Razvitak održivog tržišta toplinske energije iz bioplinskih postrojenja u Europi Projekt IEE/11/025 Provjera izvedivosti korištenja toplinske energije iz bioplinskog postrojenja Vladislavci (u fazi planiranja) Veljača, 2014. BiogasHeat Provjera izvedivosti Autori: Energetski Institut Hrvoje Požar, Hrvatska Igor Novko, Željko Plantić i Željka Fištrek Kontakt: Savska cesta 163 10001 Zagreb +385 1 6326 139 zfistrek@eihp.hr 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 2 Sadržaj 1 Uvod ________________________________________________________ 4 2 Bioplinsko postrojenje Vladislavci - trenutačno stanje _______________ 4 Lokacija ____________________________________________________________ 5 Tehnički podaci planiranog postrojenja __________________________________ 6 Ekonomski podaci ___________________________________________________ 7 3 Stvarno iskorištenje toplinske energije iz postrojenja na bioplin _______ 8 4 Opis i kratka analiza mogućnosti korištenja toplinske energije ________ 8 OPCIJA 1: Sušara digestata ____________________________________________ 8 OPCIJA 2: Pasterizacija mlijeka________________________________________ 10 OPCIJA 3: Hlađenje mlijeka ___________________________________________ 12 5 Zaključak ____________________________________________________ 14 BiogasHeat Provjera izvedivosti 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 izvedivosti, 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 bioplinskih postrojenja. 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 rizika i izazova za zainteresirane stranke. U sklopu projekta GERONIMO II izrađena je pred-studija izvodljivosti za bioplinsko postrojenje u sklopu farme stoke u vlasništvu Ivice Kruljca u Vladislavcima. Vlasnik farme, odnosno potencijalni investitor, odlučio se je i na provjeru izvedivosti iskorištavanja otpadne toplinske energije planiranog bioplinskog postrojenja nazvano u ovom slučaju Vladislavci, te predložio određene opcije. Time bi bioplinsko postrojenje bilo efikasnije i sukladno tome i ekonomski isplativije, te također i za okoliš prihvatljivije. 2 Bioplinsko postrojenje Vladislavci - trenutačno stanje Bioplinsko postrojenje Vladislavci trenutno je u fazi planiranja te se provode različite studije izvedivosti i isplativosti pojedinih segmenata postrojenja. Postrojenje je planirano u sklopu farme muznih krava, vlasnika Ivice Kruljca, gdje se trenutno nalazi oko 60 mliječnih krava te oko 110 grla stoke. Iako je farma manjih gabarita, svejedno predstavlja veliki potencijal za pokrivanje vlastitih potreba električnom i toplinskom energijom, ali i zbrinjavanje otpadnih supstrata proizvedenih na farmi na najbolji mogući način. Višak električne energije dobivene iz kogeneracijske jedinice postrojenja planira se predavati u distribucijsku mrežu, što predstavlja isplativost investicijskog ulaganja u bioplinsko postrojenje. Rok otplate investicije bioplinskog postrojenja moguće je smanjiti ukoliko se osim električne energije iskorištava i toplinska. Mogućnosti iskorištavanja toplinske energije, što je i cilj ove studije, bit će predstavljene u četvrtom poglavlju. 4 BiogasHeat Provjera izvedivosti Lokacija Izgradnja bioplinskog postrojenja Vladislavci planira se u sklopu farme krava u istoimenom mjestu Vladislavci, koje se nalazi u Osječko-baranjskoj županiji, 18 km udaljeno od Osijeka na relaciji Osijek – Đakovo. U sklopu planiranog bioplinskog postrojenja postoji slobodnog prostora za dodatnu gradnju, što čini prednost za izgradnju dodatnih objekata kojima je omogućeno iskorištavanje otpadne toplinske energije kogeneracijske jedinice, koja je sastavni dio planiranog bioplinskog postrojenja. Na slici 1 prikazano je mjesto Vladislavci, dok je na slici 2 prikazana lokacija farme krava, u sklopu kojeg se planira izgradnja bioplinskog postrojenja Vladislavci. Slika 1: Geografski položaj mjesta Vladislavci Slika 2: Lokacija farme krava i planiranog bioplinskog postrojenja Vladislavci 5 BiogasHeat Provjera izvedivosti Tehnički podaci planiranog postrojenja U tablici 1 navedene su tehničke specifikacije planiranog bioplinskog postrojenja Vladislavci, dobivene od strane Investitora. Podaci predstavljaju prosječne vrijednosti kroz čitavu godinu, prilikom čega je uzeto u obzir i određeno vrijeme u slučaju kvarova te trajanje eventualnog potrebnog godišnjeg remonta postrojenja ili bilo kakvog drugog zastoja u proizvodnji bioplina ili u kogeneracijskom sustavu, te je procijenjeno na 701 sat. Tablica 1: Tehnički podaci planiranog bioplinskog postrojenja Vladislavci Ukupna električna snaga postrojenja (kW e) 100 Planirana proizvodnja električne energije (kW eh/god): Ukupna toplinska snaga postrojenja (kW t, nominalno): Planirana proizvodnja toplinske energije (kW th/god): 805.920 98 786.263 Učinkovitost proizvodnje električne energije (%, nominalno): 41 Učinkovitost proizvodnje toplinske energije (%, nominalno): 40 Godišnji sati rada pogona za proizvodnju električne energije (h): 8.059 Godišnji sati rada za proizvodnju toplinske energije (h): 8.059 Toplinska energija potrebna za zagrijavanje fermentora (kW th; %): Predviđena godišnja proizvodnja bioplina (Nm³): 235.879; 30 375.720 Očekivana srednja ogrjevna vrijednost bioplina (kW th/Nm³): Godišnja vlastita potrošnja električne energije bioplinskog postrojenja (kW eh): Godišnja isporuka električne energije u javnu mrežu (kW eh): 3,99 56.414 749.506 Kao sirovina za proizvodnju bioplina koristit će se gnojovka proizvedena na samoj farmi krava, dok će se za dodatne potrebe supstrata kupovati kukuruzna silaža od obližnjih proizvođača. Kao što je i navedeno, trenutno se na farmi nalazi 60 muznih krava i 110 grla stoke koji proizvode velike količine otpadnog biorazgradivog supstrata. Prema gruboj procijeni godišnje se proizvede oko 1.508 t visokokvalitetne gnojovke. Da bi se zadovoljila planirana električna snaga bioplinskog postrojenja od 100 kW e potrebno je dodatno pribaviti supstrat za proizvodnju određene količine bioplina, što se planira otkupom oko 1.530 t kukuruzne silaže. Otpad nastao iz procesa proizvodnje bioplina putem mokre anaerobne digestije, zvan digestat, može se koristiti u različite svrhe. Najčešće zamjenjuje umjetna gnojila potrebna za unosniju proizvodnju poljoprivrednih usjeva različitih grana. Također moguće ga je iskoristiti i u industrijske svrhe za spaljivanje, no to zahtjeva obaveznu obradu otpadnog digestata. 6 BiogasHeat Provjera izvedivosti Ekonomski podaci Poticajna cijena električne energije koju Operator tržišta plaća za električnu energiju proizvedenu i isporučenu iz postrojenja koja koriste obnovljive izvore energije i kogeneracijska 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. Budući da je izgradnja bioplinskog postrojenja Vladislavci još u fazi planiranja te je prije puštanja u rad potrebno određeno vrijeme, točnu otkupnu cijenu električne energije iz kogeneracijskog sustava nije moguće predvidjeti te će u nastavku ista biti navedena prema trenutnom tarifnom sustavu. U tablici 2 navedene su fiksne tarifne stavke za bioplinska postrojenja, ovisno o tarifnom sustavu i o veličini postrojenja. Cijena otkupne električne energije bit će definirana kod sklapanja ugovora s Hrvatskim operatorom tržišta energije (HROTE), ukoliko dođe do realizacije projekta, i ona se može razlikovati od cijene koja je trenutno na snazi (tablica 2). Tablica 2: Visine fiksnih tarifnih stavki izražene u kn/kWh za isporučenu električnu energiju iz postrojenja na bioplin Tarifni sustav i instalirana snaga postrojenja kn/kWh Trajanje otkupa Tarifni sustav iz 2013. godine (NN 133/2013) 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 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 14 god. * 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, odnosno na proizvodnom postrojenju mora biti ugrađena mjerna oprema sukladno Pravilniku o stjecanju statusa povlaštenog proizvođača električne energije. 7 BiogasHeat Provjera izvedivosti 3 Stvarno iskorištenje toplinske energije iz postrojenja na bioplin U praksi se toplinska energija iz kogeneracijskih jedinica ne iskorištava u potpunosti, već se većina ispušta. Razlog tome je i nepostojanje zakonske regulative koja bi primorala ili barem poticala postojeće i buduće Investitore bioplinskih postrojenja na iskorištavanje raspoložive toplinske energije. Prema podacima Investitora, navedenih u tablici 1, godišnje će se raspolagati s oko 786.263 kW th toplinske energije. Oko 30 % proizvedene toplinske energije koristit će 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 550.384 kW th toplinske energije. Potencijalne ali i ostale izvedive mogućnosti iskorištavanja raspoložive otpadne toplinske energije bit će spomenute i razmotrene u sljedećem poglavlju. 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 predložene potencijalne opcije korištenja toplinske energije postrojenja Vladislavci, gdje su uzeti u obzir podaci o geografskom položaju i samoj veličini bioplinskog postrojenja, ali i raspoloživosti dodatnog prostora za izgradnju potencijalnih objekata. Opcije korištenja toplinske energije, čiju ćemo izvedivost razmatrati u okviru ove provjere, su sljedeće: OPCIJA 1: Sušara digestata OPCIJA 2: Pasterizacija mlijeka OPCIJA 3: Hlađenje mlijeka OPCIJA 1: Sušara digestata 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 utječe 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, ali 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 često može pomoći Mollierov h-x dijagram pomoću kojeg se može procijeniti maksimalna količina 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 bioplinskih postrojenja“ (D. Rutz, et al.). Budući da se uz planirano bioplinsko postrojenje nalazi dovoljno prostora za gradnju, u ovoj će studiji kao prva opcija biti razmatrana provjera izvedivosti sušenja digestata s otpadnom 8 BiogasHeat Provjera izvedivosti toplinskom energijom iz bioplinskog postrojenja. Digestat ili fermentirani ostatak je ostatak iz bioplinskog postrojenja za anaerobnu digestiju pomoću koje se iz ulaznih sirovina dobiva bioplin. Ovisno od njegovog sastava najčešće se koristi kao gnojivo u raznim poljoprivrednim granama te kao gorivo u raznim sektorima industrije. Nakon procesa grubog odvajanja krutog od tekućeg, kruti digestat je potrebno sušiti na razinu koja je predviđena određenim zahtjevima. Kruti dio digestata je moguće sušiti pomoću solarnih sušilica, no radi veće isplativosti se za sušenje digestata može koristiti i otpadna toplina iz bioplinskog postrojenja. Najčešća tehnologija sušilica za sušenje digestata koristi se sušilica s transportnom trakom. Kod takve izvedbe se digestat kontinuirano i ravnomjerno transportira kroz punilicu ili usipni koš na perforiranu traku. Traka dalje nosi digestat kroz ćelije vrućeg zraka, gdje vrući zrak prolazi kroz ili preko mokrog digestata i na taj ga način suši. Temperatura potrebna za sušenje digestata kreće se između 55 °C i 95 °C, što je idealno za primjer korišten ja otpadne toplinske energije iz postrojenja, gdje je moguće postići temperaturu medija od 70°C do 90 °C. Ovim pristupom mogu će je iskoristiti otpadnu toplinsku energiju i istovremeno iskoristiti otpadni digestat u korisne svrhe kao gnojivo u sektorima hortikulture, vrtlarstva, te mnogim drugim poljoprivrednim granama, izravno ili u peletiranom obliku. Također kao mogućnost korištenja suhog digestata je i u industrijskom sektoru, gdje se suhi digestat može koristiti za spaljivanje. Vidljivo iz tablice 1, višak toplinske energije kojeg je moguće dodatno iskoristiti iznosi 550.384 kW th/god, odnosno neiskorištene toplinske snage od 68 kW t. Uzmemo li u obzir da je ulazni postotak suhe tvari digestata 25 %, a željeni izlazni postotak suhe tvari osušenog digestata 80 %, slijedi da je s količinom otpadne toplinske energije moguće sušiti digestat u iznosu od 71 kg/h. Ako uzmemo u obzir od Investitora dobivene podatke o procijenjenim satima rada sušare od 8.059 h/god, moguće je godišnje posušiti 572 t digestata. Time je godišnje na raspolaganju 179 t posušenog digestata korisnog za daljnju preradu i prodaju. Kao kod svih opcija potrebno je investicijsko ulaganje. Usporedbom cijena već postojećih sušara digestata, procijenjeni kapitalni troškovi sušare navedenih parametara iznosili bi 1.000.000 kn, dok su godišnji operativni troškovi rada procijenjeni na 188.738 kn/god. U usporedbi s sušarom u kojoj se koristi kao gorivo za zagrijavanje prirodni zemni plin, moguće je uštedjeti 198.309 kn godišnje. Kod analize izračunata je količina prirodnog zemnog plina za postizanje jednake količine toplinske energije potrebne za sušenje navedene količine digestata, te ona iznosi 56.660 Sm3/god. 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 8,9 god, što usprkos relativno malom postrojenju predstavlja prihvatljiv rok otplate potrebnih ulaganja i time predstavlja isplativost predložene i analizirane opcije. U analizi je uzeta u obzir samo razlika cijene energenta za sušenje. Cijena izlaznog produkta, odnosno posušenog digestata, varira ovisno od njegove kvalitete, ali i samog tržišta. Stoga prihodi od njegove prodaje nisu uračunati pa se samim time može pretpostaviti da će rok otplate potrebnih investicijskih ulaganja biti još kraći. Podaci kapitalnih i operativnih troškova, kao i ostalih potrebnih podataka za provedbu analize prikazani su u tablici 3. 9 BiogasHeat Provjera izvedivosti Tablica 3: Podaci kapitalnih i operativnih troškova te tehnički podaci sušare digestata u sklopu bioplinskog postrojenja Vladislavci Iskoristiva toplinska snaga kW t 68 Procjena sati rada h Postotak suhe tvari - ulaz % 25 Postotak suhe tvari - izlaz % 80 Kapacitet ulaznog materijala za sušenje kg/h 71 Kapacitet izlaznog osušenog materijala kg/h 22 8.059 Količina ulaznog materijala za sušenje t/god 572 Količina izlaznog osušenog materijala t/god 179 Potrošnja električne energije za vlastite potrebe MW eh/god 81 Potrošnja toplinske energije za sušenje MW th/god 551 Kapitalni troškovi HRK Operativni troškovi HRK/god Predviđeni povrat investicije god 1.000.000 188.738 8,9 Prednost ovog tipa sušare je u mogućnosti iskorištavanja većinskog dijela otpadne toplinske energije postrojenja tijekom čitave godine. Doduše, u ljetnim mjesecima potrebno je nekoliko manje toplinske energije, dok je zimi potrebno više. U izračunu je uzeta prosječna srednja vrijednost kroz svih dvanaest mjeseci. OPCIJA 2: Pasterizacija mlijeka Pasterizacija mlijeka je postupak uklanjanja patogenih i ostalih MO koji se nalaze u sirovom mlijeku bez da se bitno mijenja njegov sastav, ukus ili prehrambena vrijednost. Vrši se prvenstveno radi dugotrajnijeg očuvanja mlijeka, čime se olakšava njegov transport i prodaja, ali i radi osiguravanja kakvoće mlijeka. Istovremeno se pasterizacijom može uništiti i dio korisnih bakterija i MO, te također korisni vitamini koje sadrži sirovo mlijeko. Stoga je potrebno odrediti optimalnu temperaturu i vrijeme trajanja postupka pasterizacije. U praksi se obično primjenjuju dvije vrste pasterizacije, nazvane niska pasterizacija i visoka pasterizacija. Kod niske pasterizacije mlijeko se 30 min grije na 63 °C. Kod te vrste poznata su dva na čina niske pasterizacije. Kod prvog se sirovo mlijeko pasterizira u spremniku, odnosno duplikatoru s ugrađenom miješalicom. Radi moguće rekontaminacije ovaj postupak je zamijenjen pasterizacijom u bocama, gdje se sirovo mlijeko ulijeva u boce i transportnom trakom provodi kroz uređaj sa toplom vodom, prilikom čega ne dolazi do ponovne infekcije. Kod visoke pasterizacije mlijeko se grije 15 sekundi na 72 °C. Ta se metoda u industriji najčešće primjenjuje zbog bržeg i efikasnijeg postupka, gdje se bolje očuvaju korisne termolabilne supstance mlijeka (vitamini, proteini i sl.). Postoji više načina provođenja visoke pasterizacije, no najčešće se koristi pločasti tip pasterizatora. U oba slučaja, dakle niske i visoke pasterizacije, nakon zagrijavanja mlijeko se postupno hladi na 8 °C. U svrhu postizanja navedenih temperatura potrebnih za izvođenje postupka pasterizacije mlijeka može se iskoristiti otpadna toplinska energija iz planiranog bioplinskog postrojenja. Budući da nisu poznati ulazni podaci potrebni za detaljniju procjenu o potrebnoj količini toplinske energije za postupak pasterizacije, u nastavku će biti prikazana raspoloživa toplinska energija za pojedini mjesec u godini i na osnovu najhladnijih mjeseci, a to su siječanj, veljača i prosinac, bit će izvedena analiza u svrhu iskorištavanja otpadne toplinske energije postrojenja. Prema podacima dobivenih od Investitora, godišnje je na raspolaganju 550.384 kW th toplinske energije, odnosno 68 kW t toplinske snage. Navedena količina toplinske energije predstavlja godišnji prosjek, no stvarna raspoloživa količina energije ovisi o klimatskim uvjetima, koji utječu na količinu toplinske energije vlastitih potreba grijanja ulazne sirovine, odnosno digestora. Raspoloživu toplinsku energiju za pojedini mjesec predstavlja tablica 4. 10 BiogasHeat Provjera izvedivosti Tablica 4: Raspoloživa toplinska snaga i energija po mjesecima Prosječna planirana toplinska energija (kW th) Vlastita potrošnja toplinske energije (kW th) Raspoloživa toplinska energija (kW th) Raspoloživa toplinska snaga (kW t) Siječanj 65.521,92 35.774,97 29.746,95 43,39 Veljača 65.521,92 35.774,97 29.746,95 48,48 Ožujak 65.521,92 28.895,17 36.626,75 53,42 Travanj 65.521,92 21.229,10 44.292,82 66,95 Svibanj 65.521,92 7.076,37 58.445,55 85,25 Lipanj 65.521,92 7.076,37 58.445,55 88,34 Srpanj 65.521,92 3.538,18 61.983,73 90,41 Kolovoz 65.521,92 3.538,18 61.983,73 90,41 Rujan 65.521,92 7.076,37 58.445,55 88,34 Listopad 65.521,92 21.229,10 44.292,82 64,61 Studeni 65.521,92 28.895,17 36.626,75 55,36 Prosinac 65.521,92 35.774,97 29.746,95 43,39 Prema procjenama, prikazanim u tablici 4, za vrijeme najhladnijih mjeseci godine na raspolaganju je 29.746,95 kW th/mj toplinske energije, odnosno unutar najhladnijeg mjeseca prosječno 43,39 kW t toplinske snage. Uzmemo li u obzir navedeni podatak o raspoloživoj toplinskoj snazi, te uzevši u obzir da za postupak pasterizacije moramo s otpadnom toplinskom energijom podignuti temperaturu sirovog mlijeka iz 25 °C na 72 °C, koja predstavlja temperaturu potrebnu za provedbu visoke pasterizacije, s navedenom toplinskom snagom moguće je pasterizirati 843 litara mlijeka na sat. Također, uzevši u obzir navedene godišnje sate rada postrojenja u iznosu od 8.059 h/god, kada je i moguće iskorištavati toplinsku energiju u svrhu pasterizacije mlijeka, s navedenom toplinskom snagom moguće je godišnje pasterizirati 6.792.536 litara mlijeka. Na osnovu iskustvenih podataka, potrebna kapitalna ulaganja u sustav pasterizacije mlijeka iznose oko 200.000 kn, dok godišnji fiksni i varijabilni troškovi rada iznose 81.368 kn/god. Uzme li se u obzir da se do potrebne toplinske energije za pasterizaciju navedene količine mlijeka dolazi pomoću prirodnog zemnog plina, moguće je procijeniti uštedu na navedenom energentu u iznosu od 125.914 kn. U izračunu je uzeta srednja ogrjevna vrijednost prirodnog zemnog plina od 9,72 kWh/Sm3 i cijena 5 kn/Sm3. Provedenom analizom, gdje je uzeta razlika u potrošnji navedenog energenta i otpadne toplinske energije, moguće je procijeniti povrat investicija za 3,1 god. Svi tehnički i ekonomski podaci prikazani su u tablici 5. 11 BiogasHeat Provjera izvedivosti Tablica 5: Podaci kapitalnih i operativnih troškova te tehnički podaci sustava za pasterizaciju mlijeka otpadnom toplinskom energijom bioplinskog postrojenja Vladislavci Procjena sati rada h 8.059 Iskoristiva toplinska snaga za najhladniji mjesec kW t 43,39 Električna snaga postrojenja kW e 10 Ulazna temperatura mlijeka °C 25 Izlazna temperatura mlijeka °C 72 Količina mlijeka za preradu l/h 843 Količina pasteriziranog mlijeka l/god Potrošnja električne energije za vlastite potrebe MW eh/god 81 Potrošnja toplinske energije za sustav pasterizacije MW th/god 350 3 6.792.536 Potrošnja prirodnog zemnog plina (za usporedbu) Sm /god 35.975 Potrošnja prirodnog zemnog plina (za usporedbu) HRK/god 125.914 Ušteda bez operativnih troškova (izuzev anuiteta) HRK/god 65.139 Kapitalni troškovi HRK Operativni troškovi HRK/god Predviđeni povrat investicije god 200.000 81.368 3,1 Provedena analiza temelji na podacima za najhladniji mjesec u godini, gdje je uzeto u obzir maksimalno iskorištavanje toplinske energije. Budući da je s navedenom količinom otpadne toplinske energije moguće pasterizirati daleko veće količine mlijeka od onih s kojima trenutno raspolaže farma od 60 muznih krava, preostali dio bilo bi potrebno dovoziti iz lokalnih farmi, ukoliko postoji takva mogućnost. Ukoliko ne postoji mogućnost dovoza dodatnog mlijeka, rok povratka investicijskih ulaganja u sustav pasterizacije se sukladno tome produžuje, te je sama investicija u tom slučaju upitna. Investicijom u sustav pasterizacije mlijeka ostvaruje se ekonomska dobit, povećanje iskorištenosti samog bioplinskog postrojenja, ali i dodatne djelatnosti. Osim ekonomske dobiti, na taj se način povećava i ekološka prihvatljivost postrojenja, ali i uređaja za pasterizaciju jer se time smanjuje potrošnja fosilnih goriva, koji predstavljaju veliki zagađivač prirode. OPCIJA 3: Hlađenje mlijeka Temperatura tek pomuzenog mlijeka iznosi oko 36 °C. Da bi se mlijeko moglo skladišti i transportirati do daljnje obrade bez većih promjena njegovih svojstva, potrebno ga je hladiti i držati na 6 °C, odnosno 4 °C ako ga se drži u prvob itnom stanju duže od 48 h. Nakon mužnje mlijeko se obično prikuplja i skladišti te se nakon toga u što kraćem roku hladi u spremnicima, često nazvanim laktofriz ili duplikator. Iako se hlađenje često vrši pomoću pothlađene vode ili upotrebom električne energije, za hlađenje mlijeka moguće je također upotrijebiti i otpadnu toplinsku energiju. Kod upotrebe toplinske energije u svrhu hlađenja najčešće se koristi apsorpcijski rashladni uređaj koji zamjenjuje najčešće primjenjivan kompresijski rashladni uređaj. Razlika između navedenih rashladnih uređaja je u načinu mijenjanja faze radnog medija iz plinovitog u tekući, te u samoj vrsti korištenog radnog medija. Kod kompresijskog uređaja plinovito stanje radnog medija prelazi u tekući na način da se plinoviti radni medij stlačuje pomoću električnog kompresora, dok se kod apsorpcijskog rashladnog uređaja za mijenjanje agregatnog stanja radnog medija upotrebljava toplinska energija na način da se ukapljivanje vrši apsorpcijom radnog medija drugom tekućinom i zatim desorpcijom putem sušenja, gdje se koristi spomenuta toplinska energija. U oba slučaja koristi se radni medij vrlo niskog vrelišta. Kod kompresijskog rashladnog uređaja najčešće se koristi klorofluorougljik (CFC), dok se kod apsorpcijskog koriste litijev bromid (LiBr) za postizanje temperatura do 6°C ili amonija k (NH3) za temperature od 0 °C do -60 °C. Detaljni princip rada navedenih rashladnih uređaja, kao i njihova primjena, opisano je u priručniku "Održivo korištenje toplinske energije iz bioplinskih postrojenja", (Rutz et al. 2013). 12 BiogasHeat Provjera izvedivosti Kao što je i navedeno u prijašnjem podpoglavlju, gdje je kao druga opcija navedena pasterizacija mlijeka, također je i mogućnost hlađenja mlijeka otpadnom toplinskom energijom potrebno analizirati za najhladniji mjesec u godini, kada je na raspolaganju najmanja količina toplinske energije iz bioplinskog postrojenja. Vidljivo iz tablice 4, u najhladnijem mjesecu na raspolaganju je 29.746,95 kW th/mj toplinske energije, odnosno unutar najhladnijeg mjeseca prosječne toplinske snage 43,39 kW t. Uzme li se u obzir specifični toplinski kapacitet mlijeka od 3,94 kJ/kgK, iskorištenost toplinske energije apsorpcijskog rashladnog uređaja od 60 % te hlađenje mlijeka iz 25 °C na potrebnih 4°C, što predstavlja postizanje razlike temperature od 21 °C , s navedenom količinom toplinske energije moguće je ohladiti 1.132 litara mlijeka na sat. U slučaju kada bi se hlađenje mlijeka provodilo svih 8.059 h godišnje, koliko se i predviđa rad bioplinskog postrojenja, te bi se u tom periodu iskorištavala maksimalna količina raspoložive toplinske energije, moguće je godišnje ostvarivati dodatnu uštedu od 125.914 kn. U analizi je uzeta razlika u cijeni energenta za postizanje jednake količine toplinske energije dobivene prirodnim zemnim plinom i otpadne toplinske energije, koja je u ovom slučaju besplatna. Za postizanje jednake količine toplinske energije za hlađenje mlijeka godišnje je potrebno 35.975 Sm3 prirodnog zemnog plina, što uz procijenjenu cijenu zemnog plina od 3,5 kn/Sm3 i srednju ogrjevnu vrijednost prirodnog zemnog plina od 9,72 kWh/Sm3 čini spomenutu uštedu. Uzevši u obzir procijenjenu uštedu te procijenjena potrebna kapitalna ulaganja u novi sustav hlađenja mlijeka u iznosu od 250.000 kn i godišnje operativne troškove rada u iznosu od 86.516 kn, moguće je procijeniti povrat investicijskih sredstava u roku od 3,9 godina. Tehnički i ekonomski podaci potrebni za provedbu analize iskorištavanja toplinske energije bioplinskog postrojenja, kao i rezultati izvedene analize prikazani su u tablici 5. Tablica 6: Tehnički i ekonomski podaci sustava hlađenja mlijeka pomoću otpadne toplinske energije bioplinskog postrojenja Vladislavci Procjena sati rada h 8.059 Iskoristiva toplinska snaga za najhladniji mjesec kW t 43,39 Električna snaga postrojenja kW e 10 Ulazna temperatura mlijeka °C 25 Izlazna temperatura mlijeka °C 4 Količina mlijeka za hlađenje l/h 1.132 Potrošnja električne energije za vlastite potrebe MW eh/god 81 Potrošnja toplinske energije za sustav hlađenja MW th/god 350 3 Potrošnja prirodnog zemnog plina (za usporedbu) Sm /god 35.975 Potrošnja prirodnog zemnog plina (za usporedbu) HRK/god 125.914 Ušteda bez operativnih troškova (izuzev anuiteta) HRK/god 65.139 Kapitalni troškovi HRK Operativni troškovi HRK/god Predviđeni povrat investicije god 250.000 86.516 3,9 Kao i kod ostalih opcija, također i u ovom se načinu uz ekonomsku uštedu ostvaruje i ekološka, budući se ionako otpadna toplinska energija korisno iskorištava, te na taj način zamjenjuje za okoliš manje prihvatljive energente. 13 BiogasHeat Provjera izvedivosti 5 Zaključak U studiji je provedena provjera izvedivosti iskorištavanja otpadne toplinske energije iz planiranog bioplinskog postrojenja Vladislavci, koje se planira u istoimenom mjestu u sklopu već postojeće farme krava poljoprivrednog gospodarstva Ivice Kruljca. Izvedena je potrebna analiza kojom se je provjerila izvedivost pojedinih opcija za iskorištavanje toplinske energije postrojenja, ali i njihova isplativost. Analizirane su tri opcije: sušara digestata, pasterizacija mlijeka i hlađenje mlijeka. U sva tri slučaja pokazala se je ekonomska isplativost dodatnih ulaganja, što predstavlja velik potencijal da se uz ekonomsku dobit od prodane električne energije dobivene iz kogeneracijskog sistema ostvari i dobit po osnovu uštede putem iskorištavanja toplinske energije. Isplativost u pojedine opcije te dobit od toplinske energije je u skladu s veličinom samog postrojenja. Budući da je planirano postrojenje manje snage, smanjene su i raspoložive mogućnosti, odnosno opcije iskorištavanja otpadne toplinske energije. Uz ekonomsku dobit potrebno je istaknuti i ekološku dobit jer se iskorištavanjem toplinske energije može nadomjestiti energente koji predstavljaju velike zagađivače okoliša i atmosfere putem proizvodnje stakleničkih plinova, ali i ostalih. Potrebno je također naglasiti da ova studija ne predstavlja dio projektne dokumentacije ili bilo kakvu vrstu dokumentacije potrebnu za realizaciju iskorištavanja toplinske energije, jer su u analizi korišteni procijenjeni i nepotpuni tehnički i ekonomski podaci. Za realiziranje spomenutih opcija potrebno je provesti detaljnije istraživanje u koji bi se uključili točniji podaci određene opcije. Cilj ove studije je prije svega motiviranje budućeg investitora bioplinskog postrojenja na korisno iskorištavanje toplinske energije te davanje informacija o potencijalnim opcijama i ostalim mogućnostima njezinog iskorištavanja. 14
© Copyright 2024 Paperzz
