Provjera izvedivosti korištenja toplinske energije iz ... · Elektrane na bioplin iz poljoprivrednih kultura te organskih ostataka, otpada biljnog i životinjskog podrijetla, biorazgradivog

Razvitak održivog tržišta toplinske energije iz bioplinskih postrojenja u Europi

Projekt IEE/11/025

Provjera izvedivosti korištenja toplinske energije iz bioplinskog postrojenja Landia Tordinci

Siječanj, 2014.

BiogasHeat Provjera izvedivosti

2

Autori: Energetski Institut Hrvoje Požar, Hrvatska Igor Novko, Željko Plantić i Željka Fištrek Kontakt: Savska cesta 163

10001 Zagreb +385 1 6326 139

[email protected] www.eihp.hr

Izvještaj No. WP 3: D 3.5 Projekt BiogasHeat (Razvitak održivog tržišta toplinske energije iz bioplinskih postrojenja u Europi) podržan je od strane Europske komisije kroz program Inteligentna energija za Europu. Za sadržaj ovog dokumenta odgovorni su jedino autori. Sadržaj nužno ne odražava mišljenje Europske unije. EACI i Europska komisija nisu odgovorni za eventualnu upotrebu informacija sadržanih u materijalu. BiogasHeat web stranica: www.biogasheat.org

Sadržaj

1 Uvod _________________________________________________________ 4

2 Bioplinsko postrojenje Landia - trenutačno stanje ____________________ 4

Lokacija _____________________________________________________________ 4

Tehnički podaci planiranog postrojenja ___________________________________ 5

Ekonomski podaci _____________________________________________________ 6

3 Stvarno iskorištenje toplinske energije iz postrojenja na bioplin ________ 8

4 Opis i kratka analiza mogućnosti korištenja toplinske energije _________ 8

5 Zaključak _____________________________________________________ 16


4

1 Uvod

Projekt BiogasHeat bavi se pitanjem učinkovitog korištenja toplinske energije iz postrojenja na bioplin na europskoj, nacionalnoj i projektnoj razini. U sklopu projekta razvija se i primjenjuje niz mjera vezanih za različite politike primjene toplinske energije, najbolju praksu, terenska ispitivanja i provedbu projekta. Posebni ciljevi projekta BiogasHeat su: (1) poduprijeti ekonomski opravdano i održivo korištenje toplinske energije iz postojećih i budućih postrojenja na bioplin koja za sada ostaje neiskorištena, (2) povećati sposobnost prevladavanja glavnih prepreka u nekoliko ciljanih zemalja (Austrija, Češka, Danska, Hrvatska, Italija, Latvija, Njemačka, Poljska i Rumunjska) putem posebnih mjera, uključujući analizu tehničkih mogućnosti, studije izvodljivosti, poduzetnički strateški razvoj poslovnih projekata i terenska ispitivanja i (3) povećati kapacitete kroz obuku, usavršavanje vještina i prijenos znanja.

Provjere izvedivosti korištenja toplinske energije iz bioplinskih postrojenja jedna su od glavnih aktivnosti projekta, a njihov cilj je pružiti operatorima bioplinskih postrojenja, postojećih ili budućih, uvid u opcije iskorištenja toplinske energije koje su im na raspolaganju te analizirati primjenjivost odabranih opcija na konkretnom postrojenju. U širem pogledu, cilj provjera je prvi korak prema većoj energetskoj efikasnosti postrojenja na bioplin.

Ovaj izvještaj objedinjuje prikupljane informacije o bioplinskim postrojenjima i potencijalnim korisnicima toplinske energije te analizira izvedivosti mogućnosti korištenja toplinske energije iz bioplinskih postrojenja. Rezultat provjera nije poslovni model te je potrebno daljnje i dublje istraživanje mogućnosti. Osim toga provjere izvedivosti nisu sveobuhvatne i dubinske te na temelju njih nije moguće donositi definitivne zaključke i preporuke. Međutim, provjere izvedivosti pružaju širu sliku mogućnosti, rizika i izazova za zainteresirane stranke.

Operater bioplinskog postrojenja Landia inicijalno je kontaktiran u listopadu 2013. godine prilikom čega mu je predstavljen projekt i mogućnost suradnje. Operater je izrazio želju za provjerom izvedivosti te mu je dostavljen upitnik. Upitnik je ispunjen početkom studenog 2013. godine. Izrada provjere izvedivosti započinje sredinom studenog 2013. godine, te je Operater postrojenja od tada kontaktiran još u nekoliko navrata s dodatnim upitima.

2 Bioplinsko postrojenje Landia - trenutačno stanje

Investitor je pokrenuo izgradnju bioplinskog postrojenja Landia kako bi zatvorio kompletan proces proizvodnje, zbrinuo gnojnicu iz vlastitih farmi muznih krava, te ostvario financijsku korist od proizvodnje električne i toplinske energije. Ulazna sirovina za proizvodnju bioplina dolazi iz vlastitih izvora. Uz samo bioplinsko postrojenje nalazi se sušara na prirodni plin koja se koristi za suženje žita, a u kojoj se suši oko 2.000 - 2.500 tona žita godišnje, što stvara izravnu priliku za iskorištavanje otpadne toplinske energije.

Bioplinsko postrojenje je u pogonu od listopada 2012. godine te ostvaruje tarifu (iz 2007. godine) za isporučenu električnu energiju iz postrojenja na bioplin na temelju ugovora s Hrvatskim operatorom tržišta energije o otkupu električne energije.

Lokacija

Bioplinsko postrojenje nalazi se u mjestu Tordinci u Vukovarsko-srijemskoj županiji u Vukovarskoj ulici 100. U okolici postrojenja nalazi se farma muznih krava, čiji se stajski gnoj i gnojovka koriste kao supstrat za proizvodnju bioplina u bioplinskom postrojenju. Lokaciju postrojenja i farmi muznih krava prikazuje slika 1. Budući da je postrojenje tek nedavno izgrađeno, ono nije vidljivo na Google kartama koje nisu revidirane za spomenuto područje.


5

Na slici 1 je lokacija postrojenja i farme krava označena crvenim krugom, dok je lokacija druge farme krava označena narančastim krugom.

Slika 1: Lokacija postrojenja Landia - Tordinci

Na slici 2 prikazani su fermentori, a na slici 2 kogeneracijska jedinica bioplinskog postrojenja Landia.

Slika 2: Fermentori Slika 3: Kogeneracijska jedinica

Tehnički podaci planiranog postrojenja

U tablici 1 navedene su tehničke specifikacije bioplinskog postrojenja Landia dobivene od Operatera. Podaci predstavljaju uzeti prosjek kroz čitavu godinu prilikom čega je uzeto u obzir i određeno vrijeme u slučaju kvarova te trajanje eventualnog potrebnog godišnjeg remonta postrojenja, procijenjeno na 560 sati.


6

Tablica 1: Tehnički podaci bioplinskog postrojenja Landia (izvor: Landia d.o.o)

Ukupna električna snaga postrojenja (kWe): 1.000

Planirana proizvodnja električne energije (kWeh/god): 8.200.000

Ukupna toplinska snaga postrojenja (kWt, nominalno): 1.070

Planirana proizvodnja toplinske energije (kWth/god): 8.780.000

Učinkovitost proizvodnje električne energije (%, nominalno): 40

Učinkovitost proizvodnje toplinske energije (%, nominalno): 60

Godišnji sati rada pogona za proizvodnju električne energije (h): 8.200

Godišnji sati rada za proizvodnju toplinske energije (h): 8.200

Toplinska energija potrebna za zagrijavanje fermentora (kWth; %): 3.500.600; 40

Predviđena godišnja proizvodnja bioplina (Nm³): 4.200.000

Godišnja vlastita potrošnja električne energije bioplinskog postrojenja (kWeh): 418.610

Godišnja isporuka električne energije u javnu mrežu (kWeh): 7.884.000

Kao sirovine za proizvodnju bioplina koristiti će se stajska gnojnica s farme krava (25.000 t/god) i kukuruzna silaža (15.000 t/god). Također, Operater navodi mogućnost korištenja dodatnih površina vlastitih oranica za proizvodnju ulaznih sirovina za bioplinsko postrojenje.

Prema podacima dobivenim od operatera, digestat koji nastaje prilikom proizvodnje bioplina

koristi se kao organsko gnojivo za oranice, a kruti dio može se koristiti i kao stelja za krave

Ekonomski podaci

Poticajna cijena električne energije koju operator tržišta plaća za električnu energiju proizvedenu i isporučenu iz postrojenja koja koriste obnovljive izvore energije i kogeneracijskih postrojenja određena je Tarifnim sustavom za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije. Tarifnim sustavom utvrđuju se visine fiksnih tarifnih stavki i promjenjivi dio tarifnih stavki. Bioplinska postrojenja sklopila su ugovor s HROTE-om po tarifnom sustavu iz 2007. godine (NN 33/2007).

Visine tarifnih stavki za kogeneracijska postrojenja korigira se prema određenim korelacijskim faktorima. Prema spomenutom tarifnom sustavu, promjenjivi dio tarifne stavke temelji se na mjerljivom doprinosu lokalnoj zajednici, doprinosu razvoja gospodarske aktivnosti, zapošljavanju, razvoju javnih servisa i podizanju kvalitete života (PMAX) te može iznositi najviše do 15% fiksnog dijela tarifne stavke.

U tablici 2 navedene su fiksne tarifne stavke za bioplinska postrojenja, ovisno o tarifnom sustavu i o veličini postrojenja.


7

Tablica 2: Visine fiksnih tarifnih stavki izražene u kn/kWh za isporučenu električnu energiju iz postrojenja na bioplin prema određenim tarifnim sustavima

Tarifni sustav i instalirana snaga postrojenja kn/kWh Trajanje otkupa

Tarifni sustav iz 2007. god (NN 33/2007)

Elektrane na bioplin iz poljoprivrednih nasada (kukuruzna silaža...) te organskih ostataka i otpada iz poljoprivrede i prehrambeno-prerađivačke industrije (kukuruzna silaža, stajski gnoj, klaonički otpad, otpad iz proizvodnje biogoriva…) instalirane električne snage do uključivo 1 MW

1,20

12 god. Elektrane na bioplin iz poljoprivrednih nasada (kukuruzna silaža...) te organskih ostataka i otpada iz poljoprivrede i prehrambeno-prerađivačke industrije (kukuruzna silaža, stajski gnoj, klaonički otpad, otpad iz proizvodnje biogoriva…) veće od 1MW

1,04


Elektrane na bioplin instalirane snage do uključivo 300 kW 1,42

14 god.

Elektrane na bioplin instalirane snage veće od 300 kW 1,20

Elektrane na bioplin instalirane snage do uključivo 2 MW 1,20

Elektrane na bioplin instalirane snage veće od 2 MW do uključivo 5 MW 1,12

Elektrane na deponijski plin i plin iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda (svih snaga)

(PPC)*


Elektrane na bioplin iz poljoprivrednih kultura te organskih ostataka, otpada biljnog i životinjskog podrijetla, biorazgradivog otpada, deponijski plin i plin iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda

Elektrane na bioplin instalirane snage do uključivo 300 kW 1,34

14 god. Elektrane na bioplin instalirane snage veće od 300 kW do uključivo 2 MW 1,26

Elektrane na bioplin instalirane snage veće od 2 MW 1,18

Elektrane na bioplin instalirane snage veće od 5 MW RC

* prosječna proizvodna cijena električne energije

Iskorištenje toplinske energije iz bioplinskih postrojenja u Republici Hrvatskoj nije posebno poticano. Kako bi se ostvarila tarifa za proizvodnju električne energije, povlašteni proizvođač obvezan je postići minimalnu ukupnu godišnju učinkovitost postrojenja od 50% u pretvorbi primarne energije goriva Q [MJ] u isporučenu električnu energiju Ei [MWh] i proizvedenu korisnu toplinu Hk [MJ].

Ukupna godišnja energetska učinkovitost obnovljivog izvora energije, ηk,OIE, definirana je izrazom: ηk,OIE = ((3600 x Ei) + Hk)/Q. Korištenje proizvedene toplinske energije za pripremu primarnog energenta kod proizvodnih postrojenja na bioplin smatra se korisno iskorištenom toplinskom energijom. Ostvarenje uvjeta minimalne ukupne godišnje učinkovitosti određuje Hrvatska energetska regulatorna agencija (HERA), a za dokazivanje ukupne godišnje energetske učinkovitosti na proizvodnom postrojenju moraju biti osigurana mjerenja,


8

odnosno na proizvodnom postrojenju mora biti ugrađena mjerna oprema sukladno Pravilniku o stjecanju statusa povlaštenog proizvođača električne energije.

Budući da je postrojenje Landia sklopilo ugovor s HROTE-om prema tarifnom sustavu iz 2007. godine (NN 33/2007), nije obvezno iskoristiti toplinsku energiju, budući da to nije bilo uvjetovano istim tarifnim sustavom.

3 Stvarno iskorištenje toplinske energije iz postrojenja na bioplin

Trenutačno, toplinska energija iz kogeneracijskih jedinica se ne iskorištava u potpunosti već se oslobađa. Postrojenje ima toplinsko sučelje za iskorištavanje otpadne topline u većim razmjerima. Prema podacima operatera koji su vidljivi u tablici 1, godišnje se proizvodi oko 8.780.000 kWth toplinske energije. Oko 40 % proizvedene toplinske energije koristi se za vlastite potrebe grijanja digestora. Naravno, potrošnja toplinske energije za zagrijavanje digestora ovisit će o klimatskim uvjetima, te će biti veća zimi, a manja ljeti. Nakon utroška toplinske energije za grijanje digestora postrojenja i dalje je na raspolaganju 5.279.400 kWth toplinske energije.

4 Opis i kratka analiza mogućnosti korištenja toplinske energije

Otpadna toplinska energija iz postrojenja za proizvodnju i korištenje bioplina može se iskoristiti na više načina. Neki od njih su detaljnije opisani u priručniku "Održivo korištenje toplinske energije iz bioplinskih postrojenja", (Rutz et al. 2013). Dakle, toplinska energija može se koristiti za grijanje (grijanje prostorija u okviru postrojenja, objekata za držanje životinja, daljinsko grijanje, grijanje staklenika, grijanje u akvakulturi, transport toplinske energije u kontejnerima), za hlađenje (daljinsko hlađenje, klimatizacija u raznim sektorima industrije, javnim i privatnim zgradama), sušenje (digestat, kanalizacijski mulj, žitarice i poljoprivredni usjevi, drvna sječka, peleti, cjepanice), higijenizacija otpadne sirovine te za dodatnu proizvodnju električne energije (CRC, ORC, Kalina ciklus, Stirlingov motor). Od navedenih mogućnosti više njih ne zadovoljava uvjete pojedinih slučajeva te se time ne uzimaju u obzir kod odabira potencijalnih mogućnosti korištenja toplinske energije. U nastavku bit će navedene potencijalne opcije korištenja toplinske energije postrojenja Landia Tordinci, koje je i sam Operater zatražio.

Opcije korištenja toplinske energije, čiju ćemo izvedivost razmatrati u okviru ove provjere, su sljedeće:

OPCIJA 1: Sustav ORC

OPCIJA 2: Sušara žita i sijena

OPCIJA 3: Staklenik

OPCIJA 1: Sustav ORC

Otpadnu toplinsku energiju koja nastaje u bioplinskom postrojenju može se iskoristiti na više načina, čime se poveća korisnost postrojenja i samim time ekonomska isplativost čitavog procesa. Jedan od načina korištenja otpadne toplinske energije je i dodatna proizvodnja električne energije, odnosno pretvorba otpadne toplinske energije u električnu. Najčešći i najprimjenjiviji način dodatne proizvodnje električne energije iz bioplinskog postrojenja je upotreba organskog Rankineovog ciklusa (ORC). Kod ORC sustava kao medij potreban za pretvorbu toplinske energije u mehaničku, te kasnije u električnu, koristi se neki organski fluid. Na taj način omogućeno je učinkovitije iskorištavanje otpadne toplinske energije postrojenja, pri čemu se temperatura organskog fluida nalazi između 70 °C i 90 °C. Razlog


9

uporabe organskih fluida je u nižem vrelištu od vrelišta vode (100 °C), što je pogodnije od klasičnog CRC sustava, gdje se kao medij koristi voda. Radni fluid se odabire ovisno o temperaturi koju je moguće doseći iz postrojenja. Kao najčešće korišten organski fluid u praksi navode se ugljikovodici, kojima je vrelište oko 80 °C. Princip rada, prikazan na slici 4, je vrlo jednostavan. Radni fluid pumpa se u kotao gdje isparava, ekspandira kroz turbinu i na kraju kondenzira.

Slika 4: Prikaz Rankineovoga ciklusa (izvor: Priručnik „Održivo korištenje toplinske energije iz bioplinskih postrojenja)

U priručniku „Održivo korištenje toplinske energije iz bioplinskih postrojenja“ (D. Rutz, et al.), koji je nastao iz dobre prakse i iskustva, navodi se podatak da je u slučaju kogeneracijskog postrojenja snage 1 MW moguće pomoću ORC sustava postići oko 10% dodatne električne energije. Toplinska energija, koja nastaje uslijed ORC procesa može se dalje koristiti primjerice za grijanje, čime se dodatno povećava korisnost cijelog postrojenja, no radi manje količine najčešće se ne iskorištava.

Prednost uporabe ORC sustava je u dodatnoj proizvodnji električne energije, koja je radi najmanjih gubitaka najprimjerenija za transportiranje. Također velika prednost ORC sustava je u mogućnosti iskorištavanja otpadne toplinske energije kroz čitavu godinu i ne samo sezonsko kao kod nekih opcija. Osnovni nedostatak je svakako cijena. Investicija ORC sistema u odnosu na dobivenu dodatnu električnu energiju je relativno visoka i isplativija za postrojenja većih snaga.

Na zahtjev Operatera provedene su potrebne analize i provjere izvedivosti opcije ORC sustava kod korisnog iskorištavanja otpadne toplinske energije za već postojeće bioplinsko postrojenje Landia Tordinci. Vidno iz tablice 1 drugog poglavlja, višak toplinske energije kojeg je moguće dodatno iskoristiti iznosi 5.279,4 MWh/god, odnosno neiskorištene toplinske snage od 573 kWt. Budući da ORC jedinice nisu standardiziranih veličina, razmatrana je čitava količina otpadne toplinske energije, odnosno toplinske snage. Uz procijenjenu korisnost od 15 %, koja predstavlja omjer izlazne električne snage i ulazne toplinske snage, moguće je dobiti električnu snagu ORC postrojenja od 85,95 kWe. Uzevši u obzir dobivene podataka od strane Operatera za godišnje radne sate od 8.200 h, uz pomoć ORC sustava moguće je dobiti 705 MWeh dodatne električne energije godišnje, iz čega proizlazi da je moguće s takvim bioplinskim postrojenjem proizvesti ukupno 8.905 MWeh električne energije. Na taj način povećana je korisnost postojećeg bioplinskog postrojenja za otprilike 8,5 %. Budući da se dodatna proizvedena električna energija iz postojećeg bioplinskog postrojenja naplaćuje po jednakom tarifnom modelu kao i osnovna proizvodnja iz bioplinskog


10

postrojenja, dodatno proizvedena električna energija iznosi 888.035,40 kn godišnje. Uzmu li se u obzir kapitalni troškovi, procijenjene na 1.933.875 kn, te operativni troškovi procijenjeni na 214.117,12 kn, povrat investicija potrebnih za izgradnju i održavanje ORC sustava procijenjen je na 2,2 godine. Budući da je današnja tehnologija ORC sustava prilično napredna i njezin se životni vijek procjenjuje na otprilike 20 godina, može se zaključiti da se investicija svakako isplati. Također dodatna proizvodnja električne energije ne utječe na promjenu skupine tarifnog modela te je cijena po kWh proizvedene ukupne električne energije jednaka. Uz ekonomsku dobit, takav sustav korištenja otpadne toplinske energije je i ekološki prihvatljiv.

Podaci kapitalnih i operativnih troškova, kao i prihodi i tehnički podaci ORC sustava i njegove primijene u postojećem bioplinskom postrojenju prikazani su u tablici 3.

Tablica 3: Kapitalni i operativni troškovi, prihodi i tehnički podaci ORC sustava bioplinskog postrojenja Landia Tordinci

Iskoristiva toplinska snaga kWt 573

Električna učinkovitost % 15

Prosječna dodatna električna snaga kWe 85,95

Procjena godišnjih sati rada h/god 8.200

Dodatna proizvodnja električne energije MWeh/god 705

Procijenjena cijena ORC jedinice HRK/kWe 22.500

Kapitalni troškovi HRK 1.933.875

Operativni troškovi HRK/god 214.117

Tarifna cijena otkupa električne energije HRK/MWeh 1.260

Godišnji prihod od električne energije HRK/god 888.035

Godišnji prihodi (manji za troškove održavanja) HRK/god 873.035

Procjena povrata investicije god 2,2

OPCIJA 2: Sušara žita i sijena

Otpadna toplinska energija bioplinskog postrojenja može se koristiti i za sušenje različitih vrsta materijala, kao što je primjerice digestat, kanalizacijski mulj, drvna biomasa, poljoprivredni proizvodi i sl. Na sam proces sušenja ovisi nekoliko parametara, primjerice temperatura, količina topline, sadržaj vlage, odnosno vode u zraku i u samome materijalu, vremensko trajanje procesa, brzina strujanja toplog zraka te vrsta i oblik sušenog materijala. Temperatura s kojom se suši određeni materijal ovisi prvenstveno o samome materijalu, al i o njegovoj namjeni. Osim temperature, na sušenje određenog materijala utječe i sadržaj vlage u zraku. S porastom temperature povećava se sadržaj pare u zraku. S povećanjem sadržaja pare u zraku ograničava se raspoloživost sušenja materijala. Stoga je potrebno procijeniti mjeru sušenja. Pri tome si često pomažemo s Mollierovim h-x dijagramom pomoću kojeg možemo procijeniti maksimalnu količinu vode koju zrak može preuzeti iz sušenog materijala. Mollierov h-x dijagram može se pronaći u mnogim literaturama kao i u priručniku „Održivo korištenje toplinske energije iz bioplinksih postrojenja“ (D. Rutz, et al.).

Na zahtjev operatera, u ovoj studiji bit će kao druga opcija razmatrana provjera izvedivosti sušenja žita ili sijena s otpadnom toplinskom energijom iz bioplinskog postrojenja. Budući da uz samo bioplinsko postrojenje postoji oko 2.000 do 3.000 m2 slobodnog prostora za gradnju, moguća je izgradnja sušare žita ili sijena. Na taj se način može iskoristiti samo djelomična količina otpadne toplinske energije, pošto je sušaru žita ili sijena moguće koristiti samo u određenim mjesecima godine, posebice u produženim kišnim razdobljima.


11

Na povećanje kvalitete uskladištenja žita i sijena može se utjecati na način da ga dodatno, odnosno umjetno sušimo do mjere gdje će razina vode u žitu, odnosno sijenu biti na razini koja je propisana određenim zahtjevima. Na sadržaj vode ovih poljoprivrednih proizvoda najviše utječe godišnje doba žetve, vremenski uvjeti tijekom žetve kao i opći klimatski uvjeti i namjena proizvoda. Sušenje tih proizvoda je isključivo sezonska i to u toplijim periodima kada se stvaraju viškovi toplinske energije iz bioplinskog postrojenja, što predstavlja dodatnu prednost. Temperatura potrebna za sušenje žita i sijena ovisi o razini vlage i kreće se između 30 °C i 65 °C, što je idealno za primjer korištenja otpadne toplinske energije iz postrojenja, gdje je moguće postići temperaturu medija od oko 70°C do 90 °C. Žitarice se obično suše u šaržnim sušilicama te sušilicama s opremom za miješanje, dok se balirano sijeno ili sijeno u rinfuzi može sušiti na tračnoj sušilici ili posebnim izvedbama sušilica.

Vidno iz tablice 1 (poglavlje 2), višak toplinske energije kojeg je moguće dodatno iskoristiti iznosi 5.279,4 MWth/god, odnosno neiskorištene toplinske snage od 573 kWt. Uzmemo li u obzir da je ulazni postotak suhe tvari žita 80 %, željeni izlazni postotak suhe tvari sušenog materijala 87 %, s količinom otpadne toplinske energije moguće je sušiti 3.955 kg/h žita. Jednako vrijedi i za sijeno, uz procjenu ulazne suhe tvari sijena od 20 % i 85 % izlazne suhe tvari sušenog sijena moguće je posušiti 535 kg/h.

Uzevši u obzir procijenjene sate rada sušare žita od 1.450 h/god i sijena od 2.900 h/god, moguće je godišnje posušiti 5.735 t žita, odnosno 1.552 t sijena. Prema informacijama dobivenih od operatera već postoji sušara žita, koja je kapaciteta od oko 2.000 do 2.500 t/god. Budući da je s otpadnom toplinom moguće posušiti dvostruko veću količinu žita, u nastavku je izvedena analiza nove sušare. Također moguće je i razmatrati samo dogradnju već postojeće sušare.

Kao kod svih opcija potrebno je investicijsko ulaganje. Usporedbom cijena već postojećih postrojenja, procijenjeni kapitalni troškovi sušare za žito, odnosno sijeno navedenih parametara iznosili bi u oba slučaja 2.000.000 kn, dok su operativni godišnji troškovi rada sušare žita procijenjeni na 304.752 kn i sušare sijena na 333.578 kn. U usporedbi s sušarom u kojoj se koristi kao gorivo za zagrijavanje zemni plin, moguće je u slučaju sušenja žita uštedjeti 299.066 kn godišnje te u slučaju sušenja sijena 598.103 kn godišnje. Kod analize izračunata je količina plina za postizanje jednake količine toplinske energije potrebne za sušenje, te ona iznosi 85.448 Sm3/god za sušenje žita i 170.887 Sm3/god za sušenje sijena. Uzevši u obzir cijenu prirodnog plina od 3,5 kn/Sm3, te imajući u vidu kapitalne i operativne troškove, može se procijeniti povrat investicijskih ulaganja u roku od 10 god za primjer sušare žita te 4,25 god za primjer sušare sijena.

Tehnički podaci kao i podaci kapitalnih i operativnih troškova dobivenih provedbom potrebne analize, ali i iskustvom već postojećih sušara, prikazani su u tablici 4.

Tablica 4: Kapitalni i operativni troškovi, prihodi i tehnički podaci sušare žita i/ili sijena

Iskoristiva toplinska snaga kWt 573

Sušara žita

Procjena sati rada h/god 1.450

Postotak suhe tvari - ulaz % 80

Postotak suhe tvari - izlaz % 87

Kapacitet ulaznog materijala za sušenje kg/h 3.955

Kapacitet izlaznog osušenog materijala kg/h 3.637

Količina ulaznog materijala za sušenje t/god 5.735


12

Količina izlaznog osušenog materijala t/god 5.273

Potrošnja električne energije za vlastite potrebe MWeh/god 51

Potrošnja toplinske energije za sušenje MWth/god 831



Potrošnja prirodnog zemnog plina (za usporedbu) Sm3/god 85.448

Potrošnja prirodnog zemnog plina (za usporedbu) HRK/god 299.066

Ušteda bez operativnih troškova (izuzev anuiteta) HRK/god 200.240

Predviđeni povrat investicije god 10

Sušara sijena


Postotak suhe tvari - ulaz % 20

Postotak suhe tvari - izlaz % 85

Kapacitet ulaznog materijala za sušenje kg/h 535

Kapacitet izlaznog osušenog materijala kg/h 126

Količina ulaznog materijala za sušenje t/god 1.552

Količina izlaznog osušenog materijala t/god 365

Potrošnja električne energije za vlastite potrebe MWeh/god 102

Potrošnja toplinske energije za sušenje MWth/god 1.661






Predviđeni povrat investicije god 4,25

Budući da se sušare žita i sijena koriste naročito u kasnijim ljetnim mjesecima, kao idealno rješenje u ovom slučaju bila bi kombinirana potrošnja otpadne toplinske energije. Time bi se otpadna toplinska energija trošila u ljetnim mjesecima za sušenje žita i sijena, a u hladnijim (zimskim) mjesecima za grijanje, bilo na način daljinskog grijanja ili grijanja primjerice staklenika te također za sušenje digestata.


13

OPCIJA 3: Grijanje staklenika

Jedan od osnovnih uvjeta za uzgoj poljoprivrednih kultura u staklenicima je svakako postizanje i održavanje optimalne temperature. Ovisno od klimatskih uvjeta, staklenike je potrebno i zagrijavati. Većinski dio poslovnih troškova čini trošak grijanja. Pošto se potrebne temperature u staklenicima kreću između 15 °C i 25 °C, ovisno od vrste i perioda kulture, idealno je koristiti otpadnu toplinsku energiju iz bioplinskih postrojenja, gdje se može postići temperatura medija između 70 °C i 90 °C. Kao najprimjerenije grijanje plastenika najčešće se navodi kružno grijanje vodom, dok se zračni grijači izbjegavaju. Pošto stjenke plastenika moraju biti iz prozirnog materijala, izolacija staklenika je slaba. Stoga su staklenici veliki potrošači toplinske energije gdje mogu dosegnuti potrošnju toplinske energije i do 600 kWh/m2, pa čak i više. Iz tog razloga je potrebno provesti analizu izvedivosti, čime se može ustvrditi opravdanost ovog predloženog načina potrošnje otpadne toplinske energije iz postojećeg bioplinskog postrojenja Landia Tordinci.

Za postizanje željenog cilja poželjno je da se staklenici nalaze u neposrednoj blizini samog postrojenja, prije svega radi smanjenja investicijskih troškova ali i gubitaka toplinske energije pri prijenosu na daljinu, te također radi jednostavnijeg i jeftinijeg korištenja digestata kao gnojivo za poljoprivredne kulture u stakleniku. Također treba uzeti u obzir da je najviša potražnja toplinske energije u staklenicima u hladnijem periodu godine, kada je i najveća potražnja za toplinskom energijom i u drugim sektorima. U hladnijim dijelovima godine potrebno je više zagrijavati digestor, kojeg se u postrojenju najčešće zagrijava vlastitom toplinskom energijom, što smanjuje raspoloživu količinu otpadne toplinske energije. U toplijem periodu, kada se obično stvara višak otpadne toplinske energije, toplinska energija može se koristiti za hlađenje, no to poskupljuje investicijske troškove i nije predmet ove studije.

Također, kao prednost gradnje staklenika u neposrednoj blizini bioplinskog postrojenja je u korištenju CO2 plina koji se oslobađa prilikom procesa u kogeneracijskoj jedinici i koji pozitivno utječe na poticanje rasta biljaka.

Na zahtjev operatera, provedena je provjera izvedivosti zagrijavanja staklenika pomoću otpadne toplinske energije bioplinskog postrojenja. Budući da postoji oko 2.000 m2 do 3.000 m2 slobodnog prostora za gradnju, osnovni preduvjet je ispunjen. Kao što je i navedeno, otpadna toplinska energija koristiti se prvenstveno u hladnijim mjesecima kada je potrebno zagrijavati staklenik. U toplijim periodima godine, kada nema potrebe za zagrijavanjem staklenika, višak otpadne toplinske energije može se iskoristiti za hlađene plodova staklenika, koji obično dolaze u ljetnim i rano jesenskim mjesecima, kada i postoje veliki problemi njihovog skladištenja radi visoke dnevne temperature. Stoga će u ovoj studiji biti izvedena provjera izvedivosti staklenika i kao opcije bit će spomenuta izgradnja hladnjače za plodove staklenika, ali i za mogućnost davanja u najam hladnjače ostalim lokalni proizvođačima. Vidno iz tablice 1, višak toplinske energije kojeg je moguće dodatno iskoristiti iznosi 5.279,4 MWth/god, odnosno neiskorištene toplinske snage od 573 kWt. U ovoj provjeri izvedivosti proračunom su analizirane dvije varijante staklenika srednje visine prostora staklenika 6 m. U obje izvedbe, bočne stjenke staklenika izvedene su od polikarbonatnih dvoslojnih ploča (U = 2 W/m2K) s razlikom u izvedbi krova. U prvom slučaju uzeto je u obzir jednostruko staklo debljine 6 mm (U = 5,9 W/m2K), pri čemu se pojavljuje specifična potrebna toplinska energija od 80 kWth/m2. U drugom slučaju je u izračunu uzet u obzir krov izrađen iz polikarbonatnih ploča (U = 2 W/m2K), pri čemu je specifična potrebna toplinska energija procijenjena na 30 kWth/m2. Unutarnja temperatura staklenika je u oba slučaja 18 °C te je uzeta u obzir minimalna ventilacija staklenika od 0,2 izmjene zraka na sat, odnosno oko 1,2 m3/m2 tlocrtne površine staklenika na sat. Prema podacima o potrošnji toplinske energije za vlastite potrebe, odnosno zagrijavanja fermentora i ukupnoj proizvodnji toplinske energije postrojenja, određena je raspoloživa otpadna toplinska energija za najhladnije mjesece u godini, kada je i najveća toplinska potreba za zagrijavanje staklenika, te je prema toj raspoloživoj toplini odabrana maksimalna površina staklenika kojeg je moguće zadovoljiti s navedenom količinom toplinske energije. U obzir su uzeti siječanj, veljača i prosinac, kad je


14

praktično potrebno najviše toplinske energije za vlastite potrebe grijanja fermentora, procijenjeno na 532.653 kWth, odnosno najmanje toplinske energije na raspolaganje za grijanje staklenika, procijenjeno na 199.013 kWth/mj. Procijenjene vrijednosti potrebne toplinske energije za vlastite potrebe kao i raspoložive toplinske energije dane su u tablici 5 za različite mjesece u godini. Uzevši u obzir navedene pretpostavke i procijene, moguće je sa spomenutom količinom otpadne toplinske energije zagrijavati staklenik tlocrtne površine od 2.488 m2 u slučaju krova staklenika napravljenog iz jednostrukog stakla i 6.634 m2 u slučaju krova napravljenog iz polikarbonatnih ploča. Prema informacijama, dobivenih od strane operatera, prostora za gradnju staklenika je do 3.000 m2, pa će u obzir biti uzet staklenik maksimalne veličine 3.000 m2.

Tablica 5: Prosječna planirana toplinska energija, procijenjena vlastita potrošnja te raspoloživa toplinska energija za različite mjesece u godini

Prosječna planirana toplinska energija

(kWh)

Vlastita potrošnja toplinske energije

(kWh)

Raspoloživa toplinska energija

(kWh) Siječanj 731.666,67 532.653 199.013,33

Veljača 731.666,67 532.653 199.013,33

Ožujak 731.666,67 430.220 301.446,67

Travanj 731.666,67 316.080 415.586,67

Svibanj 731.666,67 105.360 626.306,67

Lipanj 731.666,67 105.360 626.306,67

Srpanj 731.666,67 52.680 678.986,67

Kolovoz 731.666,67 52.680 678.986,67

Rujan 731.666,67 105.360 626.306,67

Listopad 731.666,67 316.080 415.586,67

Studeni 731.666,67 430.220 301.446,67

Prosinac 731.666,67 532.653 199.013,33

Cijena tlocrtne površine od jednog kvadratnog metra staklenika, ovisno od materijala konstrukcije i vanjskog dijela staklenika, procjenjuje se između 1.500 kn/m2 i 2.200 kn/m2. U nastavku bit će razmotrena dva staklenika različite dimenzije i materijala izrade krovnog dijela. Prvi staklenik s krovom izraženim iz jednostrukog stakla debljine 6 mm bit će tlocrtne površine od 2.500 m2 s korištenjem punog iznosa raspoložive toplinske energije, dok će drugi biti s krovom izrađenim iz polikarbonatnih ploča i maksimalne tlocrtne površine od 3.000 m2 koja je na raspolaganju, s korištenjem polovice raspoložive toplinske energije. Cijena izgradnje staklenika u prvom slučaju procjenjuje se na 1.700 kn/m2 i u drugom na 2.100 kn/m2. Uzevši u obzir dimenzije staklenika i procijenjene cijene kvadratnog metra izgradnje staklenika, te cijenu dodatne opreme može se procijeniti kapitalni trošak izgradnje staklenika na 4.350.000 kn za prvi staklenik i 6.400.000 kn za drugi staklenik. Uz kapitalni trošak potrebno je i procijeniti godišnje troškove rada, koji su u slučaju prvog staklenika procijenjeni na 518.784 kn i u slučaju drugog staklenika na 770.754 kn. U slučaju da bi se staklenici grijali pomoću prirodnog zemnog plina, za dosezanje navedene količine toplinske energije potrebne za zagrijavanje prvog staklenika potrebno je 204.746 Sm3 zemnog plina i 102.373 Sm3 zemnog plina za zagrijavanje drugog staklenika. Uzmemo li u obzir prosječnu cijenu zemnog plina od 3,5 kn/Sm3, moguće je ostvariti uštedu od 716.611 kn/god u slučaju prvog i 358.305 kn/god u slučaju drugog staklenika, odnosno uštedu bez uračunatih operativnih troškova u iznosu od 645.715 kn/god u slučaju prvog i 246.513 kn/god u slučaju drugog staklenika. Uzevši u obzir potrebno kapitalno ulaganje te ostvarivu godišnju uštedu moguće je procijeniti rok otplate investicije, koji je procijenjen na 6,7 godina u slučaju izgradnje prvog tipa staklenika i 26 godine u slučaju izgradnje drugog tipa staklenika. Visok vremenski period otplate izgradnje drugog tipa staklenika pojavljuje se prije svega radi ograničenog prostora za izgradnju staklenika, koji je dva puta manji od staklenika kojeg bi


15

bilo moguće zagrijavati procijenjenom otpadnom toplinskom energijom postrojenja. Sukladno dva puta manjom dimenzijom staklenika može se procijeniti dva puta manja potrošnja toplinske energije, te uz više kapitalne troškove radi skupljeg materijala je rok otplate investicija previsok za njihovu isplativost. Stoga se predlaže izgradnja prvog tipa staklenika.

Kapitalni troškovi i godišnji troškovi rada staklenika, kao i tehnički podaci i ostali podaci potrebni za izvedbu analize korisnog iskorištavanja otpadne topline za zagrijavanje staklenika prikazani su u tablici 6.

Tablica 6: Podaci potrebni za provođenje analize izvedivosti grijanja staklenika otpadnom toplinskom energijom postrojenja

Raspoloživa toplinska energija za najhladniji mjesec kWth/mj 199.013


Unutarnja temperatura staklenika °C 18

Ventilacija staklenika m3/m

2/h 1,2

Staklenik – krov iz jednostrukog stakla

Specifična potrebna toplinska energija kWth/m2 80

Godišnja potrošnja električne energije MWeh/god 72






Predviđeni povrat investicije god 6,7

Staklenik – krov iz polikarbonatnih dvoslojnih ploča

Specifična potrebna toplinska energija kWth/m2 30

Godišnja potrošnja električne energije MWeh/god 144






Predviđeni povrat investicije god 26


16

U navedenoj analizi izvedivosti iskorištavanja korisne otpadne toplinske energije iz bioplinskog postrojenja uzeta je u obzir samo ušteda na zagrijavanju, dok dobit od uzgojenih proizvoda iz staklenika nije uračunata, a bitno utječe na povrat investicija.

Kao isplativiji način korištenja toplinske energije svakako predstavljaju i hladnjače koje se mogu koristiti za skladištenje voća i povrća, te također i drugih poljoprivrednih dobara. Budući da se hladnjače najviše koriste u ljetnim mjesecima kada se ostvaruju viškovi otpadne toplinske energije te se u zimskim mjesecima radi niske vanjske temperature smanjuju gubici hladnjače, odnosno smanjuje se potrošnja toplinske energije za hlađenje hladnjača, svakako bi ovo rješenje bilo prihvatljivije. Uz kombiniranje zagrijavanja staklenika u hladnijim mjesecima i hlađenje uzgoja staklenika u zimskim mjesecima moguće je iskorištavati otpadnu toplinsku energiju bioplinskog postrojenja kroz čitavu godinu, čime se povećava korisno iskorištavanje otpadne toplinske energije pa čak i onda kad se stvaraju viškovi toplinske energije.

5 Zaključak

U ovoj studiji izvedena je provjera izvedivosti iskorištavanja toplinske energije, koja se stvara u sklopu kogeneracijskog sistema bioplinskog postrojenja. U već postojećem bioplinskom postrojenju Landia, koje se nalazi u mjestu Tordinci, Vukovarsko-srijemskoj županiji, električna energija se predaje u elektroenergetsku mrežu, dok se toplinska energija dijelom koristi za vlastite potrebe (grijanje fermentora), a dijelom ispušta. Radi pridobivanja veće koristi iz kogeneracije na bioplin, ali i minimiziranje cjelokupnih gubitaka postrojenja, želja Operatera je iskorištavanje otpadne toplinske energije. Provedbom potrebnih analiza te temeljeći se na dosadašnjem iskustvu, napravljena je provjera izvedivosti triju različitih načina, odnosno opcije iskorištavanja otpadne toplinske energije, koje je i sam Operater zatražio. Izvedene su provjere u kojima se otpadna toplinska energija pomoću ORC sustava pretvara u dodatnu električnu energiju, koristi za sušenje žita ili sijena i na kraju koristi za zagrijavanje staklenika.

Provedenom analizom moguće je zaključiti, da se u sva tri navedena slučaja dodatna investicija isplati, te se time može korisno iskoristit otpadna toplinska energija i na taj način povećati korisnost kogeneracije na bioplin. Potrebno je također naglasiti da u ovoj provjeri nije izvedena detaljna i dubinska analiza, te je prije donošenja odluke o provedbi jedne od opcija potrebna detaljnija analiza te iste opcije.

Cilj provjere izvedivosti je prije svega potaknuti Operatera ili Investitora na razmatranje korisnog iskorištavanja otpadne toplinske energije iz kogeneracije na bioplin, te dati okvire isplativosti pojedine opcije imajući u vidu podatke dobivene od strane Operatera.

Documents

Provjera izvedivosti korištenja toplinske energije iz ... · Elektrane na bioplin iz poljoprivrednih kultura te organskih ostataka, otpada biljnog i životinjskog podrijetla, biorazgradivog