Maatilojen energiainvestoinnit: Teknologiaselvitys Työn tausta Tarkoituksena lisätä tietoa maatilojen energiainvestointikohteista, tulevaisuudessa mahdollisesti yleistyvistä teknologioista sekä niiden kannattavuustekijöistä Lähteinä on käytetty aiemmin aiheesta laadittuja selvityksiä, RAHTU tietokannan aineistoja sekä laitteistojen toimittajilta saatuja tiedonantoja Kasvihuoneviljely ja siihen liittyvä teknologioiden soveltuvuuden tarkastelu, sekä teknologioiden ympäristövaikutukset on rajattu tämän raportin ulkopuolelle 2 1
Toteutus Raportin on laatinut Markus Latvala ja Tuuli Pohjola (Bionova Consulting) Raportin tilasi Maa- ja metsätalousministeriö ja projektin ohjausryhmään kuuluivat Raija Seppänen, Veli-Pekka Reskola, Kjell Brännas ja Ilkka Simola Raportissa (56 s.) on kuvattu maatilakokoluokan energiainvestointeja, niiden erityispiirteitä ja teknisiä ominaisuuksia Lisäksi on esitetty teknologioittain laskennallinen case -laskelma tyypillisestä maatilakokoluokan investoinnista ja sen kannattavuudesta. Raportin kannattavuuslaskelmat sisältävät useita tärkeitä muuttujia ja oletuksia sekä ajankohtaan sidottuja markkinahintoja joiden muuttamisella saattaa olla merkittäviä vaikutuksia laskelman tuloksiin. Tämän vuoksi laskelmia tulisikin tarkastella lähinnä keskenään vertailukelpoisena aineistona. 3 Sisältö: RAHTU -aineisto Laskelmissa käytetyt oletukset Teknologiaesittelyt ja esimerkkilaskelma Biokaasulaitos (1 & 2) Hakelämpölaitos Maalämpö Puukaasulaitos Olkilämpölaitos Pellettilaitos Tuulivoima Aurinkolämpökeräin Aurinkosähkökenno Yhteenveto Esimerkkejä investointikustannuksista Investointien elinajat Havaittuja jatkoselvitystarpeita 2
RAHTU -aineisto Työn tukena on käytetty RAHTU tietokannan tietoja vuosina 2008-2010 myönnetyistä energia-avustuksista 465 investointia Poistettiin: Kasvihuoneinvestoinnit (24) Tiedoiltaan virheelliset tai puutteelliset investoinnit (29) Suurin osa investoinneista tehty lypsykarjatiloille Noin 85 % investoinneista on hakelämpölaitoksia Mukana myös muutama biokaasulaitos, aurinkolämpökeräin, maalämpöjärjestelmiä 5 RAHTU -aineisto 6 3
RAHTU -aineisto 7 Laskelmissa käytetyt oletukset Takaisinmaksuaika-laskelmat eivät sisällä korkoa. Nettonykyarvo laskelmat taas sisältävät 5 % koron Kaikissa laskelmissa käytetty sähkölle hinta-arviota 12,5 snt/kwh Lämmön tuotannon vertailukohdaksi on otettu öljylämmitys, jonka kustannusta (0,754 snt/kwh) on käytetty oletuksena laskelmissa Hakkeen hinta 15 /i-m3, käyttötyön hinta 13 /h Laskelmissa ei huomioida energiaveron palautusta, joka huomioitunakaan ei vaikuttaisi selvitettyjen vaihtoehtojen keskinäiseen järjestykseen. 8 4
Laskelmissa käytetyt oletukset Investointikustannukset perustuvat pääosin valmistajien antamiin hintatietoihin syksyllä 2010. Lisäksi laskelmissa on käytetty tukena RAHTU -tietokannasta saatuja, vuosien 2008-2010 energiainvestointi-tukipäätösten tietoja. RAHTU aineisto on määrällisesti epätasaisesti jakautunut johtuen tuotantosuuntien todellisten investointien jakaumasta Kannattavuuden mittarina on käytetty takaisinmaksuaikaa ja nettonykyarvoa Nettonykyarvo tarkoittaa investoinnin tulo- ja menovirtojen nykyarvon erotusta. Mikäli NNA on positiivinen se tarkoittaa että kaikki menot ja korot (5 %) huomioiden investoinnin tulovirta on suurempi kuin menovirta sen käyttöiän aikana. Mikäli NNA on positiivinen, investointia voidaan suositella toteutettavaksi. Nettonykyarvon lisäksi suositellaan käytettäväksi myös muita kannattavuuden mittareita. Nettonykyarvo on laskettu kunkin investoinnin arvioidulle elinajalle Lisäksi on laskettu tunnusluku; /kw joka ilmoittaa investoinnin suuruuden suhteessa laitoksen tehoon 9 Biokaasu 5
Kuvaus: Biokaasulaitos (1/2) Käyttötarkoitus / tapa Lämmöntuotanto maatilalla Sähkön- ja lämmöntuotanto Lietteen käsittely hajuttomaksi Soveltuvuus Soveltuu erityisesti tiloille, joilla - tuotannossa syntyy runsaasti lantaa - on riittävä sähkö- ja lämpökuorma - on soveltuvia lisäsyötteitä - on riittävä peltopinta-ala käsittelyjäännöksen levitystä varten Kokoluokka maatiloilla Energian kokonaisteho tyypillisesti < 200 kw Reaktorikoko < 500 m3 Esim. 2000 m3 syötettä/a 150 m3 reaktori Syöte voi sisältää lietteen lisäksi myös muita biomassoja, jotka tyypillisesti pienentävät suhteellista reaktoritilavuutta paremman kaasupotentiaalin (per tilavuusyksikkö) takia Hyötysuhde CHP -tuotannossa sähköteho tyypillisesti n. 20-35 % ja lämpöteho n. 40-50 % tuotetun kaasun primäärienergiasta Lämmöntuotannossa lämpöteho n. 90 % tuotetun kaasun primäärienergiasta Investointi Vuosien 2008 2010 investointitukipäätösten (3 kpl) kustannusarviot liikkuivat välillä 2500 6000 / kw kokonaistehoa Energiankulutus Tyypillisesti 10-30 % tuotetusta energiasta kuluu laitoksen ylläpitoon 11 Kuvaus: Biokaasulaitos (2/2) Työvoimantarve Investoinnin elinaika Teknologian kehitysaste Käyttövarmuus Mahdolliset ongelmatilanteet Kannattavuus tilalle Maatilalaitoksella 4 16 h / viikko riippuen laitoksen koosta ja syötteistä. Työmäärä vakiintuu kun työrutiini alkaa olla tuttu. Työajan tarpeeseen ei ole huomioitu lisäsyötteiden hankintaa. 20 40 vuotta Tekniikka on ollut käytössä kymmeniä vuosia jäteveden-puhdistuksessa. Suomessa maatilakokoluokan käyttö on vielä alkuvaiheessa. Hyvä, tuottaa kaasua tasaisesti ympäri vuoden kun prosessi on säädetty tietylle syöteseokselle. Muutokset syötteessä vaativat yleensä prosessin ja viipymäajan säätämistä. Mahdolllisia ongelmia voivat aiheuttaa putkien tukkeumat ja antibiootit lietteessä. Lämpötilan laskeminen alle 35 C saattaa pysäyttää laitoksen prosessin jolloin ylösajo saattaa kestää viikkoja. Huono, mutta erittäin tapauskohtainen. Lisäsyötteet voivat vaikuttaa merkittävästi kaasuntuotantoon ja sitä kautta kannattavuuteen. Lisäsyötteet eivät saa kuitenkaan aiheuttaa lisää investointeja tai käsittelytarvetta, jotta kustannukset pysyvät kohtuudessa. Homogenointi kohtuukustannuksin toteutettuna on max. lisäkäsittely normaalioloissa. Yleisyys Suomessa ja Euroopassa Suomessa noin 10 maatilakokoluokan laitosta (2009), Ruotsissa noin 10 maatilakokoluokan laitosta, ja Saksassa yli 4000 laitosta (2009) Laitostoimittajia Suomessa Metaenergia Oy, Metener Oy, Watrec Oy 12 6
Esimerkkilaskelma: Biokaasulaitos 1 2000 m3/a naudan lietelantaa jonka kuiva-ainepitoisuus on n. 10% (TS). Esimerkkilaitos rakennettu konttiin (150 m3) ja toimitettu tilalle valmiiksi rakennetulle betonialustalle. Toimitukseen sisältyy CHP -moottori ja sen käyttötila Investointi ei sisällä mahdollisia jälkimädätysaltaita Biokaasusta tuotetulla sähköllä korvataan omaa sähkönhankintaa Tilan lämpökuorma on saman kokoinen tai suurempi kuin CHP - tuotannossa syntyvän lämmön määrä 13 Esimerkkilaskelma: Biokaasulaitos 1 Laitos toimii termofiilisella lämpötila-alueella (53-55 C) ja tuottaa vuosittain noin 50 000 m3 biokaasua, jonka energiasisältö on noin 325 MWh/a Oma energiankulutus on n. 15 % tuotetun biokaasun energiasta. Laitoksen sähköntuotannon hyötysuhde on 30 % ja lämmöntuotannon hyötysuhde 50 %. Laitoksen kokonaisteho sähkön ja lämmön yhteistuotannossa on n. 40 kw Sähköntuotanto 83 MWh/a, lämmöntuotanto 138 MWh/a Investointi: 206 000 Käyttökulut: 9 400 Takaisinmaksuaika 18 vuotta, nettonykyarvo negatiivinen Investointi 5070 /kw 14 7
Esimerkkilaskelma: Biokaasulaitos 2 Sama laitos kuin aiempikin, mutta syötteenä 2000 m3 lietettä + 400 tn nurmirehua Tämä lisää laitoksen energiantuotantoa huomattavasti, ja laitoksen primäärienergian teho on noin 100 kw Samalla kuitenkin syöteseoksen murskaus ja pumppaus nostavat energiakuluja sen kuiva-ainepitoisuuden noustessa (TS 13,6%) Murskausyksikkö nostaa myös investointikustannusta hieman. Laitoksen käyttökulut myös nousevat nurmirehun tuotannon ja kuljetusten myötä. Sähköntuotanto 172 MWh, lämmöntuotanto 286 MWh Oletetaan että tilan lämmönkulutus on 50 % tuotetusta lämmöstä Investointi: 296 000 Käyttökulut: 19 500 Takaisinmaksuaika 12,5 vuotta, nettonykyarvo positiivinen Investointi 2890 /kw 15 Hakelämpö 8
Kuvaus: Hakelämpölaitos (1/2) Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Soveltuvuus Kokoluokka maatiloilla Hyötysuhde Investointi Energiankulutus Työvoimantarve Asuintilojen, eläinsuojien ja työtilojen lämmitys Soveltuu tiloille joilla on lämmitettäviä tiloja ja tarve lämpimälle käyttövedelle. Oman hakkeentuotannon mahdollisuus tilalla saattaa parantaa laitoksen kannattavuutta. Tyypillisiä kokoluokkia: Lypsykarjatilat: 15 150 kw Sika- ja siipikarjatilat: 100 1000 kw Noin 80 %. Hyötysuhde riippuu hakkeen kosteudesta: 50 % kosteus kaksinkertaistaa hakkeen kulutuksen kosteuspitoisuuteen 20 % nähden Vuosien 2008 2010 investointitukipäätösten kustannusarviot liikkuivat välillä 100-2500 /kw (ei sisällä haketuksen, tai muita polttoaineen tuotannon investointeja tai kuluja). Energiankulutusta tuotantovaiheessa, jos haketta kuivataan ennen polttoa. Kuivaus potkuripuhaltimella vie noin 10 kwh sähköä/m3 Esim 150 kw laitos: Lämmitystyö noin 2 h/kk. Polttoaineen hankinta tapauskohtainen, riippuu siitä tuotetaanko haketta itse vai ostetaanko 17 Kuvaus: Hakelämpölaitos (2/2) Investoinnin elinaika 15-20 vuotta Teknologian kehitysaste Kypsä Vakiintunutta tekniikkaa, kotimaiset valmistajat alalla jopa 50 v Käyttövarmuus Nuohous kerran vuodessa Mahdolliset ongelmatilanteet Mitä pienempi stokeripoltin on sitä huonompi kostean polttoaineen sieto. Hakkeen laatuvaatimukset on mitoitettava laitteiston koon mukaan Kannattavuus tilalle Tyypillisesti kannattava. Oma hakkeen tuotanto voi parantaa kannattavuutta merkittävästi. Yleisyys Suomessa ja Euroopassa Perinteisin ja yleisin uusiutuvan energian muoto Suomessa. Euroopassa erityisesti Ruotsissa, Itävallassa ja Saksassa Laitostoimittajia Säätötuli Oy Laatukattila Oy Kaukora Oy Suomessa Ariterm Oy Ariterm Oy Tulimax Oy Biofire Oy Thermia Oy Ala-Talkkari Oy Jämätek Oy 18 9
Esimerkkilaskelma: Hakelämpölaitos Hakkeen kulutus noin 300 i-m3/a. Lämmöntuotannon hyötysuhde on 80 % Hakkeen hankintahinta on 15 /i-m3 Lämmöntuotanto noin 200 MWh/a Hakelaitosten polttotekniikka on viime vuosina kehittynyt niin, että ne pystyvät hyödyntämään laajaa polttoainevalikoimaa esim. kaupallisesti arvottomia viljaeriä, lajittelujätettä, käpyjä sekä erilaisia pellettejä (puu, olki) jne. Tällä voi olla suurikin vaikutus investoinnin kannattavuuteen esimerkiksi viljan kunnostusta harjoittavalla tilalla. Hakelaitosinvestoinnista suuri osa muodostuu rakennettavista tiloista, jonka vuoksi vanhojen tilojen hyödyntäminen voi pienentää investointia merkittävästi. 19 Esimerkkilaskelma: Hakelämpölaitos Investointi: 61 875 Käyttökulut: 5 780 Takaisinmaksuaika 7,1 vuotta, NNA positiivinen Investointi 620 /kw 20 10
Maalämpö Kuvaus: Maalämpö Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Lämmön ja lämpimän käyttöveden tuotanto, kesällä toimii myös viilentämisessä Soveltuvuus Tilat joilla riittävä tarve lämmölle ja lämpimälle käyttövedelle Kokoluokka maatiloilla 20 200 kw Hyötysuhde ks. energiankulutus Investointi 500 1200 /kw Energiankulutus Sähkönkulutus suhteessa tuotettuun lämpöön n. 30 % Työvoimantarve Automatisoitu. Ei tarvitse käyttötyötä. Investoinnin elinaika Lämpöpumppu n. 15 vuotta Lämpökenttä n. 50 vuotta Teknologian kehitysaste Kypsä Käyttövarmuus Pitkälle automatisoitu, ei vaadi käyttö- tai huoltotyötä. Tapauskohtaisesti katsastusvelvollisuus kerran vuodessa (n. 100 /katsastus). Mahdolliset ongelmatilanteet Liittimien ja eristeiden rikkoontuminen, jolloin nestettä voi vuotaa. Pumpun rikkoutuminen. Kannattavuus tilalle Melko hyvä Yleisyys Suomessa ja Euroopassa Suomessa käytetty 1970 luvulta alkaen, mutta yleistynyt vasta 2000-luvulla. Vuonna 2006 maalämpö asennettiin jo joka viidenteen uuteen pientaloon. Laitostoimittajia Suomessa Paljon eri merkkejä ja toimittajia. Yleisesti saatavilla alueellisista LVI-liikkeistä. Lisätietoja: www.sulpu.fi 22 11
Esimerkkilaskelma: Maalämpö 50 kw maalämpöjärjestelmä, joka on asennettu kosteaan savimaahan Lämpökenttä: 1500 metriä putkistoa, joka on kaivettu noin 1,5 metrin syvyyteen. Lämpökenttä ei haittaa maan käyttöä maataloustarkoitukseen Sähkönkulutus on 64 MWh/a ja lämmöntuotanto 200 MWh. Maalämpöjärjestelmää voidaan käyttää myös lietekanavan, maitotankin tai esim. eläinten tuottaman lämmön talteenottoon Investointi 45 000 Käyttökulut 7 780 Takaisinmaksuaika 14 vuotta, NNA positiivinen Investointi 900 /kw 23 Puukaasu 12
Kuvaus: Puukaasulaitos Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Soveltuvuus Kokoluokka maatiloilla Hyötysuhde Investointi Työvoimantarve Investoinnin elinaika Teknologian kehitysaste Käyttövarmuus Sähkön ja lämmön yhteistuotanto Soveltuu tiloille joilla on sopiva sähkön ja lämmön kulutus. Oman hakkeentuotannon mahdollisuus tilalla saattaa parantaa laitoksen kannattavuutta. 25 200 kw Sähköntuotannon hyötysuhde Lämmöntuotannon hyötysuhde 120 000 / 30 kwel ja 60 kwth (= n. 1200 /kw) 1 h / päivä 15-25 vuotta Kehittyy vielä. Käytännössä maatiloille on saatavilla pieniä (< 100 kw) kaasuttimia, joita voi tarvittaessa sijoittaa rinnakkain useampia. Aikaisempaan teknologiaan perustuvilla laitoksilla on todettu useita erilaisia ongelmia mm. kaasun puhtauteen ja moottorien kestävyyteen liittyen. Uuteen teknologiaan perustuvista maatilakokoluokan laitoksista ei ole vielä käyttökokemuksia. Mahdolliset ongelmatilanteet Kannattavuus tilalle Yleisyys Suomessa ja Euroopassa Laitostoimittajia Suomessa Ei käyttökokemuksia Ei käyttökokemuksia Teknologia on ollut käytössä Suomessa 1940 luvulla. Uutta kaasutinteknologiaa on käytössä toistaiseksi vielä melko vähän. Gasek, CCM-Power 25 Esimerkkilaskelma: Puukaasulaitos Laskelma perustuu Gasek Oy:n 96 konttilaitokseen. Sähköteho on noin 30 kw ja lämpöteho 60 kw Hakkeen kulutus 790 i-m3/a. Laitoksen hyötysuhde on noin 61 % Sähköntuotanto on n. 144 MWh ja lämmöntuotanto 240 MWh Investoinnit: 171 500 Käyttökulut: 19 100 Takaisinmaksuaika 10 vuotta, NNA positiivinen Investointi 1 786 26 13
Olkilämpö Kuvaus: Olkilämpölaitos Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Maatilan lämpökeskus Soveltuvuus Tiloille, joilla olkea on saatavissa tilan lämmönkulutusta vastaava määrä Kokoluokka maatiloilla 20 1500 kw, saatavissa 10 000 kw asti Hyötysuhde 85-93 % Investointi 300-1770 / kw tehoa Energiankulutus 300 kw esimerkkilaitoksessa 7,5 kw moottori + 5 x 0,75 kw moottorit Työvoimantarve Poltoaineen hankinta: Oljen paalaus, kuljetus ja varastointi. Silppuaminen jatkuvatoimisessa laitteistossa. Työmäärä riippuu polttoaineen tarpeesta Investoinnin elinaika Panoskäyttöinen: noin 30 vuotta (15 vuoden jälkeen perusteellisempi putkiremontti, 10-20 000 ) Jatkuvatoiminen: 25-30 vuotta Teknologian kehitysaste -Panoskäyttöinen: Rakenne kypsä, ohjausjärjestelmässä tuotekehitystä edelleen (tarkempi ohjaus, madaltuneet päästöt, parempi käytettävyys) -Jatkuvatoiminen: Laitteisto kypsä maatilakokoluokassa. Tuotekehitystä tehdään teollisessa mittakaavassa ja pienkäytön CHP-laitoksiin 28 14
Kuvaus: Olkilämpölaitos Käyttövarmuus Jatkuvatoiminen: Pitkälle automatisoitu, vaatii vuosittain vain muutamia tunteja huoltotyötä. Laitteistokehitystä tehty Tanskassa noin 30 vuotta. Mahdolliset ongelmatilanteet Oljen kosteus saa olla korkeintaan 30 % pienillä laitteistoilla (alle 100 kw) Toisaalta tyypillinen oljen kosteus on 14-21 %. Kannattavuus tilalle Riippuu voimakkaasti lämmöntarpeesta ja rakennettavasta varastotilavuudesta; investointi esimerkiksi hakelämpöä suurempi, mutta polttoaineen kustannukset edullisemmat Yleisyys Suomessa ja Euroopassa Suomessa vielä melko harvinainen, Tanskassa, Ruotsissa ja Norjassa yleisesti maatilakäytössä Laitostoimittajia Suomessa BioHelp Oy (edustaa tanskalaista REKAa) LIN-KA Energy A/S (tanskalainen) Kardonar (edustaa tanskalaista Faustia) Biofire Oy (poltin) 29 Esimerkkilaskelma: Olkilämpölaitos Laitoksen teho 300 kw, käyttöaste 35%, hyötysuhde 85% Polttoaineena kanttipaalattua olkea (450 kg/paali) Olki murskataan erillisessä yksikössä, josta laitokseen ohjautuu automaattisesti tarvittava määrä polttoainetta. Paalit varastoidaan pressun alla ulkona. Oljen kosteus on laskelmassa 17 %, ja lämpöarvo noin 4 MWh/t Laitos tuottaa lämpöä 714 MWh/a ja käyttää olkea noin 210 tonnia/a Mikäli oljen saanto on noin 3 t/ha, olisi tarvittava peltoala noin 70 ha Laitoksessa voi polttaa myös muita biomassoja, kuten haketta, ruokohelpeä ja viljaa, mutta laskelma on laadittu oletuksella että polttoaineena on pelkästään olkea Investointi: 144 000 Käyttökulut: 15 300 Takaisinmaksuaika: 3,7 vuotta Investointi 480 /kw 30 15
Esimerkkilaskelma: Olkilämpölaitos Olkilämmityksen investointikustannusten jakauma Olkimurskain (7m pöytä), 300 kg/h, 7,5 kw) + syöttökierukka 3m 14 % 1 % 24 % Ohjauskeskus, syöttöruuvi ja sammutusjärjestelmä Kattilan arina + konvektio-osa 17 % 6 % 8 % 22 % 8 % Nuohousautomaatti, tuhkanpoisto ja säiliö Savukaasun puhdistin (multisyklooni) + savupelti Pannuhuone ja piippu Sähkö- ja putkityöt + tarvikkeet Luvat ja muut kustannukset 31 Pellettilämpö 16
Kuvaus: Pellettilämpölaitos Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Soveltuvuus Kokoluokka maatiloilla Asuintilojen, eläinsuojien ja työtilojen lämmitys Soveltuu tiloille joilla ei ole omia bioenergiavaroja (esim. haketta) ja joilla on lämmön ja lämpimän käyttöveden tarvetta. Tyypillisiä kokoluokkia: Lypsykarjatilat: 15 150 kw (pellettikattila) Sika- ja siipikarjatilat: 100 1000 kw (monipolttoainekattila) Hyötysuhde 80-85 % Investointi Energiankulutus Työvoimantarve Laitteiston käyttöikä Teknologian kehitysaste Käyttövarmuus Mahdolliset ongelmatilanteet Kannattavuus tilalle Yleisyys Suomessa ja Euroopassa 400-800 /kw Laitteiston omasähkönkäyttö Nuohous kerran vuodessa, pellettivaraston täyttö 30 vuotta Kotimainen pellettipoltinvalmistus alkoi vuonna 2000, Merkittävä osa polttimista edelleen tuontilaitteita (Itävalta). Kehitystarvetta: polttolaitteiden huoltovapaus, siirtojärjestelmät Hyvä Pelleteistä irtoava hienoaines voi alentaa lämmitystehoa tai tukkeuttaa syöttölaitteiston. Huono Suomessa pellettien kulutus kasvanut tasaisesti, vaikka lämmitysratkaisuna ei kovin yleinen. Euroopassa käytössä erityisesti Ruotsissa, Tanskassa, Hollannissa ja Saksassa Laitostoimittajia Suomessa Ariterm Oy Sievin Konepalvelu Oy Rica Oy Frisnet Oy Luvian Pellettilämpö HT Enerco Oy 33 Esimerkkilaskelma: Pellettilämpö Teho 100 kw Käyttöaste 30 %, hyötysuhde 82 % Pelletin kulutus 99 m3/a Lämmöntuotanto 263 MWh/a Investointi: 65 900 Käyttökulut: 16 300 Takaisinmaksuaika 18,8 vuotta, NNA negatiivinen Investointi: 660 /kw 34 17
Tuulivoima Kuvaus: Tuulivoima Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Soveltuvuus Kokoluokka maatiloilla Hyötysuhde Investointi Työvoimantarve Investoinnin elinaika Teknologian kehitysaste Sähköntuotanto kiinteään sähköverkkoon Riittävät tuuliolosuhteet omaavat maatilat. Tuulen määrä vaikuttaa taloudellisen kapasiteetin valintaan (tuulisuutta mallintaa Suomen tuuliatlas) 4 850 kw nimellistehoa (suurimmat maatilojen yhteislaitoksia) Riippuu tuulennopeudesta. Pienlaitoksilla arvioitu huipunkäyttöaika on n. 1 800 h/a. Hyötysuhde noin 20-23 % ilmoitetusta nimellistehosta Pienvoimalat 4 20 kw: 3250-3600 /kw nimellistehoa, 50 kw: 2800 /kw nimellistehoa Suuret voimalat >850 kw: 1170-1400 /kw nimellistehoa Laitokset rakennetaan automaattisiksi, joten työvoimaa tarvitaan lähinnä vikoihin ja huoltoon. Vuosittaiset käyttö- ja huoltokustannukset noin 28 /kw 15-25 vuotta Kypsä. Tanskassa kaupallista toimintaa 70-luvulta lähtien. Espanjassa tuettua 80-luvulta lähtien Käyttövarmuus Ei kokemuksia maatilakokoluokassa Mahdolliset ongelmatilanteet Koneiston rikkoontuminen Kannattavuus tilalle Riippuu sijainnista (tuuli) Yleisyys Suomessa ja Mittakaavassa > 1 MW yleistymässä Suomessa tariffin ja uusiutuvan energian tavoitteiden myötä Euroopassa Laitostoimittajia Suomessa Finnwind Oy Eagle Tuulivoima Oy Tuulivoimala.com Finland Oy (Ulkomaisia < 1 MW:n toimittajia Vestas, Siemens, Enercon) 36 18
Esimerkkilaskelma: Tuulivoimala Teho 50 kw Huipunkäyttöaika 1800 h/a, hyötysuhde 21 % Sähköntuotanto 90 MWh/a Investointi: 152 000 Käyttökulut: 1 200 Takaisinmaksuaika: 15,2 vuotta, NNA negatiivinen Investointi: 3 040 /kw 37 Aurinkolämpö 19
Kuvaus: Aurinkolämpökeräin Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Soveltuvuus Käyttöveden lämmitys lisäenergiamuotona, myös rakennusten lämmitys Säteilyn määrä (maantieteellinen sijainti) ja kattojen soveltuvuus aurinkopaneelien asennukseen (varjoisuus) selvitettävä Kokoluokka maatiloilla Mallikohteissa asennettu mm. 16-25 m 2 Hyötysuhde Keskimäärin 45 %, mutta parhaimmillaan jopa 70 % Investointi 0,7-1 / kwh tuotettua energiaa vuodessa Energiankulutus Järjestelmässä tarvitaan pumppu kierrättämään lämmönsiirtonestettä Työvoimantarve Vuosittainen paneelin puhdistus, kustannukset noin 300 Investoinnin elinaika Noin 20 vuotta Teknologian kehitysaste Kypsä, mutta kehittynee edelleen Käyttövarmuus Melko hyvä. Tyypillisesti ei sovellu ainoaksi lämmitysratkaisuksi. Keräinten ohella muu tekniikka kuten perinteinen LVI-tekniikka Mahdolliset ongelmatilanteet Tyhjiöputkikeräimien pinta ei sulata lunta, mahdollisesti puhdistettava ajoittain (helppo kulku varmistettava) Kannattavuus tilalle Melko hyvä, mikäli tilalla on tarvetta lämmölle Yleisyys Suomessa ja Euroopassa Euroopassa asennetaan keräimiä noin 3 milj. m 2 /vuosi Suomessa noin 3000 m 2 /vuosi Laitostoimittajia Suomessa Oilon SolarPro, NovaFuture Oy, Frisnet Oy (valm. Citrin Solar), Alternative Solutions Finland Oy 39 Esimerkkilaskelma: Aurinkolämpökeräin Tyhjiöputki -keräimen pinta-ala 14 m2 Lämmöntuotanto 6 200 kwh/a Investointi: 3 800 Käyttökulut: 70 Takaisinmaksuaika: 9,5 vuotta, NNA positiivinen Investointi 4900 /kw 40 20
Aurinkosähkö Kuvaus: Aurinkosähkökenno Käyttötarkoitus / tapa maatilalla Täydentävänä järjestelmänä sähköntuotanto maatilan tarpeisiin Soveltuvuus Säteilyn määrä (maantieteellinen sijainti) ja kattojen soveltuvuus aurinkopaneelien asennukseen (varjoisuus) selvitettävä Kokoluokka maatiloilla Käytännössä max. kattopinta-ala Hyötysuhde 10-15 % Investointi 5400-5700 /kwp (nimellisteho, todellinen teho 15-20 % matalampi) Energiankulutus Ei ylimääräistä kulutusta laitteistossa Työvoimantarve Vuosittainen paneelin puhdistus, kustannukset noin 300 Investoinnin elinaika 35 vuotta Teknologian kehitysaste Paljon kehityspotentiaalia. (Uudet kennomateriaalit alentavat tuotantokustannuksia) Käyttövarmuus Mahdolliset ongelmatilanteet Kannattavuus tilalle Yleisyys Suomessa ja Euroopassa Laitostoimittajia Suomessa Vaihtelee säteilyn mukaan Lumi ja jää on puhdistettava talvisin paneelien pinnalta. Toisaalta sähköntuotanto talvella muutoinkin vähäistä. Piipaneeli tulisi pitää mahdollisimman viileänä, joten suoraa asennusta kattopaneeliksi ilman tuuletusaukkoa ei suositella Huono Saksassa 200 000 kiinteistön katot aurinkosähkön tuotannossa Suomessa pienkäyttö (vapaa-ajan toiminnot) yleisintä Naps Systems Oy, Finnwind Oy, Eurosolar Oy 42 21
Esimerkkilaskelma: Aurinkosähkökenno Teho 33 kw, hyötysuhde 11,5 % Sähköntuotanto 33 000 kwh/a Investointi: 188 000 Käyttökulut: 100 /a Takaisinmaksuaika: 47 vuotta, NNA negatiivinen Investointi: 5 700 /kw 43 Yhteenveto: Esimerkkilaskelmat 22
Esimerkkilaitosten kokoluokat 45 Yhteenveto esimerkkilaskelmista Takaisinmaksuajalla ja nettonykyarvolla mitattuna kannattavimmaksi investoinniksi nousee olkilämpövoimala. Myös biokaasulaitos jossa käytetään syötteenä nurmea, on nettonykyarvoltaan huomattavan positiivinen. Negatiivinen nettonykyarvo on pelkkää lietettä käyttävällä biokaasulaitoksella, pellettilämmityksellä, tuulivoimalalla, sekä aurinkosähkökennolla Laskelmissa erittäin tärkeässä roolissa ovat tilan energian käyttö ja sen arvostus/hankintakustannus, sekä polttoainetta käyttävissä laitoksissa polttoaineen arvo (esim. olki ja hake). Lisäksi on huomioitava, että polttolaitoksissa syntyvää tuhkaa voidaan käyttää lannoitevalmisteena tai se voidaan hävittää kaatopaikalle. Tuhkan käsittelyssä syntyviä kustannuksia tai tuloja ei ole huomioitu laskelmissa 46 23
Yhteenveto 47 Nettonykyarvo 48 24
/kw asennustehoa Esimerkkejä investointikustannuksista 7000 Investointikustannus ( /kw) eri teknologioilla 6000 5000 4000 3000 Biokaasulaitos Hakelämpölaitos Maalämpö Puukaasulaitos Tuulivoimala 2000 Aurinkolämpökeräin Aurinkosähkökenno 1000 0 0 20 40 60 80 100 120 Teho (kw) Selite: O = laitevalmistajien ilmoittamia hintoja, muut RAHTU-tietokanta 49 Investointien elinajat Kuvaajassa on esitetty arviot energiainvestointien käyttöiästä (min. ja max). Maalämpöjärjestelmän osalta vaihtelu on suurin, koska pumpun käyttöiäksi arvioidaan 15 vuotta, kun taas lämpökentän/kaivon käyttöikä on vähintään 50 vuotta. Biokaasulaitoksen käyttöikään vaikuttavat mm. valitut materiaalit sekä käytetty syöte. Kaikki laitokset (lukuun ottamatta maalämpöä) tarvitsevat useimmiten vararatkaisun sellaisia tilanteita varten, jossa energiantuotanto vaarantuu esim. teknisen vian vuoksi. 50 25
Jatkoselvitystarpeet Hakkeen käyttömäärät ja arvon määritys maatiloilla Huomioiden hakelämpölaitosten yleisyyden maatilojen energiaratkaisuna, tiloilla itse tuotettavan ja käytettävän hakkeen määrä on tiedossa erittäin huonosti. Tämä vaikeuttaa osaltaan mm. maatilojen omavaraisuuden sekä uusiutuvan energian käytön tason arviointia. Ongelmaan liittyy keskeisenä tekijänä tilan oman työn, oman metsänharvennuksen sekä siitä saatavan hakkeen arvonmuodostus tai arvostuksen puute. Myös aiheesta saatavilla olevat tilastot ovat vähintäänkin puutteellisia. Biokaasulaitoksen prosessia inhiboivat tekijät Biokaasulaitoksen prosessi käytettäessä maatilan omia syötteitä (lanta, peltobiomassa) on melko hyvin tiedossa sekä kotimaisten että ulkomaisten kokemusten kautta. Reaktoriin saattaa maatilakäytössä ajautua syötteitä, jotka sisältävät inhiboivia aineita (esim. lääkeaineita sisältävää lantaa). Tarkkoja tutkimustuloksia näiden inhibaattoreiden esiintymismäärästä ja tiheydestä, tai prosessin sietokyvystä näitä vastaan, ei kuitenkaan ole saatavilla. Tämän lisäksi olisi arvioitava millaisia kustannuksia laitokselle syntyy inhiboivia aineita sisältävien lantaerien erittelystä ja käsittelystä, sekä mahdollisesta prosessin uudelleenkäynnistämisestä tilanteessa jossa inhiboivien aineiden erittely on laiminlyöty. 51 Jatkoselvitystarpeet Maatilan biokaasulaitoksen toimintamallit ja kannattavuuden tekijät Tässä raportissa on arvioitu biokaasulaitoksen kannattavuutta kahdella syöteseoksella (maatilan oma lanta, sekä maatilan oma lanta ja peltobiomassa). Maatilan energiantuotannon kannattavuuteen vaikuttaa mm. laitoskoko ja tyyppi, biokaasun hyödyntämistapa, ylijäämälämmön hyödyntäminen, ulkopuolisten syötteiden porttimaksut, biomassojen logistiikka sekä käsittelyjäännöksen tuotteistaminen. Paremman kokonaiskuvan saamiseksi eri toimintamalleja tulisi tarkastella laajemmin ja laatia niille mm. kannattavuuslaskelmia ja herkkyysanalyysejä tärkeimpien muuttujien osalta. Biokaasulaitosten lisäksi myös polttolaitosten tuhkan hyödyntämisen/hävittämisen vaikutusta kannattavuuteen tulisi tarkastella erikseen. Maatilan energiantuotannon ympäristövaikutukset Maatiloilla jo käytettävien, ja etenkin tulevaisuudessa monipuolistuvien energiaratkaisujen ilmastovaikutukset tunnetaan huonosti. Toimiva vertailukeino eri energiantuotantotavoille voisi olla hiilijalanjäljen määrittäminen (esim. kgco2/mwh). Tällöin rajauksiin voitaisiin sisällyttää myös mm. energiantuotannon sivutuotteena syntyvän lannoitteen kompensoiva arvo lannoitetta korvaavana tekijänä. Lisätietoja tarvittaisiin myös hajunhallinnasta, melusta, hiukkaspäästöistä sekä muista terveydelle haitallisista päästöistä. 52 26
Kiitoksia mielenkiinnosta! 27