INWESTYCJE W BIOGAZ I SYSTEMY KOGENERACYJNE mgr inż. Witold Płatek

II Forum Ochrony Środowiska Warszawa, 16.02.2016r.

Plan prezentacji 1. Kim jesteśmy? 2. Biogaz • Źródła • Potencjał • Realia • Zalety • Model energetyczny 3. Biogazownia – efektywne źródło biogazu na przykładzie zrealizowanej Inwestycji 4. Technologie kogeneracyjne – aspekt techniczny i ekonomiczny 5. Przykładowe realizacje instalacji kogeneracyjnych

Kim jesteśmy? Centrum Elektroniki Stosowanej „CES” Sp. z o.o. powstało w 1992 roku w Krakowie. Założycielami firmy są inżynierowie, którzy uczestniczyli w opracowywaniu, pod koniec lat 80-tych, pierwszych polskich tranzystorowych przetwornic częstotliwości. Bazując na swej szerokiej wiedzy powołali do życia spółkę, zajmującą się urządzeniami energoelektronicznymi. Biogazownie Polskie Sp. z o.o.i Wspólnicy S.k powstały w 2007 roku. Jesteśmy firmą inżynierską. Projektujemy, budujemy i uruchamiamy biogazownie „pod klucz”. Dobieramy technologię do substratu i lokalnych uwarunkowań.

BIOGAZ Nasze doświadczenie

 Od 2000 roku zajmujemy się energetycznym wykorzystaniem biogazu – pierwsze instalacje kogeneracyjne  Komisją Senacką RP - październik 2006 Prezentacja strategii rozwoju sektora biogazu w Polsce  Polska Akademia Nauk PAN - październik 2007 Prezentacja na konferencji Polityka Energetyczna Kraju  Bruksela - listopad 2007 Wystąpienie przed Komisarzem ds. energii, Polski potencjał biogazu rolniczego

Kim jesteśmy? - oferta 1.

Systemy kogeneracyjne, trigeneracyjne, poligeneracyjne: - wytwornice pary - chillery absorpcyjne

2. Wyposażenie instalacji biogazowych - zbiorniki biogazu - dmuchawy - analizatory - osuszacze biogazu - pochodnie biogazu - odsiarczalnie biogazu 3. Biogazownie rolnicze 4. AKPiA oraz wizualizacja procesów

Kim jesteśmy? - instalacje 95 urządzeń kogeneracyjnych w Polsce, o łącznej mocy ok. 54,35MWel Paliwo: Gaz ziemny Biogaz oczyszczalniany Biogaz oczyszczalniany i / lub gaz ziemny Biogaz Biogaz składowiskowy Trigeneracja/Poligeneracja w realizacji

Kim jesteśmy?- centra serwisowe

Kim jesteśmy? – referencje oczyszczalnie ścieków Lp.

INWESTOR

Zainstalowana MOC Elektryczna [kW]

Zainstalowana MOC Cieplna [kW]

Paliwo

Rok

1

Oczyszczalnia Ścieków „Kujawy” Kraków

3x173

3x289

biogaz

2001

2

Oczyszczalnia Ścieków „Załęże” Rzeszów

2x345 1x345

2x530 1x530

biogaz / gaz ziemny

2003 /2008

3

Oczyszczalnia Ścieków w Nowym Sączu

345

531

biogaz

2005

4

Oczyszczalnia Ścieków w Przemyślu

2x173

2x289

biogaz / gaz ziemny

2005

5

Oczyszczalnia Ścieków w Tychach

2x345 400

2x529 398

biogaz

2006 /2008 /2012

6

Oczyszczalnia Ścieków w Mielcu

192 370

214 426

biogaz / gaz ziemny

2008 /2014

7

Oczyszczalnia Ścieków Gorzów Wlkp.

2x370

2x426

biogaz

2008 /2015

8

Oczyszczalnia Ścieków w Krośnie

2x192

2x214

biogaz / gaz ziemny

2009

9

Oczyszczalnia Ścieków w Kaliszu

192 400

214 398

biogaz

2009 /2014

10

Oczyszczalnia Ścieków w Opolu

192 370

214 426

biogaz / gaz ziemny

2009

Kim jesteśmy? – referencje oczyszczalnie ścieków Lp.

INWESTOR

Zainstalowana MOC Elektryczna [kW]

Zainstalowana MOC Cieplna [kW]

Paliwo

Rok

11

Oczyszczalnia Ścieków w Szczecinie

3x350

3x475

biogaz

2010

12

Oczyszczalnia Ścieków w Rąbczynie Ostrów Wlkp.

2x192

2x214

biogaz

2010

13

Oczyszczalnia Ścieków „Kujawy” Kraków

2x192

2x214

biogaz

2011 / 2013

14

Oczyszczalnia Ścieków Gdańsk-Wschód

4x716

4x740

biogaz

2012

15

Oczyszczalnia Ścieków Dębica

192

214

biogaz

2012

16

Oczyszczalnia Ścieków Gdynia Dębogórze

600

566

biogaz

2013

17

Oczyszczalnia Ścieków Opole

3x323

3x485

gaz ziemny

2014

18

Oczyszczalnia Ścieków Sosnowiec

2x370

2x426

biogaz

2015

19

Oczyszczalnia Ścieków Swarzewo

2x400

2x395

biogaz

2016

BIOGAZ • • • • •

Źródła biogazu Potencjał Realia Zalety Model energetyczny

Biogaz -źródła biogazu - biogaz ( biopaliwo gazowe, mieszanina CH4 (40-80%) oraz CO2 (20-55%), pozostałe H2S,H2,CO,N2,O2. - biometan (biogaz uszlachetniony do parametrów zbliżonych do gazu ziemnego) Źródła biogazu

Zwierzęce

Komunalne

- odchody zwierząt

- odpady organiczne - osad ściekowy

Roślinne

Przemysł spożywczy

- uprawy energetyczne

- mleczarski

- odpady roślinne

- owocowo - warzywny - mięsny

Biogaz - potencjał powierzchnia kraju użytki rolne

odłogi i ugory na gruntach ornych

Użytki rolne w gospodarstwach rolnych 50,9%

31,2 mln ha

17-19 mln ha

Pozostałe grunty 19,8%

1 mln ha

Lasy i grunty leśne 29,3% Źródło: Opracowanie własne na podst. Rocznik Statystyczny

Plon kiszonki kukurydzy z 1 ha ~ 50 t zaw. suchej masy 0,3 zaw. suchej masy organicznej 0,95 Z 1 tony suchej masy organicznej kukurydzy można uzyskać ok. 700 m3 biogazu o zaw. metanu (CH4 ) - 53 % Produkcja metanu z 1 ha = 50 t x 0,3 x 0,95 x 700 x 0,53 ~ 5300 m3 CH4 biometanu (biogazu 10 000 m3)

Biogaz – potencjał 1.Biogaz z celowych upraw energetycznych W Polsce jest ponad 1500 gmin rolniczych (1566). Średni obszar gminy - 11 000 ha Jeśli każda gmina przeznaczy na produkcję biogazu 17% swojego areału to otrzymamy:

Biometan w ilości - 15 mld m3 CH4

~ 540 PJ

- en. el. z biometanu

~ 216 PJ (60 TWh)

- en. cieplna z biometanu

~ 243 PJ

- uniknięta emisja CO2

~ 47 mln t

2.Biogaz z pozostałych źródeł ( oczyszczalnie ścieków, składowiska odpadów, odpady z pielęgnacji terenów zielonych, odchody zwierzęce, organiczne odpady przemysłowe,

rolnicze odpady poprodukcyjne), Biometan w ilości – 2,5 mld m3 CH4

~ 90 PJ

- en. el. z biometanu

~ 36 PJ (10 TWh)

- en. cieplna z biometanu

~ 41 PJ

- uniknięta emisja CO2

~ 7,8 mln t

Łącznie 17,5 mld m3 CH4 rocznie

Biogaz - realia Potencjał produkcji biogazu w Niemczech

Źródło: Fachverband Biogas e.V.

Biogaz - realia Biogazownie w Niemczech

Źródło: Fachverband Biogas e.V.

Porównanie produkcji biogazu rolniczego w Polsce i w Niemczech POLSKA

NIEMCY

Liczba biogazowni

58

7 944

Zainstalowana moc elektryczna

66 MW

3 859 MW

Roczna produkcja prądu

0,53 TWh

27,55 TWh

Roczna produkcja metanu

140 mln m3

7 250 mln m3

Powierzchnia użytków rolnych

17 mln ha

12 mln ha

Powierzchnia upraw energetycznych

2,89 mln ha

2 mln ha

Liczba ludności

38,5 mln

80,2 mln

Polska - potencjał energetyczny biometanu z kukurydzy:

ok. 540 PJ, czyli ok. 15 mld m3 CH4 rocznie Przyjmując, że uprawiane są rośliny o różnej wartości energetycznej, na różnych glebach, oraz uwzględniając niemieckie doświadczenie potencjał biometanu wynosi:

ok. 341 PJ, czyli ok. 9,5 mld m3 CH4 rocznie, reszta biogazu 90PJ x 0,8 = 72 PJ

Łącznie biogaz rolniczy i pozostałe źródła 11,5 mld m3 CH4 rocznie

Biogaz - potencjał Potencjał biometanu w kraju: Biometan w ilości – 11,5 mld m3 CH4

~ 414 PJ

- en. el. z biometanu

~ 166 PJ (46 TWh)

- en. cieplna z biometanu

~ 186 PJ

- uniknięta emisja CO2

~ 36 mln t

Zużycie gazu w kraju: Roczne zużycie gazu ziemnego w Polsce

ok. 15 mld m3

Wydobycie krajowe:

ok. 4,5 mld m3

Import:

Gazoport Zużycie energii elektrycznej w kraju:

ok. 10,5 mld m3

ok. 5 mld m3 160 TWh

Biogaz - model energetyczny

Źródło: opracowanie własne CES Kraków

Biogaz - zalety •

Odnawialne Źródło Energii

•

Rozproszona generacja energii

•

Technologia całkowicie bezodpadowa

•

Zmniejszenie strat na przesyle energii

•

Zerowy bilans emisji CO2

•

Produkcja energii na stałym poziomie

•

Brak emisji pyłów

•

Mała odległość transportu surowców

•

Zmniejszenie emisji NOx i SOx

•

Ograniczenie zapotrzebowania na paliwa kopalne

•

Realne zwiększenie niezależności energetycznej

•

Wzrost opłacalności produkcji rolnej

•

Produkcja pełnowartościowego nawozu organicznego

•

Możliwość produkcji zdrowej żywności

energetycznych

•

Zmniejszenie bezrobocia na obszarach wiejskich

•

Ograniczenie emigracji

•

Utrzymanie kultury rolnej upraw

•

Ograniczenie wyprzedaży ziemi

Łączy interesy: rolnictwa, ochrony środowiska

i energetyki (gaz, paliwa, energia elektryczna),

Schemat budowy biogazowni PODAJNIK ZBIORNIK SUBSTANCJI PRZEFERMENTOWANEJ (10000m3)

CHP 370 el

Biogazownia 1,2MWel „pod klucz” Komora fermentacyjna: Średnica 18,77m Wysokość18,27m Pojemność 5 053m3

Komora wtórna fermentacyjna: Średnica 28m Wysokość 6m Pojemność 3 693m3

Zbiornik magazynowy: Średnica 28m Wysokość 8m Pojemność 4 924m3

Biogazownia 1,2MWel „pod klucz”

Podajnik substratu stałego

Osprzęt (mieszadła, zawory, pompy)

Separator nawozu pofermentacyjnego

Suszarnia

Biogazownia 1,2MWel „pod klucz” Moduł kogeneracyjny Moc elektryczna: 1 200kW Moc cieplna: 1 225kW

Zabudowa CHP w obudowie dźwiękochłonnej· Osuszacz biogazu· Pochodnia

Biogazownia 1,2MWel Aby biogazownia działała prawidłowo potrzebne są: - rzetelnie opracowany projekt - staranne wykonanie - odpowiedzialny operator

BIOGAZOWNIA 1,2 MWel - Przychody

Koszty wybudowania biogazowni 4,5 mln EUR ~ 19 mln PLN Koszt zakupu biomasy: cena kiszonki z kukurydzy: Koszt biomasy:

140 zł / t 3 080 000 zł /r

Roczne koszty obsługi biogazowni: 1. Obsługa biogazowni (2 osoby po ½ etatu): 50 000 zł 2. Przeglądy urządzeń, remonty: 500 000 zł 3. Koszty dodatkowe: 20 000 zł 4. Koszty rozlania nawozu (opcja): 154 000 zł Koszty łącznie:

3 804 000 zł

BIOGAZOWNIA 1,2 MWel - Przychody

Zapotrzebowanie biogazowni na energię wyniesie ok. 7,5 % wyprodukowanej energii elektrycznej oraz ok. 15 % energii cieplnej. Energia elektryczna: (1110 kW x 0,160 zł x 8000 h) Zielone Certyfikaty : (1200 kW x 0,140 zł x 8000 h) Ciepło: (1020 kW x 0,1 zł x 8000 h) Żółte Certyfikaty: (1200kW x 0,12 zł x 8000 h)

~ 1 420 800zł / rok

Przychód roczny z produkcji :

~ 4 732 800 zł / rok

~ 1 344 000 zł / rok ~ 816 000 zł / rok ~ 1 152 000 zł / rok

TECHNOLOGIE KOGENERACYJNE - aspekt techniczny

Bilans energetyczny modułu kogeneracyjnego 6,6%

energia wypromieniowywana z płaszcza silnika i z prądnicy

23,3%

straty w spalinach ciepło odzyskane ze spalin

2% 1,6%

energia elektryczna biogaz 42,2%

ciepło z chłodzenia silnika

100%

21,7%

2,6%

ciepło z chłodzenia mieszanki paliwowo - powietrznej

Jakość paliwa dla modułów kogeneracyjnych Przykładowe wartości graniczne dla wykorzystania biogazu Siarkowodór

H2S

< 750ppm

Siloksany

< 10 mg

Wilgotność względna

< 80%

Amoniak

< 75mg

NH3

Urządzenia umożliwiające poprawę parametrów biogazu -

odsiarczalnie

-

filtry węglowe

-

osuszacze

Skutki złej jakości paliwa gazowego

Płomieniówki wymiennika spalin

Głowica silnika (osad z krzemianów)

Głowica silnika (osad z siarki)

Tłok silnika (osad z siarki)

Tłok silnika (osad z krzemianów)

Poligeneracja

Poligeneracja - praktyka MWS TYMBARK Poligeneracja Biogaz/gaz ziemny

Moc elektryczna: 999 kW Moc cieplna: 570 kW Moc chłodnicza: 400 kW

Produkcja pary: 600 kg/h (12 bar)

Sterowanie i wizualizacja SCADA Trójmembranowy zbiornik biogazu o objętości 1500 m3, kształt półkula.

Odsiarczalnia biogazu, przepływ max.150 Nm3/h

Poligeneracja - praktyka MWS TYMBARK Sterowanie i wizualizacja SCADA

Co wpływa na żywotność modułu kogeneracyjnego? • Jakość paliwa gazowego • Autoryzowany, doświadczony serwis • Stosowanie oryginalnych części dedykowanych do danego typu urządzenia • Stosowanie oleju smarnego zalecanego przez producenta • Przestrzeganie harmonogramu przeglądów • Minimalizacja operacji START/STOP • Możliwość zdalnego podglądu pracy urządzenia oraz natychmiastowa reakcja w przypadku stanów awaryjnych

TECHNOLOGIE KOGENERACYJNE - aspekt ekonomiczny na przykładzie oczyszczalni ścieków

Wysokosprawna kogeneracja – Produkcja energii elektrycznej i cieplnej Przyjęte założenia: 1.

Moc znamionowa systemu CHP 600 kWel. 565 kWth.

2.

Produkcja biogazu na poziomie 220 m3/h

3.

Wartość opałowa biogazu 6,38 kWh/m3

4.

Cena zakupu energii elektrycznej 0,30 zł/kWh netto

5.

Cena systemu kogeneracyjnego ok. 1 600 000 zł netto

6.

Koszty dodatkowe związane z włączeniem kogeneratorów w aktualny system elektroenergetyczny i cieplny w zależności od zakresu prac, przyjęto 350 000 zł netto.

5. Roczne koszty eksploatacyjne 200 000 zł

Przykładowe zyski z zastosowania Układu kogeneracyjnego na BIOGAZ Koszty ponoszone: Sposób tradycyjny: energia elektryczna z ZE energia cieplna wytwarzana z biogazu

Z wykorzystaniem kogeneracji: (jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej z gazu ziemnego)

Roczne koszty energii elektrycznej: • 600 kW x 8000 h x 0,30 zł/kWh = = 1 440 000 zł Roczne koszty energii cieplnej: Sprawność kotła gazowego: 90% (565 kW / 0,9 ) / 6,38 kWh/m3 = 98,4 m3/h • 98,4 m3/h x 8000h x 0 zł/m3 = 0 zł Łączne koszty zakupu energii elektrycznej i produkcji ciepła: • 1 440 000 + 0 = 1 440 000 zł

Dobrano kogenerator, który do produkcji 600kWel / 565kWciepl / 1405 kW w ciągu godziny zużywa 220,2 m3/h biogazu. Koszt zapotrzebowania na biogaz: • 220,2 m3/h x 8000 h x 0 zł/m3 = = 0 zł Koszty rocznej obsługi serwisowej agregatu wynoszą: •koszt obsługi agregatu 200 000 zł Łączne koszty eksploatacji agregatu: • 0 + 200 000 = 200 000 zł Sprzedaż zielonych certyfikatów: •600kW x 8000 h x 0,14 zł/kWh = 672 000 zł Sprzedaż żółtych certyfikatów: •600kW x 8000 h x 0,10 zł/kWh = 480 000 zł

Roczne oszczędności: 1 440 000 zł – 200 000 zł + 672 000 + 480 000 zł = 2 392 000 zł Koszt instalacji wynosi ok. 1 950 000 zł, zatem zwróci się on w niecały 1 rok eksploatacji.

Kogeneracja na biogaz 40 000 000 zł 35 000 000 zł 33 930 000,00 zł

30 000 000 zł 25 000 000 zł NPV

21 392 076,94 zł 20 000 000 zł 15 000 000 zł 10 000 000 zł 5 000 000 zł 0 zł 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

-5 000 000 zł rok inwestycji zysk prosty (i=0)

zysk NPV (i=6%)

12

13

14

15

Kogeneracja na biogaz

DOTACJA – 30% 40 000 000 zł 35 000 000 zł 34 515 000,00 zł 30 000 000 zł 25 000 000 zł

NPV

21 943 963,73 zł 20 000 000 zł 15 000 000 zł 10 000 000 zł 5 000 000 zł 0 zł 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

-5 000 000 zł rok inwestycji zysk prosty (i=0)

zysk NPV (i=6%)

12

13

14

15

PRZYKŁADOWE REALIZACJE INSTALACJE KOGENERACYJNE

Przykładowe realizacje OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW „KUJAWY” KRAKÓW Rok 2001 Biogaz: Moc elektryczna: 3 x 173 kW Moc cieplna: 3 x 289 kW

Rok 2011 Biogaz Moc elektryczna: 1 x 192 kW Moc cieplna: 1 x 214 kW

Przykładowe realizacje OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW GDAŃSK

Biogaz Moc elektryczna: 4 x 716 kW Moc cieplna: 4 x 740 kW

Przykładowe realizacje OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW GORZÓW WIELKOPOLSKI Rok 2008 Biogaz Moc elektryczna: 1 x 370 kW Moc cieplna: 1 x 426 kW Rok 2015 Biogaz Moc elektryczna: 1 x 370 kW Moc cieplna: 1 x 426 kW

Przykładowe realizacje MWS OLSZTYNEK

TRIGENERACJA Medium: biogaz/gaz ziemny Moc elektryczna: 800 kW Moc cieplna: 405 kW

Produkcja pary: 520 kg/h (12 bar)

Dwupaliwowy moduł kogeneracyjny Sterowanie i wizualizacja SCADA Wytwornica pary

ZAPRASZAMY DO WSPÓŁPRACY

Biogazownie Polskie Sp. z o.o. i Wspólnicy S.k. ul. Biskupińska 14 30-732 Kraków tel.: 12 269 00 11 fax: 12 267 37 28 www.biogazownia.pl

Centrum Elektroniki Stosowanej CES Sp. z o.o. ul. Biskupińska 14 30-732 Kraków tel.: 12 269 00 11 fax: 12 267 37 28 www.ces.com.pl