Problemy i wyzwania związane z zaopatrzeniem w energię w

towarowych gospodarstwach rolnych branży owocowo-warzywnej, w tym wykorzystujących przechowalnie i chłodnie

Andrzej Curkowski

biuro@ieo.pl tel. 22 825 46 52

Szkolenie

„Efektywna redukcja kosztów energii i poprawa konkurencyjności gospodarstw rolnych dzięki wykorzystaniu energii z OZE”

Kościerzyn 9 grudnia 2016 r

Problem: Rosnące koszty zaopatrzenia w energię elektryczną

gospodarstw rolnych

72% wzrost wydatków na energię elektryczną w gospodarstwach rolnych w latach 2004-2009, w porównaniu z 34% średnim wzrostem we wszystkich gospodarstwach domowych (stały trend szybszego niż średnia wzrostu kosztów dla gosp. rolnych w ciągu 3-4 ostatnich lat)

Wzrost zużycia energii

elektrycznej per capita w

latach 2000-2007

Średnie roczne zużycie energii elektrycznej na osobę wynosiło w 2012 r

2750 kWh (w mieście 1700 kWh) i wzrosło o 49,6% w porównaniu z rokiem

2009 (w miastach nastąpił spadek);

W latach 2009-2012 średnie wydatki gospodarstwa wiejskiego na energie

elektryczną wzrosły o 16,7% (w mieście 9,9%);

Szybciej niż w mieście rosną tez wydatki na nośniki energii takie jak gaz ciekły i węgiel kamienny

www.ieo.pl

5,4 miliona odbiorców energii elektrycznej w sektorze rolniczym

Udział rolnictwa w krajowym zużyciu energii finalnej (5,8%)

jest ponad dwukrotnie wyższy od średniej w UE (2,2%).

Energochłonność rolnictwa w Polsce

2,2%

5,8%

0

1

2

3

4

5

6

7

Średnie zużycie energii %

UE Polska

www.ieo.pl 4

Udział kosztów

energii w produkcji

rolnej >12%,

najwięcej w UE

Źródło: Eurostat

Zużycie energii końcowej w rolnictwie i leśnictwie [1 000 toe]

Przyczyny zainteresowania rolników

energetyką opartą na OZE

www.ieo.pl 5

Udział kosztów energii do wartości produkcji gospodarstwach rolnych według profilu produkcji

Źródło: Z. Floriańczyk, Energia w kosztach gospodarstwa rolnego, FADN 2013

www.ieo.pl 6

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

Produkcja artykułówspożywczych

przetwarzanie ikonserwowanie owoców

i warzyw

przetwarzanie ikonserwowanie

ziemniaków

produkcja soków zowoców i warzyw

pozostałe przetwarzanie ikonserwowanie owoców

i warzyw

Udział kosztów energii w wartości sprzedanej w cenach bieżących [%]

źródło: GUS oprac. IEO

Udział energii w kosztach produkcji branży owocowo-warzywnej wg. danych GUS

www.ieo.pl

• 20% udział przemysłu spożywczego w produkcji sprzedanej przemysłu ogółem w Polsce

• Eksport produktów rolno-spożywczych stanowi ok 20 mld EUR

• ok 4% udział kosztów energii w koszcie produkcji przemysłowej w

branży spożywczej

• 20-40% udział kosztów energii w kosztach gospodarstwa rolnego w branży owocowo-warzywnej(*)

(*) obejmuje energię elektryczną, paliwo oraz opał w

zależności od typu i specyfiki gospodarstwa rolnego

2015 2004

Przychody przemysłu spożywczego przekraczają 250 mld zł

Potencjał wykorzystania OZE w sektorze rolno-spożywczym

Struktura zużycia energii w gospodarstwach rolnych

ok. 20 – 50%

• gospodarstwa socjalne

ok. 75 – 85 %

• gospodarstwa towarowe

Źródło: GUS i opracowanie własne IEO

W gospodarstwach rolnych zużycie energii na cele produkcyjne stanowi:

Zużycie energii na cele byt-gosp.

Czynniki wpływające na charakterystykę zużycia energii w gospodarstwach

Skala produkcji rolnej

Profil produkcji rolnej

Odbiorniki energii - urządzenia elektryczne i grzewcze

Stan budynków

Liczba i struktura domowników

Umowa z dostawcą energii (np. taryfa, moc umowna itp.)

Analizowane profile gospodarstw rolnych

hodowla bydła, połączona z uprawą zbóż

hodowla trzody chlewnej, połączona z uprawą zbóż

sadowniczy z uprawami polowymi

uprawy owocowo warzywne

produkcja ekologiczna mąki

produkcja roślinna i suszarnictwo

Gospodarstwa projektu OZERISE:

• o największym zużyciu energii (rachunki > 10 tys. zł/rok)

• zdolnościach inwestycyjnych (roczny dochód > 40 000 zł)

• 10 gospodarstw rolnych w woj. Mazowieckim i Warmińsko-Mazurskim

• 6 typów gospodarstw o różnej skali produkcji

• 4 – 5 typów mikroinstalacji OZE

Profile produkcyjne gospodarstw projektu OZERISE

70%

15%

15%

Producenci kapusty (z przewagą pekińskiej białej)

Producenci warzyw (ziemniaki, marchew, pietruszka , seler)

Sadownicy (jabłka)

Struktura profili produkcyjnych gospodarstw uczestniczących w szkoleniu

Gospodarstwa rolne OZERISE

www.ieo.pl

Typ gospodarstwa Charakterystyka gospodarstwa* Roczne zużycie energii i koszt

Posiadane lub planowane systemy OZE**

Sadownicze 40 ha 600 m2 4 os. 300 DJP 55 MWh, 31k zł KS, PV, KB

Owocowo-warzywne 42 ha 400 m2 7 os. - 20 MWh, 15k zł KS, PV, KB

Produkcja zbóż 200 ha 300 m2 6 os. - 29 MWh, 22k zł PV, KS

Produkcja pasz (i mleka) 350 ha 60 m2 5 os. 300 DJP 38 MWh, 28k zł KS, PV, KB

Mleczarskie intensywne 110 ha 110 m2 5 os. 210 DJP 39 MWh, 29k zł PV, KS, MEW

Mleczarskie ekst. małe 37 ha 250 m2 2 os. 25 DJP 16 MWh, 9k zł PV

Mleczarskie ekst. średnie 24 ha 450 m2 7 os. 75 DJP 28 MWh, 16k zł PV, KS, KB

Mieszane (z prod. mleka) 25 ha 100 m2 8 os. 75 DJP 21 MWh, 14k zł PV, KS

Ekologiczne (młyn zboż.) 30 ha 340 m2 3 os. - 28 MWh, 2k# zł PV, KB

Trzoda chlewna 69 ha 300 m2 4 os. 300 DJP 19 MWh, 12k zł PV, KS

* 1) Powierzchnia upraw, 2) Powierzchnia mieszkalna, 3) Liczba domowników, 4) Pogłowie zwierząt ** KS – Kolektory słoneczne, PV – Fotowoltaika, MEW – Małe el. wiatrowe, KB – kotły na biomasę # - w gospodarstwie funkcjonuje jeszcze mała elektrownia wodna

www.ieo.pl

Jednostkowe zużycie energii elektrycznej gospodarstw wg. profili produkcji

na hektar upraw

0

200

400

600

800

1 000

1 200[kWh/ha]

www.ieo.pl

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Produkcja pasz - 350ha, 295 DJP

Produkcja mleka – intensywne, 110 ha,

211 DJP

Mieszane produkcjaroślinno-zwierzęca,

25 ha, 74 DJP

Produkcja mleka – ekstensywne (małe),

37 ha, 26 DJP

Produkcja mleka – ekstensywne

(średnie), 55 ha, 75 DJP

Produkcja mięsnatrzoda chlewna, 83

ha, 81 DJP

[kWh/DJP]

Jednostkowe zużycie energii elektrycznej gospodarstw wg. profili produkcji

na pogłowie zwierząt

www.ieo.pl

-

200,00

400,00

600,00

800,00

1 000,00

1 200,00

1 400,00

1 600,00

1 800,00

2 000,00

2 200,00

2 400,00

2 600,00

2 800,00

3 000,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51

kWh

/tyd

z

Mleczarskie intensywne Owocowo-warzywne

Sadownicze Trzoda chlewna

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

kWh

/h

Mleczarskie intensywne Owocowo-warzywne

Sadownicze Trzoda chlewna

Porównanie średniego zapotrzebowania na moc wybranych typów gospodarstw rolnych w układzie dobowym i rocznym

www.ieo.pl

Struktura zużycia energii - gospodarstwo sadownicze (27 ha jabłonie)

www.ieo.pl 16

Dobowo-sezonowy profil zapotrzebowania energii - gospodarstwo sadownicze (27 ha jabłonie)

Źródło: wyniki projektu OZEISE, IEO

Rachunki za energię w różnych grupach taryfowych

- zł

5 000,00 zł

10 000,00 zł

15 000,00 zł

20 000,00 zł

25 000,00 zł

30 000,00 zł

35 000,00 zł

40 000,00 zł

G11 G12 C11 C21

Kompensacja mocy Przekroczenia mocy Opłaty stałe Opłata za dystybucję Opłata za energię

0

1

2

3

4

5

6

7

0:0

0:0

0

1:0

0:0

0

2:0

0:0

0

3:0

0:0

0

4:0

0:0

0

5:0

0:0

0

6:0

0:0

0

7:0

0:0

0

8:0

0:0

0

9:0

0:0

0

10

:00

:00

11

:00

:00

12

:00

:00

13

:00

:00

14

:00

:00

15

:00

:00

16

:00

:00

17

:00

:00

18

:00

:00

19

:00

:00

20

:00

:00

21

:00

:00

22

:00

:00

23

:00

:00

0:0

0:0

0

1:0

0:0

0

2:0

0:0

0

3:0

0:0

0

4:0

0:0

0

5:0

0:0

0

6:0

0:0

0

7:0

0:0

0

8:0

0:0

0

9:0

0:0

0

10

:00

:00

11

:00

:00

12

:00

:00

13

:00

:00

14

:00

:00

15

:00

:00

16

:00

:00

17

:00

:00

18

:00

:00

19

:00

:00

20

:00

:00

21

:00

:00

22

:00

:00

23

:00

:00

lato zima

MO

C [

KW

]

pozaszczyt szczyt

Rozkład stref w taryfie C12A - Przykład: hodowla trzody chlewnej

Roczne zużycie energii elektrycznej przez wybrane procesy produkcyjne

-

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

14 000

16 000

18 000

Zuży

cie

ener

gii (

kWh

)

Ładowanie wózków Mieszalnik Śrutownik Agroturystyka

Dojarnia Pompy Chlewnia Dom

Warsztat Chłodnia Myjnia Suszarnia

Młyn

www.ieo.pl

Profil roczny i dobowy zużycia energii elektrycznej - chlewnia

-

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

www.ieo.pl

-

500,00

1 000,00

1 500,00

2 000,00

2 500,00

3 000,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Produkaja zbóż Produkca pasz

Profil roczny i dobowy zużycia energii elektrycznej - suszarnia

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Produkaja zbóż Produkca pasz

www.ieo.pl

Profil roczny i dobowy zużycia energii elektrycznej - chłodnia

-

1

1

2

2

3

3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Sadownicze Owocowo-warzywne

-

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Sadownicze Owocowo-warzywne

www.ieo.pl 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Mleczarskie intensywne Mleczarskie ekstensywne średnie Mieszane produkcja roślinno-zwierzęca Mleczarskie ekstensywne małe

-

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Mleczarskie intensywne Mleczarskie ekstensywne średnie Mieszane produkcja roślinno-zwierzęca Mleczarskie ekstensywne małe

Profil roczny i dobowy zużycia energii elektrycznej - dojarnia

www.ieo.pl

Profil roczny i dobowy zużycia energii elektrycznej - śrutownik

-

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Trzoda chlewna Mleczarskie ekstensywne średnie

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Trzoda chlewna Mleczarskie ekstensywne średnie

www.ieo.pl

Monitoring warunków pogodowych i

zużycia energii elektrycznej Z dużą rozdzielczością czasową (15 min) zbierano dane o:

- pionowym profilu prędkości i kierunku wiatru,

- temperaturze, wilgotności,

- nasłonecznieniu,

- ciśnieniu atmosferycznym.

Pomiar realizowano na maszcie o wysokości 30 m,

tj. w warunkach odpowiadających typowym warunkom pracy mikroźródeł OZE (w szczególności małych elektrowni wiatrowych oraz kolektorów słonecznych, ew. systemów fotowoltaicznych).

System opomiarowania zużycia energii elektrycznej:

- inteligentne liczniki energii w najważniejszych obwodach

- system transmisji, monitoringu i wizualizacji danych Erco.net

www.ieo.pl

Przykład Ocena zasobów energetycznych pod kątem realizacji

Instalacji hybrydowej technologii PV 5kW + MEWi 5kW

Największa produktywność paneli fotowoltaicznych ma miejsce w miesiącach wiosennych i letnich

Największa produktywność małych turbin

wiatrowych ma miejsce w miesiącach

jesienno-zimowych

Symulacja produkcji energii elektrycznej na bazie rzeczywistych pomiarów meteorologicznych w latach 2013 – 2014 dla instalacji fotowoltaicznej i elektrowni wiatrowej o mocach 5kW

• średnia prędkość wiatru: 4,8 m/s • suma promieniowania: 1065 kWh/m2 rok

www.ieo.pl 26

Korelacja profilu zapotrzebowania na energię gospodarstwa sadowniczego z produkcją w instalacji

fotowoltaicznej i wiatrowej 10 kW

0,0 kWh

1,0 kWh

2,0 kWh

3,0 kWh

4,0 kWh

5,0 kWh

6,0 kWh

7,0 kWh

8,0 kWh

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Produkcja energii w instalacji fotowoltaicznej 10 kW [kWh]

Produkcja energii w małej elektrowni wiatrowej 10 kW [kWh]

Profil wykorzystania energii elektrycznej przez gospodarstwo sadownicze [kWh]

www.ieo.pl 27

Korelacja profilu zapotrzebowania na energię gospodarstwa sadowniczego z produkcją w instalacji

fotowoltaicznej i wiatrowej 10 kW

0,0 kWh

1,0 kWh

2,0 kWh

3,0 kWh

4,0 kWh

5,0 kWh

6,0 kWh

7,0 kWh

8,0 kWh

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Produkcja energii w instalacji OZE

Zużycie energii elektrycznej

Zapotrzebowanie energii sieciowejskorygowane o autokonsumpcje z OZE

czerwiec

0,0 kWh

1,0 kWh

2,0 kWh

3,0 kWh

4,0 kWh

5,0 kWh

6,0 kWh

7,0 kWh

8,0 kWh

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Produkcja energii w instalacji OZE

Zużycie energii elektrycznej

Zapotrzebowanie energii sieciowejskorygowane o autokonsumpcje z OZE

styczeń

0,0 kWh

1,0 kWh

2,0 kWh

3,0 kWh

4,0 kWh

5,0 kWh

6,0 kWh

7,0 kWh

8,0 kWh

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Produkcja energii MEW [kW]

Zużycie energii elektrycznej

Zapotrzebowanie energii sieciowejskorygowane o autokonsumpcje z OZE

0,0 kWh

1,0 kWh

2,0 kWh

3,0 kWh

4,0 kWh

5,0 kWh

6,0 kWh

7,0 kWh

8,0 kWh

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Produkcja energii MEW [kW]

Zużycie energii elektrycznej

Zapotrzebowanie energii sieciowejskorygowane o autokonsumpcje z OZE

www.ieo.pl 28

• Optymalizacja doboru instalacji fotowoltaicznej i wiatrowej do profilu zapotrzebowania na energię

gospodarstwa sadowniczego

5,0%

6,9%

93,8%

73,2%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

12,0%

14,0%

16,0%

18,0%

Autokonsumpcja [%] Stopień pokrycia

zapotrzebowania [%] Stopień pokrycia zapotrzebowania na energię z OZE [%] Współczynnik autokonsumpcji energii z OZE [%]

Przykład Ocena konsumpcji energii

Roczne zapotrzebowanie w gospodarstwie domowym na: • energię elektryczną: 7.600 kWh • na ciepło: 32.000 kWh (w tym ok. 8.000 na CWU)

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

-

500,00

1 000,00

1 500,00

2 000,00

2 500,00

3 000,00

1 8 15 22 29 36 43 50

Przykład bilansowania energii w gospodarstwie domowym z instalacją PV (1 tydzień – lipiec ’2013)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1 25 49 73 97 121 145

(kW

h)

Profil zużycia energii w gospodarstwie rolnym

Nadwyżki energii z instalacji PV

Energia z instalacji PV skonsumowana przez gospodarstwo

Przykład bilansowania energii w gospodarstwie domowym z instalacją MEW (1 tydzień lipiec ’2013)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1 25 49 73 97 121 145

(kW

h)

Nadwyżki energii z małej elektrowni wiatrowej

Profil zużycia energii przez gospodarstwo

Energia z elektrowni skonsumowana przez gospodarstwo

Podsumowanie - rekomendacje

www.ieo.pl

Rodzaj

gospodarstwa

Rodzaj systemu

fotowoltaicznego

Rodzaj systemu

kolektorów słonecznych

Rodzaj kotłowni na

biomasę

Pozostałe Szacowane

możliwości

inwestycyjne

Instalacje pierwszej

potrzeby

Produkcja

pasz (i mleka)

2 kW semi off-grid

10 kW FiT

5kW (4 os.)

5kW (5 os.)

5kW (mycie krów)

ok. 15 kW z

podajnikiem

Gruntowa pompa

ciepła

Duże Kolektory 5kW (4os.)

Fotowoltaika

Mleczarskie

intensywne

3 kW semi off-grid

10 kW FiT

5 kW (5 os.)

5 kW (mycie krów)

- Mała elektrownia

wiatrowa

Duże / Średnie Kolektory 5kW (5os.)

Fotowoltaika

Mieszane (z

prod. mleka)

1 kW semi off-grid

3 kW FiT

10 kW (10 os.)

3 kW (mycie krów)

15 kW z podajnikiem - Średnie / Małe Kocioł c.o.

Kolektory (10 os.)

Mleczarskie

ekst. małe

1 kW semi off-grid

3 kW FiT

- - Odzysk ciepła z

mleka

Małe Fotowoltaika

Odzysk ciepła z

mleka

Mleczarskie

ekst. średnie

1 kW semi off-grid

3 kW FiT

2 kW+ nowy zasobnik

3 kW (mycie krów)

- Odzysk ciepła z

mleka

Małe Rozbudowa systemu

KS

Fotowoltaika

Trzoda

chlewna

5 kW semi off-grid

10 kW FiT

5 kW (4 os.) - - Średnie Fotowoltaika

Kolektory słoneczne

Ekologiczne

(młyn zboż.)

4 kW semi off-grid

10 kW FiT

- ok. 20 kW z

podajnikiem

- Średnie Fotowoltaika

Kocioł c.o.

Owocowo-

warzywne

3 kW semi off-grid

10 kW FiT

6 kW (7 os.)

10 kW (10 os.)

ok. 20 kW z

podajnikiem

- Duże Kocioł c.o. i kolektory

– dom

Fotowoltaika

C.O. i C.W.U. – pom.

Socjalne

Sadownicze 1 kW semi off-grid

10 kW FiT

3 kW ( 4 os.) ok. 55 kW przyst. do

spalania zrębków

- Duże Kolektory 3 kW

(4os.)

Kotłownia c.o.

Fotowoltaika

Produkcja

roślinna

3 kW semi off-grid

10 kW FiT

2 kW + nowy zasobnik - Mała elektrownia

wiatrowa

Duże Fotowoltaika

Przebudowa systemu

KS

Rekomendowana ścieżka doboru instalacji

Gromadzenie danych

Analiza

Czy znamy koszty?

Kształtowanie koncepcji

Projektowanie

Wstępny projekt

LCOE

Współpraca w celu doboru OPŁACALNEGO systemu OZE

Ocena lokalizacji inwestycji, analiza celów inwestora oraz

potrzeb w oparciu o dane profilu zużycia energii z

rachunków,

Wstępny dobór koncepcji i rekomendacji z użyciem

programu symulacyjnego

Pełne studium wykonalności z uwzględnieniem efektów i

kosztów ukrytych komponentów inwestycji

Ponowna ocena kosztu produkcji energii

Ankieta umożliwiająca bezpłatny wstępny dobór instalacji

34

http://www.ieo.pl/pl/oze-dla-firm

Instytut Energetyki Odnawialnej

48 22 825 46 52

www.ieo.pl

Andrzej Curkowski

acurkowski@ieo.pl

35