki energetycznej. Duża powierzchnia samego obiektu, powierzchnia uprawna oraz potencjał hodowli dają bardzo szerokie pole manewru związane z modelowaniem obiektu prosumenckiego. Biorąc pod uwagę łańcuch wartości, zdecydowano się osiągnąć samowystarczalność energetyczną jak najmniejszym kosztem powierzchni rolnej nie zmieniając przy tym polityki hodowlanej oraz uprawnej. Cel taki można osiągnąć przeznaczając 11ha powierzchni pod uprawę substratu. Biorąc pod uwagę całkowitą powierzchnię rzędu 330ha jest to wartość zadowalająca i jak najbardziej możliwa do przeznaczenia. Na podstawie obliczeń można stwierdzić, że z wytworzonej energii skorzystamy przez cały rok a nadmiar możemy sprzedać do sieci. Nieco bardziej skomplikowane jest wykorzystanie ciepła, którego źródła odbioru na terenie obiektu zostały wyczerpane. Aby wykorzystać to ciepło, szczególnie w okresie letnim można podjąć działania związane z poszerzeniem magistrali ciepłowniczej kopalni KWK Pniówek do miejsca instalacji biogazowej. Mówimy tu o odległości rzędu 1km. Wiąże się to jednak z dużą inicjatywą biurokratyczną oraz finansową ze stronie właściciela. Obecnie rachunki za energię elektryczną mogą wynosić nawet kilkanaście tysięcy miesięcznie. Z analizy bilansu kosztów oraz oszczędności wynika, że inwestycja może się zwrócić po 2.5 roku. Gospodarstwo stanie się odporne na problemy energetyki dystrybucyjnej, zyski przeznaczyć można na zakup nowego sprzętu i oczywiście nie zapominajmy o najważniejszym: ochronie naszego środowiska. Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 20
6. Bibliografia [1] Popczyk J.: Energetyka prosumencka jako innowacja przełomowa [2] Popczyk J.: Energetyka prosumencka od sojuszu polityczno-korporacyjnego do energetyki prosumenckiej w prosumenckim społeczeństwie [3] Trojanowska M, Knaga J.: Inżynieria Rolnicza 11/2006, Charakterystyka gospodarstw rolnych jako użytkowników energii elektrycznej [4] www.viessmann.com [5] www.biogazienergia.pl [6] www.enertec-energia.it [7] www.dmaeuropa.com Rok akademicki 2013/2014, semestr zimowy 21