Kogeneračná jednotka ako zdroj tepla a elektrickej energie pre biometánovú stanicu
Vyhodnotenie podmienok a predpokladov pre nasadenie kogeneračnej jednotky, ktorá bude slúžiť ako zdroj elektrickej a tepelnej energie pre poľnohospodárske družstvo, ktoré plánuje prevádzkovať biometánovú stanicu.
Abstrakt
Predmetom základnej štúdie realizovateľnosti (ďalej len „štúdia“) je vyhodnotenie podmienok a predpokladov pre nasadenie kogeneračnej jednotky, ktorá bude slúžiť ako zdroj elektrickej a tepelnej energie pre poľnohospodárske družstvo, ktoré plánuje prevádzkovať biometánovú stanicu, ktorej prevažnú časť surovinovej základne tvoria exkrementy hospodárskych zvierat (vlhký hnoj).
Cieľom štúdie je zanalyzovať navrhnuté riešenie:
- zefektívnenie spotreby primárnych energií (elektrina a plyn),
- zníženie prevádzkových nákladov – elektrickej energie,
- zabezpečí návratnosť investície na nákup nových technológií do 10 rokov, a umožní autonómne a flexibilné zabezpečovanie elektrickej energie.
1. Úvod
Spoločnosť, ktorá v súčasnej dobe prevádzkuje poľnohospodárske družstvo (ďalej len „PD“), a bioplynovú stanicu (prevažná časť surovinovej základne tvoria exkrementy hospodárskych zvierat) si podalo žiadosť o pripojenie biometánovej stanice do distribučnej siete zemného plynu (ďalej len „ZP“) spoločnosti SPP – distribúcia, a.s. (ďalej len „SPP – D“) prostredníctvom ktorej bude distribuovať biometán.
Spoločnosť plánuje
- zvýšiť „produkciu“ surovinovej základne rozšírením poľnohospodárskeho družstva ako sekundárny výstup poľnohospodárskej výroby,
- inštalovať novú technológiu k súčasnej technológii bioplynovej stanice potrebnú na prípravu biometánu požadovanej kvality spolu so a zvýšením jej výkonu,
- ponechať jestvujúce kogeneračné jednotky (bioplyn) a obchodovať buď s biometánom a certifikátmi, alebo so (zelenou) elektrickou energiou a certifikátom podľa ceny na trhu s certifikátmi,
- inštalovať nové kogeneračné jednotky (ostrovný režim), ktoré budú zásobovať elektrickou energiou a teplom poľnohospodárske družstvo, poľnohospodársku výrobu, biometánovú stanicu, ...
2. Poľnohospodárske družstvo a biometánová stanica
Poľnohospodárke družstvo plánuje primárne zvýšiť produkciu svojej výroby, čím sa sekundárne zvýši produkcia surovinovej základne vhodnej na produkciu bioplynu, ktorého úpravou sa pripraví biometán. Biometán je voľne zameniteľný so zemným plynom (totožné chemické a energetické vlastnosti). Biometán bude distribuovaný prostredníctvom distribučnej siete spoločnosti SPP – D. Miesto pripojenia biometánovej stanice je VTL plynovod, ktorý sa nachádza v tesnej blízkosti PD (obrázok č. 1)
Obrázok č. 1 – Poľnohospodárske družstvo, rozšírenie produkcie, staré a nové objekty (čiarkované obrysy, tmavšia pozadie)
Spoločnosť, okrem skúseností z iných projektov, berie do úvahy závery štúdie spoločnosti SEPS, viz [1], podľa ktorej pri progresívnom scenári rozvoja elektrizačnej sústavy SR sa uvažuje so saldom −9,8 TWh v roku 2040, pri dekarbonizačnom scenári saldom −18,7 TWh. Toto saldo, bude, podľa spoločnosti, mať negatívny dopad na cenu elektrickej energie, ktorú pre svoje podnikanie potrebuje v požadovanom množstve a kvalite.
Zintenzívnenie poľnohospodárskej produkcie, jej spracovávanie a následne príprava výrobkov si vyžiada zvýšenú potrebu elektrickej a tepelnej energie. Projekt predpokladá použitie kogeneračných jednotiek v ostrovnom režime, v prvej fáze, neskôr bude možné, v prípade požiadaviek siete, dodávať el. energiu do distribučnej siete.
Základné parametre
Potrebný elektrický výkon: 2 200 kWe
Potrebný tepelný výkon: 2 200 až 2 600 kWt
Odhadované množstvo el. energie: 4 300 až 6 400 MWh
Odhadované množstvo tep. energie: 5 100 až 7 700 MWh
Odhadovaná doba prevádzky: 2 000 až 3 000 h/rok
V areáli budú dve meracie miesta plynu pripojené na dva oddelené areálové rozvody. Jedno meranie zemného plynu bude v regulačnej stanici plynu a bude merať dodané množstvo pre nový kogeneračný zdroj. ZP bude dodávaný k zdroju samostatným plynovodom. Druhé meranie bude merať množstvo (objemové/energetické) dodaného/vtláčaného biometánu do VTL plynovodu.
3. Zdroj a ekonomika
Bol navrhutý celkový výkon kogenerácie 2 216 kWe. Zdroj je navrhnutý modulárne zo štyroch jednotiek rovnakého výkonu 554 kWe (4 × 554 kWe), (variantný zdroj 2 × 250 kWe a 3 × 554 kWe) (Tabuľka č. 1).
| KGJ | |
|---|---|
| Elektrický výkon [kWe] | 554 |
| Tepelný výkon [kWt] | 642 |
| Hodinová spotreba ZP [m3/hod] | 505 |
| Elektrická účinnosť [%] | 41,3 |
| Tepelná účinnosť [%] | 47,9 |
| Počet jednotiek [ks] | 4 |
| Doba prevádzky [hod] | 2 000 až 3 000 |
| (2 000 h) | |
|---|---|
| Bilancia energií | |
| Výroba tepla | 5 140 MWht |
| Výroba elektrickej energie | 4 435 MWhe |
| - z toho spotreba zdroja | 135 MWhe |
| - z toho dodávka do vlastnej siete | 4 300 MWhe |
| Spotreba zemného plynu | 1 010 tis. m3/rok |
| Zdroje financovania | |
| Vlastné zdroje | 10 000 € |
| Komerčný úver | 1 600 000 € |
| Zdroje financovania spolu | 1 610 000 € |
| Náklady | |
| Náklady na zemný plyn (0,6831 €/m3) | 690 000 €/rok |
| Nákupná cena elektrickej energie | 240 €/e |
| Minimálna cena tepla (bez zisku) | 76 €/MWht |
| Poistenie | 32 200 €/rok |
| Oprava a údržba | 88 640 €/rok |
| Generálna oprava (ďalej len GO, po 7. roku) | 315 000 € |
| TPS1 [–] | – € |
| TSS2 [–] | – € |
| Náklady spolu (bez GO) | 810 800 € |
| Výnosy/ úspory | |
| Dodávka tepla | 398 000 € |
| Doplatok za vysoko účinnú výrobu elektriny | – € |
| Úspora nákladov na elektrinu | 1 031 000 € |
| Celkové výnosy | 1 430 000 € |
| Výsledky ekonomického hodnotenia | |
| Kumulovaný DCF (NPV) | 2 281 000 € |
| IRR | 32,4 % |
| Návratnosť | 3,84 roka |
| 1 Tarifa za prevádzkové služby 2 Tarifa za systémové služby | |
3.1 Citlivostná analýza na zmenu vstupov
Na ekonomiku projektu má vplyv viacero vstupných faktorov, ktorých zmena môže mať vplyv na výsledné sledované veličiny. Bola vykonaná citlivostná analýza na zmenu ceny ZP a elektrickej energie a ich vplyv na dobu návratnosti, a vplyv doby prevádzky zdroja na návratnosť projektu (tabuľka č. 3 a 4).
| Cena ZP | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,50 €/m3 | 0,60 €/m3 | 0,65 €/m3 | 0,68 €/m3 | 0,70 €/m3 | 0,75 €/m3 | 0,80 €/m3 | ||
| Cena EE | 190 €/MWh | 5,05 rok | 5,63 rok | 5,95 rok | 6,55 rok | 6,95 rok | 7,49 rok | 8,07 rok |
| 210 €/MWh | 4,21 rok | 4,60 rok | 4,81 rok | 4,96 rok | 5,05 rok | 5,32 rok | 5,62 rok | |
| 230 €/MWh | 3,61 rok | 3,88 rok | 4,03 rok | 4,15 rok | 4,21 rok | 4,39 rok | 4,59 rok | |
| 240 €/MWh | 3,37 rok | 3,61 rok | 3,74 rok | 3,83 rok | 3,88 rok | 4,03 rok | 4,20 rok | |
| 250 €/MWh | 3,15 rok | 3,37 rok | 3,48 rok | 3,56 rok | 3,61 rok | 3,74 rok | 3,88 rok | |
| 260 €/MWh | 2,96 rok | 3,15 rok | 3,26 rok | 3,33 rok | 3,37 rok | 3,48 rok | 3,61 rok | |
| 270 €/MWh | 2,80 rok | 2,96 rok | 3,05 rok | 3,12 rok | 3,15 rok | 3,26 rok | 3,37 rok | |
| 1 000 h | 1 800 h | 2 000 h | 2 500 h | 3 000 h | 3 500 h | 4 000 h | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Návratnosť | 10,38 rokov | 4,34 rokov | 3,84 rokov | 2,97 rokov | 2,44 rokov | 2,06 rokov | 1,79 rokov |
4. Záver
Spoločnosť, ktorá prevádzkuje poľnohospodárske družstvo a bioplynovú stanicu rozširuje poľnohospodársku produkciu, čím sa nepriamo zvyšuje výkon biometánovej stanice. Na zabezpečenie zníženia nákladov na energie, inštaluje 4 kogeneračné jednotky, ktoré budú dodávať elektrickú a tepelnú energiu pre PD. Spoločnosť ponechá pôvodné kogeneračné jednotky, ktoré spaľujú bioplyn v pohotovostnom režime. V prípade ak „cena“ zelenej elektrickej energie bude výhodnejšia, ako cena biometánu, spoločnosť prestane vyrábať biometán a bude vyrábať zelenú elektrickú energiu.
Nové PD bude vybudované tak, aby bolo schopné pracovať v ostrovnom režime, galvanicky oddelené od verejnej el. distribučnej siete (ďalej len „DS“). Zároveň, ak príde požiadavka, bude schopné, po úprave, dodávať elektrickú energiu do DS.
Doba návratnosti projektu je 3,84 rokov, čistá súčasná hodnota (NPV) je 2 281 000 €, vnútorné výnosové percento (IRR) je 32,4 %. Takýto typ projektu je vysoko efektívny a prináša „win – win“ riešenie pre poľnohospodárske družstvo a prevádzku biometánovej stanice.
Literatúra
- SEPS: „Hodnotenie zdrojovej primeranosti ES SR do roku 2024“. Október 2023
Poznámka
Článok bol uverejnený aj v zborníku prednášok z 32. medzinárodnej vedecko-odbornej konferencie VYKUROVANIE 2024 na tému "Zelená dohoda a budúcnosť zásobovania teplom" pod záštitou Slovenskej spoločnosti pre techniku prostredia, Stavebnej fakulty STU Bratislava, katedry TZB a Slovenskej komory stavebných inžinierov ISBN 978-80-8284-023-3
Evaluation of the conditions and prerequisites for deploying a cogeneration unit that will serve as a source of electrical and thermal energy for an agricultural cooperative that plans to operate a biomethane station.