Bioplynové stanice v ČR technické, ekonomické a politické aspekty
Ing. Miroslav Kajan, Ing. Jan Štambaský, Ph.D. (Česká bioplynová asociace)
Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012 Podporováno
Praha, Červen 2011
CzBA – Národní technologická platforma • Profesionální organizace pro nový průmysl • Národní technologická platforma pro bioplyn – koordinace výzkumné agendy pro bioplyn – příprava metodologie a regulace – poskytování expertních služeb – národní informační centrum pro bioplyn – účast v mezinárodních strategických projektech (IEE-GasHighWay, IEE-BiogasIN) 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Project Summary BiogasIN promotes biogas benefits to the society as a whole by involvement of stakeholders for streamlining the permitting and financing procedures of biogas investments.
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Outline – technické aspekty – Energetická bilance bioplaliv •
proč je bioplyn „dobré palivo“
– Jak vzniká bioplyn – Technologie výroby bioplynu – Časté provozní problémy – Vstupní substráty – Nároky na obsluhu 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Energetická efektivita biopaliv
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Jak vzniká bioplyn?
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Kdy vzniká metan v BPS?
Fermentace
Metanogeneze
O C O H2C
H3C
O
H3C H C
H
NH2 OH
H
H H
SH
H3C
O OH
09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | 3 Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
S H
H
H
O
H
H
C
N H
O
H
Technologie na výrobu bioplynu • „dry fermentation“ (sušina > 20%) • „semi-dry fermentation“ (sušina 10-15%) • „wet fermentation“ (sušina do 10%)
Volit technologii podle vstupních surovin!!! 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Dry Fermentation • • • • •
suchá = nepřidává se záměsová voda ani tekuté substráty vysoká sušina surovin (>20%) často absence míchání robustní (v přítomnosti cizích předmětů – cihla, květináč) garážové uspořádání znamená nižší výtěžek bioplynu (energie) • jedinečná technologie pro bioodpady • Garážové: BioFerm • Klasické: OWS, Eisenmann
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Semi-dry Fermentation • střední sušina surovin (10-15%), limitem je čerpatelnost substrátu • vysoce účinné míchání • vysoký výtěžek bioplynu (energie) • moderní technologie, nízká vlastní spotřeba energie • nejmladší typ fermentace, speciálně pro čisté zem. substráty a bioodpad • (Niersberger, Thoeni, Kompogas) 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Wet Fermentation • nízká sušina surovin (do 10%), limitem je míchatelnost substrátu • nejznámější technologie, vyšší vlastní spotřeba energie • pro tekuté substráty (kejda, tekuté bioodpady, pevné substráty až do limitu celkové sušiny) • (Cowatec, EnviTec, MT-Energie, Biogas Nord, Weltec, apd.)
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Jaká BPS je nejlepší? • 10 z 10 prodejců BPS odpoví že je to „… ta prodaná!“ • konzultovat s nezávislou poradenskou firmou, nebo profesní organizací (CzBA) • špatně vybraný typ fermentace (suchá × mokrá) vede k nadměrně vysokým investičním nebo provozním nákladům • vyvarovat se přístupu „…to si zvládnu postavit sám.“ • zeptat se předchozích investorů na zkušenosti (kvalita, spolehlivost, rychlý servis, záruky na výkon, chování dodavatele…) 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Nejčastější problémy • problémy spojené s nevhodnou technologií – nutnost využití substrátů než investor zamýšlel (kukuřice) – nutnost záměsových tekutin – následně nedostatečné sklady
• tvorba plovoucích vrstev • nestabilní pH, vysoký obsah org. kyselin • dávkování – klíčový element bioplynové stanice (jinudy to nejde)
• servis CHP • pojištění
celkové snížení ekonomické efektivity výroby a využití bioplynu 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Nároky na vstupní suroviny • obecně velmi vysoké • vysoký stupeň zatížení jen s nejlepšími substráty • odchylky mají velký dosah na tvorbu plynu • využití všech zemědělských substrátů – zavedené osevní postupy = volba technologie BPS – již postavená BPS = požadavek na vstupy
výživa „vysokoprodukční“ bioplynové stanice je náročná jako výživa skotu 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Reálné příklady spotřeby surovin (BPS 700 kW) hnůj: 30 tun/den
kejda: 20 tun/den
šrot: 1 tuna/den
hnůj: 2 tuny/den
senáž: 12 tun/den
senáž: 2 tun/den
kuk. siláž: 7 tun/den
kuk. siláž: 28 tun/den
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Nároky na obsluhu provozu • BPS je energetické zařízení, NE zemědělský provoz – bezpečnost práce – pravidelné revize energetických zařízení – pracovní kázeň v ochranných zónách
kvalitní a zodpovědná obsluha je základem úspěšného provozu 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Lokální sítě bioplynu: Třeboň
EUSEW, Brussels, 25 March 2010
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Bioplynová stanice: Energetická bilance 1 tone of biomass =
There is a lot of heat available!!!
4 tones of water 1.44 GJ
20 °C to 100 °C
biomass
biogas
1t
200 m3
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Electricity: 460 kWh
Lokální sítě bioplynu CHP
Local Biogas Grids • no heat losses • large distances • no limits on locations • quite cheap (20 Euro per 1 m)
CHP
CHP
CHP
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Lokalizace projektu Třeboň
BGP
4,3 km
SPA Aurora 13
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Lokální síť Třeboň: Dodávka tepla Aurora spa saves 500 000 m3/a of natural gas Bioplyn T řeboň Lá zně Aurora - Dia gra m trvá ní te pe lné ho výkonu (2005)
180
Budoucí stav
990
285
Spotřeba bioplynu
3
tis. m
0
2 500
Užiteč ná dodávka
GJ/rok
26 000
26 000
1 144
5 300
2 x 150
703
160
tis. m3
140 120 GJ/den
Současný stav Spotřeba ZP kog. a kot.
V ýroba elektřiny
Ze m ní plyn 8 124 GJ
100 80
32%
MWh
Instalov aný el. výkon
kW
Instalov aný tep. výkon
kW
60
744
Ne využité te plo Bioplyn 17 286 GJ
40 20
(Re ze rv a pro k lima tiza c i)
2 931 GJ
66%
Ze m ní plyn 642 GJ
0 0
50
100
150
200
2%
250
den
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
300
350
Lokální síť Třeboň: ekonomika • Economical details – total investments • • •
biogas plant 3.4 M€ biogas pipeline 0.5 M€ heating plant incl. CHP 1.3 M€
– operational costs • • •
biomass 583 k€ O&M 300 k€ financing 392 k€
• Specific heat supply – 3.5 GJ.a-1.M€-1 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Outline – ekonomické a politické aspekty – Politická rozhodnutí = klíčový prvek rozvoje oboru bioplynu •
příklady rozvoje oboru v Německu
– Potenciál výroby bioplynu – Trendy rozvoje oboru bioplynu v ČR – Zkušenosti v rámci EU – Podmínky trvale udržitelného rozvoje oboru výroby a využití bioplynu 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Biogas Primary Energy Production (2007) (ktoe)
Landfill Gas Sewage Gas Biogas (agro)
24
EUSEW, Brussels, 25 March 2010
09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
World Leader: Germany 5.000
1.800
4.500
4.334 1.597 1.600
4.000
Number of biogas plants (summary) Installed power
3.891 3.711 1.377 3.500 1.271
Anzahl Biogasanlagen installierte elektrische Leistung [MW]
3.500 3.000
2.680
1.100
1.400 1.200 1.000
2.500 2.050 2.000
1.750 1.600
1.500 850
1.000 500
274 139 159 186
370 450
650
1.300 1.050
65
182
600 400
617 50
800
256
333
390 200 0
0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
World Leader: Germany 1.Law for injection into the power grid 07.12.1990 2.Law for priority of renewable energies 29.03.2000 820 production potential 3.Law for renewable energies in the power section 630 21.07.2004 4.EEG 2009 01.01.2009 233 167
1992
20
27
1993
1994
88
96
80
1995
1996
1997
1
1998
1999
200
2000
300
250
300 211 150
2001
2
2002
780
2003
2004
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
2005
2006
3
2007
180
2008
2009
4
Biogas Production Potential Big potential for the EU – Biogas = versatile renewable energy source Energy utilization • • • •
space heating, cooking local power production automotive fuel natural gas substitute
Rural area development • sustainable agriculture • nutrient recovery and soil improvement • securing current jobs, new ‘green’ jobs creation …this is the potential of biogas 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Počet stanic a instalovaný výkon
Instalovaný výkon [MWel]
09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Instalovaný výkon [MWel]
Počet instalací
Počet instalací (agro, ČOV)
Výroba a využití bioplynu v ČR: 2020
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Výroba a využití bioplynu v ČR: 2020
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Výroba a využití bioplynu 2010 Instalovaný výkon (28/02/2011) • Zemědělské BPS: 99.92 MW (132 BPS) • ČOV: 17.20 MW • Skládkový plyn: 23.25 MW Výroba elektrické energie • 2009: 405 GWh (7.8% celkových OZE) • 2010: 439 GWh (9.8% OZE) Projekty zemědělských BPS • Celkový počet projektů: 266 – o výkonu: 178 MW 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Trendy rozvoje bioplynu v ČR Technologie • semi-ideálně míchané reaktory, min. 2 stupně • pouze CHP aplikace (dáno legislativní podporou) Surovinová skladba • zemědělské vstupy kejda, hnůj, cukrovarské řízky, bramborové zdrtky • cíleně pěstované zemědělské plodiny (kukuřice, obilí, pícniny); zakonzervované ve formě siláží Příprava projektů • materiálové a energetické bilance projektů optimistické • podhodnocena vlastní spotřeba elektřiny • podhodnoceny skladovací kapacity (input/output) 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Ekonomika výroby bioplynu v ČR Ekonomika projektů • Investiční náklady („turn-key“): – ERU 110 000 Kč/kWh – 500-600 kW: 100 000-110 000 Kč/kWh – 800-1200 kW: 90 000-100 000 Kč/kWh
Provozní ekonomika • provozní náklady reálně vyšší než „slibovány“ dodavateli technologie – 60% PN vstupní substráty (MS: 24-28 tis. Kč/ha) – 20% PN odpisy, úroky – 20% PN ostatní (opravy, elektřina, pojištění, výplaty,
manipulace se substráty a digestátem, provozní chemie a analýzy…)
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Problémy rozvoje výroby bioplynu v ČR Kapacita DSO • 2009, 2010 rozvoj PV, kapacita DSO není garantována Systém podpory • legislativní podpora pouze CHP • absence podpory biometanu • absence podpory bio-CNG/LNG Investiční dotace • Programy OPPI a PRV – až 30% celkové investice – není automatická = není v kalkulaci ERU – přiznání dotace ruší tlak na efektivní provoz, tj. především
využití tepelné energie
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Zkušenosti v rámci EU: doporučení Rámce veřejné podpory • dlouhodobé využívání veřejné podpory je možné pouze pro
efektivní technologie a výroby energie • cílem musí být vytvoření stabilních podpůrných rámců
Příležitosti v ČR • veřejné finance využít k veřejnému zájmu • DSO v ČR čelí problémům kapacity a stability (PV) • automatizované řízení CHP v BPS v rámci smart grids může být využito ke stabilizaci reálného výkonu PV – využita rezervovaná kapacita v síti – stabilizace sítě
• celospolečensky výhodnější ve srovnání s podporou tepla,
kdy dochází k „inovativním“ řešením „účelné“ spotřeby
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Zkušenosti v rámci EU: doporučení 1) Potenciál BPS a možnosti trhu nebudou v ČR plně realizovány při současném NREAP 2) Investiční dotace a provozní podpora musí být harmonizovány 3) Schémata podpory • podporovat regulovatelné BPS, schopné stabilizace sítě • zavést podporu výroby a využití biometanu a bioCNG/LNG • podporovat lokální distribuční sítě bioplynu formou investičních dotací
15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012
Success in Biogas: Key Factors Taking advantage of biogas versatility • CHP and vehicle fuel applications • using existing NG infrastructure for biomethane • highlighting biogas advantages over the other bioenergies and biofuels (environmental and socio-economic advantages) Sustainable agriculture • “combined food-and-energy production” from one land • digestate – valuable fertiliser and soil conditioner Socio-economic issues • bringing money and new developments to rural areas • saving current jobs together with creating new jobs 15/06/2011 09/06/2010 | Contract No. IEE/09/848 SI2.558364 | Project duration 01/05/2010 – 31/10/2012