Biogazownia rolnicza.pdf

1. B IOGAZOWNIA ROLNICZA – KONCEPCJA

1.1. Założenia

1.1.1 Wstęp

Typowa biogazownia rolnicza przetwarza biomasę występującą w rolnictwie (gnojowica,

gnojówka, kiszonki, pomiot kurzy, zboża itp.).

Biogazownie tego typu są w tej chwili budowane w Niemczech w ilości kilkuset rocznie, a ogólna

liczba niemieckich instalacji przekracza już 3 500.

Biogazownia rolnicza najczęściej składa się ze:

¦ zbiorników wstępnych na biomasę, niekiedy również hali przyjęć,

¦ zbiorników fermentacyjnych, przykrytych szczelną membraną,

¦ zbiorników pofermentacyjnych lub laguny,

¦ układu kogeneracyjnego (silnik gazowy plus generator elektryczny) produkującego

energię elektryczną i cieplną, zainstalowanego w budynku technicznym lub w kontenerze,

¦ instalacji sanitarnych, zabezpieczających, elektrycznych, łącznie z układami sterującymi,

które integrują wszystkie elementy w funkcjonalną całość.

1.1.2 Wielkość biogazowni

Wielkość biogazowni określa się najczęściej mocą zainstalowaną układu kogeneracyjnego, czyli

mocą maksymalną, wyrażaną w kW (kilowatach). Typowa moc zainstalowana to 1001400 kW,

ostatnio coraz częściej jest to ok. 500 kW – a więc moc wystarczająca dla wykorzystania w 5 tys.

zwykłych żarówek 100W (lub 25 tys. żarówek energooszczędnych emitujących tę samą ilość

światła).

Należy zwrócić uwagę na jednostki: kW (kilowat) jest jednostką mocy, natomiast kWh

(kilowatogodzina) jest jednostką pracy i energii, a więc generator elektryczny o mocy 100 kW

(0,1 MW) wyprodukuje przez godzinę 100 kWh energii elektrycznej, a w ciągu roku, zakładając

realistycznie że pracuje ok. 7500 godzin, wyprodukuje 750 000 kWh (750 MWh –

megawatogodzin). Podobnie jak w samochodzie: silnik ma moc wyrażaną w koniach

mechanicznych lub kW, natomiast spalając benzynę przejedzie w określonym czasie określoną

odległość – i jest to praca przez niego wykonana.

Istotna jest również wielkość zbiorników fermentacyjnych, która w zależności od technologii,

wielkości zainstalowanej mocy, rodzaju stosowanej biomasy itp. wynosi od kilkuset do nawet 10

tysięcy metrów sześciennych. Dla biogazowni 500 kW zbiorniki będą miały objętość ok. 3 do 4

tys. m 3 . Dla unaocznienia, zbiornik o objętości 3 400 m 3 może mieć wysokość 6 metrów

i średnicę 27 metrów, i zajmie powierzchnię 570 metrów kwadratowych, a więc tyle co kilka

domków jednorodzinnych.

1.1.3 Biomasa i biogaz

Niemal każda biomasa nie zawierająca substancji toksycznych może być przetworzona na

biogaz, ale w biogazowniach rolniczych stosunkowo najłatwiej jest produkować biogaz z biomasy

która mogłaby być wykorzystana jako pasza dla krów, których żołądki w rzeczywistości też

funkcjonują jak małe biogazownie – stąd popularność kiszonki kukurydzy w rolniczych

biogazowniach na zachodzie Europy.

Bakterie metanowe funkcjonują w środowisku wodnym, a więc biomasę miesza się z płynem

(gnojowicą, wodą itp.) w odpowiednich proporcjach. Gnojowica też może wyprodukować

niewielkie ilości biogazu.

Ilość biogazu z jednej tony dostarczonej do biogazowni biomasy ściśle zależy od rodzaju tej

biomasy. Przykładowe dane zamieszczono na wykresie poniżej:

ziarno żyta

łupiny cebuli

kiszonka kukurydzy

resztki pasz

burak cukrow y

zielonki traw

suche odchody kurze

resztki żyw ności

obornik bydlęcy

gnojow ica świńska

100

200

300

400

500

600

700

m3 biogazu/tonę

Dostarczana biomasa musi być jednak wymieszana w określonej proporcji z płynem, innej dla

każdego rodzaju biomasy i płynu. Po wymieszaniu, uzysk biogazu z jednej tony mieszanki wynosi

kilkadziesiąt m3 biogazu na tonę mieszanki.

Główne składniki biogazu to metan (5075%), dwutlenek węgla i woda, występują w nim również

śladowe ilości: azotu (amoniak), siarkowodoru i wodoru.

Najcenniejszym składnikiem biogazu jest metan. Wartość opałowa metanu to 35,8 MJ/Nm3 (tyle

co mniej więcej litr benzyny), a zawartość energii chemicznej 1 m3 biogazu wynosi ok. 5,3 kWh.

Biogazownia rolnicza v2

Strona 2 z 6

Z tej energii chemicznej można wyprodukować ok. 40% energii elektrycznej (2,1 kWh) i 45%

energii cieplnej (2,4 kWh) a pozostałe 0,8 kWh jest tracone w procesie. A więc każdy metr

sześcienny biogazu rolniczego w efekcie pozwala zasilić 21 żarówek 100watowych przez

godzinę.

1.1.4 Proces technologiczny

Po przyjęciu i krótkim okresie przechowywaniu w zbiornikach wstępnych, określona część

biomasy jest codziennie rozdrabniana, mieszana z płynem i wpompowywana do zbiorników

fermentacyjnych. W zbiornikach, przeciętnie w ciągu 3050 dni od dostarczenia porcji biomasy

zachodzi proces fermentacji i wydziela się biogaz, który zbiera się w górnej części zbiornika

fermentacyjnego pod charakterystyczną dla biogazowni wypukłą membraną, utrzymującą

określone ciśnienie biogazu. Biogaz jest następnie oczyszczany i dostarczany do układu

kogeneracyjnego, w którym jest spalany. Wyprodukowana energia elektryczna jest sprzedawana

do sieci elektrycznej, ciepło jest częściowo wykorzystane do ogrzewania zbiorników

fermentacyjnych (2030% wyprodukowanego ciepła), a pozostała część może być

wykorzystywana np. do ogrzewania lub również sprzedana.

Ze zbiorników fermentacyjnych codziennie również jest odbierany tzw. płyn pofermentacyjny, w

ilości zbliżonej do wpompowanej, rozcieńczonej biomasy. Część tego płynu może być użyta do

ponownego rozcieńczenia biomasy jako tzw. recyrkulat, a część trafia do zbiornika

pofermentacyjnego lub laguny, a w odpowiednim czasie jako nawóz naturalny o wysokiej

zawartości azotu, fosforu i potasu jest rozwieziona na pola w celu użyźniania gleby.

1.2. Przykład

W przykładzie przyjęto typową biogazownię rolniczą przetwarzającą gnojowicę świńska i

kiszonkę z kukurydzy, oraz uzupełniająco żyto. W przeliczeniu ceny kiszonki i żyta na koszt m3

wyprodukowanego biogazu zachodzi bardzo podobna relacja, stąd można ich używać zastępczo,

w zależności od warunków na rynku.

Do wyprodukowania odpowiedniej ilość metanu do zasilenia silnika o mocy 511 kW (jeden z

powszechniej stosowanych w ostatnich latach), możliwe jest przerobienie w instalacji w ciągu

roku na przykład:

Nazwa substratu

Ilość rocznie

tony

Cena/koszt

PLN

Gnojowica świńska 2 500

Kiszonka z kukurydzy 8 000 70

Ziarno żyta 500 350

Łącznie w ciągu roku instalacja przerobi więc 11 tys. ton biomasy, plus dodatkowa ilość wody i

recyrkulat do rozcieńczania.

Z tej ilości biomasy zostanie wyprodukowane ok. 1,8 mln m3 biogazu, 3 740 MWh energii

elektrycznej i 15 000 GJ ciepła. Dodatkowo w ciągu roku powstanie ok. 12 500 m3 płynu

pofermentacyjnego, którego rozlanie na pola będzie też stanowiło pewien koszt funkcjonowania

biogazowni, ale który ma wartość jako nawóz naturalny zastępujący nawozy sztuczne.

1.2.1 Nakłady inwestycyjne

Wysokość nakładów związanych z budową biogazowni rolniczej zależy od lokalizacji, technologii,

doboru substratów i przede wszystkim wielkości biogazowni. Dla celów szacunkowych można

Biogazownia rolnicza v2

Strona 3 z 6

przyjąć, że nakład ten dla biogazowni rolniczej o mocy 300500 kW wynosi ok. 2 500 – 3 000

EUR/1 kW. Nakład ten obejmuje koszt instalacji biogazowej (ok. 80% całkowitych nakładów) oraz

koszty związane z przygotowaniem inwestycji, projektami, pozwoleniami, pracami ziemnymi,

przyłączeniem do sieci energetycznej, budową laguny itp.

Wartość całkowitych nakładów inwestycyjnych dla prezentowanej biogazowni została

oszacowana na ok. 5,6 mln PLN, co oczywiście jak na realia polskiego rolnictwa jest wartością

stosunkowo wysoką. Zmniejszenie tych nakładów można uzyskać budując biogazownię metodą

gospodarską, samodzielnie, jednak do czasu upowszechnienia tej technologii w polskich

warunkach jest to wariant raczej teoretyczny.

Inżynieria finansowa została wykonana przy założeniu że:

¦ Kapitał własny (nakład inwestora) wynosi 25% (1,4 mln PLN)

¦ Udział bezzwrotnej dotacji wynosi 25% (1,4 PLN)

¦ Pozostałe 50% jest finansowane kredytem inwestycyjnym (2,8 mln PLN)

1.2.2 Przychody

Przychody prezentowanej biogazowni rolniczej będą kształtowały się następująco (PLN):

Efekt finansowy rocznie % cena uzyskana

Przychody operacyjne 1 910 288 100%

sprzedaż energii elektrycznej 743 488 39% 199 PLN/MWh

sprzedaż "zielonych" certyfikatów 896 669 47% 240 PLN/MWh

sprzedaż ciepła 270 132 14% 25 PLN/GJ

Jak widać, głównym składnikiem przychodów są przychody ze sprzedaży „zielonych”

certyfikatów, a więc poświadczeń że wyprodukowana energia elektryczna ma status energii

odnawialnej.

Cena "czarnej" energii elektrycznej została ustalona na poziomie rynkowym zamiast

sprzedawać ją do operatora sieci po ustalonej cenie urzędowej, można podpisać umowę

i sprzedać ją do określonego odbiorcy (199 to średnia z 118 PLN cena "urzędowa" i 280 PLN

cena rynkowa po której przeciętny odbiorca kupuje energię od operatora sieci. Podpisując taką

umowę obydwie strony odnoszą korzyść, ale trzeba przyznać że jest to nowe zjawisko na

polskim rynku energetycznym. Można też nie szukać odbiorcy na zewnątrz, tylko zużyć energię

na potrzeby własnej przetwórni o ile rolnik posiada takową.

Sprzedaż ciepła jest zagadnieniem trudnym – w praktyce rolniczej nieczęsto zdarza się, że

biogazownia rolnicza ma odbiorcę ciepła. Oczywiście istnienie takiego odbiorcy, szczególnie

kupującego ciepło przez cały rok poprawia przychody instalacji. W takim przypadku przychód ze

sprzedaży ciepła miałby wartość 270 tys. PLN rocznie, po uwzględnieniu ciepła zużywanego

przez biogazownię na własne potrzeby.

1.2.3 Koszty

Roczne koszty funkcjonowania biogazowni są na następującym poziomie:

Efekt finansowy

rocznie

Koszty operacyjne

1 240 604

100%

koszt zakupu substratów

737 582

59%

koszt utylizacji odpadu (płynu pofermentacyjnego)

123 025

10%

szacunkowa wartość nawozu naturalnego

83 988

utrzymanie i wymiana generatora

160 280

13%

Biogazownia rolnicza v2

Strona 4 z 6

pozostałe koszty operacyjne

303 705

24%

EBITDA

669 684

35%

Najwyższą pozycję stanowią koszty zakupu/wyprodukowania biomasy. Te koszty biogazowni

stanowią jednocześnie przychód dla rolnika będącego producentem biomasy na cele

energetyczne, więc w ogólnym rozrachunku mają pozytywny wpływ na przychody gospodarstw

rolnych. Niemniej jednak, kiedy patrzy się na biogazownię rolniczą jak na przedsięwzięcie

gospodarcze, biomasa stanowi koszt. Jest to inna sytuacja niż w przypadku biogazowni

utylizacyjnej, która przyjmując odpady do przetworzenia nie tylko za nie nie płaci, ale uzyskuje

określony przychód z tytułu utylizacji.

Koszt utylizacji obejmuje koszt wynajęcia ciągnika z odpowiednią cysterną i rozlania nawozu na

polu. Jednak nawóz naturalny ma określoną wartość ekonomiczną (zastąpienie drogich nawozów

sztucznych) i składa się z trzech elementów: wartości azotu (N) potasu (K) i fosforu (P) w

nawozie. Tylko wartość azotu to ok. 84 tys. PLN, i została ona uwzględniona do kalkulacji.

Koszt utrzymania generatora jest kosztem specjalistycznej usługi, którą się wykupuje w celu

zagwarantowania ciągłej pracy układu kogeneracyjnego.

W pozostałych kosztach operacyjnych uwzględnione są m.in. ubezpieczenie, podatek od

nieruchomości, wynagrodzenia operatora, koszt zużytej energii elektrycznej i remonty itp.

1.2.4 Rentowność biogazowni rolniczej

Przykład pokazuje, że rentowność biogazowni rolniczej, uwzględniając koszty księgowe związane

z amortyzowaniem inwestycji i koszty finansowe nie jest wysoka. Ale przykład wskazuje również,

że niedługo, kiedy ceny energii wzrosną jeszcze bardziej, może być to interesująca alternatywa

dla rolnictwa.

Efekt finansowy

rocznie

Przychody operacyjne

1 910 288

Koszty operacyjne

1 240 604

EBITDA

669 684

35%

Amortyzacja średnio

543 229

44%

EBIT

126 455

koszty finansowe (średnio)

85 750

Zysk netto

32 971

Również jeśli zostaną wprowadzone tzw. „czerwone certyfikaty”, czyli świadectwa pochodzenia

dla energii z kogeneracji, w rachunkach wyników dla biogazowni mogą się pojawić dodatkowe

kwoty przychodów.

Natomiast gdybyśmy chcieli w pełni wykorzystać potencjał istniejący w zakresie budowy

biogazowni rolniczych, należałoby rozważyć dodatkowe instrumenty finansowe wspomagające tę

potencjalnie interesującą branżę OZE, podobnie jak to się dzieje np. za zachodnią granicą

(specjalne dopłaty do energii elektrycznej wytworzonej z roślin energetycznych).

1.3. Tezy

¦ Technologia biogazowa może być rentowna w polskich warunkach, ale nie każda

biogazownia będzie rentowna przy dzisiejszych rozwiązaniach prawnych i przy dzisiejszym

poziomie dopłat do energii mającej status energii odnawialnej.

Biogazownia rolnicza v2

Strona 5 z 6

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: