UPORABA KOGENERACIJE NA LESNI PLIN ZA HRIBOVSKO KMETIJO

Transcription

1 UPORABA KOGENERACIJE NA LESNI PLIN ZA HRIBOVSKO KMETIJO diplomsko delo Študent: Študijski program: Mentor: Lektorica: Valentin Zaplatar Univerzitetni študijski program 1. stopnje Energetike red. prof. dr. Jurij Avsec Jožica Černelč, prof. slovenistike Krško, februar 2017 I

2 II

3 ZAHVALA Zahvaljujem se vsem, ki so mi pomagali pri pisanju diplomske naloge, ki me je obogatila z novim znanjem in izkušnjami. Posebna zahvala gre mojemu mentorju, red. prof. dr. Juriju Avscu, ki mi je svetoval in nudil strokovno pomoč. Predvsem pa se zahvaljujem staršem, sestri in Gregorju. Hvala jim za pomoč, vzpodbudo in podporo med študijem ter pri pisanju diplomske naloge. III

4 UPORABA KOGENERACIJE NA LESNI PLIN ZA HRIBOVSKO KMETIJO Ključne besede: kogeneracija, biomasa, toplotne izgube, referenčni stroški UDK: 697.1:620.92/.98(043.2) Povzetek V diplomski nalogi z naslovom Uporaba kogeneracije na lesni plin na hribovski kmetiji želimo predstaviti les kot energent prihodnosti. V nalogi se bo kogeneracija navezovala na našo kmetijo in novo nedokončano hišo. V začetnem delu smo predstavili kmetijo in lesno biomaso. Da bi vedeli, koliko toplote bomo potrebovali za ogrevanje nove hiše in koliko sanitarne vode, smo izračunali toplotne izgube. Za kogeneracijo oz. SPTE smo uporabili napravo finskega proizvajalca Volter 30. Ker je takšne vrste investicija zelo draga, je bilo potrebno izračunati referenčne stroške, da vidimo koliko podpore bi nam dodelila država. Ker seveda vsakega investitorja zanima, v kolikšnem času bi se investicija povrnila, smo naredili ekonomski izračun. IV

5 USE OF WOOD GAS COGENERATION PLANT FOR THE MOUNTAIN FARM Key words: cogeneration, biomass, heat loss, reference costs UDK: 697.1:620.92/.98(043.2) Abstract In the thesis entitled The Use of Wood Gas Cogeneration Plant for the Mountain Farm we would like to represent wood as energy source for the future. In the thesis cogeneration is going to used on our farm and in an unfinished new build house. In the beginning we represented the farm and wood biomass. We calculated heat loss to find out the amount of heat and the amount of sanitary water which we need for heating the new build house. For cogeneration (SPTE) we used the device made by Finnish manufacturer Volter 30. This kind of investment is very expensive, so we had to calculate reference costs to get know how much of subsidy would we get. We made economic calculation because each investor is interested in the period within which the investment will be repaid. V

6 KAZALO VSEBINE 1 UVOD PREDSTAVITEV KMETIJE SPLOŠNO O LESNI BIOMASI OBLIKE LESNEGA GORIVA Lesni sekanci Izdelovanje sekancev Kakovost lesnih sekancev Sušenje in skladiščenje lesnih sekancev KOGENERACIJA IZRAČUN TOPLOTNIH IZGUB V HIŠI PREDSTAVITEV STANOVANJSKE HIŠE TOPLOTNA PREHODNOST STANOVANJSKE HIŠE TRANSMISIJSKE TOPLOTNE IZGUBE STANOVANJSKE HIŠE VENTILACIJSKE TOPLOTNE IZGUBE LETNA POTREBNA TOPLOTA ZA OGREVANJE STANOVANJSKE HIŠE SKUPNA TOPLOTNA ENERGIJA ZA OGREVANJE STANOVANJSKE HIŠE KOGENERACIJA NA LESNO BIOMASO VOLTER GLAVNE KOMPONENETE VOLTER Zalogovnik za sekance Uplinjanje lesne biomase Čiščenje in ohlajanje lesnega plina Kogeneracijska enota TEHNIČNI PODATKI NAPRAVE VOLTER PODPORE NAPRAVE SPTE VRSTA PODPORE VELIKOSTNI RAZREDI PROIZVEDENIH NAPRAV RAZVRSTITEV V SKUPINE GLEDE NA ŠTEVILO OBRATOVALNIH UR PROIZVODNIH NAPRAV SPTE VIŠINA PODPORE VI

7 8 IZRAČUN REFERENČNIH STROŠKOV REFERENČNI STROŠKI INVESTICIJSKI STROŠKI STROŠKI OBRATOVANJA IN VZDRŽEVANJA STROŠKI GORIVA VREDNOST TOPLOTE IZ SOPROIZVODNJE DOLOČITEV VIŠINE PODPOR Zagotovljen odkup Obratovalne podpore LETNI PRIHODEK OD ELEKTRIČNE ENERGIJE PORABA LESNE BIOMASE NA LETO EKONOMSKI IZRAČUN SKLEP VIRI IN LITERATURA PRILOGE PRILOGA A: ELABORAT GRADBENE FIZIKE ZA PODROČJE UČINKOVITE RABE ENERGIJE V STAVBAH PRILOGA B: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV PRILOGA C: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA VII

8 KAZALO SLIK Slika 2.1: Naša kmetija[2]... 3 Slika 3.1: Prisilna ventilacija z uporabo predhodno segretega zraka [11]... 7 Slika 4.1: Shematski prikaz kogeneracije z uporabo Stirlingovega motorja [14] Slika 4.2: Shematski prikaz delovanja biomasnega sistema SPTE na osnovi ORC [14] Slika 5.1: Tloris kleti Slika 5.2: Tloris pritličja Slika 5.3: Tloris mansarde Slika 5.4: Prikaz ogrevalnega sistema za klet Slika 5.5: Prikaz ogrevalnega sistema za pritličje Slika 5.6: Prikaz ogrevalnega sistema za mansardo Slika 5.7: Schiedel dimnik [21] Slika 6.1: Transport sekancev in uplinjevalec [22] Slika 6.2: Uplinjanje lesne biomase Volter 30 [22] Slika 6.3: Čiščenje in ohlajanje lesnega plina [22] Slika 6.4: Motor Agco Sisu Power 4,9 L in generator [22] Slika 6.5: Daljinski nadzor delovanja enote SPTE [22] Slika 6.6: Prikaz vezave mikrokogeneracijske naprave Volter 30 na stanovanjsko hišo VIII

9 KAZALO TABEL Tabela 5.1: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri zunanji steni Tabela 5.2: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri ravni strehi Tabela 5.3: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri poševni strehi nad ogrevanim podstrešjem Tabela 5.4: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri tleh na terenu Tabela 5.5: Transmisijske toplotne izgube stanovanjske hiše Tabela 5.6: Primerjava izračuna Tabela 6.1: Tehnični podatki naprave Volter 30 [22] Tabela 6.2: Dimenzije objektov Tabela 7.1: Proizvodne naprave SPTE na lesno biomaso obratovanje do 4000 obratovalnih ur na leto [23] Tabela 7.2: Proizvodne naprave SPTE na lesno biomaso obratovanje več kot 4000 obratovalnih ur na leto [23] Tabela 8.1: Investicijski stroški Tabela 8.2: Ekonomski parametri naložbe Tabela 8.3: Amortizacijski načrt (48 /MWh) Tabela 8.4: Amortizacijski načrt (20 /MWh) IX

10 UPORABLJENI SIMBOLI R toplotna upornost (m 2 K/W) U toplotna prehodnost (W/m 2 K) R K skupna toplotna upornost konstrukcij (m 2 K/W) d j debelina posameznega homogenega sloja (m) j toplotna prehodnost posameznega materiala stene v prostoru (W/mK) R n notranja toplotna upornost v prostoru (m 2 K/W) R z zunanja toplotna upornost konstrukcije (m 2 K/W) Q T transmisijske toplotne izgube (W) A površina elementa (m 2 ) T i notranja temperatura stanovanjske hiše ( C) T e zunanja temperatura stanovanjske hiše ( C) Q V izguba toplote zaradi ventilacije (W) V O volumen prostora za izračun (m 3 ) n faktor prezračevanja (l/h) - gostota zraka (kg/m 3 ) c p specifična toplota zraka (J/kgK) Q skupne toplotne izgube (W) A n letni investicijski strošek ( ) I 0 celotni investicijski strošek ( ) a r,n anuitetni faktor r diskontna stopnja n ekonomska doba (leta) VT vrednost toplote ( /MWh) C LB cena lesne biomase ( /MWh) Izk t toplotni izkoristek (%) Izk el električni izkoristek (%) X

11 C ElSPTE tržna cena, ki jo proizvedena naprava lahko doseže na trgu z električno energijo ( /MWh) C ElRef referenčna tržna cena električne energije in poročila Agencije o referenčnih tržnih cenah ( /MWh) B faktor B korekcije tržne cene električne energije XI

12 UPORABLJENE KRATICE SPTE soproizvodnja toplotne in električne energije ORC turbine z organskim Rankinovim procesom OP obratovalna podpora ZO zagotovljen odkup RSEE referenčni stroški električne energije NDRS nespremenljiv del referenčnih stroškov SDRS spremenljiv del referenčnih stroškov CZO cena za zagotovljen odkup XII

13 1 UVOD Les že vrsto let uporabljamo za ogrevanje, njegovo toploto pa izkoriščamo za kuhanje in sušenje. Ogrevanje na lesno biomaso je star način ogrevanja. S pomočjo modernih in učinkovitejših naprav vse bolj prihaja v ospredje zaradi visokih izkoristkov in ugodnih vplivov na okolje. V današnjem času je zelo pomembna tudi cena energenta. Za les velja, da spada med najcenejše surovine ogrevanja. Slovenija je izjemno gozdnata dežela, saj gozdovi pokrivajo kar 58,4 % površine, ob dejstvu, da je v zadnjih letih posek dreves bistveno manjši od prirastka. Lesna biomasa predstavlja enega izmed ključnih obnovljivih virov energije [1]. V diplomskem delu bomo prikazali uporabo kogeneracije na hribovski kmetiji. Z uporabo kogeneracije bi lahko zmanjšali stroške ogrevanje kmetije in sanitarne vode. Za to temo naloge smo se odločili, ker živimo na kmetiji, smo zelo povezani z naravo in živalmi ter z veseljem opravljamo to delo. Naloga se navezuje na našo kmetijo, kjer imamo 17 ha površin gozda in našo novo nedokončano hišo, za katero bi naredili izračune. Za hišo je predvideno ogrevanje na lesno biomaso, in sicer na polena, standardna peč. Naša želja je, da bi standardni kotel na polena zamenjali s kogeneracijo na lesene sekance in s tem tudi pridobili električno energijo in toploto. Električno energijo bi uporabili za lastne potrebe in za oddajanje v omrežje, toploto za ogrevanje stanovanjske hiše in sanitarne vode, presežek toplote pa za sušilnico. V njej bi sušili sekance in mizarski les za prodajo. S tem bi lahko dosegli še dodaten zaslužek. V praktičnem delu bomo preračunali toplotne izgube nove hiše, koliko toplote bomo porabili za ogrevanje v celotni sezoni in v kolikšnem času se bo investicija povrnila. Izračune bi napravili glede na zasnovo stanovanjske hiše. Za kogeneracijo bi uporabili napravo Volter 30 kw, finskega proizvajalca Artim d.o.o. 1

14 2 PREDSTAVITEV KMETIJE Naša kmetija (Slika 2.1) leži na gričevnatem pobočju na prelepi Dolenjski. Nadmorska višina je 400 m. Naš zaselek Brezovec ima tri kmetije. Po naravno geografski regiji spadamo v posavsko hribovje. Na naših slemenih in prisojnih pobočjih je precej vinogradov z zidanicami in počitniškimi hišicami. Zaposleni vaščani delajo večinoma v Sevnici in Krmelju, ki je oddaljen z avtomobilom le nekaj minut. V teh mestih so tovarne, zdravstveni dom, nakupovalna središča, šole. Po pripovedovanju starega očeta so se do sedaj vsi predniki na tej kmetiji preživljali s kmetijstvom. V današnjih zaostrenih ekonomskih razmerah to skoraj ni več mogoče. Naša kmetija (Slika 2.1) spada med srednje velike. Obdelujemo 15 ha površine, od tega 3 ha njiv, ostalo so travniki. Imamo 30 glav živine. Proizvajamo mleko in meso za prodajo. Posedujemo tudi 17 ha gozda, pretežno listnatega. Iz njega bi predelovali lesno biomaso, sekance. Poleg živinoreje velik vir dohodka predstavlja prodaja lesa, predvsem drva za kurjavo. Za ta opravila že imamo svojo mehanizacijo, razen stroja za sekance, ki bi ga potrebovali, če bi se odločili za soproizvodnjo toplotne in električne energije. V tem trenutku sta mleko in meso slabše plačana ter podcenjena. Zato si v prihodnje želimo, da bi bolj spoštovali slovensko kakovost mesa in mleka, ki sta pridelana na podeželju. V našem interesu je, da bi poleg službe še naprej imeli kmetijo, saj je podeželsko življenje zelo lepo. 2

15 Slika 2.1: Naša kmetija[2] 3

16 3 SPLOŠNO O LESNI BIOMASI Človek je bil z lesom vedno povezan. Iz njega je izdelal orodje, s katerim si je olajšal delo, pa tudi streho ali celotno hišo. Les se v današnjem času nekoliko manj uporablja v gradbeništvu in drugih področjih, saj ga sedaj nadomeščajo drugi materiali [3]. Med lesno biomaso uvrščamo gozdne ostanke, ostanke pri industrijski obdelavi lesa in kemično neobdelan les: - gozdni ostanki (vejevje, krošnje, manj kakovosten les) so posledica rednih sečenj; - industrijsko obdelan les (žaganje, krajniki, prah) je les, kjer nastajajo ostanki primarne in sekundarne predelave; - kemično neobdelan les (gajbe, odslužene palete) [4]. Ker je gozdnatost zelo velika, predstavlja Slovenija velik potencial za izrabo lesne biomase. Lahko bi izdelovali več lesnih izdelkov, vendar se je v zadnjih letih ob naravnih katastrofah izkazalo, da ni veliko zanimanja, da bi se ustvarila nova delovna mesta. Bolje je, da les izvažamo v tujino, kjer ga zelo dobro uporabijo tako za nove gradnje lesenih hiš in tudi za predelavo lesa, npr. pohištva, ter kasneje manj kakovosten les za lesno gorivo. 3.1 OBLIKE LESNEGA GORIVA Priprava lesne biomase je ena izmed najpomembnejših faz za kasnejšo pridelavo lesa. Ko pridemo v gozd, preverimo, katera drevesa so za podiranje. To so tista drevesa, ki jih je določil logar. Ta drevesa so zrela, poškodovana ali bolna. Drevesa, ki smo jih podrli, razvrstimo po stopnji kakovosti. Kakovosten les peljemo na žago in iz njega naredimo deske, iz katerih kasneje ustvarjamo pohištvo in druge izdelke. Manj kakovosten les pa lahko uporabimo za izdelavo drv, polen, sekancev ali lesenih briketov [5]. 4

17 Pri soproizvodnji se za gorivo uporablja tudi lesna biomasa. V našem primeru diplomske naloge bo lesna biomasa v obliki lesnih sekancev Lesni sekanci Sekanci so koščki lesa, debeline in dolžine od nekaj mm do nekaj cm. Izdelujemo jih iz drobnega lesa (droben les, veje, krošnje) in lesa slabše kakovosti. Kakovost sekancev je odvisna od kakovosti lesa in enakomernega drobljenja. Sekanci so različnih velikosti, zato jih lahko prilagajamo kurilnim napravam [6] Izdelovanje sekancev Da izdelamo sekance, je potrebno najprej pripraviti les, ki ga bomo porabili za kasnejše drobljenje. Pri tem potrebujemo motorno žago, vso potrebno zaščitno opremo, traktor in traktorski vitel za lažje spravilo lesa. Ko imamo pripravljen les, lahko začnemo z izdelavo lesnih sekancev. Za izdelavo lesnih sekancev uporabljamo sekalnike. To so stroji, ki so namenjeni predelavi okroglega lesa, vejevja in odsluženega lesa v sekance. Sekalniki so lahko različni glede na izvedbo stroja. Nekateri sekalniki imajo lahko lasten pogon (elektromotor, motor z notranjim zgorevanjem), druge sekalnike pa poganja traktor preko kardanskega zgloba. Sekalnike delimo v tri kategorije [8]. Lahki sekalniki so nameščeni na traktorju, kjer jih poganja kardanska gred. Za takšen sekalnik je potrebna moč od 20 do 30 kw. Obdeluje les do premera 20 cm, njegova zmogljivost je 20 ton/dan oziroma do 5 nm 3 sekancev na uro [8]. Srednji sekalniki so nameščeni na prikolici z lastnim motorjem. Takšen sekalnik ima predvideno moč od 50 do 110 kw. Obdeluje les do premera 30 cm, njegova zmogljivost je do 60 ton/dan oziroma do 50 nm 3 sekancev na uro[8]. 5

18 Veliki sekalnik je nameščen na tovornjaku, z lastnim motorjem moči nad 150 kw. Obdeluje lahko tudi okrogel les premera nad 30 cm in dnevno lahko proizvede tudi več kot 60 ton [7] [8] Kakovost lesnih sekancev Kakovost lesnih sekancev dosežemo z ustrezno tehnologijo pridobivanja, predelave, skladiščenja ter končne rabe. Da lesni sekanci dosežejo ustrezno kakovost, je odvisno predvsem od drevesne vrste, vsebnosti vode v lesu, kakovosti lesa, velikosti delcev ter ostalih nečistoč (zemlja, plastika) [9].»Kakovostni razredi sekancev so določeni z evropskim standardom: SIST EN :2011 Trdna biogoriva Specifikacije goriv in razredi 4. Del : Lesni sekanci za neindustrijsko uporabo [8].«Drevesne vrste se med seboj razlikujejo po sestavi lesa, gostoti, ki poleg vlažnosti najbolj vplivata na kurilnost. Pri gorenju lesa nastanejo toplota in dimni plini. Ko les pogori, ostanejo samo mineralne snovi, ki so v lesu (pepel). Vlažnost lesa močno vpliva na kurilnost. Vlaga zmanjša kurilnost zaradi toplote, ki je potrebna za uparjanje vode v lesu. Zaradi vlage v lesu je povečana tudi masa goriva, zato je potrebno les čim bolj posušiti, da dosežemo ustrezen izkoristek. Kurilnost pri iglavcih je približno za 2 % višja kot pri listavcih, to pa zaradi višje vsebnosti lignina, smol, voskov in olj. Listavci imajo gostejši les, zato se tudi težje vname [10]. V praksi to pomeni, da les iglavcev izgoreva hitrejše in je primernejši za peko ali kuhanje, medtem ko les listavcev izgoreva počasneje, zato je primernejši za ogrevanje Sušenje in skladiščenje lesnih sekancev Skladiščenje in sušenje sekancev bistveno vpliva na njihovo kakovost. Najprimernejši prostor za sušenje in skladiščenje lesnih sekancev je pokrit prostor z dovolj velikim dovodom zraka in betonsko površino na sončni in zračni lokaciji. Ekonomsko najučinkovitejše je naravno 6

19 sušenje, vendar je tudi zamudno. Les je biološko aktiven material, ki se med shranjevanjem spreminja. Lesni sekanci iglavcev so obstojnejši od sekancev iz listavcev. Pri naravnem sušenju lesnih sekancev lahko nastanejo problemi, kot sta npr. samovžig ali kompostiranje. Pri skladiščenju kupov sekancev moramo stalno kontrolirati vlago in temperaturo. Zato je najbolje, da pri naravnem sušenju les sušimo v obliki okroglega lesa in ga kasneje, ko ne vsebuje več toliko vlage, nasekamo na sekance [11] [12]. Če pa želimo hitrejše in učinkovitejše sušenje lesnih sekancev, potem uporabimo sistem prisilne ventilacije z uporabo predhodno segretega zraka. Cenovno najugodnejši sistem je, če zrak segrevamo s pomočjo sončne energije z uporabo sončnih celic. Zrak, ki ga segrejemo s pomočjo sonca, podpihujemo z ventilatorjem od spodaj v kupe lesnih sekancev. Ponoči, ko relativna vlažnost zraka naraste, ventilacijo ugasnemo, da se sekanci ne bi zopet navlažili [11] [12]. Na spodnji sliki (3.1) je prikazana sušilnica, prisilne ventilacije z uporabo predhodnega segretega zraka. Slika 3.1: Prisilna ventilacija z uporabo predhodno segretega zraka [11] Tako vrsto sušilnice bi lahko napravili tudi doma, da bi izkoristili toploto, ki bi ostala od ogrevanja enodružinske hiše. Toploto bi proizvedli s pomočjo SPTE. Za sušenje bi namesto 7

20 predhodno segretega zraka s pomočjo sonca uporabljali odvečno toploto. Pozimi bi uporabljali samo toliko toplote, da bi se ohranjala suhost sekancev. Poleti pa bi lahko uporabili vso toploto za sušenje sekancev in morda še lesa, ki bi ga lahko prodajali in povečali dobiček. Sušilnica takšne vrste niso poceni, saj naj bi njena investicija znašala približno , pri čemer je možno pridobiti nepovratna sredstva v višini 50 %. Doba vračanja takšne investicije je v primeru ugodnega razmerja med odkupno ceno surovine in ceno sekancev približno 10 let. 8

21 4 KOGENERACIJA Kogeneracija ali soproizvodnja toplotne in električne energije, krajše SPTE, je proces sočasnega pretvarjanja energije goriva v toploto in električno energijo. Za delovanje SPTE uporabimo generator, ki ga poganja plinska ali parna turbina ali plinski motor. Toploto, ki se sprošča pri zgorevanju goriva, zajamemo in koristno uporabimo. Rotacijska kinetična energija motorja se prenaša na vrtenje generatorja, ki proizvaja električno energijo. Sistemi SPTE lahko delujejo tudi na vsa fosilna goriva in obnovljive vire energije (npr. premog, biomasa, zemeljski plin, bioplin ali dizelsko gorivo). Tehnološko napredni sistemi dosegajo skupne izkoristke tudi preko 80 % [13]. Eden od glavnih razlogov zakaj uporabiti kogeneracijo, je njena energetska učinkovitost. Kogeneracija prinaša nižje emisije v okolje, zlasti CO 2, glavnega toplogrednega plina. Ker je gorivo v našem primeru lesna biomasa, lahko uporabimo tudi odpadni material (vejevje). V moji diplomski nalogi bomo kogeneracijo uporabili za ogrevanje stanovanjske hiše, odvečno toploto pa bi porabili za sušilnico, kjer bi sušili sekance in mizarski les. Električno energijo pa bi porabili za lastne potrebe ostalo bi oddajali v omrežje [13]. Prednosti SPTE: - zmanjša obremenitve v električnem omrežju, - zmanjšuje primarne stroške za energijo, - povečuje vrednost nepremičnine [13]. Tehnologije za soproizvodnjo toplotne in električne energije, ki so na voljo: - plinske turbine, - motorji z notranjim zgorevanjem, - turbine z organskim Rankinovim procesom (ORC), - motorji z zunanjim zgorevanjem Stirlingovi motorji. 9

22 Plinske turbine in motorji z notranjim zgorevanjem se uporabljajo za tekoča in plinasta biogoriva [14]. Naprave za soproizvodnjo toplotne in električne energije so moči od 1 kw pa vse do 200 kw. O mikrokogeneraciji govorimo takrat, ko izhodna moč električnega generatorja ne preseže 50 kw. Za mikrokogeneracijo so primerni motorji z notranjim zgorevanjem, zunanjim zgorevanjem (Stirlingovi motorji) in turbine z organskim Rankinovim procesom (ORC) [14]. Motor z notranjim zgorevanjem je pogonska naprava, ki pridobiva energijo s pomočjo notranjega zgorevanja mešanice zraka in goriva. Ločimo dizel motorje in bencinske motorje. Motorje z notranjim zgorevanjem delimo po načinu ustvarjanju zmesi in vžiga. Bencinski motorji obratujejo z bencinskim gorivom. Zmes goriva in zraka se pripravi pred dovodom v zgorevalni prostor. Za vžig so potrebne vžigalne svečke. Dizelski motorji obratujejo z dizelskim gorivom. Zmes nastaja v motorju. Zgorevanje v valjih se začne s samovžigom, ki ga omogoči kompresija. Stirlingov motor deluje v zaprtem krožnem procesu, kjer se delovni plin izmenično stiska v hladnem valju in razteza v vročem valju. Posebnost je, da ima sistem zunanji dovod toplote v vročemu valju, kar daje možnost uporabe vseh vrst biomase kot gorivo. Za delovni medij je najprimernejši vodik, vendar se zaradi težav s tesnjenjem uporablja zrak ali interni plin. Stirlingovi motorji imajo dolgotrajno in zanesljivo obratovanje z malo vzdrževanja, motorji so zelo tihi, vzdrževalni stroški pa so nizki. Take vrste motorjev imajo tudi slabosti, saj so nepreizkušeni, trenutna cena je visoka in imajo težave s tresenjem delovnega medija. Za uporabo so naprave manjše električne moči od 1,5 do 35 kw [14]. Spodnja slika (Slika 4.1) prikazuje shematski prikaz kogeneracije z uporabo Stirlingovega motorja. 10

23 Slika 4.1: Shematski prikaz kogeneracije z uporabo Stirlingovega motorja [14] Kogeneracija na osnovi organskega Rankinovega procesa deluje kot klasični Rankinov krožni proces, s to razliko, da se za delovni medij in vir toplote uporablja vroče olje. Krožni proces poteka tako, da se za uparjanje delovnega sredstva uporablja vroče olje, ki ga segreje kotel na biomaso. Izparjen organski medij ekspandira v turbino, kjer turbina poganja električni generator, ki proizvaja električno energijo. Nato se para kondenzira v kondenzorju in se s pomočjo črpalke vrne v uparjalnik. Ker sistem ORC uparja organske tekočine, je vrtenje turbine nižje, kot če bi uporabljali vodno paro. Organski Rankinov proces ima visok izkoristek (do 90 %) zaradi učinkovitega termodinamičnega procesa. Ima dolgo življenjsko dobo in zaradi nizke mehanske obremenitve so nizke tudi obodne hitrosti [14]. Spodnja slika (Slika 4.2) prikazuje shematski prikaz delovanja biomasnega sistema SPTE na osnovi ORC. Slika 4.2: Shematski prikaz delovanja biomasnega sistema SPTE na osnovi ORC [14] 11

24 5 IZRAČUN TOPLOTNIH IZGUB V HIŠI 5.1 PREDSTAVITEV STANOVANJSKE HIŠE Gre za novo gradnjo stanovanjske hiše, ki še ni dokončana. Je trietažna enostanovanjska hiša. Ogrevani prostori v kleti so: predprostor, kmečka soba, pralnica, stopnišče in WC. V pritličju so ogrevani: hodnik, dnevna soba s kuhinjo in jedilnico, spalnica in kopalnica. V mansardi so spalnica z garderobo, dve sobi in kopalnica. Skupna površina bruto ogrevanih prostorov je 770 m 3, ki bodo ogrevani z radiatorji. V nadaljevanju bomo izračunali toplotne izgube. S tem izračunom bomo lahko določili, kakšna naj bi bila poraba energije za ogrevanje celotne stanovanjske hiše. Sledijo slike (Slika 5.1, 5.2 in 5.3) načrtov enodružinske hiše. Po teh načrtih bomo izračunali toplotne izgube. Slika 5.1: Tloris kleti 12

25 Slika 5.2: Tloris pritličja Slika 5.3: Tloris mansarde 13

26 5.2 TOPLOTNA PREHODNOST STANOVANJSKE HIŠE Poznamo več vrst energij, kot so mehanska, notranja, jedrska Poleg teh energij najdemo tudi toplotno energijo. Toplotna energija je prehodna, ki ob stiku dveh teles spontano prehaja iz telesa višje temperature na telo z nižjo temperaturo. Toploto poznamo v treh oblikah: - prevod ali kondukcija, - prestop ali konvekcija, - sevanje ali radiacija [15]. Proces je lahko sestavljen iz vzporednih in zaporednih prenosov toplote ter ga kot takšnega imenujemo prehod toplote. Toplotna prehodnost nam pove, koliko toplote neka snov prepusti na kvadratni meter svoje površine, saj lahko tako lažje izračunamo, koliko toplote prehaja skozi zid, okna, streho itd [15]. Toplotno prehodnost izračunamo po enačbi: R = R n + R k + R z = R n + + R z ( m 2 K/W ) (5.1) U = ( W/m 2 K ), (5.2) kjer je U toplotna prehodnost (W/m 2 K), R k skupna toplotna upornost konstrukcij (m 2 K/W), d j debelina posameznega homogenega sloja (m), j toplotna prevodnost posameznega materiala stene v prostoru (W/mK), R n notranja toplotna upornost v prostoru (m 2 K/W) in R z zunanja toplotna upornost konstrukcije (m 2 K/W). Toplotne prehodnosti posameznih konstrukcij so med seboj različne zaradi različnih debelin konstrukcij (d) in toplotne prevodnosti materialov ( ). Pri izračunu toplotne prehodnosti bomo upoštevali podatke [16] R n = 0,18 m 2 K/W za notranjo toplotno upornost in R z = 0,24 m 2 K/W za zunanjo toplotno upornost konstrukcije. 14

27 Naslednja tabela (Tabela 5.1) prikazuje sestavo konstrukcije pri zunanji steni. Tabela 5.1: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri zunanji steni Material Debelina d (m) Toplotna prevodnost (W/mK) Apnena malta 0,025 0,99 Mrežasta in votla 0,3 0,61 opeka Kamena volna 0,14 0,036 Baumit lepilo in 0,003 0,8 armirni sloj Baumit lepilo in 0,002 0,8 armirni sloj Baumit 0,003 0,7 R k = 0, R k = 4,59 m 2 K/W U = = 0,21 W/m 2 K Naslednja tabela (Tabela 5.2) prikazuje sestavo konstrukcije pri ravni strehi. Tabela 5.2: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri ravni strehi Material Debelina d (m) Toplotna prevodnost (W/mK) Apnena malta 0,02 0,99 Betoni s kam. agregati 0,1 2,33 Steklena volna 0,17 0,036 Steklena volna 0,08 0,035 KI paroprepustna folija 0,0004 0,19 15

28 R k = 0, R k = 7,25 m 2 K/W U = = 0,14 W/m 2 K Naslednja tabela (Tabela 5.3) prikazuje sestavo konstrukcije pri poševni strehi nad ogrevanim podstrešjem. Tabela 5.3: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri poševni strehi nad ogrevanim podstrešjem Material Debelina d (m) Toplotna prevodnost (W/mK) Apnena malta 0,02 0,99 Beton s kam. 0,1 2,33 agregati Steklena volna 0,17 0,036 Steklena volna 0,08 0,035 Paroprepustna folija 0,0004 0,19 R k = 0, R k = 7,25 m 2 K/W U = = 0,14 W/m 2 K 16

29 Naslednja tabela (Tabela 5.4) prikazuje sestavo konstrukcije pri tleh na terenu. Tabela 5.4: Sestava konstrukcije iz materialov in njihove lastnosti pri tleh na terenu Material Debelina d (m) Toplotna prevodnost (W/mK) Betoni s kam. 0,1 2,04 agregati Kamena volna 0,08 0,04 KI parna zapora 0,0002 0,19 Betoni s kam. 0,06 1,51 agregati Parket 0,02 0,21 R k = 0, R k = 2,36 m 2 K/W U = = 0,42 W/m 2 K 5.3 TRANSMISIJSKE TOPLOTNE IZGUBE STANOVANJSKE HIŠE Transmisijske izgube zaradi prehoda toplote skozi ovoj stavbe lahko imenujemo tudi toplotne izgube. Odvisne so od površine in toplotne prevodnosti posameznega elementa in klimatskih pogojev. S pomočjo posameznih elementov (tla, okna, stene ) in njihovih toplotnih prevodnosti lahko izračunamo potrebno energijo za ogrevanje. Transmisijske izgube so tem manjše, čim bolj je izoliran ovoj stavbe [17]. Enačba za izračun transmisijskih izgub: T = U A ( T i e ) (W), (5.3) 17

30 kjer je U toplotna prehodnost (W/m 2 K), T transmisijske toplotne izgube (W), A površina elementa (m 2 ), T i notranja temperatura stanovanjske hiše ( C) in e zunanja projektna temperatura stanovanjske hiše ( C). Pri izračunu toplotnih izgub bomo upoštevali podatke: notranjo temperaturo stanovanjske hiše (T i = 20 C) in zunanjo projektno temperaturo stanovanjske hiše ( e = 10 C). Naslednja tabela (Tabela 5.5) prikazuje transmisijske toplotne izgube stanovanjske hiše. Tabela 5.5: Transmisijske toplotne izgube stanovanjske hiše Konstrukcija Površina A (m 2 ) Toplotna prehodnost U (W/m 2 K) Transmisijske izgube T (W) Zunanja stena 193,05 0, ,21 Ravna streha 31,75 0,14 133,35 Poševna streha nad 53,35 0,14 224,07 ogrevanim prostorom Tla na terenu 93,3 0, ,58 Okna 10,03 0,95 285,85 Strešno okno 0,62 1,16 21,57 Vrata 14,20 1,25 532, ,13 Skupne transmisijske izgube znašajo T = 3589,13 W. 18

31 5.4 VENTILACIJSKE TOPLOTNE IZGUBE»Prezračevalne toplotne izgube so izgube zaradi izmenjave zraka med zgradbo in okolico. Nastajajo pri namenskem prezračevanju (prezračevanje oken) in namensko prezračevanje (špranje, fuge).«novejša okna zmanjšajo prezračevalne izgube, vendar imajo tudi slabo lastnost, saj v objekt ne dovajajo dovolj potrebne količine svežega zraka. Če je stavba premalo prezračevana, pride lahko do plesni. Če pa je stavba preveč prezračevana, lahko pride do prevelikih ventilacijskih izgub in do prevelike izgube energije [18]. Pravilnik o toplotni zaščiti in učinkoviti rabi v stavbah predpisuje urne izmenjave zraka od 0,5 do 0,7 l/h [18]. Ventilacijske toplotne izgube izračunamo po enačbi: kjer je V = V o c p ( T i e ) (W), (5.4) V izguba toplote zaradi ventilacije (W), V o volumen prostora za izračun (m 3 ), n faktor prezračevanja (l/h), gostota zraka (kg/m 3 ), c p specifična toplota zraka (J/kgK), T i notranja temperatura stanovanjske hiše ( C) in e zunanja projektna temperatura stanovanjske hiše ( C). Za izračun ventilacijskih toplotnih izgub bomo upoštevali naslednje podatke: e = 10 C = 263 K T i = 20 C = 293 K = 1,164 kg/m 3 c p = 1013 J/kgK n = 0,5 l/h V o = 616 m 3 19

32 V = 616 m 3 kg/m 3 J/kgK ( 293K 263 K ) V = 3026,43 W Skupne toplotne izgube stanovanjske hiše: N = T + V =3589,13 W +3026,43 W = 6615,56 W 5.5 LETNA POTREBNA TOPLOTA ZA OGREVANJE STANOVANJSKE HIŠE Za ogrevanje sanitarne vode je potrebno določiti toplotno moč. Ena oseba za ogrevanje sanitarne vode porabi približno 50 l/dan, voda je segreta na 45 C. Pri ogrevanju osmih ur pride do 0,25 kw dodatnega bremena na osebo. Predvidena je oskrba 4 oseb [19]. w = 4 0,25 kw = 1 kw Za ogrevanje sanitarne vode potrebujemo toplotno moč 1000 W. Skupna toplotna izguba znaša 6615,56 W, k temu je potrebno dodati še 1000 W za ogrevanje sanitarne vode. CEL = N + W (5.5) CEL = 6615,56 W W = 7615,56 W Toplotna moč stanovanjske hiše znaša P H = 7615,56 W. Z izračunom toplotnih izgub, smo izračunali, da toplotna moč stanovanjske hiše znaša P H = 7615,56 W. S programom KNAUFINSULATION, pa smo izračunali, da toplotna moč stanovanjske hiše znaša P H = 7354 W. Spodnja tabela (Tabela 5.6) prikazuje primerjavo izračuna toplotne moči stanovanjske hiše med našim izračunom in izračunom s pomočjo programa KNAUFINSULATION. 20

33 Tabela 5.6: Primerjava izračuna Izračun Toplotna moč P H (W) Naš izračun 7615,56 Izračun s programom KNAUFINSULATION SKUPNA TOPLOTNA ENERGIJA ZA OGREVANJE STANOVANJSKE HIŠE Pri izračunu skupne toplotne energije skozi celo leto smo si pomagali s programom KNAUFINSULATION. Ugotovili smo, da za ogrevanje tople vode potrebujemo 6459 kwh/a, za ogrevanje stanovanjske hiše pa kwh/a. Tako skupna toplotna energija za stanovanjsko hišo znaša kwh/a [20]. Spodnje slike prikazujejo (Slika 5.4, 5.5 in 5.6) skico ogrevalnega sistema. Ta sistem je priključen na kurilno napravo, s katero ogrevamo radiatorje in sanitarno vodo. Kurilna naprava je priključena na Schiedel dimnik, dimenzije 40/40 cm, premera 21 cm, ki je prikazan na sliki (Slika 5.7). Slika 5.4: Prikaz ogrevalnega sistema za klet 21

34 Slika 5.5: Prikaz ogrevalnega sistema za pritličje Slika 5.6:Prikaz ogrevalnega sistema za mansardo 22

35 Slika 5.7: Schiedel dimnik [21] 23

36 6 KOGENERACIJA NA LESNO BIOMASO VOLTER 30 V tem delu poglavja diplomske naloge bomo opisali kogeneracijski sistem, podjetja Volter iz Finske. Sistem Volter 30 je v Sloveniji najmanjša enota SPTE na lesno biomaso. V Sloveniji to podjetje zastopa Artim d.o.o. Mikrokogeneracijska naprava deluje na osnovi notranjega zgorevanja, ki poganja generator električne energije. Odpadna toplota pri hlajenju motorja, generatorja in izpušnih plinov se izkoristi za ogrevanje prostorov in sanitarne vode. Elektriko, ki se ob tem proizvaja, pa se lahko odda v omrežje ali porabi za lastne potrebe. 6.1 GLAVNE KOMPONENETE VOLTER 30 Glavne komponente Volter 30 lahko vidimo na spodnjih slikah (Slika 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 in 6.5) Zalogovnik za sekance Zalogovnik za sekance je v našem primeru zgrajen v obliki koritastega silosa. Sekanci preko verižnega in polžnega transporterja potujejo do celične zapore. Ta prepreči vstop odvečnega zraka v reaktor in pred povratnim ognjem v zalogovnik. Nato sekance doziramo preko polžnega transporterja v uplinjevalni reaktor [22]. Slika 6.1: Transport sekancev in uplinjevalnik [22] 24

37 6.1.2 Uplinjanje lesne biomase Pri sistemu Volter 30 je uporabljen sotočni uplinjevalnik. Lesno gorivo doziramo od zgoraj in se premika navzdol. Pred uplinjanjem je potrebnih več procesov: - Sušenje, kjer se s pridobljeno toploto pri zgorevanju izloča voda iz biomase. Za sušenje je temperatura 150 C. - Piroliza (termični razpad ), pri katerem pride do razkroja biomase brez kisika. To poteka pri visoki temperaturi od 200 do 600 C. Pri pirolizi nastanejo sintezni plini in oglje. - Zgorevanje je proces popolne oksidacije. Medij je lahko zrak, para ali zmes obeh. - Redukcija (uplinjanje) je faza, v katero vstopa oglje, ki je nastalo s pirolizo [22]. Pri tem v reaktorju pride do zelo visoke temperature nad 1000 C, kar povzroči razpad katrana. Ostaneta samo čist plin in pepel, ki se odstranjuje avtomatsko v kontejner. Pri tem se čisti plin s pomočjo plinskih turbin za proizvodnjo električne energije. Lesni plin, ki nastane v uplinjevalniku, je mešanica gorljivega sintetičnega plina metana, vodika, ogljikovega monoksida, ogljikovega dioksida, kisika in dušika [23]. Slika 6.2: Uplinjanje lesne biomase Volter 30 [22] 1. dovod zraka, 2. polnjenje sekancev, 3. predgretje goriva, 4. termični razpad (piroliza), 5. izhod plina, 6. odstranjevanje pepela 25

38 6.1.3 Čiščenje in ohlajanje lesnega plina Lesni plin, ki prihaja iz uplinjevalnika, ima temperaturo od 500 do 600 C. Plin iz uplinjevalnika gre najprej skozi prvo stopnjo hlajenja. Sedaj je dovolj ohlajen za suho čiščenje plina na prašne delce. Plin je nato iz prašnega filtra speljan do vodnega spiranja, kjer se odstranijo še najmanjše nečistoče. Toplotni izmenjevalec nato ohladi plin na sobno temperaturo [22]. Slika 6.3: Čiščenje in ohlajanje lesnega plina [22] 1. toplotni izmenjevalec 1, 2. prašni filter, 3. spiranje plina, 4. toplotni izmenjevalec 2, 5. vstop plina v enoto SPTE Kogeneracijska enota Ohlajen in očiščen lesni plin vstopa v Agco Sisu Power 4,9 L, motor z notranjim zgorevanjem. Ta plin deluje kot pogonski plin. Motor poganja električni generator, ki proizvaja zeleno energijo 50 Hz, 28 kw moči. Toploto dobimo iz hlajenja motorja in iz izpušnih plinov [22]. 26

39 Slika 6.4: Motor Agco Sisu Power 4,9 L in generator [22] 1. vstop plina v motor, 2. toplotni izmenjevalec, 3. izpušni plini, 4. elektrika iz generatorja Slika 6.5: Daljinski nadzor delovanja enote SPTE [22] SPTE na lesno biomaso Volter 30 lahko deluje brez prisotnosti človeka. Delovanje lahko upravljamo preko internetne povezave. Če pride do kakšnega zastoja ali napake, pa nam sporoči na GSM [22]. 27

40 6.2 TEHNIČNI PODATKI NAPRAVE VOLTER 30 V spodnji tabeli (Tabela 6.1) so prikazani tehnični podatki naprave Volter 30. Tabela 6.1: Tehnični podatki naprave Volter 30 [22] Model SPTE na lesno biomaso Volter 30 Gorivo Suhi lesni sekanci Vsebnost vode % Velikost sekancev 8 mm sekanci 50 mm Poraba sekancev pri nazivni moči 30 kg/h Mere SPTE Kontejner dolžina 6 m, širina 2,5 m in višina 2,5 m Transport sekancev Transportni polž Motor in generator Agcu Sisu Power 4,9 L, 4 cyl., Indukcijski asinhronski motor 35 kw Izhodna moč SPTE Električna moč 28 kw, toplotna moč 80 kw Izkoristek naprave 80 % Izkoristek električni 23 % Izkoristek toplotni 57 % Temperatura toplotnega kroga C Poraba sekancev Približno 3,5 m 3 sekancev/dan pri 100-odstotnem delovanju Avtomatika Schneider electric daljinski nadzor preko spleta Potrebne povezave Električni kabel, toplovodna napeljava in internetna povezava Odstranjevanje pepela Avtomatsko čiščenje pepela v kontejner 0,5 kg/h Maksimalno delovanje 7500 h/leto Interval vzdrževanja 5 7 dni Življenjska doba 15 let Spodnja slika (Slika 6.6) prikazuje vezavo mikrokogeneracijske naprave Volter 30 na stanovanjsko hišo. Električna energija se oddaja v omrežje. Vodo, ki smo jo segreli z ohlajanjem motorja z notranjim zgorevanjem (MNZ), generatorja (G) in izpušnih plinov, vodimo v hranilnik toplote (H1 in H2). Iz hranilnika toplote 1 uporabimo toplo vodo za ogrevanje stanovanjske hiše, iz hranilnika toplote 2 pa za ogrevanje sanitarne vode. Presežno 28

41 toploto pa uporabimo za sušilnico. Iz radiatorjev in iz sušilnice se vrača ohlajena voda v SPTE. Slika 6.6: Prikaz vezave mikrokogeneracijske naprave Volter 30 na stanovanjsko hišo Spodnja tabela (Tabela 6.2) prikazuje dimenzije objektov katere uporabljamo v sistemu kogeneracije. Tabela 6.2: Dimenzije objektov Objekti Zalogovnik SPTE Sušilnica Stanovanjska hiša Mere Dolžina 5 m, širina 4 m Dolžina 6 m, širina 2,5 m Dolžina 10 m, širina 5 m Dolžina 8,15 m, širina 11 m 29

42 7 PODPORE NAPRAVE SPTE Soproizvodnja toplotne in električne energije na lesno biomaso je finančno zelo zahteven projekt. Za realizacijo takšnega projekta bi bilo zelo dobro pridobiti nepovratna sredstva ali druge finančne spodbude, saj je že v začetni fazi potrebno vložiti veliko denarja. V nadaljevanju bomo pogledali, kakšne vrste podpore lahko pridobimo. 7.1 VRSTA PODPORE Upravičenec se v vlogi odloči, na kakšen način bo pridobival podporo s strani Centra za podpore. Odločbo o dodelitvi podpore pošlje Javni agenciji RS za energijo. Odloči se lahko za naslednje podpore: - OP obratovalna podpora, - ZO zagotovljen odkup [24]. Obratovalna podpora za upravičenca pomeni, da ima sklenjeno odprto pogodbo z dobaviteljem [24]. Če prodajalec želi zagotovljen odkup, pomeni vstop v bilančno skupino Centra za podpore, ki deluje v sklopu Borzena. V tem primeru prodaja električno energijo Centru za podpore in mu izstavlja enoten račun po ceni za zagotovljen odkup, torej nima in ne sme imeti sklenjene ločene tržne pogodbe za prodajo električne energije [24].»Proizvajalec hkrati ne more prejemati obeh podpor. Pravico izbiro vrste podpore imajo OVE enote do 5 MW (po EZ 1: 1MW) ter SPTE enote do 1 MW, razen vseh vrst sosežiga lesne biomase, kjer zagotovljen odkup ni možen. Obratovalno podporo lahko prejemajo le večje enote [24].«30

43 7.2 VELIKOSTNI RAZREDI PROIZVEDENIH NAPRAV»Glede na nazivno električno moč proizvodne naprave SPTE se naprave delijo na velikostne razrede: - mikro: nazivne električne moči manjše od 50 kw, - male: nazivne električne moči manjše od 1 MW, - srednje nižje: nazivne električne moči od 1 MW do vključno 5 MW, - srednje višje: nazivne električne moči nad 5 MW do vključno 25 MW, - velike nižje: nazivne električne moči nad 25 MW do vključno 50 MW, - velike višje: nazivne električne moči nad 50 MW do 200 MW, - proizvodne naprave nazivne električne moči 200 MW in več [25].«7.3 RAZVRSTITEV V SKUPINE GLEDE NA ŠTEVILO OBRATOVALNIH UR PROIZVODNIH NAPRAV SPTE Za določanje podpore se proizvodne naprave SPTE glede na število obratovalnih ur razvrstijo v dve skupini: - v prvi skupini so naprave, ki v SPTE z visokim izkoristkom obratujejo do 4000 ur, - v drugi skupini so naprave, ki v SPTE z visokim izkoristkom obratujejo več kot 4000 ur na leto [25]. V prvo skupino se uvrščajo naprave, kjer je obratovanje sezonsko (kurilna sezona), v drugo skupino pa so uvrščene naprave, ki presegajo obratovalne ure iz prve skupine [25]. 7.4 VIŠINA PODPORE Višina obratovalne podpore se določi na podlagi referenčnih stroškov. Sestavljeni so iz spremenljivih in nespremenljivih referenčnih stroškov [24]. Referenčni stroški = nespremenljivi referenčni stroški + spremenljivi referenčni stroški 31

44 Nespremenljivi del referenčnih stroškov se metodološko določa vsakih 5 let, lahko tudi prej, če se spremenijo investicijski stroški. Določeni so na podlagi stroškov investicije in obratovalnih stroškov [24]. Spremenljivi referenčni stroški so tisti stroški, kjer vhodni energent predstavlja finančni strošek. Sprememba stroškov, ki jih določa Javna agencija RS za energijo, se spreminja letno glede na referenčne tržne cene električne energije in vhodnih energentov [24]. V nadaljevanju bosta prikazani tabeli (Tabela 7.1 in 7.2) za izračun višin podpor za leto Tabela 7.1: Proizvodne naprave SPTE na lesno biomaso obratovanje do 4000 obratovalnih ur na leto [24] SPTE lesna biomasa do 4000 OU Spremenljivi stroški SDRS (0) Faktor B Referenčni stroški 2016 Cena ZO (EUR/MWh) Cena OP (EUR/MWh) Mikro manjše od 50 kw (indiv. obravnava) 0,85 (indiv. obravnava) (indiv. obravnava) (indiv. obravnava) Tabela 7.2: Proizvodne naprave SPTE na lesno biomaso obratovanje več kot 4000 obratovalnih ur na leto [24] SPTE lesna biomasa do 4000 OU Spremenljivi stroški SDRS (0) Faktor B Referenčni stroški 2016 Cena ZO (EUR/MWh) Cena OP (EUR/MWh) Mikro manjše od 50 kw (indiv. obravnava) 0,9 (indiv. obravnava) (indiv. obravnava) (indiv. obravnava) 32

45 8 IZRAČUN REFERENČNIH STROŠKOV Referenčne stroške smo opisali že v poglavju 7.4. V tem delu bomo te vrste stroškov tudi izračunali, saj pri Borzenu za izračun višine podpore ni podanih nobenih stroškov, tudi ne višina podpor za mikrokogeneracijske naprave. Ker so te naprave manjše, jih je potrebno individualno izračunati. Za izračun referenčnih stroškov si bomo pomagali z gradivom, ki ga je pripravil Inštitut Jožef Štefan [26]. Naša naprava spada med mikrokogeneracije, saj je njena električna moč 28 kw. Kot smo že omenili, se podpore določajo glede na število obratovalnih ur. Naprava bi obratovala več kot 4000 ur, zato spada v drugo skupino, za katero velja, da bo obratovala 5500 ur na leto. Napravo ne bomo uporabljali samo za ogrevanje stanovanjske hiše, ampak bomo toploto uporabljali tudi za sušilnico, kjer bomo sušili sekance in les. Za izračun potrebujemo še nekaj podatkov, ki jih bomo prikazali v naslednjih tabelah (Tabela 8.1 in 8.2). Tabela 8.1: Investicijski stroški INVESTICIJSKI STROŠKI VREDNOST (EUR) Volter Gradbena dela Montaža in preklop 3000 Dokumentacija 5000 Stroj za sekance 8000 Sušilnica SKUPAJ Tabela 8.2: Ekonomski parametri naložbe EKONOMSKI PARAMETRI NALOŽBE OBRATOVALNE URE NAD 4000 Cena lesne biomase 10,86 /MWh»se nadaljuje«33

46 »nadaljevanje«cena toplote 48 /MWh Diskontna stopnja 12 % Amortizacijska doba 10 let Vzdrževanje 3 % Stroški zavarovanja 1,2 % 4152 Obratovalni stroški 0,8 % REFERENČNI STROŠKI Referenčni stroški predstavljajo celotne letne stroške delovanja posameznih tipičnih proizvodnih naprav SPTE. Stroški so izraženi v /MWh el [26]. RSEE = ( /MWh el ), (8.1) kjer so STROŠKI ( ) = letni investicijski stroški + obratovalni stroški+ stroški goriva, PRIHODKI ( ) = prodaja toplote + druge koristi ELEKTRIČNA EN. = letna proizvedena električna energija (MWh) ELEKTRIČNA EN. = instalirana moč (MW el ) letne obratovalne ure (h) (8.2) Referenčni stroški električne energije so razdeljeni v dva dela: RSEE = NDRS + SDRS (8.3) 1. NDRS nespremenljiv del RSEE ( /MWh el ) - investicijski stroški (anuiteta) - obratovalni stroški (brez stroškov goriva) 34

47 NDRS = ( /MWh el ) (8.4) 2. SDRS spremenljiv del RSEE ( /MWh el ) - stroški goriva prihodki (toplota in druge koristi) SDRS = ( /MWh el ) (8.5) REZULTATI: ELEKTRIČNA EN. = 0,028 MW el 5500 h = 154 MWh RSEE = = 438,27 /MWh NDRS = = 510 /MWh SDRS = = -71,73 /MWh RSEE = NDRS + SDRS = 510 /MWh 71,73 /MWh = 438,27 /MWh 8.2 INVESTICIJSKI STROŠKI Investicijski stroški vključujejo celotne investicijske stroške za izvedbo projekta soproizvodnje. Stroške smo navedli v tabeli 8.1. Pri določanju RSEE so upoštevani letni stroški investicije, ki jih določimo z anuitetno metodo. A n = I 0 a r,n, (8.6) 35

48 kjer je A n letni investicijski strošek ( ), I 0 celotni investicijski strošek ( ), a r,n anuitetni faktor. a r,n =, (8.7) kjer je r diskontna stopnja, n ekonomska doba projekta (letih). REZULTATI: a r,n = = 0,177 A n = I 0 a r,n = ,177 = STROŠKI OBRATOVANJA IN VZDRŽEVANJA Stroški obratovanja in vzdrževanja (O&V) vključujejo vse obratovalne in vzdrževalne stroške. Med stroške spadajo stroški vzdrževanja opreme (redno in investicijsko vzdrževanje) ter stroški zavarovanja in drugi obratovalni stroški (zavarovanje, material, storitve). Strošek dela pri nas ne bo potreben, saj ne bomo imeli nobenega zaposlenega. Napravo bomo upravljali sami [26]. Iz tabele 8.2 vidimo, da bi za našo napravo letni stroški vzdrževanja znašali 10380, stroški zavarovanja 4152 in stroški obratovanja

49 8.4 STROŠKI GORIVA Stroški goriva za proizvodne naprave SPTE pri določanju referenčnih stroškov električne energije temeljijo na podlagi napovedi referenčnih tržnih cen energije [26]. Letni strošek goriva se izračuna po enačbi: Letni stroški goriva ( ) = poraba goriva (MWh) cena goriva ( /MWh) (8.8) Po spodnji enačbi dobimo porabo goriva: Poraba goriva (MWh) = obratovalne ure (h) (8.9) Cena lesne biomase C LB (zeleni sekanci) je sestavljena iz dveh delov: - referenčna izhodiščna tržna cena (EUR/kg), - dodatni stroški, skladiščenja ter transporta. V našem primeru za izračun ne bomo vzeli cene, ki jo objavi Agencija za energijo. V naši ceni lesne biomase bomo upoštevali samo mletje sekancev, kajti les, iz katerega bomo izdelovali sekance, je iz naših gozdov. Za mletje sekancev smo upoštevali obrabo traktorja, stroja za sekance in gorivo za traktor. Tako bo naša cena lesne biomase znašala /MWh. REZULTATI: Poraba goriva = 5500 h = 669,56 MWh Letni stroški goriva = 669,56 MWh 10,86 /MWh = 7271, VREDNOST TOPLOTE IZ SOPROIZVODNJE Toplota je glavna prednost soproizvodnje in predstavlja prihodek iz obratovanja. 37

50 Za določitev koristne izrabe toplote proizvodne naprave SPTE na lesno biomaso se uporabi enačba: VT(i) = ( /MWh), (8.10) kjer je VT(i) vrednost toplote za leto (i), C LB (i) cena lesne biomase za leto (i), 0,86 izkoristek ločene proizvodnje toplote. Koristna toplota se izračuna po enačbi: Koristna topl.(mwh) = nazivna el. moč(mw el ) obrat. ure (h) (8.11) Letni prihodek zaradi koristne proizvedene toplote se izračuna po enačbi: Prihodek toplote ( ) = koristna topl. (MWh) vrednost topl. ( /MWh) (8.12) REZULTATI: VT(i) = = 48 /MWh Koristna toplota = 0,028 MW 5500 h = 381,65 MWh Prihodek toplote = 381,65 MWh 48 /MWh = 18319,2 38

51 8.6 DOLOČITEV VIŠINE PODPOR Zagotovljen odkup Cena za zagotovljen odkup (CZO) je sestavljena iz dveh delov: - nespremenljivega dela CZO je enak nespremenljivemu delu RSEE, - spremenljivega dela CZO je enak spremenljivemu delu RSEE, določenem za tekoče leto [26]. Višino zagotovljenega odkupa se izračuna po enačbi: Višina zagotovljenega odkupa ( ) = NDRS ( ) + SDRS ( ) (8.13) REZULTATI: Višina zagotovljenega odkupa = 510 /MWh 71,73 /MWh = 438,27 /MWh Obratovalne podpore»obratovalne podpore lahko pokrijejo razliko med RSEE, proizvodne naprave SPTE ter tržno ceno električne energije, ki jo proizvodna naprava SPTE doseže na trgu z električno energijo [26].«Tržna cena je odvisna od časovnega obsega in načina obratovanja naprave (letno število obratovalnih ur), stalnosti proizvodnje (nihanja, prekinitve, izpadi), stroškov odstopanj od voznih redov in velikosti naprave in njene tržne moči [26]. Za posamezne dejavnike velikostnih razredov in obratovalnih ur proizvodnih naprav odraža faktor B. Tržno ceno, ki jo proizvodna naprava SPTE doseže na trgu z električno energijo, določimo z enačbo: C ElSPTE = C ElRef B ( /MWh), (8.14) 39

52 kjer je C ElSPTE - tržna cena, ki jo proizvodna naprava lahko doseže na trgu z el. energijo, C ElRef referenčna tržna cena el. energije in poročila Agencije o referenčnih tržnih cenah ( /MWh) za leto 2016 [24], B faktor B korekcije tržne cene električne energije. Letno določanje obratovalne podpore glede na določene RSEE ter glede na napoved referenčne cene električne energije izraža naslednja enačba: OP j (i) = RSEE j (i) C ElRef (i) B j ( /MWh), (8.15) kjer je OP j (i) obratovalna podpora za tekoče leto i ( /MWh), RSEE j (i) določeni RSEE za tekoče leto ( /MWh), C ElRef (i) napoved referenčne tržne cene električne energije iz poročila Agencije za leto 2016 [24], B j faktor B korekcije tržne cene električne energije. REZULTATI: C ElSPTE = C ElRef B = 36,89 /MWh 0,9 = 33,20 /MWh OP j (i) = 438,27 /MWh 33,20 /MWh = 405,07 /MWh 8.7 LETNI PRIHODEK OD ELEKTRIČNE ENERGIJE Letni prihodek od električne energije izračunamo po spodnji enačbi: El. energija = letno proizvedena el. energija(mwh) cena odkupa ( /MWh) (8.16) 40

53 REZULTATI: El. energija = 154 MWh 438,27 /MWh = 67493, PORABA LESNE BIOMASE NA LETO Poraba lesne biomase na leto se izračuna po naslednji enačbi. kjer je LB LETO = LB (kg/h) t (h) (kg), (8.17) LB LETO količina lesne biomase na leto, LB poraba lesne biomase na uro, t obratovalne ure, Izk izkoristek SPTE naprave. REZULTATI LB LETO = 30 (kg/h) 5500 h = kg 8.9 EKONOMSKI IZRAČUN Sedaj, ko smo izračunali vse stroške in prihodke, nas zanima, v kolikšnem času se bo investicija povrnila. Prihodke smo dobili pri električni energiji in toplotni energiji. Prihodki = el. energija + topl. energija (8.18) = 67493, ,2 = 85812,78 Da bomo lahko izračunali čiste prihodke, je potrebno odšteti letne stroške (stroški goriva, vzdrževanja, zavarovanja in obratovanja). 41

54 85812, ,42 = 61241,36 V naslednji tabeli (Tabela 8.3) bomo prikazali amortizacijski načrt investicije, v katerem smo toploto prodajali po 48 /MWh. Tabela 8.3: Amortizacijski načrt (48 /MWh) Leto Finančni tok Komulativa fin. toka Investicija , , , , , , , , , , , ,16 Iz tabele (Tabela 8.3) lahko razberemo, da se nam investicija povrne v sedmih letih. V spodnji tabeli (Tabela 8.4) je prikazan amortizacijski načrt pri prodaji toplote za 20 /MWh. Tabela 8.4: Amortizacijski načrt (20 /MWh) Leto Finančni tok Komulativa fin. toka Investicija , , , , , , , , , , , , , ,12 Po amortizacijskem načrtu smo ugotovili, da če prodajamo toploto po 20 /MWh, se nam doba povračila investicije podaljša za eno leto, torej na osem let. 42