VODIČ ZA RAZVOJ NE AKTIVNOSTI KOOPERATIVNOG … · broj postrojenja za anaerobnu digestiju manjih razmjera, iskoristila bi se ekonomija razmjera te bi se omogućio odabir između

Odgovornost za sadržaj ovog izvještaja nose isključEuropska komisija nisu odgovorne za bilo kak

VODIČ ZA RAZVOJ

KOOPERATIVNOG

PROČIŠĆAVANJA

TEHNOLOŠKO SVEUČILIŠTE U BEČUInstitut za kemijski inženjering

Istraživački odjel za Inženjering i simulacije toplinskog procesa

Promoviranje biometana zajedno s tržišnim razvojem kroz lokalno i regionalno

Projekt se nalazi u okviru Programa Inteligentna energija za Europu

izvještaja nose isključivo autori. Ono nužno ne odražava stajalište Europske unije. EACI i Europska komisija nisu odgovorne za bilo kakvo korištenje informacija koje su u njemu sadržane.

VODIČ ZA RAZVOJNE AKTIVNOSTI

KOOPERATIVNOG

PROČIŠĆAVANJA BIOPLINA

BIOMETAN PROIZVELI

TEHNOLOŠKO SVEUČILIŠTE U BEČU (AUSTRIA),Institut za kemijski inženjering

djel za Inženjering i simulacije toplinskog procesa

KAO DIO ISPORUKE:


partnerstvo


odražava stajalište Europske unije. EACI i

NE AKTIVNOSTI

BIOPLINA U

(AUSTRIA),

djel za Inženjering i simulacije toplinskog procesa



Odgovornost za sadržaj ovog izvještaja nose isključivo autori. Ono nužno ne odražava stajalište Europske unije. EACI i Europska komisija nisu odgovorne za bilo kakvo korištenje informacija koje su u njemu sadržane.

Broj ugovora: IEE/10/130

Referenca isporuke: Task 3.1.2

Datum isporuke: prosinac 2012.


Sadržaj

1. Uvod i pregled ......................................................................................................................... 4

2. Opcije prijenosnog pročišćavanja plina ................................................................................... 6

3. Plinovod sirovog bioplina i centralizirano pročišćavanje bioplina ........................................ 15

4. Primjeri inicijativa kooperativnih pročišćavanja bioplina ...................................................... 20


1. Uvod i pregled Pročišćavanje bioplina i proizvodnja biometana predstavlja danas najsuvremeniji postupak

separacije plinova. Na tržištu su već dostupne razne tehnologije koje su se pokazale tehnički i

ekonomski izvedivim, pomoću kojih se lako proizvodi biometan dovoljne kvalitete za korištenje

kao pogonsko gorivo u vozilima ili za utiskivanje u mrežu prirodnog plina. No bez obzira, još

uvijek se nastavljaju intenzivna istraživanja kojima bi se optimirale i dodatno razvile navedene

tehnologije te jednako tako primijenile najnovije tehnologije u području pročišćavanja plina. Sve

tehnologije imaju svoje prednosti i nedostatke i odabir najekonomičnije opcije za određeno

postrojenje za anaerobnu digestiju nije uvijek jednostavno. U svrhu olakšavanja razvoja projekta

u tom području, u okviru Projekta IEE pod imenom Bio-methan Regions, pripremljeno je

nekoliko izvještaja te ponuđeno više praktičnih alata. Ti dokumenti sadrže "Pregled tehnologije

od bioplina do biometana" te "Biometan kalkulator". Cilj ovog izvještaja je proširenje tih

informacija i smjernica prema mogućnostima kooperativnog pročišćavanja bioplina u proizvodnji

biometana.

Kao i svaka tehnologija, tako i pročišćavanje bioplina pokazuje znatan utjecaj kapaciteta

postrojenja na specifične troškove dobivenog proizvoda. Kao posljedica toga, proizvodni troškovi

kubičnog metra biometana znatno rastu za bilo koju tehnologiju pročišćavanja pri kapacitetu

postrojenja od 70m³/h sirovog bioplina ili manje. Stoga nije moguće provesti ekonomski izvedivo

pročišćavanje bioplina ukoliko su veličine postrojenja previše male. Slika 1 prikazuje ekonomiju

razmjera za različite tehnologije pročišćavanja bioplina uzimajući u obzir prosječni sastav sirovog

bioplina te pročišćavanje do utiskivanja u mrežu prirodnog plina. Troškovi proizvodnje sirovog

bioplina su zanemareni. Rezultati su postignuti primjenom spomenutog "Biometan kalkulatora".


Slika 1: Ekomomija razmjera: opadanje ukupnih specifičnih troškova proizvodnje biometana

ovisno o kapacitetu sirovog bioplina za različite tehnologije pročišćavanja bioplina

Zanemarujući apsolutne brojke u ovoj slici, jasno je da se manja postrojenja za anaerobnu

digestiju ne mogu na ekonomičan način nadopuniti s jedinicom za pročišćavanje plina. Budući da

pratimo veliki broj postrojenja ove veličine, pa čak i manje, postavlja se pitanje je li moguće

pronaći mogućnost kooperativne proizvodnje biometana koja omogućuje ekonomičnost

cjelokupne operacije. Udruženim pročišćavanjem sirovog bioplina koje bi proizvodio određeni

broj postrojenja za anaerobnu digestiju manjih razmjera, iskoristila bi se ekonomija razmjera te

bi se omogućio odabir između velikog broja mogućih tehnologija pročišćavanja. Osim toga,

održavanje i popravak centraliziranih postrojenja za pročišćavanje moglo bi se provoditi na

učinkovitiji način.

Postoji veliki broj različitih mogućih primjena kooperativnog pročišćavanja bioplina koja se u

osnovi mogu podijeliti na dva različita koncepta:

• Veća prijenosna jedinica za pročišćavanje plina koja se prevozi između uključenih

postrojenja za anaerobnu digestiju te je u pogonu određeni postotak dana. Tome treba

pridodati i dovoljan kapacitet skladištenja sirovog bioplina na postrojenju za

anaerobnu digestiju te prijenosni spremnik za skladištenje biometana. Isto tako, ova

opcija uključuje znatne zahtjeve spram logistike.

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250

raw biogas capacity [m³/h]

ov

era

ll s

pe

cifi

c co

sts

of

bio

me

tha

ne

pro

du

ctio

n [

€ct

/m³

bio

me

tha

ne

] Gaspermeation

PSA

Amine scrubbing


• Plinovod sirovog bioplina koji sakuplja bioplin iz decentraliziranih postrojenja za

anaerobnu digestiju te ga provodi do centraliziranog objekta za pročišćavanje. U tom

slučaju mora se provesti barem osnovno pročišćavanje na samom mjestu

decentraliziranih AD postrojenja kako bi se plinovod zaštitio od korozije, začepljenja i

obraštanja.

Treća opcija kombiniranja manjih AD postrojenja u jedno veliko centralizirano postrojenje nije

obuhvaćena ovim izvještajem. Mogućnost punjenja sirovog plina u prijenosni spremnik za

skladištenje na decentraliziranim AD postrojenjima te isporuka centraliziranom postrojenju za

pročišćavanje također nije uzeta u obzir iz ekonomskih razloga. Zbog visokog postotka ugljičnog

dioksida u sirovom bioplinu, tlak spremnika je vrlo ograničen kako bi se izbjegla nepoželjna

kondenzacija ugljičnog dioksida. Stoga su volumeni, potrebni pri transportu, preveliki.

2. Opcije prijenosnog pročišćavanja plina Prva mogućnost kojom bi se postrojenje za pročišćavanje bioplina dijelilo među određenim

brojem manjih AD postrojenja podrazumijeva izgradnju prijenosne jedinice za obradu plina koja

se može prevoziti od jednog do drugog AD postrojenja. Nakon što se ona priključi na

postrojenje, pročišćava se sirovi bioplin koji je pohranjen na AD postrojenju te se zatim, čim se

isprazni spremnik sirovog plina, postrojenje za pročišćavanje premješta na sljedeće AD

postrojenje.

Slika 2 daje shematski prikaz jedne mogućnosti prijenosnog pročišćavanja bioplina za

kooperativnu biometansku proizvodnju. U tom prikazu, decentralizirana AD postrojenja imaju

posebne spremnike za skladištenje sirovog bioplina, te postrojenje za pročišćavanje bioplina

rotira između raznih AD postrojenja u kooperaciji. Uz to, prijenosni sustav za skladištenje

biometana omogućuje isporuku proizvedenog biometana do udaljene točke uporabe

biometana.


Slika 2: Jedna od mogućnosti prijenosnog pročišćavanja bioplina za kooperativnu proizvodnju

biometana primjenom prijenosnih spremnika za skladištenje biometana; Izvor: Tehnološko

sveučilište u Beču

Prije svega, potrebno je naći tehnologiju koja:

• se može postaviti na samostalnom prijenosnom spremniku i male je kilaže, te je

jednostavne i čvrste konstrukcije

• dobro podnosi transportna opterećenja (udarce, temperature) i višekratnu montažu

• podnosi brze postupke paljenja i gašenja, pokretanja/zaustavljanja uz visoku

učinkovitost postrojenja čak i pri niskim temperaturama

• je što ekonomičnija, zato što prijevoz uključuje i zastoje, smanjenu uporabu

postrojenja te više specifične troškove

• može podnijeti različite kvalitete sirovog bioplina u različitim postrojenjima AD s

obzirom na sadržaj metana i komponente u tragovima

Takva ograničenja su vrlo zahtjevna i trenutno je malo dostupnih tehnologija koje se mogu

smatrati odgovarajućim za izgradnju prijenosne jedinice za pročišćavanje bioplina. Obično se

mogu isključiti jedinice za pročišćavanje biološkim pranjem (scrubbing) zbog složenosti,

rukovanja s absorbentima i radne temperature. Isto vrijedi i za kriogene tehnologije ili

biološke/biokemijske sisteme. Kao rezultat toga, s tehničkog stajališta preostaju adsorpcija i

membranska tehnologija. Struktura troška uz kapacitete pokretanja/zaustavljanja dovode do

zaključka da je za prijenosnu primjenu najprikladnija tehnologija membrana za pročišćavanje

bioplina (permeacija plina). Ta tehnologija pročišćavanja bioplina pokazuje se ekonomičnom

P-7

raw

biogasDecentralised

AD plantraw biogas

storage

P-10

raw

biogasDecentralised

AD plantraw biogas

storage

P-8

raw

biogasDecentralised

AD plant

raw biogas

storage

P-9

raw

biogasDecentralised

AD plant

raw biogas

storage

Mobile biogas

upgrading plant

Mobile biomethane

storage

Biomethane

utilisation

Mobile biomethane

storage


(posebno za manje jedinice) te jednako tako i izdržljivom. Kao posljedica niske razine složenosti,

upravljanje operacijom je prilično jednostavno i automatizirano te je osigurana i visoka

izdržljivost i sigurnost postrojenja. Autori zaključuju da se najkompetitivnija prijenosna jedinica

za pročišćavanje može realizirati primjenom permeacije plina.

Pokazalo se da je moguće izgraditi cjelokupnu jedinicu za pročišćavanje bioplina, koja se sastoji

od kompresije, sušenja, završnog uklanjanja sumpora, uklanjanja ugljičnog dioksida primjenom

permeacije plina te kompresije visokog tlaka, u standardnom kontejneru od 20 stopa. Shema tog

postrojenja prikazana je na Slici 3. Prikazano postrojenje je projektirano tako da može podnijeti

kapacitet od 300m³/h sirovog bioplina, što je već relativno mnogo za prijenosnu primjenu. Kao

što se vidi, najviše prostora zauzimaju dva stupnja kompresije plina. Ukupna težina punog

kontejnerskog postrojenja za pročišćavanje je procijenjena na približno 13 tona. Slična

postrojenja (iako nisu prijenosna) već se primjenjuju u Austriji i Njemačkoj.

Slika 3: Shema prijenosne jedinice za pročišćavanje bioplina s kapacitetom od 300m³/h sirovog

bioplina upotrebom permeacije plina, montirana na standardni kontejner od 20 stopa; Izvor:

Tehnološko sveučilište u Beču

Predstavljeni pojednostavljeni prikaz postrojenja zanemaruje neophodnu preradu sadržaja

metana u otpadnom plinu. Obično se primjenjuje nisko kalorijsko spaljivanje ili katalitičko

oksidiranje, ovisno o proizvodnji metana u postrojenju za pročišćavanje plina. Dodavanje takvog

sustava opisanom konceptu pročišćavanja čini se mogućim.


Slika 4: Sustavi plinskih spremnika niskog tlaka: balonski tip plinskog spremnika (gornji red

lijevo); vrećasti plinski spremnik (gornji red desno); plinski spremnik s membranskim

pokrovom na vrhu digestora (donji red lijevo); vanjski dvostruki membranski spremnik (donji

red desno) Izvori: Sattler AG i Panaqua AG

Neprekidni rad postrojenja za pročišćavanje na AD postrojenju nižeg kapaciteta zahtijeva

primjenu spremnika za skladištenje sirovog bioplina. Ovisno o veličini svih AD postrojenja u

kooperaciji, optimalna veličina spremnika za skladištenje plina može se izračunati ovisno o

planiranoj učestalosti seljenja postrojenja. Ovim se spremnikom može lako upravljati pri niskom

ili visokom tlaku za bolju iskorištenost volumena skladištenja. Ne preporuča se visok tlak

kompresije sirovog bioplina u svrhu skladištenja jer ugljični dioksid počinje kondenzirati već pri

srednjem tlaku u mješavinama sirovog bioplina. Posljedica toga su dvofazne mješavine koje su

vrlo nepovoljne za svaki koncept skladištenja. U svakom slučaju, sustav niskog tlaka će

vjerojatno biti ekonomski povoljniji od sustava srednjeg tlaka. Neki komercijalno dostupni

sustavi skladištenja sirovog bioplina prikazani su na Slici 4 i Slici 5. Budući da je niskotlačni

spremnik sirovog bioplina vrlo učestao te se primjenjuje čak i kod manjih AD postrojenja,

primjena takvog spremnika nije osnovni problem. Ipak, volumen koji je potreban za prijenosno i

neprekidno postrojenje za pročišćavanje bit će znatno veći.


Slika 5: Sustav skladištenja sirovog bioplina pri višem tlaku: spremnik za skladištenje plina

(lijevo); jedinica za kompresiju i za ekspanziju (desno); Izvor: Panaqua AG

Ispostavlja se da su troškovi skladištenja sirovog bioplina vrlo širokog raspona, čak i za slične

koncepte. Cijene za sustave skladištenja niskog tlaka kreću se od 20€/m³ spremnika (jednostavni

vrećasti spremnik koji proizvodi BAUR GmbH) do 180€/m³ spremnika (spremnici balonskog tipa

te vrećasti koje proizvode tvrtke kao što su LIPP GmbH, MUCHE GmbH, ENTEC BIOGAS GmbH i

AAT GmbH). Uobičajene veličine spremnika su od 500 do 2.000m³. Plinski spremnici

membranskog pokrova na vrhu digestora ili post-digestora prevladavaju u rasponu od 25 do

55€/m³ (BAUR GmbH). Sustavi skladištenja za više tlakove obično su mnogo veći (50.000 do

250.000 m³STP) jer su apsolutni troškovi ulaganja relativno visoki. Rezultirajući specifični

troškovi su opet u rasponu od 25 do 35€/m³STP. Iz ovoga se može zaključiti da je utjecaj

spremnika za sirovi bioplin velik na ukupnu ekonomsku izvedivost. Troškovi sustava koji će se

upotrijebiti trebaju se što preciznije procijeniti tijekom provođenja studije izvedivosti.

Budući da mjesto uporabe biometana nije uvijek i mjesto proizvodnje, dodatno će trebati

upotrijebiti spremnik za skladištenje proizvedenog biometana. Taj spremnik trebat će biti

prijenosan te će se učestalo prevoziti na mjesto uporabe biometana, što može biti mrežna

pristupna točka gdje se biometan utiskuje u plinsku mrežu ili crpna stanica za (bio-) vozila (CNG)

na prirodni plin. Kako bi se olakšala brza, učinkovita i jednostavna logistika proizvedenog

biometana, izgradnja prijenosnog sustava za skladištenje plina trebala bi omogućiti brze

postupke punjenja i pražnjenja. Postoji nekoliko mogućnosti prijenosnih spremnika za stlačeni

plin i mnogi su već dostupni na tržištu. Slika 6 predlaže moguće opcije primjenom WAB sustava

za fleksibilne konfiguracije sklopa kamiona. Za njih je značajno da su relativno jeftine i

fleksibilne.


Slika 6: Sustav prijevoza spremnika za stlačeni plin koji koristi WAB sustav: konstrukcijska

studija kamiona za prijevoz plina s 150 cilindara i 80 litara volumena pri 220 bara (lijevo);

izmjenjivi sustav prikolice (sredina); lakši kamion s izmjenjivim sklopom prikolice (desno);

Izvor: Güssing Energy Technologies GmbH, Schoon Fahrzeugsysteme

Slika 7: Sustav prijevoza stlačenog plina– Galileo sustav “virtualni plinovod”; Izvor: Galileo SA

Trenutno možda jedan od najrazvijenijih dostupnih sustava dobavlja GALILEO SA, poznata tvrtka

u području plina za stlačeni prirodni plin i naftu. Sustav koji je nazvan "virtualni plinovod"

pokrenut je na tržištu 1999. godine za fosilne zalihe prirodnog plina u udaljenijim regijama i

regijama bez mreže prirodnog plina. Slika 7 prikazuje dvije slike takvog sustava uključujući i

utovar/istovar modula. Jedan od tih modula zaprima do 1.500 m³STP plina. Galileo sustav

odlično ispunjava uvjete fleksibilnosti i jednostavnog rukovanja koji nastaju u široj mreži

udaljenijih postrojenja za proizvodnju biometana.

Ključni faktor za uspjeh opcije prijenosnog pročišćavanja bioplina je modernizirana logistika. Uz

jednostavan i standardiziran transportni sustav spremnika, od presudne su važnosti volumen,

tlak i učestalost prijevoza postrojenja za pročišćavanje i spremnika za skladištenje biometana.

Ovi parametri moraju se optimizirati za svaku novu lokaciju projektne realizacije kako bi se

postigla maksimalna učinkovitost te ekonomičnost. Budući da će vrijeme prijevoza postrojenja


za pročišćavanje i prijenosnih spremnika za skladištenje biti relativno malo po danu, preporuča

se prepuštanje ovog zadatka na izvršenje vanjskim transportnim poduzećima.

Valja napomenuti da prijevoz spremnika sa stlačenim plinom na cesti mora udovoljavati

relevantnim zakonodavnim okvirima dotične zemlje ili regije. Ovisno o zakonodavstvu, ti uvjeti

mogu uključivati početnu tipifikaciju prijevoznog sredstva u skladu s ADR-om (Europski ugovor o

međunarodnom prijevozu opasnih tvari u cestovnom prometu), periodičnu kontrolu sistema

vozila i godišnju obnovu u skladu s ADR-om, pregled i potvrdu o primjerenosti spremnika za plin i

cijevi (npr. TUV), obuku i potvrdu o osposobljenosti vozača prema ADR-u.

Zaključak: Pri vrednovanju najkonkurentnije opcije koncepta prijenosnog pročišćavanja bioplina

valja biti dobro upoznat s lokalnim okolnostima. Posebno se treba ocijeniti broj i kapacitet

uključenih AD postrojenja, vremenski raspored proizvodnje, udaljenosti između postrojenja i

mjesta proizvodnje biometana kao i planirana uporaba biometana. Nakon toga, treba provesti

utemeljenu tehničko-ekonomsku procjenu (primjerice upotrebom "Kalkulatora biometana")

mogućih sistemskih konfiguracija kako bi se na kraju odabrala najprihvatljivija opcija. Studije

izvedivosti pokazuju da nije lako postići isplativo iskorištavanje takvih koncepata.

Primjer izračuna: Kako bi se stekao kratki uvid očekivanih graničnih uvjeta pružit ćemo kratak

numerički primjer za četiri AD postrojenja manjih razmjera koja zajedno sudjeluju u

pročišćavanju sirovog bioplina za proizvodnju biometana. Taj će se slučaj usporediti s drugim

slučajem odvojenih decentraliziranih postrojenja za pročišćavanje bioplina koja koriste istu

tehnologiju za pročišćavanje. Pročišćavanje bioplina je bilo predviđeno u svrhu utiskivanja u

mrežu (ovisno o kvaliteti plina), no pretpostavka je da mjesto za utiskivanje u plinsku mrežu nije

u blizini plinovoda. Stoga će se proizvedeni biometan morati stlačiti za transportne svrhe na 220

bara. To se odnosi na četiri decentralizirana postrojenja za pročišćavanje kao i za prijenosna

postrojenja za pročišćavanje. U oba slučaja, uključit ćemo u našu analizu visokotlačnu

kompresiju, no izostavit ćemo skladištenje i transportiranje biometana pod visokim tlakom kao i

samo mjesto utiskivanja u mrežu. Bilo kakvi troškovi proizvodnje sirovog bioplina također su

isključeni jer oni ne utječu na usporedbu između ova dva slučaja. Proveli smo optimizaciju malog

kapaciteta skladištenja te smo postavili realni vremenski raspored rada koji se treba obaviti

(troškovi volumena skladištenja sirovog bioplina su postavljeni na 50 €/m³). Granični uvjeti za

ovaj primjer izračuna dati su u Tablici 1, dimenzije spremnika za skladištenje predstavljaju prvi

rezultat stupnja optimizacije koji je usredotočen na minimalne troškove ulaganja.

Tablica 1: Granični uvjeti primjera izračuna kooperativnog pročišćavanja bioplina

Inicijativa za kooperativno pročišćavanje bioplina

Postrojenje Postrojenje Postrojenje Postrojenje


A B C D

Kapacitet sirovog bioplina [m³/h] 50 80 30 50

Trajanje skladištenja sirovog

bioplina [h]

41 38 43 41

Volumen skladištenja sirovog

bioplina [m³]

2050 3040 1290 2050

Bioplin četiri postrojenja s ukupnim kapacitetom od 210m³/h pročistit će se primjenom srednje

velikog postrojenja za pročišćavanje s tehnologijom permeacije plina veličine 300m³/h. Prijevoz

je tako raspoređen da se može realizirati ciklus od 48 sati (svako postrojenje se obilazi svakih 48

sati). To znači da dnevno treba predvidjeti dva prijevoza postrojenja za pročišćavanje. Na slici 8

pružen je vremenski raspored za taj prikazani primjer zajedno s razinama punjenja spremnika za

skladištenje sirovog plina. Prijevozni troškovi procijenjeni su na oko 2,7€/km te prosječna

udaljenost između AD postrojenja iznosi 50 km, dok prijevoz traje sat vremena. Vrijeme koje je

potrebno za pripremu stroja za rad konzervativno je procijenjeno na sat vremena te uključuje

priključivanje i isključivanje na mjestu AD postrojenja. Tijekom noći nije predviđen nikakav rad.

Slika 8: Vremenski raspored za postrojenje pročišćavanja bioplina koje obuhvaća 4 AD

postrojenja manjih razmjera uključujući razine punjenja spremnika za skladištenje sirovog

bioplina; Izvor: Tehnološko sveučilište u Beču


Rezultati kratke ekonomske analize koja je urađena pomoću "Kalkulatora biometana" sažeti su u

Tablici 2. Prikazani su investicijski troškovi, godišnji troškovi (zbroj kapitalnih troškova za

razdoblje amortizacije od 15 godina, rada postrojenja i prijevoza postrojenja, gdje je to

potrebno) i specifični proizvodni troškovi po m³ biometana.

Tablica 2: Rezultati primjera izračuna kooperativnog pročišćavanja bioplina uspoređeni s

decentraliziranim pročišćavanjem plina

Kooperativno

pročišćavanje

Decentralizirano

pročišćavanje

Investicijski troškovi postrojenja za

pročišćavanje

1 prijenosno postrojenje:

1.292.819 €

Zbroj 4 postrojenja:

2.076.574 €

Investicijski troškovi skladištenja

sirovog bioplina


421.500 € -

Razmatrani ukupni investicijski

troškovi 1.714.319 € 2.076.574 €

Godišnji troškovi prijevoza 98.550 €/g

Ukupni godišnji troškovi uključujući

kapitalne troškove, rad i prijevoz 496.135 €/g 522.695 €/g

Specifični proizvodni troškovi 43,7 €ct/m³ biometana 59,2 €ct/m³ biometana

Ovi rezultati su obećavajući jer inicijativa kooperativnog pročišćavanja može proizvesti biometan

sa značajno nižim specifičnim troškovima. Investicijski troškovi kao i godišnji troškovi su također

znatno niži. Naravno, u usporedbi s centraliziranim AD postrojenjem (kapaciteta 210m³/h

sirovog bioplina kao zbroj 4 postrojenja manjih razmjera) i jednim neprijenosnim centraliziranim

postrojenjem za pročišćavanje (specifični troškovi proizvodnje biometana od 34,8 €ct/m³),

troškovi su i dalje znatno veći. No, stvarni problem proizlazi iz osnovne vremenske raspodjele.

Dva prijevoza postrojenja za pročišćavanje znače i 730 prijevoza godišnje, što pridonosi znatnom

opterećenju i trošenju mehaničkih dijelova. Uzevši to u obzir, vrijeme amortizacije od 15 godina

čini se prilično nerealističnim. Ako uzmemo u obzir koncept da se prijevoz postrojenja

primjenjuje svaki drugi dan (ciklus od 96 sati), potrebni volumen skladištenja sirovog bioplina bi

se povećao za faktor od oko 2,87. Rezultat toga bi bilo povećanje investicija za takvo skladištenje

od 421.500€ na 1.212.000€ te bi se mogli očekivati specifični proizvodni troškovi za

kooperativno pročišćavanje od oko 67,9€ct/m³ biometana. Stoga bi kooperativna opcija mogla

biti daleko manje zanimljiva od decentralizirane opcije. Treba još jednom naglasiti da je vrlo

teško postići ekonomsku izvedivost ovih koncepata te se dobro zasnovane studije izvedivosti

trebaju provesti u ranoj fazi projekta.


3. Plinovod sirovog bioplina i centralizirano pročišćavanje

bioplina Druga mogućnost zajedničke upotrebe postrojenja za pročišćavanje bioplina između određenog

broja manjih AD postrojenja sastoji se u povezivanju decentraliziranih AD postrojenja s

decentraliziranim postrojenjem za pročišćavanje korištenjem plinovoda sirovog bioplina. Ako se

to usporedi s prvom mogućnošću prijenosnog postrojenja za pročišćavanje, ovakva shema

omogućuje fleksibilniji izbor tehnologije pročišćavanja te preciznije dimenzioniranje postrojenja

za pročišćavanje. Uz to, više nije neophodna upotreba spremnika za skladištenje sirovog i

proizvedenog plina. Opet, budući da su plinovodi za veće udaljenosti skuplji od cestovnog

prijevoza, opcija s plinovodom je neučinkovita ukoliko su udaljenosti između decentraliziranih

AD postrojenja prevelike ili ukoliko je protok transportiranog volumena sirovog bioplina

premalen (budući da specifični investicijski troškovi za plinovod gotovo da i ne ovise o promjeru

cijevi).

Slika 9: Shema kooperativne proizvodnje biometana korištenjem koncepta plinovoda za sirovi

bioplin i centralizirane jedinice za pročišćavanje bioplina (moguće je čak i više od jednog

postrojenja za proizvodnju biometana); Izvor: Tehnološko sveučilište u Beču

Shematski prikaz centralizirane proizvodnje biometana za decentralizirana AD postrojenja

primjenom plinovoda za sirovi bioplin prikazan je na Slici 9. Ovisno o nacrtu koncepta, može se

primijeniti više jedinica za pročišćavanje bioplina.

raw

biogasDecentralised

AD plantRudimentary

upgradingMonitoring

P-4

raw

biogasDecentralised

AD plantRudimentary

upgradingMonitoring

P-5

raw

biogasDecentralised

AD plantRudimentary

upgradingMonitoring

P-6

raw

biogasDecentralised

AD plantRudimentary

upgradingMonitoring

Centralised

biogas

upgrading plant

biomethane

Centralised

biogas

upgrading plant

biomethane

raw biogas

pipeline

compressor

compressor

compressor

compressor


Plinovod za sirovi bioplin bi se projektirao za rad pri niskom tlaku od približno 200mbar(g) do

2,0bar(g) te bi vjerojatno bio napravljen od polietilena (PE). Da bi se dobila ideja o dimenzijama

plinovoda, predlažemo upotrebu unutarnjeg promjera od 15 cm za protok količine sirovog

bioplina od 1000m³STP/h. Izračuni pokazuju da bi se trebali očekivati investicijski troškovi od

120 do 200 € po metru dužine plinovoda. Ti troškovi bi uključivali plinovod koji bi bio postavljen

izravno u zemlju te kompresorsku stanicu i nadzor. Brojke znatno ovise o lokalnim okolnostima.

Slika 10 pokazuje izgradnju plinovoda za biometan u Brucku/Leitha u Austriji (odobren za do

10bar(g)) usporedivim s plinovodnim sustavima za sirovi bioplin.

Slika 10: Plinovod biometana u Brucku/Leitha u Austriji tijekom izgradnje; spajanje cijevi

varenjem (desno); Izvor; Tehnološko sveučilište u Beču

Važan čimbenik u radu plinovoda sirovog bioplina je kondicioniranje isporučene plinske smjese

kako bi se izbjegla začepljenja ili oštećenja plinovoda. Najvažniji korak u kodicioniranju se sastoji

u sušenju sirovog bioplina kako bi se izbjegla kondenzacija u plinovodu. Tekuća voda unutar

cjevovoda lako bi mogla dovesti do blokiranja sustava ili do pucanja zbog smrzavanja vode na

izloženim lokacijama. Osim toga, budući da je bioplin biološki aktivan (mikroorganizmi koji

obično obitavaju u digestorima bioplina također se transportiraju u bioplinu), tekuća voda će

znatno pospješiti obraštanje razvojem mikrobioloških kolonija u sustavu, što ponovno vodi do

začepljenja u cjevovodu. Još jedan korak u kondicioniranju sastoji se od uklanjanja amonijaka iz

plinske smjese jer tekuća voda zajedno s NH3 uzrokuje koroziju metalnih i polimernih dijelova

sustava. Sušenje kondenziranjem vode prije punjenja sirovog bioplina u plinovod najbolje će

poslužiti za kondicioniranje plina jer će se istodobno ukloniti i amonijak. Tehnologije koje su

primjenjive u uklanjanju vode iz sirovog bioplina su: rashladni uređaj na parnu kompresiju,

apsorpcijski rashladni uređaj, sušenje absorpcijom pomoću glikola (trietilenglikol TEG), sušenje

adsorpcijom na silikatima ili zeolitima. Učinkovito uklanjanje amonijaka se može provesti u

kontaktu s tekućom vodom (tijekom sušenja s hlađenjem ) ili adsorpcijom na aktivni ugljen.


Osim vode i amonijaka, bioplin također može sadržati i druge komponente koje treba ukloniti iz

plina prije ubrizgavanja u plinovod sirovog bioplina. Te komponente mogu sadržavati

sumporovodik (neke od poznatijih incijativa koje planiraju kooperativno pročišćavanje bioplina

plinovodom sirovog bioplina utvrđuju maksimalni prag od oko 2000 do 3000 ppm H2S pri

utiskivanju), siloksane, prašinu ili visoki sadržaj hlapljivih organskih komponenti poput organskih

kiselina, masnih kiselina ili terpena. Ako su u sirovom bioplinu prisutne ove komponente,

potrebno je nadopuniti postupak sušenja s hlađenjem i sa dodatnim odgovarajućim

tehnologijama za uklanjanje navedenih komponenti. Molimo konzultirati brošuru "Pregled

tehnologije od bioplina do biometana" za daljnje informacije.

Na kraju, budući da se bioplin treba transportirati plinovodom, kompresor sirovog bioplina mora

se primijeniti na svakom mjestu utiskivanja bioplina. Kao što je ranije spomenuto, tipični nacrt

plinovoda za sirovi bioplin predviđa radni tlak od oko 200mbar(g) do 2,0bar(g) dok je

proizvodnja bioplina na AD postrojenju obično postupak koji se obavlja pri atmosferskom tlaku

(ili neznatno višem). Specifikacije za te kompresore ne bi trebale biti jako restriktivne te bi

trebao biti dovoljan standardni bioplinski kompresor (ili čak samo puhalo). Obično se kompresija

provodi na dva stupnja. Nakon prve faze kompresije do srednjega tlaka, sirovi plin se ubrizgava u

gore spomenuto osnovno postrojenje za pročišćenje bioplina (budući da je u većini slučajeva

potreban barem malo viši tlak). U drugoj fazi se bioplin komprimira na radni tlak u plinovodu. Za

nisko do srednjetlačne sustave plinovoda sirovog bioplina trebaju se primjenjivati sljedeće vrste

kompresora: rotacijski kompresor, puhala s bočnim ili postraničnim kanalom, rotacijski klipni

kompresor ili klipni kompresor.

Odabir tehnologije pročišćavanja kao i projekt i nacrt samog postrojenja za pročišćavanje bit će

znatno jednostavniji u usporedbi s prijenosnom mogućnosti pročišćavanja. Razlog se nalazi u

činjenici što postrojenje za pročišćavanje neće imati vrlo restriktivna ograničenja koja imaju

prijenosna postrojenja te neće raditi sa prekidima. Može se stoga primijeniti bilo koja najnovija

tehnologija pročišćavanja za proizvodnju biometana iz bioplina utisnutog u sustav plinovoda za

sirovi bioplin. Posljedica toga je veća fleksibilnost pri prilagođavanju čitavog sustava proizvodnje

energije regionalnim okolnostima.

Zaključak: Kao i kod prijenosne opcije proizvodnje biometana, i u ovom slučaju se moraju dobro

poznavati lokalne okolnosti koje se tiču mogućih veličina i udaljenosti između postrojenja,

mogućih supstrata za proizvodnju bioplina te mogućeg tržišnog plasiranja proizvedenog

biometana kako bi se mogao procijeniti najkonkurentniji ukupni koncept. Ono što je također

slično kao i kod prijenosne opcije, je važeće opće pravilo: što je veći broj manjih AD postrojenja

unutar danog područja, to su manje prijevozne udaljenosti, a rezultat toga su i bolje ekonomske

prilike. Opet, nakon što se procijene sva relevantna ograničenja i parametri, potrebno je provesti


utemeljenu tehničko-ekonomsku procjenu (primjerice upotrebom "Biometan kalkulatora")

mogućih konfiguracija sustava kako bi se na kraju došlo do najprikladnije opcije. Studije

izvedivosti koje se odnose na opcije plinovoda sirovog bioplina također pokazuju da nije lako

doći do ekonomskog pokrivanja koncepata kooperativne proizvodnje biometana.

Primjer izračuna: Slično kao i u primjeru izračuna za prijenosnu opciju pročišćavanja bioplina,

ponudit ćemo primjer za opciju plinovoda sirovog bioplina uz sličnu pretpostavku (gdje je to

moguće). I ovdje ćemo analizirati manja decentralizirana AD postrojenja s kapacitetom sirovog

bioplina koji je već prikazan u Tablici 1 uz jedinu razliku što će se za svaki kapacitet udvostručiti

broj postrojenja koje treba uzeti u obzir (2 postrojenja tipa A, B, C i D). Manji broj AD

postrojenja bi za posljedicu imao pogoršanje ekonomske situacije kooperativnog pročišćavanja.

Dodatni spremnici za skladištenje sirovog bioplina više se ne uzimaju u obzir kao u prethodnoj

shemi. Osam decentraliziranih AD postrojenja bit će povezano s centraliziranim postrojenjem za

pročišćavanje plina uz pomoć plinovoda za sirovi bioplin. Centralizirano postrojenje je zamišljeno

tako da točno odgovara potrebama ukupnog bioplinskog kapaciteta AD postrojenja (bez

predimenzioniranja). Ovaj primjer će se usporediti s primjerom osam odvojenih

decentraliziranih postrojenja za pročišćavanje bioplina koji rabe istu tehnologiju pročišćavanja.

Predvidjeli smo pročišćavanje bioplina u svrhu utiskivanja u plinsku mrežu (u odnosu na kvalitetu

plina), no nismo obuhvatili troškove samog utiskivanja u mrežu. Ovime se samo želi pokazati

utjecaj veličine postrojenja za pročišćenje i troškova plinovoda na ekonomičnost. Naravno,

ukoliko bi se pokrenula prava studija izvedivosti, ti će se napori morati uzeti u obzir, no u ovom

trenutku želimo izostaviti dodatne ekonomske efekte koji se pojavljuju u različitim situacijama

utiskivanja u mrežu. Isključili smo i bilo kakve troškove proizvodnje sirovog bioplina jer ne utječu

na usporedbu između ova dva slučaja.

Bioplin iz osam AD postrojenja s ukupnim kapacitetom od 420 m³/h pročistit će se primjenom

srednje velikog postrojenja za pročišćenje s permeacijom plina upravo te veličine. Uzeti su u

obzir specifični troškovi plinovoda od 130€/m po dužini, niskotlačna kompresija te osnovno

pročišćavanje koje uključuje sušenje s hlađenjem i smanjenje amonijaka u sirovom plinu svakog

AD postrojenja. Za prvu analizu, predvidjeli smo dužinu plinovoda sirovog plina od 20 km.

Rezultati druge kratke ekonomske analize koja je urađena pomoću "Biometana kalkulatora"

sažeti su u Tablici 3. Pruženi su investicijski troškovi, godišnji troškovi (zbroj kapitalnih troškova

za razdoblje amortizacije od 15 godina, rad i održavanje postrojenja) te specifični proizvodni

troškovi po m³ biometana. Posljednji red Tablice prikazuje predviđeno razdoblje vraćanja

uloženih sredstava za kooperativnu opciju pročišćavanja bioplina u usporedbi s

decentraliziranom opcijom.


Tablica 3: Rezultati primjera izračuna kooperativnog pročišćavanja bioplina u usporedbi s

decentraliziranim pročišćavanjem bioplina

Kooperativno

pročišćavanje

Decentralizirano

pročišćavanje

Investicijski troškovi postrojenja za

pročišćavanje

1 postrojenje:

1.062.390 €


3.175.786 €

Investicijski troškovi plinovoda sirovog

bioplina 2.600.000 € -

Investicijski troškovi kompresije sirovog

bioplina 352.581 € -

Investicijski troškovi osnovnog

pročišćavanja 257.501 € -

Razmatrani ukupni investicijski troškovi 4.272.472 € 3.175.786 €

Ukupni godišnji troškovi uključujući

kapitalne troškove i rad 653.792 €/g 740.836 €/g

Specifični proizvodni troškovi 37,0 €ct/m³ biometana 42,0 €ct/m³ biometana

Razdoblje vraćanja uloženih sredstava 12,6 g

Ovi rezultati obećavaju jer kooperativna inicijativa za pročišćavanje može proizvesti biometan po

znatno nižim specifičnim troškovima. Ipak, znatno viši investicijski troškovi za izgradnju

plinovoda sirovog bioplina imaju za posljedicu relativno dugo razdoblje vraćanja uloženih

sredstava od gotovo 13 godina u usporedbi s decentraliziranom nekooperativnom shemom za

pročišćavanje. Ako uzmemo u obzir nešto kraći sustav plinovoda od samo 17 km, investicijski

troškovi će se smanjiti na 2.210.000 € i razdoblje vraćanja uloženih sredstava će se smanjiti na

6.3 godine, značajno poboljšavajući ekonomsku situaciju. Možemo zaključiti da je ekonomska

izvedivost investicijskih troškova za plinovod vrlo osjetljiva te se taj faktor troška treba vrlo

pažljivo ocijeniti prije opravdane studije izvedivosti. U svakom slučaju, usporedimo li je s jednim

centraliziranim AD postrojenjem u kombinaciji s jednim centralnim postrojenjem pročišćavanja

bioplina na istom mjestu, decentralizirana proizvodnja bioplina i/ili biometana je izrazito

neekonomična.

Razmatranje različitih mjesta utiskivanja u plinsku mrežu dovelo bi do toga da decentralizirano

pročišćavanje bioplina, upotrebom određenog broja manjih postrojenja za biometan, bude još

manje ekonomski zanimljivo, usporedi li se s opcijom kooperativnog pročišćavanja s jednim

mjestom utiskivanja u mrežu. Predviđen je marginalan utjecaj investicijskih troškova (kao i

neposrednih operativnih troškova) na cjelokupnu ekonomsku situaciju. Očekuje se da će veći

problem nastati pri organizaciji utiskivanja u mrežu velikog broja manjih postrojenja za


biometan. Ovisno o zemlji i uvjetima koje nalaže operater plinske mreže, organizacijska

procedura ubrizgavanja biometana u mrežu prirodnog plina prilično je zahtjevna. (planiranje

unaprijed, odobrenja, izračun i kliring*). Budući da rad koji je potreban za izvršenje tih zadataka

ne ovisi o kapacitetu ubrizgavanja biometana, veći broj manjih mjesta za utiskivanje u mrežu je,

ekonomski gledano, nezanimljivo.

4. Primjeri inicijativa kooperativnih pročišćavanja bioplina Postoji mnoštvo inicijativa kojima je cilj kooperativno pročišćavanje bioplina koje se uglavnom

tiče manjih poljoprivrednih AD postrojenja. Istaknut ćemo ukratko tri različite inicijative u

različitim fazama na putu do svoje realizacije.

Projekt bioplina Ringkoebing-Skjern, Danska: Općina Ringkoebing-Skjern je najveća općina u

Danskoj s površinom od 1.489 km². Kao tipično ruralna sredina pokazuje značajan potencijal za

proizvodnju bioplina. Općinstvo je pokrenulo javno financirani pilot projekt istraživanja o tome

može li ekonomska računica proizvodnje i uporabe bioplina biti poboljšana prevoženjem

bioplina umjesto supstrata. U nacrtu je predviđeno osnivanje oko 60 manjih i jedno ili dva veća

postrojenja bioplina koji bi pokrio procijenjeni potencijal općine od oko 60 milijuna m³ metana

godišnje. Slika 11 predstavlja pregled geografske situacije projekta. Mreža sirovog plina dužine

150 km povezivat će ta AD postrojenja s postojećim kogeneracijskim postrojenjima i jedno ili dva

postrojenja za pročišćavanje bioplina koja se trebaju izgraditi. Projektom će se izvršiti analiza

ekonomičnosti dvije različite mogućnosti: 1) rad postojeće kogeneracije na sirovi bioplin (obnova

postojećih plinskih motora te nabava novih plinskih motora), pročišćavanje i ubrizgavanje viška

bioplina u mrežu prirodnog plina ili 2) pročišćavanje ukupne količine bioplina u dva

centralizirana postrojenja za biometan te utiskivanje u plinsku mrežu zajedno s nepromijenjenim

radom postojećeg kogeneracijskog postrojenja na prirodni plin iz mreže. Uz to, općina je

pokrenula istraživanje o skladištenju velike količine električne energije vjetra u obliku metana u

mrežu prirodnog plina primjenom elektrolize i metanizacije Sabatierovom reakcijom

proizvedenog vodika s ugljičnim dioksidom iz postrojenja bioplina.

* kliring:

U bankarstvu i finacijama, kliring označava sve aktivnosti od trenutka kad je povjerena obveza za transakcijom sve dok nije namirena.

Kliring plaćanja su neophodna kako bi se obećano plaćanje pretvorilo (primjerice, putem čeka ili zahtjeva za plaćanjem elektroničkim

putem) u stvarno premještanje novca iz jedne banke u drugu. U trgovini, kliring je neophodan jer je brzina trgovanja mnogo brža od

ciklusa izvršenja transakcije. Ono uključuje upravljanje stanjem trgovanja (post-trading), kreditnu izloženost predporavnanja u svrhu

osiguranja podmirenja trgovanja u skladu s tržišnim pravilima, čak i ako kupac ili prodavač postane insolventan prije namirenja.

Procesi koji uključuju kliring su evidencija/praćenje, granica rizika, netiranje poslovanja na jednu poziciju, upravljanje porezom,

upravljanje stečajevima. (izvor: http://en.wikipedia.org)


Slika 11: Lokacija općine Ringkoebing-Skjern u Danskoj i geografski pregled kooperativnog

projekta za bioplin; Izvor: Bioenergi Vest A/S

More Biogas Småland AB, Švedska: U općini Kalmar, u južnom dijelu Švedske, 18 lokalnih

poljoprivrednika, jedan proizvođač biometana (Famax AB), javno komunalno poduzeće, 4 općine

(KSRR) i svjetski poznat dobavljač postrojenja za bioplin i biometan po principu "ključ u ruke"

(Läckeby Water) osnovali su društvo s ograničenom odgovornošću za kooperativnu proizvodnju

bioplina. Prethodna studija analizirala je opciju izgradnje jednog AD postrojenja na svakom

uključenom poljoprivrednom imanju te pročišćavanje bioplina proizvedenog u centraliziranom

postrojenju za biometan koje je povezano s plinovodom sirovog bioplina. Na Slici 12 pružen je

pregled geografske situacije projekta. Usredotočili su se na upotrebu proizvedenog biometana

kao pogonskog goriva za vozila. Rezultat ove polazišne studije pokazao je da je najekonomičnija

opcija za regiju primjena centraliziranog AD postrojenja i prijevoz substrata (stajsko gnojivo i

organski otpad) s poljoprivrednih imanja do AD postrojenja. Krajem siječnja 2013. najavljen je

početak izgradnje tog centraliziranog AD postrojenja s kapacitetom od 2 milijuna m³. Izgradnja


postrojenja započinje u travnju 2013., a puštanje u rad je predviđeno za ljeto 2014.

Slika 12: Lokacija općine Kalmar u Švedskoj i geografski pregled kooperativnog projekta za

bioplin; Izvor: Energikontor Sydost AB, LRF Konsult AB

Biogasnetz Guessing/Strem, Austrija: Općina Guessing u istočnom dijelu Austrije je dobro

poznata jer je među prvima uvela vlastitu opskrbu različitim energentima iz obnovljivih izvora

energije. Određeni broj kogeneracijskih postrojenja na biomasu zajedno s toplinskim sustavom

tog predjela pruža dobre osnove za daljnje istraživačke projekte. Rasplinjač biomase na bazi

drveta s nominalnim kapacitetom od 8MWth koristi se za kombiniranu proizvodnju električne i

toplinske energije i za istraživanje energenata iz obnovljivih izvora energije kao što su vodik,

metan (sintetski prirodni plin) i viši ugljikovodici (pomoću Fischer-Tropsch sinteze). Osim toga,

poljoprivredno bioplinsko postrojenje koje upotrebljava energetske biljke u cijelosti je

operativno. Projektno istraživanje je pružilo procjenu tehnološko-ekonomske izvedivosti sustava

bioplinskog plinovoda dugog 3,5 km koji povezuje proizvođače bioplina (bioplin iz AD

postrojenja kao i sintetski prirodni plin iz rasplinjača) s mogućim potrošačima bioplina

(kogeneracijski plinski motori, punionice stlačenog prirodnog plina, poduzeća s velikom

potražnjom prirodnog plina). Ovaj distribucijski sustav bioplina je uspoređen s decentraliziranim

sustavom kogeneracije i sustavom daljinskog grijanja.

Documents

VODIČ ZA RAZVOJ NE AKTIVNOSTI KOOPERATIVNOG … · broj postrojenja za anaerobnu digestiju manjih razmjera, iskoristila bi se ekonomija razmjera te bi se omogućio odabir između