Zdzisław Ginalski CDR O/Radom ROZWÓJ BIOGAZOWNI ROLNICZYCH Co to jest biogazownia rolnicza? Biogazownie rolnicze zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Gospodarki śywnościowej z dnia 7 października 1997 r. Dz. U. 132, poz. 877 stanowią zespół urządzeń do wytwarzania i magazynowana biogazu rolniczego. Biogazownie rolnicze przeznaczone są do zagospodarowywania produktów ubocznych z rolnictwa: pochodzenia zwierzęcego w tym: gnojowica, obornik, kurzak itp.; pochodzenia roślinnego, pozostałości po produktach rolnych (kiszonka); pozostałości po procesach przetwórstwa spoŝywczego, owocowo-warzywnego i przetwarzanie ich w procesie fermentacji metanowej na biogaz, z którego w procesie kogeneracji otrzymujemy energię elektryczną i cieplną. Co to jest biogaz rolniczy? Biogaz rolniczy według ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (ostatnia nowelizacja we wrześniu 2011 r.) jest to paliwo gazowe otrzymywane w procesie fermentacji metanowej surowców rolniczych, produktów bocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej, z wyłączeniem gazu pozyskiwanego z surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów. Jakie są korzyści i zagroŝenia produkcji biogazu rolniczego? Korzyści: MoŜliwość magazynowania i taniego przechowywania surowców; Powszechna dostępność substratów, znane technologie uprawy i ogromny potencjał; NiezaleŜność mocy wytwórczych od warunków atmosferycznych pór roku; Wysoka sprawność układów CHP (układy kogeneracyjne); Zerowy bilans CO2, utylizacja metanu (wysoki efekt ekologiczny); Wykorzystanie ogromnych ilości produktów ubocznych rolnictwa (wysoki efekt ochrony środowiska). ZagroŜenia: Relatywnie wysokie koszty inwestycji; Wprowadzenie monokultur w uprawach; Konkurencja dla produkcji Ŝywności; Brak jednoznacznych uregulowań prawnych ( pomimo duŝego postępu). Co to jest kogeneracja? Kogeneracja jest to proces wytwarzania energii, w którym jednocześnie generowana jest energia elektryczna oraz ciepło. Jest to proces wysokosprawny, w którym energia wytwarzana jest z uŝyciem relatywnie czystych paliw takich jak gaz ziemny czy biogaz. W agregacie kogeneracyjnym ze 100 jednostek energii pierwotnej wytworzone zostanie od 32 do 36 1
jednostek energii elektrycznej i od 44 do 50 jednostek ciepła ( w zaleŝności od producenta kogeneratora). Straty energii stanowią od 14 do 24 %. Co to jest fermentacja metanowa? Fermentacja metanowa polega na beztlenowym rozkładzie substancji organicznych do metanu i dwutlenku węgla, przy udziale bakterii. Proces fermentacji tym róŝni się od kompostowania, Ŝe prowadzony jest w zamkniętych komorach bez dostępu powietrza. Temperatura podczas fermentacji wynosi około 35 o C lub około 55 o C. W rezultacie produktami rozkładu substancji organicznych jest biogaz ( mieszanina: metanu, dwutlenku węgla, siarkowodoru itd.) i naturalny nawóz. Jakie są metody fermentacji? W fermentacji mokrej w pierwszym etapie pracy biogazowni substraty wsadowe( gnojowica, obornik, kiszonka) poddawane są procesom: rozdrabniania i mieszania. Następnie biomasa o róŝnym stopniu uwodnienia przepompowywana jest do komory fermentacyjnej (zwanej teŝ bioreaktorem lub fermentatorem), w której zachodzi proces rozkładu materiału wsadowego w odpowiednich temperaturach ( pomiędzy 32-42 o C - mezofilny zakres temperatur lub 50-57 o C termofilny zakres temperatur). W takich warunkach przez mikroorganizmy następuje produkcja biogazu. Aby zapewnić prawidłowy przebieg procesu, reaktor powinien być szczelny oraz posiadać dobrą izolację termiczną, ograniczającą straty cierpła procesowego. W procesie fermentacji suchej w przeciwieństwie do fermentacji mokrej, materiałem wsadowym stawiane są niŝsze wymagania odnośnie jakości. Metoda sucha polega na umieszczeniu rozdrobnionych substratów w specjalnej komorze fermentacyjnej z niewielkim dodatkiem odcieków. Zaletą tej metody jest mała objętość reaktora, prosta wstępna obróbka odpadów, małe zapotrzebowanie na wodę i ciepło. Produkty powstałe w wyniku suchej fermentacji mogą być wykorzystywane jako cenny nawóz organiczny. Jakie są zmiany w prawie? W ustawie z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne: zagwarantowano przedsiębiorstwom energetycznym, które zostały wpisane do rejestru wytwórców biogazu rolniczego ceny zbytu energii elektrycznej po średniej cenie sprzedaŝy energii elektrycznej w poprzednim roku kalendarzowym; zniesiono opłaty skarbowe dla przedsiębiorstw energetycznych wytwarzających energię w odnawialnych źródłach energii do 5 MW związanych z wpisem, zmianami i wykreśleniem rejestru wytwórców biogazu rolniczego, jak równieŝ wydaniem i wpisem do rejestru świadectw pochodzenia i świadectw pochodzenia biogazu. W Rozporządzeniu Rady Ministrów z dnia 9.11 2010 r. w sprawie przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko: wyłączono biogazownie rolnicze o zainstalowanej mocy elektrycznej do 0,5 MW lub wytwarzających ekwiwalentną ilość biogazu. W Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 5 kwietnia 2011 r. w sprawie procesu odzysku R10, substancje powstające w procesie beztlenowego rozkładu obornika, gnojówki, gnojowicy, odpadów roślinnych pochodzących z rolnictwa i przetwórstwa rolno-spoŝywczego zostały zwolnione z obowiązku spełnienia wymogów: jak komunalne osady ściekowe; przed ich zastosowaniem poddania rozdrobnieniu; stosowania na glebach, na których nie są przekroczone wartości dopuszczalne stęŝania substancji określonych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi; 2
stosowania w taki sposób i takiej ilości, aby ich wprowadzenie do gleby nie spowodowało przekroczenia w niej dopuszczalnych wartości metal cięŝkich (Cr, Pb, Cd, Hg, Ni, Zn, Cu); spełnienie wymagań dotyczących dopuszczenia wartości zanieczyszczeń określonych dla nawozów organicznych; w celu określenia dawki moŝliwej do zastosowania na glebach, prowadzenia badań w laboratoriach posiadających certyfikat akredytacji lub certyfikacji wdroŝonego sytemu jakości. Jakie są dalsze prace legislacyjne? Ustawa z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawoŝeniu projekt zmiany ustawy na etapie uzgodnień międzyresortowych; Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane wymaga przeglądu w zakresie procedury wydawania pozwolenia na budowę - Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Gospodarki śywnościowej z dnia 7 października 1997 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie projekt zmian w trakcie konsultacji; Ustawa o odnawialnych źródłach energii projekt ustawy przygotowywany przez Ministerstwo Gospodarki. Jaki jest aktualny stan rejestru biogazowni rolniczych? Lp. Nazwa podmiotu Lokalizacja MWe MWt Wydajność w m 3 1 Poldanor Koczała 2,126 2,206 8 212 500 Pawłówko 0,946 1.101 3 802 655 Płaszczyca 0,625 0,680 2 299 500 Nacław 0,625 0,686 2 299 500 Swielino 0,625 0,646 2 299 500 Uniechówek 1,063 1,081 4 100 200 GiŜyno 1,063 1,081 4 100 200 2 Biogaz Agri Sp. z o o. Niedoradz 0,252 0,291 631 000 3 Spółka Rolna Kalsk Sp. z.o.o. Kalsk 1,140 1,060 4 500 000 4 Elektrownie wodne Sp. z.o.o. Liszkowo 2,126 1,198 7 400 000 5 Bogaz Zeneris Sp. z.o.o. Skrzatusz 0,526 0,505 2 080 000 6 Eko-Energia Grzmiąca Sp. z.o.o. Grzmiąca 1,600 1,600 6 000 000 7 Bio-Wat Sp. z.o.o. Świdnica 0,900 1,100 4 000 000 8 Bio-But Sp. z.o.o Łany Wielkie 0,526 0,540 1 106 000 9 ZDIZ PIB Grodziec Grodziec Śl. 0,600 0,608 2 030 017 10 Bioelektrownia Sp. Zo.o.o Uhnin 1,200 1,160 4 500 000 Razem 16 14,943 15,583 59 361755 Źródło: Informacja ARR wg stanu na dzień 25 listopada 2011 r. 3
Ile wytworzono energii z biogazu rolniczego w I półroczu 2011 r. Okres wytwarzania energii elektrycznej i ciepła z biogazu rolniczego I kwartał 2011 r. II kwartał wytworzona z biogazu rolniczego na zuŝyta na potrzeby własne lub w inny sposób Ciepło wytwarzane z biogazu rolniczego (MWh t ) 14 475 10 445 1 537 2 493 15 515 18 971 14 323 1 945 2 703 18 620 2011 r. Łącznie 33 446 24 768 3 482 5 196 34 135 Źródło: informacje ARR na podstawie sprawozdań kwartalnych złoŝonych przez przedsiębiorstwa energetyczne Jakie surowce wykorzystywane do produkcji biogazu rolniczego w I półroczu 2011 r. Lp. Rodzaj surowca Ilość zuŝytego surowca do produkcji biogazu rolniczego ( w tonach) I kw. 2011 II kw. 2011 Razem Udział 1 Gnojowica 59 231,10 68 297,58 127 528,68 59% 2 Kiszonka z kukurydzy 18 308,33 28 954,38 47 262,71 22% 3 Wywar pogorzelniany 14 094,23 6 712,20 20 806,43 10% 4 Pozostałości z warzyw 1 727,80 4 538,35 6 311,15 3% 5 Mieszaniny lecytyny i mydeł 3 384,36 2 383,61 5 767,97 3% 6 Obornik 2 733,80 2 497,90 5 231,70 2% 7 Wysłodki 2 157,40 0,00 2 157,40 1% 8 Inne 783,96 1 987,29 2 771,25 1% Razem 102 420,98 115 416,31 217 837,29 100% Źródło: Informacje ARR na podstawie sprawozdań kwartalnych złoŝonych przez energetyczne przedsiębiorstwa Energia elektryczna (MWh e ) wprowadzona zuŝyta do sieci potrzeby elektroenergetycznej produkcji Ile złoŝono wniosków o dofinansowanie biogazowni rolniczych w ramach PROW oraz NFOŚiGW? Województwo Liczba złoŝonych wniosków PROW NFOŚiGW OZE1 NFOŚiGW -GIS RAZEM DOLNOŚLĄSKIE 1 1 2 KUJAWSKO- 22 22 POMORSKIE LUBELSKIE 24 1 25 ŁÓDZKIE 4 1 5 MAŁOPOLSKIE 8 8 MAZOWIECKIE 17 3 20 OPOLSKIE 1 2 3 PODKARPACKIE 6 1 7 PODLASKIE 9 1 10 POMORSKIE 11 2 13 4
ŚLĄSKIE 8 1 1 10 ŚWIĘTOKRZYSKIE 1 1 WARMIŃSKO- 6 6 MAZURSKIE WIELKOPOLSKIE 51 2 1 54 ZACHODNIPOMORSKIE 3 2 2 7 Ogółem 180 10 11 201 PROW Działanie 3.1.1. RóŜnicowanie w kierunku działalności nierolniczej - nabór: 2011 r. NFOŚiGW Działanie OZE 1 konkurs III - nabór: 2011 r. NFOŚiGW System Zielonych Inwestycji (GIS) cz 2 Biogazownie rolnicze - nabór 2011 r. Co to są certyfikaty energetyczne? Świadectwa pochodzenia energii elektrycznej, to element systemu wsparcia produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, ale takŝe w wysokosprawnej kogeneracji (czyli z jednoczesnej produkcji energii elektrycznej i ciepła). KaŜdy zakład energetyczny ma obowiązek umorzyć odpowiednią ilość świadectw pochodzenia, proporcjonalnie do całego sprzedanego przez siebie prądu. Świadectwa pochodzenia powstają tylko tam, gdzie powstaje energia elektryczna - czyli dostaje je np. właściciel wiatraka czy miejskiej elektrociepłowni. I on później sprzedaje je, razem z prądem, co sprawia, Ŝe za wyprodukowaną energię elektryczną dostaje więcej pieniędzy, niŝ gdyby produkował prąd z węgla w zwykłej elektrowni. Świadectwa pochodzenia wydaje Urząd Regulacji Energetyki zgodnie z Rozporządzeniem w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii. Obecnie stosowane biogazowe certyfikaty: - Energia pozyskiwana z Odnawialnych Źródeł Energii wszystkie biogazy (fizyczne wytwarzanie energii elektrycznej) -274,92 zł/mw - Biogaz rolniczy wtłaczany do sieci (ekwiwalent certyfikatu zielonego) - 274,92 zł/mw -Energia elektryczna wyprodukowana wysokosprawnie w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła, dla mocy elektrycznej poniŝej 1 MW biogaz rolniczy dowolna moc - 127,15 zł/mw - Dla producentów energii w jednostkach kogeneracyjnych opalanych metanem pozyskiwanym w kopalniach lub biogaz wszystkie biogazy (dowolna moc) - 59,16 zł/mw Ministerstwo Gospodarki przygotowało propozycje współczynników korygujących jednostkową wartość świadectw pochodzenia, które mają obowiązywać dla poszczególnych technologii OZE w nowym systemie wsparcia dla energetyki odnawialnej, które wejdą w Ŝycie po przyjęciu nowej ustawy o OZE. Zapowiadane wprowadzenie w nowym systemie zielonych certyfikatów współczynniki róŝnicujące wartość certyfikatów dla biogazu, fotowoltaiki czy energetyki wiatrowej prawdopodobnie stracą sens występujące obecnie certyfikaty Ŝółte, czerwone czy fioletowe, które są obecnie przyznawane dodatkowo, oprócz zielonego certyfikatu, producentom energii z biogazu. 5
Proponowane współczynniki korygujące Źródło: Ministerstwo Gospodarki (Projekt ustawy o OZE) Czy to się opłaca? Wielkość korzyści z instalacji biogazowych ocenia się poprzez wielkość tzw. centrów zysku: a. Zagospodarowanie gnojowicy czy ewentualnie obornika b. Wytwarzanie metanu tłoczenie do sieci lub bezpośrednio do kotła c. Przemiana metanu (kogenerację CHP) w energie elektryczną i ciepło d. Poferment jako nawóz płynny lub zgranulowany nawóz sypki lub biomasa e. Czysta woda lub łatwy do obróbki ściek Podstawowym czynnikiem efektywności biogazowni rolniczej jest koszt pozyskania substratu. W klasycznej biogazowni rolniczej zagospodarowuje się głównie gnojowicę świńską lub bydlęcą której koszt pozyskania ocenia się na poziomie kosztów transportu oraz koszt kiszonki np. z kukurydzy czy sianokiszonki wytworzonej lub zakupionej po cenach rynkowych. Przyjmuje się Ŝe w zaleŝności od wybranej technologii, poniesionych kosztów budowy i eksploatacji ( przy uwzględnieniu wszystkich czynników kosztowoprzychodowych) średnia opłacalność z jednego hektara uŝytków rolnych wyniesie od 5,2 do nawet 12,7 tys. zł/ha i nie jest to przychód, lecz dochód (zysk brutto). Najbardziej efektywna ( ze względu na wsparcie rządowe) jest zamiana oczyszczonego biogazu w energię elektryczną i sprzedaŝ jej (najlepiej jako energię szczytową) do operatora sieci energetycznej. SprzedaŜ lub zagospodarowanie ciepła i pofermentu nawozowego ( w płynie lub jako granulatu) jest mniej efektywne. 6
Przykładowa symulacja dla małej biogazowni rolniczej o mocy 39 kw. SUBSTRATY Nazwa masa (t/d) zapotrzebowanie roczne (t/r.) sucha masa (%) ilość biogazu (m 3 /t) zawartość metanu (%) Obornik kurzy 3 1095 32 80 60 Gnojowica bydlęca 1,4 511 8 18 60 Kiszonka z kukurydzy 1,5 547,5 28 185 53 Ogółem masa dziennego wsadu (t/d) 5,9 Sucha masa średnio (%) 28 Średni czas przebywania wsadu w fermentatorze (dni) 30 OBLICZENIA Nazwa Ilość wytworzonego biogazu (m 3 ) Ilość metanu (m 3 ) Obornik kurzy 240 144 Gnojowica bydlęca 26 15 Kiszonka z kukurydzy 278 147 RAZEM 543 306 WYTWARZANIE ENERGII Moc potrzebnego agregatu kogeneracyjnego (kw) 39 Z 1 m 3 biogazu moŝna otrzymać (kwh) 5,21 Ogółem dziennie moŝemy otrzymać (kwh) 2829 Wytwarzanie energii elektrycznej - 40% (kwh) 1132 Wytwarzanie energii cieplnej 60% (kwh) 1697 Średnie stęŝenie metanu w uzyskanym biogazie (%) 56,4 Źródło: Zespół AF Project Czy biogazownia o mocy 100 kw opłaca się? Przeanalizujemy sytuację, w której rolnik decyduje się na budowę biogazowni o mocy 100 kw. Przyjmujemy, Ŝe będzie ona kosztowała w sumie ok. 1,75 mln zł netto (wraz z przyłączeniem energetycznym). Rolnik otrzymał dotację inwestycyjną z róŝnicowania w kwocie 500 tys. zł. Wkład własny to 350 tys. zł, na resztę, czyli 900 tys. zł zaciąga kredyt ze spłatą przez 10 lat (rok karencji) i komercyjnym oprocentowaniu 8,71% w skali roku. Roczna produkcja prądu to ok. 860 MWh, z czego ok. 800 MWh moŝe zostać sprzedanych do sieci obecnie po ok. 46 gr/kwh (ok. 19 gr/kwh prądu, ok. 27 gr/kwh zielony certyfikat), a w momencie, gdy zostaną zaakceptowane w ustawie zmiany po ok.73 gr/kwh. Biogazownia o mocy ok. 100kW, działająca w 100 % na substracie z kiszonki z kukurydzy, wymaga obsiania kukurydzą ok. 44 ha ziemi (wg K. śmudy MRiRW). Gdy w substracie będzie 30% gnojowicy świńskiej (4 tys. ton) trzeba zapienić kukurydzę z niemal 31 ha. Przy samej gnojowicy potrzeba przynajmniej 10 tys. tego substratu. Przygotowanie kiszonki z takiego areału ( uprawa, zbiór, kiszenie) oraz wywóz pofermentu na pola to koszt ok. 160 tys. zł. Do tego dochodzi ok. 42 tys. zł rocznie na serwis instalacji i obsługę przyłącza energetycznego. Następnie do kosztów trzeba doliczyć odsetki od kredytu średnio co roku po 43 tys. zł, amortyzacje ( 20 lat) 62,5 tys. zł oraz pozostałe koszty pośrednie na poziomie ok. 18 tys. zł otrzymujemy dochód po opodatkowaniu ( dla potrzeb biogazowni rolnik 7
zakłada spółkę celową działalność gospodarczą) na poziomie oscylującym w pierwszych pięciu latach wokół 210 tys. rocznie. Z wyliczeń tych wynika, Ŝe przeciętny koszt wyprodukowania MW prądu to ok. 420 zł. Natomiast po ok. 4-5 latach koszt inwestycji pokryje wypracowany dochód netto i amortyzację, czyli rentowność przedsięwzięcia przy planowanych zmianach w prawie moŝe sięgnąć nawet 20 % rocznie. W dotychczasowych realiach jest zgoła inaczej roczne dochody są kilkakrotnie mniejsze, stąd i opłacalność produkcji znikoma. Przychody i koszty biogazowni o mocy 100KW (w zł) Lp. Wyszczególnienie Cena jedn. Po zmianach Dotychczas 1. SprzedaŜ energii zł/mwh 195 156 000 156 000 2. Przychód ze sprzedaŝy certyfikatów x 428 000 216 000 3. -zielonego zł/mwh 472/270* 380 800 216 000 4. - fioletowego 59/0* 47200 0 A. Razem przychody x 584 000 372 000 1. Koszty substratu i zagospodarowania 160 000 pulpy pofermentacyjnej 2. Serwis instalacji x 40 000 3. Eksploatacja przyłącza x 2 000 B. Razem koszty zmienne x 202 000 C. Dochód bezpośredni (A-B) x 382 000 170 000 1. Średnie roczne odsetki od kredytu x 43 145 2. Pozostałe koszty pośrednie, w tym x 18 500 ubezpieczenia 3. Amortyzacja (20 lat) 20 lat 62 500 D. Razem koszty pośrednie x 124 145 124 145 E. Dochód brutto x 257 855 45 855 F. Dochód netto (C-D) x 208 863 37 142 Wartość inwestycji 1,75 mln zł, dotacja 500 tys. zł, wkład własny 350 tys. zł, kredyt 900 tys. zł na 10 lat z oprocentowaniem 8,71 %, rok karencji, biogazownia działająca na kiszonce z kukurydzy z areału ok. 40 ha* po zmianach/ dotychczas. Źródło: top agrar Polska nr 2/2012 r. Stan prawny zawarty w opracowaniu na dzień 10 stycznia 2012 roku. Literatura: 1. Małe biogazownie rolnicze broszura Zarządu Krajowej Rady Izb Rolniczych 2010 r. 2. Biogaz rolniczy produkcja i wykorzystanie broszura Mazowiecka Agencja Energetyczna Sp.z.o.o. 2009 r. 3. Rozwój biogazowni rolniczych materiały szkoleniowe MRiRW K. śmuda 2012 r. 4. Projekt ustawy o Odnawialnych Źródłach Energii MG 2012 r. 5. Top agrar Polska nr 2/2012 r. 8