Embed Size (px)
Citation preview
Pregled kogenerativnih tehnologija korištenja biomase sa uputstvom za korištenje softvera za
analizu isplativosti1 – 2. izdanje
Maj 2017
Pripremili: Fahrudin Kulić i Dušan Gvozdenac
Mišljenja i izjave autora ovog teksta navedene u dokumentu ne oslikavaju nužno mišljenja
Američke agencije za međunarodni razvoj ili Vlade Sjedinjenih Američkih Država.
1 Ovaj dokument predstavlja prvi nacrt izvještaja koji će se kontinuirano ažurirati tokom trajanja projekta.
2
SADRŽAJ
1 UVOD ............................................................................................................................................ 6
2 korištenje biomase u entitetskim akcionim planovima................................................................ 7
2.1 Korištenje biomase u Akcionom planu Federacije BiH ......................................................... 7
2.1.1 Garantovane otkupne cijene za biomasu u FBiH .................................................. 8
2.2 Korištenje biomase u Akcionom planu Republike Srpske ..................................................... 9
2.2.1 Garantovane otkupne cijene za biomasu u RS .................................................... 10
3 BIOMASA ..................................................................................................................................... 12
3.1 Drvna biomasa ..................................................................................................................... 12
3.2 Vlažna biomasa .................................................................................................................... 16
4 POJEDNOSTAVLJENI POSTUPAK ANALIZE ENERGETSKIH SISTEMA ............................................ 17
4.1 Godišnja ili sezonska efikasnost energetskih sistema ......................................................... 19
4.2 Energetski sistem fabrike medijapana ................................................................................ 19
5 EKONOMSKA ANALIZA ISPLATIVOSTI PROJEKTA ........................................................................ 20
5.1 Ekonomski parametri .......................................................................................................... 20
6 KOMERCIJALNE TEHNOLOGIJE KORIŠTENJA BIOMASE .............................................................. 25
7 DIREKTNO SAGORIJEVANJE SA PARNIM CIKLUSOM ................................................................... 25
7.1 Postrojenja sa kondenzacionom turbinom sa jednim regulisanim oduzimanjem .............. 26
7.2 Generator pare (kotao) ....................................................................................................... 29
8 GASIFIKACIJA I GASNI MOTORI ................................................................................................... 30
8.1 Tehnički opis postrojenja i procesa ..................................................................................... 30
8.1.1 Vrste gasifikatora ................................................................................................ 32 8.1.2 Hlađenje i prečišćavanje gasa ............................................................................. 34 8.1.3 Gasni motor i generator električne energije ....................................................... 34
9 DIREKTNO SAGORIJEVANJE SA ORGANSKIM RANKINOVIM CIKLUSOM (ORC) .......................... 35
9.1 Opis postrojenja .................................................................................................................. 35
9.2 Prednosti ORC turbina ......................................................................................................... 36
10 PROIZVODNJA BIOGASA I GASNI MOTORI ................................................................................. 37
10.1 Proces proizvodnje biogasa ................................................................................................. 37
10.2 Prinos biogasa različitih organskih materijala ..................................................................... 38
10.3 Postrojenja za proizvodnju biogasa ..................................................................................... 39
11 UPUTSTVA ZA KORIŠTENJE SOFTVERA ZA ANALIZU ISPLATIVOSTI ............................................. 42
11.1 Početni koraci ...................................................................................................................... 42
11.2 Profil .................................................................................................................................... 44
11.3 Softverski moduli za tehnologije ......................................................................................... 45
11.3.1 Opći podaci ......................................................................................................... 45 11.3.2 Parna turbina ...................................................................................................... 50
12 ZAKLJUČAK .................................................................................................................................. 57
3
LITERATURA ........................................................................................................................................ 58
POPIS SLIKA
Slika 3.1 Mjerne jedinice zapremine drveta [29] ............................................................................... 13
Slika 4.1 Šema kompleksnog energetskog sistema ............................................................................ 18
Slika 4.2 Šema energetskog Sistema u drvno-prerađivačkom postrojenju [31] ................................ 20
Slika 7.1 Šema postrojenja sa kondenzacionom turbinom sa jednim regulisanim oduzimanjem (a) i
postrojenja sa protivpritisnom turbinom (b) ..................................................................................... 26
Slika 7.2 Osnovna šema parnoturbinskog postrojenja ...................................................................... 28
Slika 8.1 Postrojenje za gasifikaciju drvne biomase ........................................................................... 31
Slika 8.2 Suprotnosmjerni gasifikator ................................................................................................ 32
Slika 8.3 Istosmjerni gasifikator ......................................................................................................... 33
Slika 8.4 Unakrsni gasifikator ............................................................................................................. 33
Slika 8.5 Šema procesa ....................................................................................................................... 34
Slika 9.1 Generalna šema ORC postrojenja ........................................................................................ 36
Slika 10.1 Vertikalna i horizontalna konstrukcija digestora ............................................................... 39
Slika 10.2 Tipsko postrojenje za proizvodnju biogasa ....................................................................... 40
Slika 10.3 Šema kogenerativnog postrojenja ..................................................................................... 41
Slika 10.4 Šema toka sirovina i proizvoda biogasnog postrojenja ..................................................... 41
Slika 11.1 Početna strana softvera za analizu isplativosti investicija ................................................. 42
Slika 11.2 Registracija korisnika ......................................................................................................... 43
Slika 11.3 Prijava korisnika ................................................................................................................. 44
Slika 11.4 Profil korisnika ................................................................................................................... 44
Slika 11.5 Modul Parna turbina na početnoj stranici ......................................................................... 45
Slika 11.6 Opći podaci u modulu Parna turbina ................................................................................. 46
Slika 11.7 Pomoć za parametar .......................................................................................................... 47
Slika 11.8 Unos vrijednosti parametra izvan normalnog opsega ...................................................... 48
Slika 11.9 Parametri parne turbine .................................................................................................... 51
Slika 11.10 Parametri parnog kotla .................................................................................................... 52
Slika 11.11 Investicioni troškovi parnog postrojenja ......................................................................... 53
Slika 11.12 Operativni troškovi parnog postrojenja .......................................................................... 54
Slika 11.13 Energetski i finansijski parametri parnog postrojenja ..................................................... 55
Slika 11.14 NPV i IRR i parnog postrojenja ......................................................................................... 56
4
POPIS TABELA
Tabela 2.1 Podsticana proizvodnja el. energije iz biomase 2012. do 2015. godine u FBIH [1] ........... 7
Tabela 2.2 Podsticana proizvodnja el. energije iz biomase 2016. do 2020. godine u FBIH [1] ........... 7
Tabela 2.3 Garantovane otkupne cijene za el. energiju iz biomase u FBIH [19] ................................. 8
Tabela 2.4 Pregled podsticane proizvodnje el. energije iz biomase 2009. do 2014. godine u RS [2] . 9
Tabela 2.5 Pregled podsticane proizvodnje el. energije iz biomase 2015. do 2020. godine u RS [2] . 9
Tabela 2.6 Garantovane otkupne cijene u KM/kWh za el. energiju iz biomase u RS [18]................. 11
Tabela 2.7 Garantovane otkupne cijene za elektrane na čvrstu biomasu u BiH ............................... 11
Tabela 2.8 Garantovane otkupne cijene za elektrane na biogas u BiH ............................................. 12
Tabela 3.1 Stope konverzije drvne biomase [29] ............................................................................... 13
Tabela 3.2 Zavisnost mokrog udjela i vlažnosti.................................................................................. 14
Tabela 3.3 Nasipna gustoća i vlažnost glavnih čvrstih biogoriva [29] ................................................ 15
Tabela 3.4 Masena i nasipna gustoća glavnih vrsta drveta u zavisnosti od vlažnosti [29] ................ 15
Tabela 3.5 Toplotne moći drvne biomase.......................................................................................... 16
Tabela 3.6 Tipičan sastav biogasa ...................................................................................................... 17
Tabela 8.1 Sastav gasa dobivenog gasifikacijom uglja i biomase ...................................................... 32
Tabela 10.1 Svojstva i prinos biogasa iz stajnjaka domaćih životinja ................................................ 38
Tabela 10.2 Koeficijenti stočnih jedinica* ......................................................................................... 39
Tabela 11.1 Okvirne vrijednosti specifičnih investicija ...................................................................... 49
Tabela 11.2 Proizvođači kogenerativnih postrojenja ........................................................................ 50
5
PREDGOVOR
Posebnu pažnju USAID EIA projekt posvećuje promociji korištenja biomase u energetske svrhe u
poljoprivredi i drvno-prerađivačkoj industriji. Za ispunjavanje tog cilja jedna od planiranih aktivnosti
je pružanje tehničke pomoći malim i srednjim preduzećima (MSE) iz navedenih sektora u pripremi
projekata izgradnje postrojenja za proizvodnju električne i toplotne energije (kogeneracija) koristeći
ostatak iz drvno-prerađivačke i poljoprivredne industrije (biomasu). Kroz takve aktivnosti se želi
povećati iskorištenje raspoloživog potencijala biomase, povećati udio obnovljivih izvora energije u
proizvodnji električne energije i obezbijediti dodatne prihode za preduzeća i time poboljšati njihovo
poslovanje. Dodatni cilj EIA projekta je sagledati adekvatnost postojećeg zakonskog okvira i sistema
poticaja za korištenje biomase za proizvodnje električne i toplotne energije i predložiti izmjene
nadležnim institucijama u cilju njihovog poboljšanja.
USAID EIA je izradio „Katalog energetskih tehnologija za proizvodnju električne i toplotne energije
korištenjem biomase“2 koji će pomoći MSE da se upoznaju sa kogenerativnim tehnologijama
korištenja biomase. U ovom dokumentu su predstavljene ključne karakteristike tih tehnologija a
detaljniji opis i primjeri proračuna se mogu naći u Katalogu. Uz pregled tehnologija dat je pregled
postojećeg sistema podsticaja za proizvodnju električne energije iz biomase, karakteristike biomase
i pristup analizi energetskih sistema. Data su i uputstva za korištenja softvera pomoću kojeg se može
procijeniti isplativost ulaganja u kogenerativna postrojenja na biomasu. Softver omogućava
korisniku da u tehno-ekonomskoj analizi mijenja značajan broj ulaznih parametara i pored toga se u
softveru prikazuju vrijednosti parametara izračunatih na osnovu unesenih parametara da bi
korisniku pružio potpuni uvid u proračunski postupak.
2 Drugo izdanje Kataloga iz decembra 2016. godine dostupno na www.usaideia.ba
6
1 UVOD
Bosna i Hercegovina (BiH) je 2005. godine potpisala Ugovor o osnivanju Energetske zajednice, koji
ima za cilj da integriše zemlje potpisnice (Ugovorne strane) u tržište energije Evropske Unije (EU) na
osnovu uspostavljanja obavezujućeg zakonskog okvira. Potpisivanjem Ugovora, Ugovorne strane su
se obavezale da implementiraju direktive i uredbe EU prema odlukama Energetske zajednice.
Energetska zajednica je 18.10.2012. godine donijelo Odluku D/2012/04/MC-EnC [6] u vezano za
Direktivu 2009/28/EC o promovisanju upotrebe energije iz obnovljivih izvora. U Odluci je određeno
da BiH treba povećati udio energije iz obnovljivih izvora sa 34% u bruto finalnoj potrošnji energije u
2009. godini na 40% u 2020. godini.
Da bi se ostvario taj cilj, izrađeni su entitetski akcioni planovi korištenja obnovljivih izvora energije
u kojima je definisano koja količina električne energije treba biti proizvedena iz različitih obnovljivih
izvora energije (OIE) uključujući biomasu (vidi poglavlje 2).
Iz Tabela 2.2 i Tabela 2.5 može se vidjeti da je u Federaciji BiH (FBiH) planirana proizvodnja električne
energije iz biomase od 30 GWh u 2020. godini a u Republici Srpskoj (RS) 44,56 GWh, odnosno
ukupno u BIH 74,56 GWh u 2020. godini.
Visina garantovanih otkupnih cijena električnu energiju proizvedenu iz biomase je prikazana u
Tabela 2.3 i
7
Tabela 2.6 i to je jedini finansijski podsticaj koji postoji u BiH za proizvodnju električne energije iz
obnovljivih izvora, uključujući i biomasu. U mnogim državama, uključujući i Hrvatsku, kogeneracija
bazirana na obnovljivim izvorima se posebno stimuliše pod uslovom da je stepen efikasnosti
kogenerativnog postrojenja veći od propisane efikasnosti, a to je obično oko 50%. Za takva
postrojenja je garantovana otkupna cijena električne energije uvećana za određeni iznos (u
Hrvatskoj 20%). Očekuje se da će se i u BiH u bliskoj budućnosti uvesti neka vrsta podsticaja za
kogeneraciju iz obnovljivih izvora energije.
U ovom dokumentu su predstavljene ključne karakteristike komercijalnih kogenerativnih tehnologija korištenja preduzećima u drvo-prerađivačkom i poljoprivrednom sektoru. Uz pregled tehnologija dat je pregled postojećeg sistema podsticaja za proizvodnju električne energije iz biomase, karakteristike biomase i pristup analizi energetskih sistema. Ove teme su detaljnjije obrađene u „Katalogu energetskih tehnologija za proizvodnju električne i toplotne energije korištenjem biomase“ (u daljem tekstu: Katalog) u kome su dati primjeri tehno-ekonomske analize kogenerativnih postrojenja na biomasu. Te analize su urađene koristeći proračune u Excelu na osnovu kojih je napravljen softver za čije korištenje su uputstva data na kraju ovog dokumenta. Pomoću softvera za tehno-ekonomsku analizu odabranih tehnologija se može vršiti analiza pojedinačnih projekata i odrediti bitni parametri uključujući i parametre isplativosti investicije. Korisnici softvera (potencijalni investitori) mogu na jednostavan način mijenjati ulazne parametre koje se koriste u analizi projekta i odabrati ekonomski i tehnički najpovoljniju varijantu.
Nadležne institucije mogu koristiti softver za analizu različitih primjera (projekata) odabranih tehnologija i moći utvrditi koliko su projekti isplativi sa sadašnjim podsticajima, da li postojeći podsticaji dovoljni da motivišu investitore da ulažu u takve projekte i da li će se moći ostvariti planirani udio biomase u proizvodnji električne energije. Uz pomoć ovog softvera može vršiti analiza parametara sadašnjeg sistema podsticaja i njihovog uticaja na isplativost projekata i tako poslužiti nadležnim institucijama da odrede u kom smjeru treba da se mijenjaju postojeće regulative sa ciljem ostvarivanja već iskazanih ciljeva u akcionim planovima.
2 KORIŠTENJE BIOMASE U ENTITETSKIM AKCIONIM PLANOVIMA
U BiH je energetika u nadležnosti entiteta, pa su oba entiteta izradila akcione planove za korištenje
obnovljivih izvora energije.
2.1 Korištenje biomase u Akcionom planu Federacije BiH
Akcioni plan Federacije BiH za korištenje obnovljivih izvora energije (APOEF) je u maju 2014. godine
objavilo u Federalno ministarstvo energije, rudarstva i industrije (FMERI) [1]. U APOEF-u je definisan
planirani udio OIE u ukupnoj finalnoj potrošnji energije iz OIE u grijanju i hlađenju, električnoj
energiji i transportu. Da bi se ostvarila planirana potrošnje električne energije iz OIE, određene su
kvote proizvodnje električne energije iz OIE koji će se podsticati do 2020.godine. U sljedećim
tabelama je prikazana kvota proizvodnje električne energije iz biomase.
Tabela 2.1 Podsticana proizvodnja el. energije iz biomase 2012. do 2015. godine u FBIH [1]
8
Tabela 2.2 Podsticana proizvodnja el. energije iz biomase 2016. do 2020. godine u FBIH [1]
Iz prethodne tabele se vidi da je za 2016. godinu planirano 14 GWh električne energije iz biomase i
to sve iz čvrste biomase, bez planiranog učešća biogasa i biotekućina. Razlog za to je da nije bilo
interesa za projekte izgradnje postrojenja za proizvodnju električne energije iz biogasa i biotekućina,
pa nisu planirane ni količine. Međutim, prema Zakonu o OIE FBIH [29] svakih 18 mjeseci je potrebno
ove količine revidirati prema prijavljenim projektima; očekuje se da će u sljedećoj verziji, koja se
očekuje u prvoj polovini 2016. godine, biti planirana i kvota za biogas. Kako dosada nijedna elektrana
na biomasu nije izgrađena u FBIH, cijela kvota od 14 GWh je na raspolaganju, što odgovara
instalisanoj snazi od 2,15 MWe sa 6,500 radnih sati godišnje sa punim kapacitetom. U 2020. godini
električna energija proizvedena iz biomase treba iznositi 30 GWh (4,61 MW instalisane snage).
2.1.1 Garantovane otkupne cijene za biomasu u FBiH
Regulatorna komisija za energiju u FBIH (FERK) je odobrila garantovane otkupne cijene (feed-in-
tarife) za električnu energiju iz OIE koje su date u Tabela 2.3 [19]. Ugovor o otkupu električne
energije po garantovanim otkupnim cijenama se potpisuje sa Operaterom Obnovljivih Izvora
Energije i Efikasne Kogeneracije (OIEIEK) na 12 godina. Iz tabele vidimo da cijena varira u zavisnosti
od instalisane električne snage postrojenja na biomasu i da su postrojenja podijeljena u četiri grupe
[19]:
1) Do 23 kW
2) Od 23 do 150 kW
3) Od 10 kW do 1.000 kW i
4) Od 1.000 kW do 10.000 kW
Za postrojenja električne snage preko 10.000 kW koja koriste biomasu električna energija se ne
otkupljuje po garantovanoj otkupnoj cijeni, dok za postrojenja na biogas najveće dozvoljena snaga
iznosi 1.000 kW. Bitno je naglasiti da je potrebno ispuniti uslove koje propisuje FERK i Operator
obnovljivih izvora energije u FBiH da bi se ostvarilo pravo da se otkupi energija po garantovanoj
otkupnoj cijeni a jedan od njih je da sva oprema postrojenja mora biti nova.
Tabela 2.3 Garantovane otkupne cijene za el. energiju iz biomase u FBIH [19]
9
2.2 Korištenje biomase u Akcionom planu Republike Srpske
Akcioni plan RS za korištenje obnovljivih izvora energije je u maju 2014. godine objavila Vlada RS [2].
U Akcionom planu u je definisan planirani udio OIE u ukupnoj finalnoj potrošnji energije iz OIE u
grijanju i hlađenju, električnoj energiji i transportu. Da bi se ostvarila planirana potrošnje električne
energije iz OIE, određene su kvote proizvodnje električne energije iz OIE koji će se podsticati do
2020. godine. U sljedećim tabelama je prikazana kvota proizvodnje električne energije iz biomase.
Tabela 2.4 Pregled podsticane proizvodnje el. energije iz biomase 2009. do 2014. godine u RS [2]
Tabela 2.5 Pregled podsticane proizvodnje el. energije iz biomase 2015. do 2020. godine u RS [2]
10
Iz prethodne tabele se vidi da je za 2016. godinu planirano 20,05 GWh električne energije iz biomase
i to 13,3 GWh iz čvrste biomase i 6,75 GWh iz biogasa, bez planiranog učešća biotekućina. U 2016.
godini su u RS puštene dvije elektrana koje imaju pravo na otkup električne energije po podsticajnoj
cijeni (http://www.reers.ba/).
Elektrana na biogas se nalazi na farmi u Donjim Žabarima, sa kapacitetom od 989 kW i planiranom
godišnjom proizvodnjom od 8,275 GWh. U slučaju da elektrana proizvodi planiranih 8,275 GWh,
time bi se ispunila planirana proizvodnja iz biogasa za 2017. godinu i tek u 2018. godini preostaje
još 1,475 GWh za neku drugu elektranu na biogas.
Druga elektrana u sistemu podsticaja u RS je postrojenje na drvnu biomasu u sklopu preduzeća
Toplane Prijedor snage 250kW.
U 2020. godini električna energija proizvedena iz biomase treba iznositi 44,56 GWh. Planirana
instalisana snaga je 16,5 MW ali se kvote popunjavaju na osnovu proizvodnje električne energije, a
ne instalisanom snagom. Iz odnosa proizvodnje i snage vidimo da je planirano da postrojenja rade
2700 sati što je vrlo malo da bi se isplatila investicija. Vidimo da u slučaju elektrane na biogas u
Donjim Žabarima broj planiranih radnih sati godišnje iznosi 8,275 GWh/989 kW=8367 sati. Iako je
8367 sati možda preoptimistična procjena, bliža je realnoj vrijednosti nego 2700 sati iz akcionog
plana. To ne utiče na količinu električne energije iz OIE u RS koju će podsticati, samo znači da ukupna
instalisana snaga će biti značajno manja od planiranih 16,5 MW.
2.2.1 Garantovane otkupne cijene za biomasu u RS
Regulatorna komisija za energiju u RS (RERS) je odobrila garantovane otkupne cijene (feed-in tarife)
za električnu energiju iz OIE koje su date u
11
Tabela 2.6 [18]. Ugovor o otkupu električne energije po garantovanim otkupnim cijenama se
potpisuje sa Operaterom Obnovljivih Izvora Energije i Efikasne Kogeneracije (Elektroprivreda RS)
na 15 godina. Iz tabele vidimo da cijena varira u zavisnosti od instalisane električne snage
postrojenja na biomasu i da su postrojenja podijeljena po veličini u samo dvije grupe:
1) Do 1.000 kW i
2) Od 1.000 kW do 10.000 kW
Za postrojenja električne snage preko 10.000 kW koja koriste biomasu električna energija se ne
otkupljuje po garantovanoj otkupnoj cijeni, dok za postrojenja na biogas najveće dozvoljena snaga
iznosi 1.000 kW.
Bitno je naglasiti da je potrebno ispuniti uslove koje propisuje RERS i Operator obnovljivih izvora
energije u RS da bi se ostvarilo pravo otkupa po garantovanoj otkupnoj cijeni a jedan od njih je da
sva oprema postrojenja mora biti nova.
12
Tabela 2.6 Garantovane otkupne cijene u KM/kWh za el. energiju iz biomase u RS [18]
Radi lakšeg poređenja garantovanih otkupnih cijena između FBiH i RS, cijene su prikazane u
usporednim kolonama u sljedeće dvije tabele.
Tabela 2.7 Garantovane otkupne cijene za elektrane na čvrstu biomasu u BiH
Instalisana
električna snaga
(kW)
FBIH (EUR/MWh) RS (EUR/MWh)
do 23 159,99 123,37 23-150 127,76 123,37
150-200 123,05 123,37 200-300 123,05 123,37 300-700 123,05 123,37
700-1000 123,05 123,37 1.000-2000 116,09 115,60
2.000-10.000 116,09 115,60
13
Tabela 2.8 Garantovane otkupne cijene za elektrane na biogas u BiH
Instalisana
električna
snaga (kW)
FBIH
(EUR/MWh)
RS
(EUR/MWh)
do 23 363,84 122,81 23-150 340,71 122,81
150-200 142,60 122,81 200-300 142,60 122,81 300-700 142,60 122,81
700-1000 142,60 122,81
Iz prethodne tabele se vidi da su u RS garantovane otkupne cijene za električnu energiju iz
postrojenja električne snage do 1MW ista, a poznato je da specifična investiciona cijena (EUR/kW)
opada sa povećanjem snage, tako da su postrojenja sve isplativija kako snaga raste, najisplativija su
ona sa snagom od 1MW.
U FBIH su određene više garantovane otkupne cijene za električnu energiju za postrojenja manje
snage s ciljem postizanja slične isplativosti za sva postrojenja, mada je i u FBIH raspon od 150-1.000
kW velik i sigurno da specifična investiciona cijena unutar toga raspona nije konstantna, tako da se
i u okviru te grupe najviše isplati graditi postrojenja od 1MW, ako se može obezbijediti dovoljna
količina biomase i investiciona sredstva. Za biomasu razlika u cijeni između 150kW i 151kW je oko
5,5%, dok za biogas ta razlika iznosi čak 58%. To znači da će isplativost za postrojenje od 150kW biti
značajno veća i time zainteresirati investitore.
3 BIOMASA
Biomasa je obnovljivi izvor energije i jedna od definicija biomase je data u EU RES Direktivi
2009/28/EC:
„Biomasa je biorazgradiv dio proizvoda, otpada i ostataka biološkog porijekla iz poljoprivrede
(uključujući tvari biljnog i životinjskog porijekla), šumarstva i s njima povezanih proizvodnih
djelatnosti uključujući ribarstvo i akvakulturu te biorazgradiv udio industrijskog i komunalnog
otpada.“
Ova analiza će se usmjeriti na upotrebu čvrste (drvne) i vlažne biomase, jer su ovi oblici biomase i
najinteresantniji u BiH za proizvodnju električne energije. Odluka da se fokusira na ta dva tipa
biomase će rezultirati u izboru kogeneracionih tehnologija.
3.1 Drvna biomasa
Jedinice koje se koriste za zapreminu drveta su [29].
14
Puni kubni metar (m3) koristi se za izražavanje volumena koji u potpunosti ispunjava
drvo. Ova se mjerna jedinica često koristi za debla.
Prostorni metar (prm) jedinica je mjere koja se koristi za uredno složene cjepanice,
ali uključuje i zračni prostor.
Nasipni metar (nm) jedinica je mjere koja se koristi za drvnu sječku, ali uključuje i
zračni prostor.
Slika 3.1 Mjerne jedinice zapremine drveta [29]
U sljedećoj tabeli date su orijentacione stope konverzije prostornih kubnih metara (prm), nasipnih
kubnih metara (nm) i punih kubnih metara (m3) za najčešće vrste drvne biomase.
Tabela 3.1 Stope konverzije drvne biomase [29]
Vlažnost drvne biomase određuje se kao udio mase vode u cjelokupnoj masi vlažne drvne biomase:
v v
s v
m mW
m m m
, (2.1)
gdje je:
W - vlažnost, [-]
m - masa vlažne biomase, [kg]
mv - masa vode (vlage) u biomasi, [kg]
ms - masa suhe biomase, [kg]
15
Često se u pojedinim slučajevima vlažnost iskazuje u odnosu na masu suhe biomase i naziva se
mokrim udjelom. Veza između vlažnosti i mokrog udjela je:
v
s
m WU
m 1 W
(2.2)
pri čemu je U mokri udio.
Vrlo često se veličine W i U iskazuju i u procentima. U Tabela 3.2 data je zavisnost mokrih udjela i
vlažnosti u procentima.
Tabela 3.2 Zavisnost mokrog udjela i vlažnosti
Vlažnost, W % 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Mokri udio, U % 5,3 11,1 17,6 25,0 33,3 42,9 53,8 66,7 81,8 100 122 150
S obzirom na vlažnost, drvna biomasa može da se podijeli na sljedeće grupe:
Sirovo drvo: W ≥ 40%
Djelimično prosušeno drvo: W = 20 – 40%
Prosušeno drvo: W = 8 – 22%
Potpuno suho drvo: W = 0%
Kao što se može vidjeti iz prethodnih podataka, vlažnost drvne biomase može biti veoma različita, a
ako se tome doda da i toplotna moć ove biomase veoma zavisi od vlažnosti, onda je to veoma važan
faktor koji se mora pažljivo analizirati pri izboru goriva, ali i pri provjerama tehničkih karakteristika
ložišta ili pri ekonomskoj analizi primjene odabranog ili raspoloživog goriva. U nedostatku tačne
vrijednosti toplotne moći za određene vlažnosti drvne biomase, mogu da se koriste sljedeće
empirijske formule:
𝐻𝑑 = 18.282 ∙ (1 − 𝑊) − 2.5 ∙ 𝑊 [𝑀𝐽
𝑘𝑔] (2.3)
𝐻𝑔 = 𝐻𝑑 + 1,35 + 2,5 ∙ 𝑊 [𝑀𝐽
𝑘𝑔] (2.4)
gdje je Hd donja a Hg gornja toplotna moć.
U sljedećoj tabeli je data nasipna gustoća i vlažnost glavnih čvrstih biogoriva.
16
Tabela 3.3 Nasipna gustoća i vlažnost glavnih čvrstih biogoriva [29]
U sljedećoj tabeli je data masena i nasipna gustoća glavnih vrsta drveta u zavisnosti od vlažnosti.
Tabela 3.4 Masena i nasipna gustoća glavnih vrsta drveta u zavisnosti od vlažnosti [29]
Elementarni sastav suhe drvne mase je gotovo isti za bilo kakvu vrstu drveta. Prosječni elementarni
sastav drvne mase (maseni udjeli) je: 49,6% ugljenik (C); 6,3% vodonik (H2); 44,1% kiseonik (O2) sa
zanemarljivim udjelom azota, alkalnih metala i fosfora.
17
U Tabela 3.5 date su toplotne vrijednosti različite drvne biomase za dva osnovna slučaja: potpuno
suho drvo i drvo sa 15% vlažnosti. U istoj tabeli prikazane su i približne gustine drvne biomase, kao
i toplotne moći po kubnom metru i prostornom kubnom metru.
Tabela 3.5 Toplotne moći drvne biomase
Vrsta drvne biomase
Gustina, [kg/m3]
Toplotna moć pri W=0%,
[MJ/kg]
Toplotna moć pri W=15%
[MJ/kg] [GJ/m3] [GJ/prm]*
Grab 830 17,01 13,31 11,05 7,73
Bukva 720 18,82 14,84 10,68 7,48
Hrast 690 18,38 14,44 9,96 6,97
Jasen 690 17,81 13,98 9,65 6,75
Brest 680 - 14,70 10,00 7,00
Javor 630 17,51 13,73 8,65 6,05
Bagrem 770 18,95 14,97 11,53 8,07
Breza 650 19,49 15,43 10,03 7,02
Kesten 570 - 13,29 7,58 5,30
Bela vrba 560 17,85 13,65 7,64 5,35
Siva vrba 560 17,54 13,73 7,69 5,38
Crna joha 550 18,07 14,21 7,82 5,47
Bijela joha 550 17,26 13,52 7,44 5,21
Crna topola 450 17,26 13,15 5,92 4,14
Smreka 470 19,66 15,60 7,33 5,13
Jela 450 19,49 15,45 6,95 4,87
Obični bor 520 21,21 16,96 8,82 6,17
Ariš 590 16,98 13,86 8,18 5,72
Duglazija 530 19,18 15,20 8,06 5,64
Smreka 400 20,41 16,24 6,50 4,55 * Pri preračunavanju zapreminskih u prostorne metre uzet je faktor 0,7 (vidi i Tabela 3.1 Stope konverzije drvne
biomase {30}).
3.2 Vlažna biomasa
Dok je drvna biomasa jasno definisana i prepoznatljiva, vlažna (mokra) biomasa je vrlo raznolika po
porijeklu, a samim tim i po sadržaju, ali je za nju karakterističan veliki sadržaj vode. Ispod su
pobrojane moguće sirovine koje činu ovu vrstu biomase, zajedno sa sastavom biogasa koji se iz nje
dobiva. Tehnologije za preradu ovakve biomase i dobivanje biogasa će biti obrađene kasnije.
Proizvedeni biogas može da se koristiti za proizvodnju toplotne energije ili za pogon motora ili gasne
turbine i proizvodnju električne i toplotne energije.
Biogas je uglavnom smješa metana, ugljen-dioksida ali i drugih gasova u manjem procentu. U
18
Tabela 3.6 prikazan je uobičajeni sastav biogasa.
19
Tabela 3.6 Tipičan sastav biogasa
Metan (СН4) 50 - 65 %
Ugljen-dioksid (СО2) 30 - 45 %
Voda (Н2О) 0 - 5 %
Azot (N2) 0 - 3 %
Kiseonik (О2) 0 - 1 %
Vodonik sulfid (Н2S) < 1 % (vol)
Temperatura 30° С
Pritisak 1,0 bar
Gustina oko 1,25 kg/m3 pri 55% СН4
Toplotna moć oko 5,5 kWh/m3 (4,4 kWh/kg)
Neke od sirovina za proizvodnju biogasa su: različita vrsta industrijskog otpada, poljoprivredni
ostaci, izmet domaćih životinja, kultivisana biomasa stvorena prečišćavanjem otpadnih voda,
kanalizaciona voda itd. Poljoprivredni otpad se miješa i tako se može povećati bakterijsko
djelovanje, naročito ako je taj otpad u fazi raspadanja. Koriste se i svježe biljne sirovine radi
povećanja prinosa biogasa.
4 POJEDNOSTAVLJENI POSTUPAK ANALIZE ENERGETSKIH SISTEMA
Pojednostavljeni pristup analize energetskih sistema zasniva se na uvođenju stepena korisnosti ili
efikasnosti pojedinih energetskih procesa unutar postrojenja. Predloženi i sprovedeni proračuni
pojedinačnih postrojenja rasterećeni su u velikoj mjeri teorijskih analiza; samo su data kratka
podsjećanja i objašnjenja pojmova neophodnih za potpuno razumijevanje problema. Time su
izbjegnuta upuštanja u dublja objašnjenja i dokazivanja, inače važnih postavki i zaključaka koje
termodinamika i druge naučne oblasti mogu da ponude.
Složenost energetskog sistema zavisi od broja energenata koje koristi, broja i složenosti energetskih
transformacija koje se u njemu obavljaju, broja energetskih podsistema, načina upravljanja
pojedinih podsistema i cijelog sistema itd. Šema složenog energetskog sistema prikazana je na Slika
4.1. Unutar granica sistema, koji mora da se definiše, nalazi se N energetskih podsistema. Svaki od
podsistema može imati i nekoliko svojih podsistema. Kroz granicu energetskog sistema ulaze
energenti koje on koristi. To može biti prirodni gas, električna energija, biogorivo itd. Svaki od
podsistema je projektovan za korištenje nekog od energenata i u njemu se obavlja unaprijed
definisana energetska transformacija.
Na izlazu se dobiva ponovo energent, ali u obliku koji je neophodan procesu koji treba obaviti u
procesu proizvodnje (vodena para za proces parenja drveta, komprimovani zrak za pogon mašina,
tople vode za potrebe grijanja i dr.). Svaka od energetskih transformacija je praćena pojavom
energetskih gubitaka.
20
Prema zakonu o оčuvаnju еnеrgiје ukupnа kоličinа еnеrgiје u izоlоvаnоm sistemu оstаје kоnstаntnа
tоkоm vrеmеnа. Iz tоgа prоizilаzi dа sе еnеrgiја nе mоžе uništiti, niti iz ničеgа stvоriti, vеć dа mоžе
sаmо prеlаziti iz јеdnоg оblikа u drugi. Tako, za složeni energetski sistem na Slika 4.1, može da se
napiše da je:
∑ 𝐸𝑢𝑙(𝑖) =
𝐼
𝑖=1
∑ 𝐸𝑖𝑧(𝑗) +
𝐽
𝑗=1
∑ 𝐸𝑔𝑢𝑏(𝑘)
𝐾
𝑘=1
(3.1)
1
2
n+1
N
n.m
n n.m+1
Granica sistema
UL
AZ
EN
ER
GE
NA
TA
ili
E
NE
RG
IJE
IZL
AZ
EN
ER
GE
NA
TA
ili
E
NE
RG
IJE
GUBICI
Eul(1)
Eul(2)
Eul(i)
Eul(I)
Eiz(1)
Eiz(2)
Eiz(j)
Eiz(J)
Egub(1) Egub(K)Egub(k)
Slika 4.1 Šema kompleksnog energetskog sistema
Efikasnost energetskog sistema može da se definiše na sljedeći način:
𝜂 =∑ 𝐸𝑖𝑧(𝑗)𝐽
𝑗=1
∑ 𝐸𝑢𝑙(𝑖)𝐼𝑖=1
= 1 −∑ 𝐸𝑔𝑢𝑏(𝑘)𝐾
𝑘=1
∑ 𝐸𝑢𝑙(𝑖)𝐼𝑖=1
(3.2)
Iz ove jednačine vidi se da je problem efikasnosti usmjeren na smanjenje gubitaka. Na isti način kako
je to urađeno za cijeli energetski sistem može se definisati i za svaki podsistem ili uređaj unutar njih.
Prema tome, kvalitet vrlo složenih procesa energetskih trasformacija sveden je na broj iz intervala
[0; 1). Određivanje ovog broja podrazumijeva potpuno poznavanje procesa koji se obavlja,
provođenje mjerenja kojim bi se eksperimentalno utvrdila ta vrijednost, preuzimanjem vrijednosti
efikasnosti iz literature ili procjenom na osnovu praktičnog iskustva.
Koncept proračuna biće objašnjen na primjeru složenog energetskog sistema jedne tvornice papira.
Cilj je da se odrede realne potrošnje energenata u pojedinim energetskim transformacijama da bi
se procijenila tehnička i ekonomska efikasnost pojedinačnih procesa i rada cijelog postrojenja. Pri
21
tome su izbjegnuti složeni tehnički proračuni, ali je ponekad i umanjena tačnost proračuna, koja u
ovoj fazi nije ni potrebna.
4.1 Godišnja ili sezonska efikasnost energetskih sistema
Proizvođači energetske opreme navode po pravilu nominalnu energetsku efikasnost svojih
proizvoda koja je izmjerena prilikom testiranja pod uslovima i parametrima propisanim
odgovarajućim standardom, koji propisuje i način obrade rezultata mjerenja. Najčešće se testiranje
provodi pod punim opterećenjem i stacionarnim uslovima pogona.
U realnoj eksploataciji uslovi u kojima postrojenje ili oprema radi mogu značajno da odstupaju od
standardom propisanih uslova, a broj pokretanja i zaustavljanja energetskog sistema može biti
veoma velik. To znači da je rad postrojenja vrlo nestacionaran i da rad može biti i sa veoma
smanjenim opterećenjem.
Za potrebe proračuna kakav ovdje sugerišemo neophodno je da se raspolaže sa stepenima korisnosti
ili sa efikasnostima analiziranog energetskog sistema koji odražavaju rad u realnim uslovima u
cjelogodišnjem ili sezonskom periodu, ako postrojenje ne radi cijele godine. Takav stepen korisnosti
je manji od nominalnog stepena korisnosti kojeg navodi proizvođač opreme.
Na primjer, nominalna efikasnost modernih konvencionalnih kotlova za grijanje u sistemu 70/90 oC
je oko 90%, ali je uobičajena vrijednost sezonske efikasnosti svega oko 65%, što predstavlja vrlo
veliku razliku. To ukazuje na potrebu vrlo pažljive analize efikasnosti posmatranog sistema u funkciji
uslova u kojima sistem radi u dužem vremenskom periodu.
4.2 Energetski sistem fabrike medijapana
U pogonima za preradu drveta, potrebne su velike količine toplotne energije za sušenje i/ili parnu
termičku obradu drva. Osim toga, drvno-prerađivačka postrojenja su veliki potrošači električne
energije, što ih čini pogodnim za primjenu CHP tehnologija. U ovom poglavlju ćemo ukratko
razmotriti primjenu ORC turbina u fabrikama medijapana [32].
Fabrici medijapana je potrebno 20MWth za sušenje i 20 MWth za druge proizvodne procese.
Potrebnu toplotnu energiju daje kotao na drvne ostatke iz proizvodnog procesa. Električna energija
se isporučuje kroz mrežu. Ako je instaliran ORC sistem, fabrika može u potpunosti iskoristiti svu
toplotu iz ORC sistema i dodatno proizvesti 1,45 MW električne energije. Proizvodnja električne
energije na ovaj način je mnogo efikasnija nego u tipičnom postrojenju i dodatno, ne postoje
prenostni gubici jer se električna energija koristi u samom postrojenju.
Efikasnost kotla na biomasu nije prikazan na Slika 4.2, ali se mora uzeti u obzir izračunavanje ukupne
efikasnosti sistema. Ako pretpostavimo da je efikasnost kotla na biomasu 80%, a za proizvodnju
48.3MWth topline 48.3MWth / 0,8 = potrebno je 60.4MW biomase. Ako se primjenjuje jednadžba
3.2, ukupna efikasnost sistema je:
22
𝜂 =∑ 𝐸𝑜𝑢𝑡(𝑗)𝐽
𝑗=1
∑ 𝐸𝑖𝑛(𝑖)𝐼𝑖=1
=20 + 20 + 1.45
60.4=
40.45
60.6= 66.7% (3.3)
Slika 4.2 Šema energetskog Sistema u drvno-prerađivačkom postrojenju [31]
5 EKONOMSKA ANALIZA ISPLATIVOSTI PROJEKTA
Važan dio pripreme svakog projekta je izračunavanje njegove ekonomske opravdanosti. Cilj
izračunavanja opravdanosti projekta je određivanje ekonomske profitabilnosti projekta.
5.1 Ekonomski parametri
Analiza profitabilnosti zahtijeva da se sljedeći ekonomski parametri kvantifikuju što je moguće
preciznije:
Investicija I0 [KM]
Godišnji neto prihod (ušteda) B [KM/god]
Tehnički/Ekonomski vijek trajanja n [god]
Nominalna kamatna3 stopa rN × 100 [%]
Efektivna kamatna stopa rE × 100 [%]
Realna kamatna stopa rR × 100 [%]
Stopa inflacije b × 100 [%]
3 Kаmаtа је trоšаk pоzајmljivаnjа nоvcа i kоmpеnzаciја pоvjеriоcа (banke) zа оdricаnjе оd sоpstvеnе pоtrоšnjе tog novca i rizikе kоје
prеuzimа kаdа pоvjеrаvа svој nоvаc drugimа.
23
a. Investicija, I0
Investicija obuhvata sve troškove koji su vezani za ukupnu investiciju projekta. Investicije u projekt
trebaju obuhvatati sve troškove kao štu su projektovanje, pribavljanje dozvola, nabavka
komponenata, opreme i uređaja, montaža, kontrola i testiranje, obuka i neplanirani troškovi.
b. Godišnji neto prihod ili neto ušteda, B
Godišnji ostvareni neto prihod ili ostvarena neto ušteda je ostvarena godišnja vrijednost novca
[KM/god] koji je rezultat investicije (Io). Za projekte proizvodnje energije, onda se godišnji neto
prihod može prikazati kao:
B = (𝑆𝑒 ∙ 𝐸𝑒 + 𝑆𝑡 ∙ 𝐸𝑡) − 𝑃&𝑂 (4.1)
gdje je:
B Godišnji neto prihod, [EUR/god]
Se Godišnja neto proizvodnja električne energije, [kWh/god]
St Godišnja neto proizvodnja toplotne energije, [kWh/god]
Ee Jedinična cijena električne energije, [EUR/kWh]
Et Jedinična cijena toplotne energije, [EUR/kWh]
P&O Troškovi pogona i održavanja (EUR/god)
Godišnja neto proizvodnja električne energije je jednaka bruto proizvodnji električne energije
umanjenoj za potrošnju energetskog postrojenja (pumpe, ventilatori, transportni sistem biomase).
Ako pored neto proizvodnje energije, postoje i drugi indirektni prihodi (uštede), kao što su
smanjenje naknade za vršnu snagu [KM/kWe] ili smanjenje naknade za zagađenje okoliša, onda ih
treba uključiti u proračun prihoda. Jedinična cijena električne energije (Ee) je važeća garantovana
otkupna cijena električne energije (vidi poglavlje 1). Jedinična cijena toplotne energije (Et) je važeća
tržišna cijena koja varira od projekta do projekta i ne može biti veća od cijene koju sada kupac plaća
ili koliko ga košta da tu energiju proizvede. Troškovi pogona energetskog postrojenja uključuju
troškove rada, goriva (biomase), održavanja i to se mora uzeti u obzir kako bi se dobio godišnji neto
prihod od projekta (B). Prema tome, godišnji neto prihod od projekta (B) će biti jednak prihodima
koji se dobiju od prodaje energije umanjenim za troškove pogona i održavanja, kao što je navedeno
u jednačini 4.1.
c. Tehnički/ekonomski vijek trajanja, n
Ekonomski vijek trajanja: To je praktičan vijek trajanja investicije/opreme odnosno vrijeme nakon
koga je isplativo da se zamjeni novom opremom.
24
Tehnički vijek trajanja je fizički vijek trajanja investicije odnosno koliko dugo oprema može da
efektivno radi.
Ukoliko se komponente/proizvodi zamjenjuju prije nego što se pohabaju, kao rezultat raspoloživosti
na tržištu novih i efikasnih komponenti, tada je ekonomski vijek trajanja kraći od tehničkog vijeka
trajanja. Promjene standarda i propisa, cijena energije, nivoa udobnosti, itd. mogu takođe da
dovedu do zamjene opreme prije isteka njenog tehničkog vijeka trajanja.
Za izračunavanje ekonomske profitabilnosti za investicije u kogenerativna postrojenja na
biomasu se koristi period trajanja ugovora o otkupu električne energije po garantovanoj otkupnoj
cijeni. Razlog za to je da je to period za koji se tačno znamo kolika je cijena električne energije i da
će se sva proizvedena električna energija prodati po toj cijeni. Tada je i prihod od električne energije
konstantan što je pretpostavka korištena u proračunu.
Kamata je još jedna komponenta pri izračunu ekonomske opravdanosti:
- Nоminаlnа kаmаtnа stоpа (rN) је оnа kоја је zаpisаnа u ugоvоru izmеđu strаnаkа. To je relativni broj (procent), kојi određuje kоlikо nоvčаnih јеdinicа treba da se plati pо јеdinici krеditа u jednoj godini. U postupku proračuna je korištena fiksnа kamata.
- Rеаlnа kаmаtnа stоpа (rR) prеdstаvlја prilаgоđenu nоminаlnu kаmаtnu stоpu zа procjenjenu inflаciјu. Realna kamatna stopa korigovana za inflaciju je:
𝑟𝑅 =𝑟𝑁−𝑏
𝑏+1 (4.2)
d. Štednja novca u banci (kretanje unaprijed)
Ako se izvesna količina novca B0 [KM] nalazi u banci i ako je nominalna kamatna stopa rN, postavlja
se pitanje kolika će količina novca biti u banci nakon „n“ godina?
Osnovi parametri ovako postavljenog pitanja su:
Bo Količina novca u banci danas;
Bn Količina novca nakon n godina;
rN Nominalna kamatna stopa banke;
n Vrijeme (godine) u kojem je novac u banci.
Vrijednost novca u banci nakon isteka n-te godine je:
Bn = Bo ∙ (1 + rN)n (4.4)
25
e. Diskontovana vrijednost (vraćanje unazad)
Svi prihodi od kogeneratvinog postrojenja se dešavaju u budućnosti pa je potrebno izračunati
sadašnju vrijednost budućih prihoda. Ukoliko je u prihod u n-toj godini Bn [EUR], onda je sadašnja
vrijednost tog novca, B0, korištenjem iste jednačine kao kod štednje novca (kretanje unaprijed),
jednaka:
𝐵𝑜 =𝐵𝑛
(1+rN)n (Diskontovana vrijednost) (4.5)
gdje je 1
(1+rN)n diskontni faktor.
f. Izračunavanje ekonomske profitabilnosti
Postoji nekoliko metoda za izračunavanje ekonomske profitabilnosti investicije. Ovdje će se
razmotriti sljedeće:
- Period otplate (PB- Payback) - Neto sadašnja vrijednost (NPV-Net Present Value) - Interna stopa povrata (IRR-Internal Rate of Return)
g. Period otplate (PB - Payback)
Prost period otplate je odnos Investicije i Godišnjeg neto prihoda i predstavlja vrijeme koje je
potrebno da se povrati investicija na osnovu jednakih godišnjih neto prihoda (B1 = B2 = ... = Bn), ne
računajući kamate.
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑 𝑜𝑡𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑗𝑎
𝐺𝑜𝑑𝑖š𝑛𝑗𝑖 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑝𝑟𝑖ℎ𝑜𝑑 =
𝐼𝑜
𝐵 [𝑔𝑜𝑑]
Metod perioda otplate je najjednostavniji alat za brzo izračunavanje, ali se moraju prepoznati i
prisutna ograničenja:
- Treba da se koristi samo kada je realna kamatna stopa niska, - Treba da se koristi za period otplate koji je kraći od 5 godina, - Metod ne uzima u obzir vrijednost godišnjih prihoda poslije perioda otplate.
26
h. Neto sadašnje vrijednosti (NPV - Net Present Value)
Da bi se mogle porediti projekti koji imaju različite visine investicije ali i različite buduće godišnje
prihode i različit ekonomski vijek trajanja, potrebno je da se buduća vrijednost godišnjih neto
prihoda diskontuje na sadašnju vrijednost, kada se vrše investicije.
Neto sadašnja vrijednost (Net Present Value – NPV) projekta je sadašnja vrijednost svih budućih
godišnjih neto prihoda tokom ekonomskog vijeka trajanja (od prve do n-te godine) umanjena za
investiciju:
𝑁𝑒𝑡𝑜 𝑠𝑎𝑑𝑎š𝑛𝑗𝑎 𝑣𝑟𝑖𝑗𝑒𝑑𝑛𝑜𝑠𝑡 (𝑁𝑃𝑉) = 𝐷𝑖𝑠𝑘𝑜𝑛𝑡𝑜𝑣𝑎𝑛𝑎 𝑣𝑟𝑖𝑗𝑒𝑑𝑛𝑜𝑠𝑡 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑝𝑟𝑖ℎ𝑜𝑑𝑎 − 𝐼𝑁𝑉𝐸𝑆𝑇𝐼𝐶𝐼𝐽𝐴
Kriterij profitabilnosti je NPV > 0.
Ako su godišnji neto prihodi različiti svake godina; B1 ≠ B2 ≠ B3 ≠ ...... ≠ Bn, neto sadašnja vrijednost
je:
NPV = [B1
(1+r𝑅)1 +B2
(1+r𝑅)2 + ⋯ +Bn
(1+r𝑅)n] − Io (4.6)
U mnogim projektima, za neto prihode se obično pretpostavlja da su jednake za svaku godinu; B1 =
B2 = ... = Bn. Tada jednačina za neto sadašnju vrijednost može da se pojednostavi:
NPV = B ∙1−(1+r𝑅)−n
r− Io (4.7)
i. Interna stopa povrata (IRR – Internal Rate of Return)
IRR je ona diskontna stopa za koju je neto sadašnja vrijednost projekta jednaka nuli, odnosno
diskontovana vrijednost budućih prihoda jednaka Investiciji. Treba u sljedećoj jednačini odrediti IRR
uz poznate ostale parametre problema.
NPV = B ∙1−(1+IRR)−n
IRR− Io = 0 (4.8)
Interna stopa povrata (IRR) je jednaka najvećoj kamatnoj stopi kredita koju projekt može prihvatiti,
a da ne stvara gubitak. IRR se upotrebljava za procjenu finansijske valjanosti investicionog
prijedloga.
27
6 KOMERCIJALNE TEHNOLOGIJE KORIŠTENJA BIOMASE
Osnova za odabir komercijalnih tehnologija primjenljivih u BiH su projekti u regiji (implementirani ili u implementaciji), prvenstveno u Hrvatskoj i Srbiji i izvještaji međunarodnih agencija za energiju kao što su EU Directorate-General for Energy, IRENA – International Renewable Energy Agency, IEA - International Energy Agency i REN 21 - Renewable Energy Policy Network for the 21st Century.
Nominalne snaga postrojenja su veoma važne pri izboru tehnologija. U ovom tekstu će se kroz primjere razmatrati postrojenja električne snage do 2 MWe, ali fokus je na postrojenja električne snage od 100kWe do 700kWe za koje sirovinu može obezbijediti jedno preduzeće ili gazdinstvo u BiH. Većina farmi i drvo-prerađivačkih preduzeća je mala i nemaju na raspolaganju dovoljne količine biomase da bi se isplatila investicija u postrojenje na biomasu.
Vrsta biomase od velikog je značaja, ali pored toga njen kvalitet treba da bude zadovoljavajući i bez značajnih varijacija, da se obezbijedi sigurno snabdijevanje i da joj cijena bude stabilna. Sve su to uslovi koji na duži rok mogu obezbijediti da postrojenje bude profitabilno. U drvno-prerađivačkoj industriji je jasno da je biomasa drvo, a u poljoprivredi su na raspolaganju ostaci iz ratarstva i stočarstva.
U ovom tekstu će se razmatrati samo mogućnost korištenja ostatka iz stočarstva za proizvodnju biogasa postupkom anaerobne digestije i sagorijevanje biogasa u gasnom motoru. Razmatraće se i jednostepena i dvostepena anaerobna digestija jer se jednostepena digestija vrlo često koristi za manje snage (do 300 kWe) a dvostepena digestija za veće snage.
Neće se razmatrati mogućnost direktnog sagorijevanja ratarskog ostatka jer su gazdinstva u BiH previše mala da bi obezbijedila dovoljno količine ratarskog ostatka potrebne za izgradnju kogenerativnog postrojenja..
Dakle, kogenerativne tehnologije korištenja drvne i biomase iz stočarstva koje će se analizirati za primjenu u BiH u ovom dokumentu su:
1. Direktno sagorijevanje sa parnim ciklusom 2. Gasifikacija i gasni motori 3. Direktno sagorijevanje sa Organskim Rankinovim Ciklusom (ORC) 4. Proizvodnja biogasa i gasni motori.
7 DIREKTNO SAGORIJEVANJE SA PARNIM CIKLUSOM
Na Slika 7.1 su prikazane dvije osnovne šeme kogeneracionih postrojenja sa parnim ciklusom i
direktnim sagorijevanjem drvne biomase u parnom kotlu. U manja industrijska postrojenja, kakva
su od interesa u ovoj analizi, ubrajamo industrijske kondenzacione turbine sa oduzimanjem pare za
potrebe zagrijavanja izvan bloka energane (Slika 7.1a) i postrojenja sa protivpritisnom turbinom
(Slika 7.1b).
28
K
T1
T2
G
P1
GV
RV1
Kon
NPk
NP1
(a)
K
T1 G
P1
GV
NP1
(b) (K – kotao, GV – glavni ventil; T1 – visokopritisni dio turbine; T2 – niskopritisni dio turbine; G –
generator; RV- regulacioni ventil; P – potrošač; Kon – kondenzator; NP – napojna pumpa)
Slika 7.1 Šema postrojenja sa kondenzacionom turbinom sa jednim regulisanim oduzimanjem (a) i postrojenja sa protivpritisnom turbinom (b)
7.1 Postrojenja sa kondenzacionom turbinom sa jednim regulisanim oduzimanjem
Para proizvedena u parnom kotlu dovodi se u visokopritisni dio turbine. Dio protoka pare oduzima
se kroz jedan ili više priključaka za oduzimanje. Oduzeta para se odvodi većim dijelom radi
zagrijavanja prostorija ili za potrebe nekog tehnološkog procesa. Manji dio oduzete pare se po
pravilu odvodi u uređaje za regenerativno zagrijavanje kondenzata. Regenerativno zagrijavanje
kondenzata povećava stepen korisnosti parnog ciklusa, ali nije dio korisne toplote kogenerativnog
postrojenja. Ne obračunava se direktno u stepen korisnosti ili efikasnost kogenerativnog ciklusa, već
samo indirektno kroz povećanje stepena korisnosti parnog ciklusa. Preostali dio pare nakon svih
oduzimanja, odvodi se kroz poslednji stepen turbine u kondenzator.
Ukupan protok proizvedene pare u kotlu se propušta kroz turbinu i dobivena mehanička snaga se
koristi za proizvodnju električne energije. Nakon prolaska kroz turbinu, cjelokupan protok odlazi za
potreba procesa. Pritisak pare se unaprijed određuje i zavisi od toplotnih potreba procesa.
Temperatura pare na kraju ekspanzije zavisi od stepena korisnosti turbine. Jasno je da i prethodna
šema (kondenzaciona turbina sa jednim oduzimanjem) može da radi i kao protivpritisna ako se u
oduzimanju odvede ukupni protok pare.
Zbog toga je šema na Slika 7.1a daleko fleksibilnija i pogodnija za industrijske potreba gdje su
promjene režima rada, obično brojnih i nezavisnih procesa, česte. Dalje ćemo razmatrati samo
kondenzacione turbine sa oduzimanjem, jer je to opšti slučaj koji obuhvata i protivpritisnu
turbinu.
Kada para nakon djelimične ekspanzije u turbini dostigne pritisak (i temperaturu) koja je potrebna
u nekom procesu, takva para, potrebnog masenog protoka, oduzima se iz turbine. Preostali protok
29
pare u turbini nastavlja dalju ekspanziju u narednim stepenima turbine sve do kondenzacionog
pritiska. Ovdje je opisan rad turbine sa jednim oduzimanjem, ali postoje konstrukcije turbine i sa
više oduzimanja. Takva turbina je mnogo elastičnija u pogonu od protivpritisne turbine jer dopušta
znatno veće promjene potrošnje pare kod potrošača. Ako je potrošnja pare potrošača jednaka nuli,
tada turbina radi kao kondenzaciona. Sva para se koristi za proizvodnju samo električne energije i
tada to ne predstavlja kogeneraciju. U drugom ekstremnom slučaju, ako je potrošnja toplote velika,
turbina će raditi kao protivpritisna te niskopritisni dio turbine ostaje bez pare. U tom slučaju će se
proizvoditi električna energije pa predstavlja kogeneraciju.
Na Slika 7.1a prikazana je parna turbina sa jednim oduzimanjem, kakva se analizira u ovom primjeru.
T1 je visokopritisni dio turbine, a T2 je niskopritisni. Oba dijela mogu biti u zajedničkom kućištu, ali i
odvojeni. Visokopritisni dio turbine (T1) dobiva svježu paru iz kotla, a regulator glavnog ventila (GV)
podešava protok pare održavajući konstantan broj obrtaja. Nakon prolaska kroz visokopritisni dio
turbine i pretvaranja toplotne energije pare u mehaničku energiju predatu osovini turbine, dio pare
zadatog pritiska i temperature odvodi se ka potrošaču P1. Ostatak pare odlazi do niskopritisnog dijela
turbine (T2). Ovaj protok pare prolazi kroz regulacioni ventil (RV1) kojim se upravlja zadatim
pritiskom oduzete pare potrošača P1. To znači da protok pare u niskopritisnom dijelu turbine
direktno zavisi od pritiska na mjestu oduzimanja P1.
Vratilo turbine je (preko reduktora) spojeno sa generatorom u kome se generiše električna energija.
Kondenzator je klasični izmjenjivač toplote pomoću kojeg se para pretvara natrag u tečno stanje,
nakon što ekspandira u turbini. Kondenzat se pumpama vraća u kotao. Pritisak u klasičnom
kondenzatoru je vrlo mali (podpritisak 0,04 – 0,08 bar). Pošto je kondenzator izmjenjivač toplote
potrebno je osigurati i fluid kojem će se ta toplota predati, kako bi se para kondenzovala.
Temperature kondenzacije pare koje odgovaraju pritiscima u kondenzatoru su od 30 do 45 oC, pa su
pogodni fluidi praktično oni koji se nalaze u okolini (voda i zrak).
Brojni su gubici koji se javljaju kod ciklusa u kojima se koristi parna turbina. U jednačini (7.1)
eksplicitno su data samo dva gubitka, jer se pomenuta jednačina odnosi samo na turbinski dio
kogenerativnog postrojenja. Kogenerativno postrojenje uključuje i kotao, kao što je prikazano na
Slika 7.2, s tim da je to najjednostavnija šema parnoturbinskog postrojenja sa osnovnim oznakama.
30
K TG
KonNP
h1
hv
Mgorivo
Q1
Q2
h2
p1
p2
Slika 7.2 Osnovna šema parnoturbinskog postrojenja
Ukupni stepen korisnosti ciklusa proizvodnje električne energije cijelog ciklusa parne turbine jeste
umnožak pojedinačnih stepena korisnosti. Tako se može napisati da je:
Ciklus k t e
Stepen korisnosti kotla
1 vk
u
h h
H F
1 2
1
t
v
h h
h h
Termički stepen
korisnosti
Efektivni stepen korisnosti 1 2
Gene
N
h h
(7.1)
gdje je
NGen – snaga generatora
h1 – entalpija pare na izlazu iz kotla (ulazu u turbinu)
h2 – entalpija pare na izlazu iz turbine
hv – entalpija napojne vode na ulazu u kotao
Hu – donja toplotna moć goriva
F – potrošnja goriva za proizvodnju jednog kilograma pare
Efektivni stepen korisnosti turbine iz jednačine (7.3) predstavlja umnožak sljedećih stepena
korisnosti:
31
e i m g
Unutrašnji (izentropski)
stepen korisnosti
1 2
1 2
i
i
h h
h h
Mehanički stepen korisnosti
Stepen korisnosti generatora
(7.2)
Raspon vrijednosti pojedinih stepena korisnosti je vrlo velik. Na primjer efektivni stepen korisnosti
(ηe) može biti za vrlo velike turbine i 0,88, a za vrlo male može pasti i do 0,50. To samo zahtijeva
pažljivu i detaljnu analizu parametara turbine pri projektovanju postrojenja.
7.2 Generator pare (kotao)
Veliki je broj tipova kotlova ili generatora pare koji mogu da koriste biomasu za proizvodnju pare
odgovarajućih pritisaka i temperatura za pogon parnih turbina. Tehnološka rješenja su vrlo raznolika
i obično maksimalno prilagođena vrsti i stanju biomase koja će se koristiti kao gorivo. Dok kod
klasičnih goriva postoje precizni standardi koji garantuju parametre kvaliteta goriva, kod biomase to
nije slučaj. Vrlo je teško održati i obezbijediti pouzdane parametre kvaliteta biomase, pa to može
prouzrokovati probleme u radu kotla, ali i promenljive parametre pare na izlazu iz kotla.
Neke od biomasa kao što je slama, ostaci od prerade voća itd., mogu biti alkalne (bazne) i da sadrže
agresivne komponente, kao što je npr. hlor. Da bi izbegli ili smanjili rizik zašljakivanja zbog letećeg
pepela niske temperature topljenja, erozije od abrazivnog letećeg pepela i korozije, proizvođači
kotlova za sagorijevanje biomase tradicionalno izbjegavaju više pritiske pare.
Prednosti sagorijevanja biomase su:
- zanemariva emisija CO2 (tzv. nulta emisija4), - vrlo male emisije sumpor-dioksida, - pepeo preostao nakon spaljivanja se velikim dijelom može vratiti iskoristiti kao đubrivo u
poljoprivrednoj proizvodnji.
Nedostaci sagorijevanja biomase su:
- niska energetska gustoća, - potrebna velika površina za skladištenje biomase i - skup transport.
4 Odnosi se na praksu uzgoja biomase da se emisija ugljen-dioksida nastala sagorijevanjem biomase kompenzuje utrošenim ugljen-
dioksidom u procesu stvaranja biomase.
32
8 GASIFIKACIJA I GASNI MOTORI
Iz kilograma suhe mase drvnog otpada moguće je proizvoditi oko 2 Nm3 gasa energetske vrijednosti
od 1,4 do 2,4 kWh/Nm3. Pripremljena drvna masa se ubacuje u reaktor gdje se odvijaju procesi
sušenja, termičkog razlaganja, redukcije, oksidacije i gasifikacije. Rezultat procesa je razgradnja
organskih molekula i stvaranje molekula (atoma) C, CO, CO2, H2 i CH4. Nastali gasovi se nakon
hlađenja, eliminacije kondenzata, katrana i čađi vode do krajnjeg korisnika. Takav gas može da se
koristi na više načina, baš kao i dobro poznati prirodni gas. Ovaj sintetički gas ima ipak znatno manju
toplotnu moć od prirodnog gasa koja je približno jednaka 10 kWh/Nm3.
8.1 Tehnički opis postrojenja i procesa
Osnovni dijelovi i procesi u postrojenju za gasifikaciju drvne biomase su:
- Skladištenje, priprema i sušenje drvne biomase; - Gasifikacija; - Hlađenje i prečišćavanje biogasa; - Gasni motor ili turbina i generator električne energije;
Skladištenje, priprema i sušenje drvne biomase
Drvna sječka od svežeg šumskog drveta skladišti se u natkrivenom prozračenom prostoru. Maseni
udio vlage u ovakvoj sječki je obično od 45 do 50%, a komadi drveta su od 20 do 100 mm, nepravilnog
oblika.
Proizvođač gasifikacijskog reaktora propisuje uslove koje treba da zadovolji sječka prije njenog
unosa u reaktor. Jedan od važnih uslova, pored veličine sječke, je maseni udio vlage sječke od 10%.
Gasifikacija
U tehnološkom smislu pod gasifikacijom se podrazumijeva postupak proizvodnje gorivog gasa i
koksnog ostatka termičkom destrukcijom goriva u uslovima odsustva kiseonika. Tokom procesa
gasifikacije organske čestice se transformišu u gasove, male količine tečnosti i čvrste ostatke koji
sadrže ugljenik i pepeo. Za uklanjanje čvrstih čestica se koristi odgovarajuća oprema, kao što su
elektrostatički taložnici.
Na Slika 8.1 je šematski prikazano postrojenje za proizvodnju biogasa iz drvne biomase i njegovo
korištenje za proizvodnju električne energije. Tri osnovna dijela ovakvog postrojenja su 1) reaktor
(gasifikator) odnosno uređaj u kome se obavlja gasifikacija, 2) gasni motor u kome se generisani gas
pretvara u mehaničku energiju i 3) generator u kome se mehanička energija pretvara u električnu
energiju. Za veće snage se umjesto gasnog motora može se koristiti gasna turbina. Ostali dijelovi
postrojenja sa Slika 8.1 su pomoćni, ali veoma važni uređaji, koji omogućavaju efektivan i efikasan
rad postrojenja. Njihova uloga će biti naknadno objašnjena.
33
Ulaz biomase
PIROLITIČKI REAKTOR
Pepeo
Odvajač katrana
Vazduh za gasifikaciju
Hladnjak gasa
Predgrejač vazduha
Ovlaživač vazduha
Ciklon
Sk
rub
er
Gasni motor
Generator
Električna energija
Produkti sagorevanja
Slika 8.1 Postrojenje za gasifikaciju drvne biomase
Pri procesu gasifikacije čvrsta biomasa se pretvara u gorive gasove (volatile), koji zadržavaju najveći
dio početne gorive vrijednosti. Sastav sintetičkog gasa može da se mijenja u zavisnosti od
temperature, pritiska i atmosferskih uslova, kao i od vrste procesa koji se koristi. Primjer sastava
gasa pri gasifikaciji uglja i biomase, kao i sastav prirodnog gasa radi poređenja, dat je u Tabela 8.1.
Toplotna moć gasa dobivenog gasifikacijom biomase je od 1,4 do 2,4 kWh/Nm3 (5,04 – 8,64
MJ/Nm3). Generatorski gas na izlazu iz reaktora sadrži i brojne štetne materije, kao što su azotni i
sumporni oksidi, teški ugljovodonici (katran), pepeo itd. Ako će se gas koristiti u motorima sa
unutrašnjim sagorijevanjem, potrebno je ovaj gas očistiti do one mjere koju zahtijeva motor sa
unutrašnjim sagorijevanjem. Ako se generatorski gas koristi u kotlovima, stepen prečišćavanja je
manji, ali ako se koristi gasna turbina gas mora biti dodatno prečišćen.
34
Tabela 8.1 Sastav gasa dobivenog gasifikacijom uglja i biomase
Sastav Gasifikacija uglja Biogas ili generatorski gas
Prirodni gas
Vodonik (H2) 14,0% 18,0% --
Ugljen-monoksid (CO) 27,0% 24,0% --
Ugljen-dioksid (CO2) 4,5% 6,0% --
Kiseonik (O2) 0,6% 0,4% --
Metan (CH4) 3,0% 3,0% 90,0%
Azot (N2) 50,9% 48,6% 5,0%
Etan (C2H6) -- -- 5,0%
Hg (MJ/Nm3) 6,07 5,03 37,33
8.1.1 Vrste gasifikatora
Gasifikatori sa fiksnim slojem se dijele, u zavisnosti od načina toka goriva u odnosu na tok sredstva
za gasifikaciju (zrak, para ili O2) na istosmjerne, suprotnosmjerne i unakrsne gasifikatore.
ZONA SUŠENJA
ZONA DESTILACIJE
REDUKCIONA ZONA
JEZGRO REAKCIJE
ZONA PEPELA
GAS
VAZDUH
Slika 8.2 Suprotnosmjerni gasifikator
Kada se gasifikacija obavlja istosmjerno (Slika 8.3), nastali gasovi vode se kroz hladniju zonu prema
izlazu iz postrojenja. To je i razlog što se veliki molekuli ugljovodonika ne raspadaju, pa gas mora
dodatno da se očisti. Ovaj način se koristi vrlo često, jer je pogodniji je za biomasu sa većim udjelom
vlage. Većina gasifikatora drvne biomase snage manje od 1 MWth, koji su trenutno u pogonu u
Njemačkoj, su ovog tipa [23]. Stoga je ova vrsta gasifikatora najinteresantnija za primjenu u BiH.
Osnovne karakteristike istosmjernih uređaja u poređenju s ostalim su:
- složenije je konstrukcije - visoki zahtjevi u pogledu pripreme goriva: mala fleksibilnost u pogledu veličine čestica (samo
komadno drvo) i vlažnosti (< 20 %)
35
- gas sadrži nizak procenat katrana - ima kraće vrijeme paljenja i kraće vrijeme početka rada - brži odziv - koristi se za dugotrajne procese - ne može da koristi goriva sa velikim sadržajem pepela
ZONA SUŠENJA
JEZGRO REAKCIJE
ZONA DESTILACIJE
REDUKCIONA ZONA
GAS
VAZDUH VAZDUH
PEPEO
Slika 8.3 Istosmjerni gasifikator
Gasifikacija s unakrsnim strujanjem je najjednostavniji proces (Slika 8.4). Gorivo se ubacuje kroz
otvor na zidu reaktora u sloj, gdje odmah dolazi u kontakt sa vrelim zrakom. Neposredan kontakt
vrelog sadržaja sloja i novog goriva osigurava visoki stepen korisnosti ovakvog procesa. Uobičajena
temperatura nastalog gasa je od 700 do 850 oC.
GASVAZDUH
PEPEO
ZONA SUŠENJA
JEZGRO
DESTILACIONA ZONA
REDUKCIONA ZONA
Slika 8.4 Unakrsni gasifikator
Kvalitet goriva koje se gasificira jeste funkcija njegovog ugljeničnog sadržaja, granulacije goriva i
njegove uniformnosti, nasipne gustine, sadržaja katrana, sadržaja pepela, sadržaja vlage i brzine
reakcije sagorijevanja.
Prikaz procesa koji se odvija u postupku transformacije drvne biomase u električnu energiju i opis
međuprocesa i operacija prikazan je na Slika 8.5.
36
BIOMASAKontrolisana
količina vazduha za sagorevanje
1
Pepeo
Kondenzat
2
1 GASIFIKACIJA2 PREČIŠĆAVBANJE GASA3 KONVERZIJA HEMIJSKE ENERGIJE GORIVA U MEHANIČKU4 KONVERZIJA MEHANIČKE ENERGIJE U ELEKTRIČNU
4Toplotna energija
SIROVI GAS
PREČIŠĆENI GAS
3
Produkti sagorevanja
MEHANIČKI RAD
ELEKTRIČNA ENERGIJA
GASIFIKATOR
FILTER
GASNA TURBINA ILI GASNI MOTOR
GENERATOR
Slika 8.5 Šema procesa
8.1.2 Hlađenje i prečišćavanje gasa
Temperatura generatorskog gasa nakon izlaska iz istosmjernog gasifikatora (reaktora) je oko 750 oC.
Gas se u nekoliko konsekutivnih postupaka prečišćava i hladi na konačnih oko 60 oC, nakon čega se
filtrira. Tako pripremljen gas je ohlađen, bez prisustva katrana, pepela i prašine, i može se koristiti u
gasnom motoru (ili turbini).
Sistem prečišćavanja i hlađenja je uglavnom zatvoren, i svi nusproizvodi se vraćaju u reaktor i
naknadno podvrgavaju razgradnji.
8.1.3 Gasni motor i generator električne energije
Gasni motor je klasičan Otto motor, ali prilagođen očekivanom sastavu generatorskog gasa. Stepen
korisnosti ovakvih motora u proizvodnji mehaničke snage iznosi 35 do 40%. Korisna toplotna
energija nastaje od tečnosti za hlađenje motora i od produkata sagorijevanja. Temperatura tečnosti
na izlazu motora je 75-90, a na ulazu 60-80 oC. Temperatura produkata sagorijevanja je 500-550 oC.
Generator električne energije manjih snaga korišten u ovim primjerima je niskog napona i
frekvencije 50 Hz. Stepen korisnosti ovakvih generatora je obično 91-93%.
37
9 DIREKTNO SAGORIJEVANJE SA ORGANSKIM RANKINOVIM CIKLUSOM (ORC)
Organski Rankinov ciklus (ORC), za razliku od parnih, ne koristi vodu (vodenu paru) kao radni fluid,
već obično organske ugljovodonike. Naziv „organski ciklus“ je samo marketinški koncept i ne
uslovljava korištenje samo organskih materija u Rankinovom ciklusu, mada se one najčešće koriste.
Za razliku od parnog (Rankinovog) ciklusa, u ORC postrojenju se koristi i posredni fluid - termička
ulja (silikonska ulja) koja se griju na temperature od oko 300 oC. Tako zagrijano ulje se vodi u
dvostepeni isparivač, gdje se njegova toplota odvodi u sekundarni krug u kome se isparava radni
fluid. Dobivena para radnog fluida se nakon toga vodi u turbinu, koja je direktno spojena sa
generatorom električne energije. Nakon hlađenja, pare odlaze u kondenzator, gdje se toplota
kondenzacije prenosi koristi za proizvodnju korisne toplote, kao npr. za neki tehnološki proces.
9.1 Opis postrojenja
Na Slika 9.1 je šematski prikazano jedno ORC postrojenje. Odmah se uočava ORC modul kao zasebna
cjelina postrojenja. Unutar te cjeline nalazi se ORC turbina i generator. Vrlo karakterističan uređaj
ORC ciklusa je i regenerator, kojim se predgrijava ORC fluid nakon kondenzacije, a prije ulaska u
isparivač.
U drugom cirkulacionom krugu nalazi se termičko ulje u kome se postižu temperature oko 300oC.
Zagrijavanje ulja se obavlja u kotlu na biomasu. Za zagrijavanje zraka za sagorijevanje biomase
koriste se produkti sagorijevanja (predgrijač zraka). Produkti sagorijevanja se u ekonomajzeru
koriste za pripremu tople vode koja može da se koristi za potrebe grijanja. Poseban cirkulacioni krug
termičkog ulja koristi se za pripremu vrele vode za potrebe procesa. Ova toplotna energija i topla
voda iz kondenzatora i ekonomajzera su korisne toplote koje su, pored električne energije, proizvod
ovoga ORC postrojenja.
38
Slika 9.1 Generalna šema ORC postrojenja
9.2 Prednosti ORC turbina
Sljedeći argumenti idu u prilog korištenja ORC tehnologije u odnosu na klasično parno-turbinsko
postrojenje.
- Vеćinа оrgаnskih tеčnоsti kоје sе kоristе u ОRC pоstrојеnjima nе zаhtijеvајu prеgrijavаnje.
- Izentropska efikasnost turbinе veoma zavisi od njene snage. U principu, ORC turbine imaju veću efikasnost pri malim snagama od parnih turbine istih snaga.
- Nеmа pripreme i kontrole vode u kotlu,
39
- Instаlаciја је mаnjе kоmplеksna od parne instalacije, štо је pоžеlјnо kаdа se radi o “green-field” investicijama ili kada ne postoji distributivna parna mreža,
- Тrоškоvi оdržаvаnjа su niski, a raspoloživost postrojenja velika,
- Rukovanje postrojenjem je jednostavno,
- Efikasnost postrojenja pri djelimičnom opterećenju je visoka,
- Pritisak u sistemu je mnogo manji nego kod parnog sistema, pa je i regulativa vezana za bezbijednost manje stroga,
- Nije potrebna visoko kvalifikovana radna snaga za upravljanje postrojenjem,
- Na raspolaganju su i vrlo male električne snage turbine.
U prilog parnih ciklusa u odnosu na ORC treba uzeti sljedeće argumente:
- Vоdа kао rаdni fluid је јеftina, dоk ОRC fluid može biti vrlo skup ili mu je upotreba ograničena iz razloga koji se tiču životne sredine.
- Odnоs snаge/tоplоtе koji je vrlo raznolik i promjenljiv kod parno-turbinskog postrojenja daje mogućnost odličnog usklađivanja potreba električne i toplotne enrgije u kogeneracionim postrojenjima.
- Dirеktna upotreba vodene pare u turbini i kotlu eliminiše potrebu posrednog fluida kakvo je termičko ulje.
10 PROIZVODNJA BIOGASA I GASNI MOTORI
Biogas predstavlja mješavinu različitih gasova koji su nastali raspadanjem organske materije u
odsustvu kisika. Biogas se može proizvoditi iz biorazgradivog dijela proizvoda, otpada i ostataka iz
poljoprivrede i biorazgradivi udio industrijskog i komunalnog otpada. To je obnovljivi izvor energije,
čijim korištenjem se smanjuje globalno zagrijavanje sprečavanjem emisije stakleničkog gasa metana
u atmosferu.
10.1 Proces proizvodnje biogasa
Proizvodnja biogasa se obavlja u zatvorenim izolovanim rezervoarima bez prisustva kiseonika. Takvi
rezervoari se nazivaju digestori. Odsustvo kiseonika je jedan od uslova željenog procesa anaerobne
digestije. Pored tog uslova, mora da se obezbijedi i odgovarajuća temperatura i dobro miješanje
sadržaja digestora.
Drvni otpad, uprkos tome što je biorazgradiv, ima visok sadržaj lignina koji usporava proces i zato se
ne koristiti kao sirovina u anaerobnim digestorima. Miješanjem različitih vrsta sirovine, na primjer
stajnjaka i organskog industrijskog otpada, može se dobiti veći prinos biogasa, a tako stvorene, lako
razgradive materije mogu dodatno stabilizovati anaerobnu digestiju. Zato je korisno dodati
40
poljoprivredni otpad (slama, kukuruzovina) u fazi raspadanja, kao bi se povećao efekt bakterijskog
djelovanja.
Uticajni faktori proizvodnje biogasa
U tehnološkom procesu proizvodnje biogasa potrebno je ostvariti visok stepen razgradnje organske
materije, uz zadovoljavajući kvalitet i prinos bigasa. Glavni faktori koji utiču na to su: veličina i vrsta
ulazne sirovine, pritisak u digestoru, pH vrijednost, temperatura, vrijeme zadržavanja, nivo punjenja,
hemijski sastava supstrata i toksičnost. Više informacija o ovim parametrima mogu se naći u
Katalogu.
10.2 Prinos biogasa različitih organskih materijala
Različiti organski materijali koji se podvrgavaju anaerobnom truljenju daju različite prinose biogasa. Razlog je razlika u strukturi materije. U Tabela 10.1 dati su podaci o prinosu biogasa za različite vrste domaćih životinja. Kvalitet i količina biogasa umnogome zavise i od mikroorganizama, koji se koriste u procesu. Prinosi su veći kada se primjenjuju adaptirane prirodne kulture, nego u slučajevima kada se koriste nativne kulture koju nosi sama materija, koja se unosi u digestor.
Tabela 10.1 Svojstva i prinos biogasa iz stajnjaka domaćih životinja
Vrsta domaće životinje
Pro
sječ
an d
nev
ni p
riliv
tečn
og
staj
nja
ka p
ri
pro
sječ
no
m u
dje
lu
OSM
* o
ko 1
1%
,kg/
d p
o
SJ
Ud
io O
SM u
teku
ćem
sta
jnja
ku
Pro
sječ
an u
dio
N2
u O
SM
staj
nja
ka, %
Od
no
s C
pre
ma
N2
u
OSM
sta
jnja
ka, %
Pri
no
s b
ioga
sa u
od
no
su n
a ko
ličin
u
OSM
, m3 /(
kg d
)
Pro
sječ
an p
rin
os
bio
gasa
, m3 /d
po
SJ
% kg/dan po SJ
min-max prosjek
Krave (muzare) 45 10,5 4,7 1,7-6,0 (17-25):1 0,18-0,33 0,255 0,846-1,551
Goveda u tovu 29 11,0 3,2 1,7-6,0 (17-25):1 0,16-0,32 0,240 0,512-1,024
Rasplodne krmače 30 12,0 3,6 3,8 (6-12):1 0,34-0,66 0,445 1,224-1,980
Svinje u tovu 26 11,54 3,0 3,8 (6-12,5):1 0,30-0,55 0,425 0,900-3,968
Kokoške nosilje 58 11,03 6,4 6,0-6,5 (7-15):1 0,31-0,62 0,465 1,984-3,968
Pilići brojleri 48 10,62 5,1 6,3 15:1 0,30-0,56 0,430 1,530-2,856
Ovce 28 11,07 3,1 3,8 33:1 0,09-0,31 0,200 0,279-0,961
Konji 32 10,94 3,5 2,3 25:1 0,20-0,30 0,250 0,700-1,050
* OSM – organska suha materija
SJ – stočna jedinica (pošto su životinje različitih masa, uvodi se jedinstvena mjera koja se označava sa SJ)
Koeficijent stočnih jedinica (
Tabela 10.2) koristi se da bi se stvarni broj životinja zamijenio sa virtuelnim brojem koji je uporediv za različite vrste životinja. Tako 100.000 brojlera jeste 0,007×100.000=700 SJ. Treba zapaziti da je za muzare krave i muška goveda starosti dvije i više godina SJ = 1. Treba imati u vidu da na osnovu procjene potencijala sirovine treba da se projektuje i izgradi postrojenje.
41
Tabela 10.2 Koeficijenti stočnih jedinica*
Goveda
Mlađa od 1 godine 0,400
Starosti od 1 do 2 godine 0,700
Muška goveda, starosti dvije godine i više 1,000
Junice, starosti dvije godine i više 0,800
Muzne krave 1,000
Ostale krave, starosti dvije godine i više 0,800
Ovce i koze 0,100
Kopitari 0,800
Svinje
Prasići težine žive vage ispod 20 kg 0,027
Rasplodne krmače, težine 50 kg i više 0,500
Ostale svinje 0,300
Perad
Brojleri (tovljeni pilići) 0,007
Kokoši nosilice 0,014
Nojevi 0,350
Ostala perad 0,030
Zečevi, rasplodne ženke 0,020
*Preuzeto iz uredbe Evropske komisije (120/2009)
10.3 Postrojenja za proizvodnju biogasa
Digestor je obično u obliku horizontalnog ili vertikalnog cilindra. Obje opcije su prikazane na Slika
10.1. Češća konstrukcija je vertikalni betonski ili čelični dobro izolovani sudovi sa rotirajućim elisama
ili potopljenim pumpama za homogenizaciju. Sirovina u te vertikalne sudove ulazi sa jedne strane, a
digestat se odvodi na drugoj strani. Vertikalni betonski ili čelični digestori sa rotirajućim elisama ili
potopljenim pumpama za homogenizaciju su najzastupljeniji u praksi u Evropi. U vertikalnim
cilindričnim digestorima supstrat se dovodi sa gornje strane, a prevreli supstrat se odvodi sa dna na
suprotnoj strani digestora. U horizontalnim digestorima se sa jedne strane uvodi supstrat a
mehanizam miješanja je tako konstruisan da potiskuje smješu u digestoru od ulaza ka izlazu. Na taj
način se može dobro upravljati procesom i kontrolisati vrijeme zadržavanja smješe u digestoru.
Vertikalni rezervoari su jednostavniji i jeftiniji za upravljanje, ali je i njihova efikasnost manja u
odnosu na horizontalne, koji su skuplji.
Skupljač biogas
Grejne cevi u izolovano cilindičnom plašti
Ulaz svežeg supstrata
Izlaz prevrelog supstrata
Mešači
Izlaz prevrelog supstrata
Mešač
Grejač
Ulaz svežeg supstrata
Skupljač biogas
BIOGAS
BIOGAS
Slika 10.1 Vertikalna i horizontalna konstrukcija digestora
42
Ako se anaerobna digestija može obaviti u jednom digestoru, tada je to jednostepeno postrojenje.
Ukoliko se proces digestije odvija u dva redno postavljena digestora, takvo postrojenje nazivamo
dvostepenim postrojenjem. U dvostepenom postrojenju je moguće optimizovati radne uslove sa
ciljem dobivanja boljeg prinosa biogasa. U jednostepenom postrojenju trajanje procesa je duže ali
su i investicioni troškovi niži u poređenju sa dvostepenim postrojenjem. Obično su zapremine oba
digestora identične, kao i skladište za prevreli supstrat.
Jedno tipsko postrojenje za proizvodnju biogasa prikazano je na Slika 10.2. U skladištu osnovnog supstrata se kontinuirano ili u šaržama doprema osnovni supstrat. Njegov sadržaj je veoma različit, a logično je da će i proizvodnja biogasa biti različita po količini i kvalitetu. Podaci o karakteristikama mogućih supstrata dati su u Tabela 10.1. Ako je osnovni supstrat neki od onih iz te tabele, onda kao dodatni supstrat može biti kukuruzovina, zeleni ostatak sa njiva itd. Skladišta ne treba shvatiti bukvalno kao mjesto prikupljanja sirovine već kao mjesto gdje se obavlja njena dorada i priprema za transport u digestor. Prije ulaska u skladište vrši se po potrebi i čišćenje sirovine od mogućih neželjenih primjesa (stakla, kamenja), zgušnjavanje ili razvodnjavanje, ali i zagrijavanje. Tako pripremljen supstrat je gusta masa koja se pumpom prebacuje u digestor. Digestor je termički izolovan i u njemu se supstrat zadržava više sedmica.
Skladište osnovnog substrata
Skladište dodatnog substrata
Gasni motor
Generator
Skladište toplote
DIGESTOR
NAKNADNI DIGESTOR
Rezervno hlađenje motora
BIOGASSKLADIŠTE PREVRELOG SUPSTRATA
Termofilni proces Mezofilni proces
Slika 10.2 Tipsko postrojenje za proizvodnju biogasa
Hlađenjem gasnog motora, generatora i izduvnih gasova se dobiva toplotna energija koja se može
koristiti u razne svrhe kao npr. grijanje štala i objekata, sušenje voća i povrća ili zagrijavanje tople
potrošne vode.
43
GASNI MOTOR
92
oC
12
0 o
C
GENERATOR 82 oC
BiogasIzduvni gasovi
Voda za hlađenje motora
TOPLOTNI POTROŠAČ
Slika 10.3 Šema kogenerativnog postrojenja
Dodatni pozitivni efekti pri proizvodnji biogasa tehnologijom anaerobnog vrenja su i higijenizacija
prirodnog ciklusa proizvodnje ljudske i životinjske hrane i dobivanje visokokvalitetnog prirodnog
biođubriva ili stočne hrane, što zavisi od podešavanja procesa i naknadne dorade ostatka vrenja
nakon izlaska iz digestora. Ilustracija ukupnog ciklusa postrojenja i korištenja proizvoda digestije je
prikazano ispod. 5
Slika 10.4 Šema toka sirovina i proizvoda biogasnog postrojenja
5 http://www.globalseed.info/
44
11 UPUTSTVA ZA KORIŠTENJE SOFTVERA ZA ANALIZU ISPLATIVOSTI
Softver za analizu isplativosti investicija u kogenerativna postrojenja na biomasu u BiH (u daljem
tekst softver) je razvijen koristeći postupak proračuna predstavljen u ovom dokumentu. Primjere
proračuna sa detaljnim opisom možete naći u „Katalogu energetskih tehnologija za proizvodnju
električne i toplotne energije korištenjem biomase“ dostupnom na www.usaideia.ba.
11.1 Početni koraci
Početna strana softvera je prikazana na sljedećoj slici (http://biomasa-
isplativost.usaideia.ba/#!/home)
Slika 11.1 Početna strana softvera za analizu isplativosti investicija
Sa prethodne slike se vidi da softver obuhvata 4 tehnologije opisane u ovom dokumentu:
1. Direktno sagorijevanje sa parnim ciklusom (PARNA TURBINA)
2. Gasifikacija i gasni motori (GASIFIKACIJA)
3. Direktno sagorijevanje sa Organskim Rankinovim Ciklusom (ORC TURBINA)
4. Proizvodnja biogasa i gasni motori (BIOGAS)
45
Za svaku tehnologiju postoji odvojen softverski modul koji se otvara klikom na tekst OTVORI koji se
nalazi ispod slike odgovarajuće tehnologije.
Kada prvi put koristite softver, potrebno je da se registrujete klikom na REGISTRACIJA u gornjem
desnom uglu početne stranice (Slika 11.1) i pojavi se prozor prikazan na sljedećoj slici. Potrebno je
sve podatke popuniti i kliknuti na KREIRAJ (nije dovoljno kliknuti tipku Enter).
Slika 11.2 Registracija korisnika
Nakon što se ste postali registrovani korisnik, da bi koristili softver potrebno se svaki put prijaviti
tako što kliknete na PRIJAVA u gornjem desnom uglu početne stranice (Slika 11.1) i pojavi se prozor
prikazan na sljedećoj slici. Potrebno je sve podatke popuniti i kliknuti na PRIJAVA (nije dovoljno
kliknuti tipku Enter). Kada završite sa radom u softveru, kliknite na ODJAVA koja će se pojaviti
gornjem desnom uglu početne stranice umjesto REGISTRACIJA (Slika 11.1).
46
Slika 11.3 Prijava korisnika
11.2 Profil
Nakon što se korisnik prijavi otvori se Profil koji sadrži podatke o korisniku i sačuvane proračune.
Sačuvani proračuni se u Profilu prikazuju pod imenom softverskog modula. U prikazanom profilu,
Slika 11.4, samo je jedan proračun sačuvan, pod imenom Biogas 300 SJ FBiH, urađen u softverskom
modulu Biogas.
Slika 11.4 Profil korisnika
47
Klikom na postojeći proračun se otvara taj proračun i moguće je onda na njemu raditi. Ako korisnik
želi započeti novi proračun, treba kliknuti na Nazad u gornjem lijevom uglu i otvorit će se Početna
strana softvera za analizu isplativosti (Slika 11.1). Klikom na OTVORI ispod slike tehnologije, otvara
se softverski modul za tu tehnologiju.
11.3 Softverski moduli za tehnologije
Ako korisnik klikne na OTVORI ispod slike parne turbine otvori se softverski modul PARNA TURBINA.
Slika 11.5 Modul Parna turbina na početnoj stranici
11.3.1 Opći podaci
Na početku svakog softverskog modula se nalaze Opći podaci (
Slika 11.6). Ti podaci/parametri su isti za svaki modul i zato se zovu Opći podaci. Svi podaci u okviru
jednog proračuna u jednom softverskom modulu, uključujući i Opće podatke, su neovisni od
podataka iz drugog proračuna, pa isti parametri mogu imati drugačije vrijednosti u svakom
proračunu, kao npr. Feed-in tarifa.
Kada registrovani korisnik po prvi put počne koristiti softver, svim parametrima su već dodijeljene
realne početne vrijednosti. To predstavlja dodatnu pomoć za korisnika, jer se softver može koristiti
odmah, bez potrebe da korisnik prvo popuni sve vrijednosti parametara.
48
Slika 11.6 Opći podaci u modulu Parna turbina
Vrijednosti u sivo osjenčenim poljima se UNOSE. Vrijednosti parametara u neosjenčenim poljima
se izračunavaju na osnovu unesenih vrijednosti ili je vrijednost parametra fiksna i korisniku nije
dozvoljeno da je mijenja.
Ako pored parametra stoji ikona onda se klikom na tu ikonu otvori prozor sa pojašnjenjem
(Pomoć) za taj parametar. Tako se klikom na znak upitnika pored prvog parametra Feed-in-tarifa (Iz
tarifnog sistema za obnovljivu energiju i kogeneraciju - Slika 11.4) pojavi sljedeći prozor:
49
Slika 11.7 Pomoć za parametar
Prikazane su garantovane otkupne cijene za električnu energiju (engl. Feed-in tariff-FIT) za biomasu
i biogas u FBIH I RS u konvertibilnim markama (KM) i eurima (EUR). U softveru se koristi novčana
jedinica EUR ali je u tabeli data i vrijednost u KM kako je prikazano u odgovarajućim Odlukama
nadležnih institucija [18,19]. Klikom na ZATVORI se prozor Pomoć zatvara.
Ako pomoć nije ponuđena za sivo osjenčena polja, smatra se da je korisniku parametar poznat ili
da može odrediti njegovu vrijednost iz imena parametra, kao na primjer Godišnji troškovi pogona i
održavanja (O&M) (1-5% od investicije) gdje je dat opseg iz kojeg treba odabrati vrijednost
parametra. Za odabrana neosjenčena polja, u ovom poglavlju je dato objašnjenje parametra ili se
može naći u drugim poglavljima ovog dokumenta ili u Katalogu.
Ako korisnik želi izmijeniti vrijednost nekog parametra, potrebno je da klikne na vrijednost, izbriše
postojeću vrijednost, unese novu i klikne na SAČUVAJ na dnu modula. U softveru se koristi decimalna
tačka, pa je na primjer ispravna vrijednost 5.5 a ne 5,5. Ako korisnik ne klikne na SAČUVAJ, prilikom
izlaska iz modula, vrijednost parametara se neće promijeniti i svi parametri će se vratiti na
prethodne/početne vrijednosti.
Ako se unese vrijednost parametra koja je izvan normalnog opsega, onda će se pojaviti prozor koji
će upozoriti korisnika i da bi se nastavilo sa radom potrebno je kliknuti na OKError! Reference source
not found.. Unos takve vrijednosti parametra može rezultirati potpuno pogrešnim ili nelogičnim
rezultatima ali je dozvoljeno da bi se omogućilo korisniku da procijeni uticaj tog parametra na
isplativost investicije, na primjer cijena biomase ili visina Feed-in tariff. Softver će dozvoliti da
korisnik unese vrijednost parametra izvan normalnog opsega, ali će je označiti crvenom bojom.
50
Slika 11.8 Unos vrijednosti parametra izvan normalnog opsega
Klikom na Nazad u gornjem lijevom uglu korisnik se vraća na početnu stranicu (Slika 11.1) i može
odabrati jednu od 4 tehnologije klikom na OTVORI.
Emisija CO2
U Općim podacima se nalaze i podaci vezani za emisiju ugljen-dioksida (CO2). Emisija CO2 je
izračunata zato što za neke projekte, kredite ili grantove treba imati i taj podatak. Tržišna vrijednost
smanjene emisije CO2 nije korištena u proračunu prihoda.
Emisija CO2 računa tako što se proizvedena neto proizevedena električna energija pomnoži sa
emisionim CO2 faktorom za električnu energiju, a proizvedena neto toplotna energija sa emisionim
CO2 faktorom za prirodni gas. Sječka je obnovljivi izvor energije i njen emisioni faktor je nula.
Emisioni CO2 faktor za električnu energiju zavisi od odnosa količina električne energije proizvedene
iz fosilnih goriva i obnovljivih izvora energije. U BiH se električna energije najvećim dijelom proizvodi
iz termoelektrana na ugalj i velikih hidroelektrana. U prosjeku se oko 60% električne energije
proizvodi u termoelektranama pa Emisioni CO2 faktor za električnu energiju iznosi oko 0,7.
Korekcioni faktor električne energije je faktor kojim se vrednuje primarna energija za proizvodnju
jedinične finalne električne energije. Taj koeficijent zavisi od nacionalnog energetskog miksa. U BiH
se oko 60% proizvede iz uglja u termoelektranama sa prosječnim stepenom efikasnosti od 30% pa
korekcioni faktor električne energije iznosi oko 2.
Softver je namijenjen za analizu isplativosti ulaganja u kogenerativna postrojenja na biomasu, tako
da pored tehničkih parametera i ekonomski parametri su bitni, a ključni ekonomski parametar je
visina investicije.
51
Teško je doći do pouzdanih podataka o visini investicije, jer ponuđači opreme uglavnom daju ponude
za konkretne projekte i često nisu voljni da daju budžetske kvote tvrdeći da na cijenu opreme
značajno utiče specifičnost projekta. Investitori koji su implementirali projekte, često nisu motivirani
da dijele podatke o investicionim troškovima. Postoje studije koje se bave procjenom troškova
investicije u kogenerativna postrojenja na biomasu, ali često su navedeni rasponi specifičnih
investicionih troškova (EUR/kWe) veliki pa je teško odabrati odgovarajuću vrijednost.
Najbolji podaci su podaci za implementirane projekte u regiji, prvenstveno Hrvatskoj i Srbiji i EIA
projekt je prikupio manji broj podataka za konkretne projekte i ponude. Ti orijentacioni podaci su
dati u softveru, pod Investicionim troškovima; a također se prikazuje i u slijedećoj tabeli. Ovi podaci
se mogu koristiti kao vrijednosti za procjenu visine investicije dok se ne dobije ponuda za konkretan
projekt.
Tabela 11.1 Okvirne vrijednosti specifičnih investicija
Tehnologija Električna snaga (kWe)
Toplotna snaga (kWt)
Ukupna investicija
(EUR)
Specifična investicija
(EUR/kWe)
Parna turbina 1.000 4.000 5.000.000 5.000
4.700 15.000 13.000.000 2.766
Gasifikacija 250 540 1.200.000 4.800
500 618 1.423.744 2.847
ORC 729 3.146 4.795.301 6.578
300 1.505 1.795.301 5.984
Biogas 150 166 1.027.260 6.848
650 800 2.400.000 3.700
1.000 1.200 3.500.000 3.500
52
Da bi korisnik mogao doći to tehničkih podataka o postrojenjima i zatražiti ponude, niže su navedeni
neki proizvođači opreme6.
Tabela 11.2 Proizvođači kogenerativnih postrojenja
Tehnologija Proizvođači
Parna turbina Technopa 50-3000 kW www.technopa.eu G-Team 80-5000 kW http://www.g-team.cz/ Siemens
Gasifikacija URBAS do 250kW www.urbas.at Spanner Re² 30kW i 45kW www.holz-kraft.de Wegscheid do 250kW http://www.holzenergie-wegscheid.de/
ORC Turboden 200-3000kW+ http://www.turboden.eu/ Adoratec 300-2400kW http://www.adoratec.com/ GMK 250-2000kW http://www.gmk.info/
Biogas Biogest 100-2000 kW http://www.biogest.at/ BTS biogas 25-1500 kW+ http://www.bts-biogas.com/ Envitec biogas 25-3000 kW+ http://www.envitec-biogas.com/
11.3.2 Parna turbina
Parna turbina je modul za analizu postrojenja koja koriste direktno sagorijevanje sa parnim ciklusom.
Ovo postrojenje je opisano u poglavlju 7 i poželjno je da korisnik pročita to poglavlje prije nego
počne koristiti softver (više detalja i primjer proračuna je dat u Katalogu).
Softverski modul Parna turbina sadrži parametre koji se koriste za proračun kogenerativnog
postrojenja sa parnom turbinom. Parametri su podijeljeni su u više grupa prikazanih na sljedećim
slikama. Prva grupa parametara se odnose na parnu turbinu. U naslovu stoji da se radi o
kondenzacionoj turbini sa jednim oduzimanjem ali se može razmatrati i slučaj protiv-pritisne turbine
tako što se vrijednost parametra Udio pare na mjestu oduzimanja postavi na vrijednost 100%.
Klikanjem na ikone Pomoć korisniku su date dodatne informacije koje će olakšati korištenje softvera.
6 Navedene firme ne reklamira niti preporučuje USAID EIA niti je lista potpuna
53
Slika 11.9 Parametri parne turbine
54
U parametrima (ispod) za parni kotao postoje osjenčena, neosjenčena i zelena polja (Error! Reference source not found.). Kao što piše u Napomeni u gornjem lijevom uglu (
Slika 11.6), zelena polja se prenose iz Općih podataka.
55
Slika 11.10 Parametri parnog kotla
56
Slika 11.11 Investicioni troškovi parnog postrojenja
Sa prethodne slike se vidi da ukupna investicija podijeljenja na pojedične stavke koje korisnik unosi.
Zavisno od projekta, neki troškovi će biti niži ili viši od uobičajenih ili ih neće ni biti, tako da softver
omogućuje korisniku da tačnije definiše i ima kvalitetan pregled investicionih troškova.
Parametar Specifična investicija se računa na osnovu ukupnih investicionih troškova i instalisane
električne snage i označen je plavom bojom da se istakne, jer je to parametar koji se najčešće koristi
u literaturi.
Slika 11.12 Operativni troškovi parnog postrojenja
U operativnim troškovima je između ostalog data i stavka Ukupno plate i administracija koji se
računa kao proizvod parametara Broj zaposlenih radnika i Prosječna bruto plaća koje korisnik unosi.
Zelene osjenčeni parametri se ili direktno prenose iz Općih podataka ili se računaju na osnovu
parametera iz ovog modula i Općih podataka. Svi parametri su poznati korisniku pa je samo data
57
pomoć za Jediničnu cijenu biomase jer treba unijeti vrijednost u EUR/toni a to zahtijeva da korisnik
tu vrijednost izračuna.
58
Slika 11.13 Energetski i finansijski parametri parnog postrojenja
Na kraju softverskog modula se nalaze izračunate vrijednosti NPV – Net Present Value (neto
sadašnja vrijednost) i IRR – Internal Rate of Return (interna stopa povrata). To su ključni ekonomski
parametri koji određuju isplativost investicije.
Slika 11.14 NPV i IRR i parnog postrojenja
59
Da bi sačuvali proračun, u gornjem lijevom uglu na početku modula (
Slika 11.6Error! Reference source not found.), ispod Napomene nalazi se prostor za unos naziva i
opisa proračuna i nakon unosa podataka potrebno je kliknuti na SAČUVAJ koje se nalazi na dnu
modula (Slika 11.14). Nakon toga će se u Profilu u prozoru Parna turbina pojaviti sačuvani proračun
sa datim imenom. U proračunu su sačuvani svi parametri korišteni u proračunu uključujući i Opće
podatke.
Tipku PRORAČUN ima samo modul Parna turbina. Kada korisnik klikne na tipku PRORAČUN onda se
izračunaju entalpije pare u zavisnosti od unesene temperature i pritisaka.
Gasifikacija, ORC turbina i Biogas
Softverski moduli Gasifikacija, ORC turbina i Biogas koriste se za isti način kao i softverski modul
Parna turbina, tako da nije potrebno davati posebna uputstva za korištenje. Preporučuje se da se
poglavlja u ovom dokumentu, koji se odnose na svaku tehnologiju, pročitaju prije korištenja bilo
koje od softvera modula.
12 ZAKLJUČAK
Odabrane su četiri komercijalne tehnologije (kogeneraciona postrojenja sa vodenom parom;
gasifikacioni reaktori za proizvodnju sintetičkog gasa i gasni motori; organski Rankinov ciklus i
kogeneracija električne i toplotne energije; i proizvodnja biogasa i kogeneracija električne i toplotne
energije). To su i najčešće korištene tehnologije malih i srednjih snaga koje koriste biomasu za
proizvodnju električne i toplotne energije.
Postoje proizvođači koji nude kompletna postrojenja i drugi proizvođači koji nude samo dijelove
postrojenja, tako da je izbor proizvođača ovisi o investitoru. Specifična investicija, izražena kao
ukupna investicija po jedinici električnog kapaciteta, ima vrlo širok spektar, u zavisnosti koja se
tehnologija koristi. Također, specifična investicija za svaku tehnologiju prilično varira, u zavisnosti
od proizvođača. Kada se procjenjuju troškovi ulaganja, povezani troškovi se često zanemaruju, kao
što su zakup zemljišta i njegove pripreme, razne dozvole i idejni projekat. Mnogi parametri se
trebaju procijeniti, ali najvažniji parametar je godišnji broj sati rada postrojenja. Da bi se omogućio
60
maksimalni broj operativnih sati godišnje, kontinuirano prikupljanje i skladištenje sirove biomase
mora biti dobro planirano.
Tek kada se svi relevantni parametri precizno i pouzdano odrede može se doći do optimalne
varijente i pouzdane procjene isplativosti investicije.
Osim potencijalnih investitora ovaj mogu koristiti softver nadležne institucije za analizu različitih primjera (projekata) odabranih tehnologija i moći utvrditi da li postojeći podsticaji dovoljni da motivišu investitore da ulažu u takve projekte i da li će se moći ostvariti planirani udio biomase u proizvodnji električne energije iskazanih u akcionim planovima. Uz pomoć ovog softvera može vršiti analiza parametara sadašnjeg sistema podsticaja i njihovog uticaja na isplativost projekata. Kao rezultat toga, softver omogućava relevantnim institucijama da odrede da li su postojeći podsticaji adekvatni za motiviranje ulaganja u projekte i ispunjavanje ciljeva iz akcionog plana, a također i kako će promjene u poticajima utjecati na profitabilnost projekata (kao što je povećanje ili smanjenje feed-in tarifa, uvođenje poticaja za proizvodnju toplotne energije i oslobađanje od PDV-a).
61
LITERATURA
1. Akcioni plan Federacije BiH za korištenje obnovljivih izvora energije (APOEF), Službene novine FBiH 48/14, 2014. http://fmeri.gov.ba/akcioni-plan-za-koristenje-obnovljivih-izvora-energije-u-federaciji-bih.aspx
2. Akcioni plan Republike Srpske za korišćenje obnovljivih izvora energije, Službeni glasnik RS 45/14, 2014.
3. Biomass Combined Heat and Power Catalog of Technologies, U. S. Environmental Protection Agency, September 2007
4. Biomass for Heat and Power – Technology Brief, IRENA and IEA-ETSAP, 2015.
5. Biomass for Power Generation, RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGIES: COST ANALYSIS SERIES, Volume 1: Power Sector Issue 5/5, International Renewable Energy Agency (IRENA), 2012
6. Decision D/2012/04/MC-EnC on the implementation of Directive 2009/28/EC and amending Article 20 of the Energy Community Treaty, Energy Community Ministerial Council, Vienna, 2012.
7. DIRECTIVE 2012/27/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 25 October 2012 on energy efficiency, amending Directives 2009/125/EC and 2010/30/EU and repealing Directives 2004/8/EC and 2006/32/EC, Official Journal of the European Union L 315/1
8. DIREKTIVA 2009/28/EZ EUROPSKOG PARLAMENTA i VIJEĆA od 23. travnja 2009. o promicanju uporabe energije iz obnovljivih izvora te o izmjeni i kasnijem stavljanju izvan snage direktiva 2001/77/EZ i 2003/30/EZ, Službeni list Europske Unije, 5.6.2009.
9. DIREKTIVA 2012/27/EU EUROPSKOG PARLAMENTA i VIJEĆA od 25. listopada 2012. o energetskoj učinkovitosti, izmjeni direktiva 2009/125/EZ i 2010/30/EU i stavljanju izvan snage direktiva 2004/8/EZ i 2006/32/EZ, Službeni list Europske Unije, 14.11.2012.
10. Dodić J, Grahovac J, Studija o obnovljim izvorima energije, DAI, Agencija za konsalting, Leskovac, 2013
11. Gvozdenac D, Morvaj Z, Ekonomska i finansijska analiza projekata energijske efikasnosti, USAID 3E, UNDP BiH, GIZ, Sarajevo, 2011
12. Gvozdenac D et al., Obnovljivi izvori energije, FTN, Novi Sad, 2010
13. Izvještaj o radu FERK-a za 2014. godinu, FERK, 2015.
14. Izvještaj o radu za 2014. godinu, RERS, 2015.
15. Izvještaj o trenutnom stanju i potencijalu u BiH za izgradnju kogeneracijskih postrojenja i elektrana na biomasu, USAID EIA, www.usaideia.ba, 2016.
16. Kako napraviti sopstveno biogas postrojenje, Program za prekograničnu saradnju IPA Bugarska-Srbija, 2013, http://www.tf.ni.ac.rs/IPA_Bul_Ser
62
17. Obnovljivi izvori energije, Labudović Boris (koordinator), Energetika marketing, Zagreb, 2002
18. Odluka Broj: 01-540-3/15/R-03-34 Odluka o visini garantovanih otkupnih cijena i premija za električnu energiju proizvedenu iz obnovljivih izvora i u efikasnoj kogeneraciji, Regulatorna komisija za energetiku RS, Trebinje, 29.01.2016.
19. Odluka Broj:01-07-1052-05/1 o garantovanim otkupnim cijenama, Regulatorna komisija za energiju u FBiH, Mostar, 18.12.2015.
20. Petrović P et al., Razvoj postrojenja za proizvodnju biogasa u malim poljoprivrednim seoskim farmama, http://www.mfkg.rs/sajt/Downloads/ostalo/biogas.pdf
21. Petrović S, Pregled zakonskih obaveza jedinica lokalne samouprave u oblasti upravljanja energijom, energetske efikasnosti, primjene obnovljivih izvora energije, lokalnih planova energetske efikasnosti i emisija CO2, koje proizilaze iz usvojenih zakona o energetskoj efikasnosti i pratećih propisa, GIZ, 2014, http://www.sustainable-energybih.org/wp-content/uploads/2014/12/Pregled-zakonskih-obaveza-jedinica-lokalne-samouprave-u-oblasti-EE-i-RES-Septembar-2014.pdf
22. Pravilnik o metodologiji za utvrđivanje referentne cijene električne energije, FERK, Mostar, http://www.ferk.ba/_ba/images/stories/2014/pravilnik_revidirani_referentna_cijena_bs.pdf
23. Priručnik o čvrstim biogorivima (prevod na srpski), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, 2014.
24. Razvoj i finansiranje kapitalnih investicionih projekata (PRIRUČNIK), USAID, Beograd, 2009.
25. Samer M, Biogas Plant Constructions, InTech, http://cdn.intechopen.com/pdfs/31334.pdf
26. Technology Roadmap – Biomass for Heat and Power, International Energy Agency – IEA, 2012
27. UREDBA KOMISIJE (EZ) br. 1200/2009 od 30. studenoga 2009. o provedbi Uredbe (EZ) br. 1166/2008 Europskog parlamenta i Vijeća o istraživanjima o strukturi poljoprivrednih gospodarstava i o istraživanju o metodama poljoprivredne proizvodnje, a tiču se koeficijenata stočnih jedinica i definicija obilježja (Tekst značajan za EGP), SLUŽBENI LIST EUROPSKE UNIJE L 329/1, 15.12.2009.
28. Urosevic D., Gvozdenac D., Grkovic V., Calculation of the power loss coefficient of steam turbine as a part of the cogeneration plant, Energy, Vol. 59, pp. 642-651, 2013.
29. Wood fuels handbook, AIEL-Italian Agriforestry Energy Association, prevod na hrvatski - Priručnik o gorivima iz drvne biomase (proizvodnja - zahtjevi kvalitete – trgovina), Regionalna energetska agencija Sjeverozapadne Hrvatske, 2008.
30. Zakon o korištenju obnovljivih izvora energije i efikasne kogeneracije FBiH, Službene novine FBiH 70/13, 2013.
31. Bini R., Di Prima M., Guercio A., Organic Rankine Cycle (ORC) in biomass plant: an overview
on different applications, Turboden Company,
http://www.turboden.eu/en/public/downloads/10A02943_paper_marco.pdf
