Biokaasuntuotannon kannattavuus Ville Kuittinen Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulu Biotalouden keskus
Sisältö Biotila hankkeen laskelmat Toni Taavitsainen, Envitecpolis PKAMK:n biokaasulaskurin tuloksia Ville Kuittinen, Markus Hirvonen, Anna-Maija Kontturi, Hanna Koponen, Jarmo Maaranen, Tommi Karunkangas, Veera Pyy.
Biotila / Envitecpolis Verrataan yksittäisen biokaasulaitoksen ja keskitetyn biokaasulaitoksen kannattavuutta Raaka-aine vaihtoehtoja tarkastelussa: Lanta ja energianurmi Lanta ja jätelietteet
Biokaasua nurmesta ja lannasta (Biotila) Tuotantokustannukset Laitosinvestointi Jakautuvat useammalle vuodelle suunnitelman mukaisesti (15 vuotta, korko 5%) Investointituki normaalisti 20-30% Ylläpitokulut /käyttökulut Raaka-aineen tuottaminen
Biokaasua nurmesta ja lannasta (Biotila) Käsitellään vuodessa Naudan lietettä 3472 t (TS 7%) Energianurmea 291 t (TS 30%) (-17 050 ) Tuotetaan 69 090 m³ metaania vuodessa Laitosinvestointi arviolta 360 000 Käyttökustannukset 4 640 vuodessa
Biokaasua nurmesta ja lannasta (Biotila)
Biokaasua nurmesta ja lannasta (Biotila)
Biokaasua nurmesta ja lannasta (Biotila)
Biokaasua lannasta ja jätteistä (Biotila) Käsitellään vuodessa: Naudan liete: 2 000 t/vuodessa Yhdyskuntaliete: 1 000 t /vuodessa Sakokaivoliete: 3 00 t/vuodessa YHTEENSÄ: 3 300 t/vuodessa Tuotanto vuodessa: 86 900 kwh lämpöä (netto) 88 600 kwh sähköä (netto)
Biokaasua lannasta ja jätteistä (Biotila) Investointi Biokaasulaitos: 360 000 Hygienisointi: 80 000 Vastaanottosäiliö: 25 000 Lieteallas (1000 m3) 30 000 YHTEENSÄ: 495 000
Biokaasua lannasta ja jätteistä (Biotila)
Biokaasua lannasta ja jätteistä (Biotila)
PKAMK:n biokaasulaskuri
Tulosten vertailtavuudesta yleisesti Kahdella erilaisella laskurilla ei aina päästä samoihin tuloksiin: Eri lähteistä kootut raaka-aineiden CH 4 -potentiaalit ja ominaisuudet Erilainen biokaasulaitoksen rakenne Erilainen laskentatapa Erilaiset laskenta-arvot Tuloksiin vaikuttavia tekijöitä on runsaasti ja tulokset eivät ole kaikilta osin yhteneviä, mutta ovat kuitenkin saman suuntaisia. Laskureiden avulla saadaan kuitenkin hyvä kuva biokaasutuotannon mahdollisuuksista omassa toiminnassa
Oman tilan syötteet Taavitsainen Case 1 Syötteet Naudan lietelanta 3472 t/a Energianurmi 291 t/a Envitecpolisin laskelma, energiatase PKAMK:n laskelma, energiatase Tuotto CHP-laitokselta Nettosähkö Nettolämpö 120 000 kwh/a 240 000 kwh/a 172 500 kwh/a 212 700 kwh/a Prosessin omakäyttöenergiat Sähköenergia 59 000 kwh/a Lämpöenergia 107 000 kwh/a 18 500 kwh/a 105 600 kwh/a
Oman tilan syötteet Taavitsainen Case 1, PKAMK:n energiatase Biokaasuprosessin energiatase CHP-tuotannon energiatase 800 000 700 000 600 000 500 000 Hyödyntämätön potentiaali Nettoenergia CH4 Pumppaus 1 600 000 1 400 000 1 200 000 1 000 000 CHP-tuotannon häviöt Sähköenergian nettotuotto 400 000 300 000 200 000 Oheislaitteet Sekoitus Esikäsittely 800 000 600 000 400 000 200 000 Biokaasulaitoksen sähköenergiankulutus Lämpöenergian nettotuotto 100 000 0 Lämpöenergia 0-200 000 BIokaasulaitoksen lämpöenergiankulutus
Ulkopuoliset syötteet Taavitsainen Case 2 Syötteet Naudan lietelanta 2000 t/a Yhdyskuntaliete 1000 t/a Sakokaivoliete 300 t/a Energiatase Envitecpolisin laskelma PKAMK:n laskelma Tuotto CHP-laitokselta Nettosähkö 86 900 kwh/a 94 000 kwh/a Nettolämpö 88 600 kwh/a 56 300 kwh/a Prosessin omakäyttöenergiat Sähköenergia 42 800 kwh/a 13 900 kwh/a Lämpöenergia 88 600 kwh/a 123 600 kwh/a
Ulkopuoliset syötteet Taavitsainen Case 2, PKAMK:n energiatase Biokaasuprosessin energiatase CHP-tuotannon energiatase 400 000 350 000 300 000 250 000 Hyödyntämätön potentiaali Nettoenergia CH4 Pumppaus 400 000 300 000 200 000 CHP-tuotannon häviöt Sähköenergian nettotuotto 200 000 150 000 100 000 Oheislaitteet Sekoitus Esikäsittely 100 000 0-100 000 Biokaasulaitoksen sähköenergiankulutus Lämpöenergian nettotuotto 50 000 0 Lämpöenergia -200 000 BIokaasulaitoksen lämpöenergiankulutus
PKAMK:n laskurin kannattavuuden indikaattorit Laskurilla vertaillaan erilaisten hyötykäyttövaihtoehtojen keskinäistä kannattavuutta Vertailtavat skenaariot ovat: Lämmöntuotanto: tuotetaan lämpöä korvataan lämmöntuotannon polttoainetta biokaasuprosessin vaatima sähkö ostetaan verkosta CHP-tuotanto: tuotetaan sähköä ja lämpöä sähkö- ja lämpöenergia käytetään ensisijaisesti omassa toiminnassa ylijäävä sähköenergia myydään verkkoon Biometaanin tuotanto: kaikki tuotettu biometaani myydään valmistuksen energia hakkeella ja ostosähköllä
PKAMK:n laskurin kannattavuuden indikaattorit Vaihtoehdoille lasketaan lämpöenergia, sähköenergian ja polttoaineiden korvauksesta syntyvä säästö sähkön ja lämmön sekä biometaanin myynnistä saatavat tulot Vuotuisen säästön ja myyntitulojen avulla voidaan arvioida eri vaihtoehtojen investoinnin maksimitasoa annetulla lainakorolla ja investoinnin poistoajalla suuremmat vuotuiset tulot mahdollistavat suuremman investoinnin investointien suunnittelussa ja kannattavuuden tarkemmassa arvioinnissa erilaisten biokaasun hyödyntämisvaihtoehtojen välillä mahdollisuus budjettitarjousten arviointiin Tarkempaa kannattavuusarviota varten voidaan ylläpitokuluja arvioida joko prosentuaalisena osuutena investoinneista tai käyttää arvioitua vuotuista ylläpito- ja huoltokulua
Demotila Pohjois-Karjalassa Case 3 Kahden toisiaan lähellä olevien tilojen syötteet käsitellään yhteislaitoksessa Syötteet: Naudan lietelanta 6050 t/a Sian lietelanta Energianurmi Energiankulutus: Lämpöä: Sähköä: 5000 t/a 85 t/a 570 000 kwh/a (hake 320 000 kwh/a ja öljy 250 000 kwh/a) 450 000 kwh/a
Tarkasteltavat vaihtoehdot Verrataan biokaasun hyötykäyttöä lämmöntuotantoon, CHP-tuotantoon liikennepolttoaineen valmistukseenkin Syötteen ja prosessin ominaisuuksia: Vuotuinen metaanipotentiaali syötteellä on 1 400 000 kwh/a Syötteen viipymäaika reaktorissa 30 päivää Ei erityisiä esikäsittelyvaatimuksia
Biokaasuprosessin energiatase Biokaasuprosessissa lämpöenergiana, sähköenergiana ja häviöinä kuluu yhteensä noin 27 % syötteen metaanipotentiaalista! 1 600 000 1 400 000 1 200 000 Hyödyntämätön potentiaali Nettoenergia CH4 Biokaasuprosessin energiatase Lämpöenergia 305 242 kwh/a 1 000 000 800 000 Pumppaus Oheislaitteet Esikäsittely Sekoitus 23 630 kwh/a 21 298 kwh/a 600 000 Sekoitus Oheislaitteet 2182 kwh/a 400 000 Esikäsittely Pumppaus Nettoenergia CH 4 1 225 kwh/a 1 022 038 kwh/a 200 000 Lämpöenergia Hyödyntämätön potentiaali 19 327 kwh/a 0
Lämpöenergiantuotannon energiatase Kaasupolttimella lämpöä voidaan tuottaa 68 % biokaasun energiasisällöstä! Sähköenergiaa ostetaan biokaasulaitoksen tarpeisiin. Lämmöntuotannon energiatase Biokaasu 1 375 615 kwh/a Biokaasulaitoksen sähköenergiankulutus -48 335 kwh/a Prosessin lämpöenergiankulutus -305 242 kwh/a Lämpöenergian nettotuotto 932 811 kwh/a Lämmöntuotannon häviöt 137 561 kwh/a 1 600 000 1 400 000 1 200 000 1 000 000 800 000 600 000 400 000 200 000 0-200 000 Lämmöntuotannon häviöt Lämpöenergian nettotuotto Prosessin lämpöenergiankulutus Biokaasulaitoksen sähköenergiankulutus
Hyödyntäminen CHP-tuotannossa Biokaasulaitoksen omakäytön jälkeen saadaan biokaasun energiasisällöstä sähköenergiana 29 % ja lämpöenergiana 33 % hyödynnettäväksi joko omassa toiminnassa tai myyntiin! Prosessi ns. omavarainen. 1 600 000 1 400 000 1 200 000 1 000 000 CHP-tuotannon häviöt Sähköenergian nettotuotto CHP-tuotannon energiatase 800 000 600 000 Biokaasulaitoksen sähköenergiankulut us Biokaasu BIokaasulaitoksen lämpöenergiankulutus Lämpöenergian nettotuotto Biokaasulaitoksen sähköenergiankulutus Sähköenergian nettotuotto 1 375 615 kwh/a 305 242 kwh/a 451 346 kwh/a 48 335 kwh/a 405618 kwh/a 400 000 200 000 0 Lämpöenergian nettotuotto BIokaasulaitoksen lämpöenergiankulu tus CHP-tuotannon häviöt 165 074 kwh/a
Hyödyntäminen biometaanin tuotannossa Biokaasun puhdistuksessa biometaaniksi säilyy noin 98 % biokaasun energiasisällöstä! Biometaanin valmistusprosessia ja biokaasulaitoksen toimintaa varten ostetaan sähköä ja lämpöä. 1 500 000 Biometaanin häviöt 1 000 000 Biometaanin saanto 500 000 Biometaanin paineistus Biometaanin valmistus Biokaasu Biokaasulaitoksen lämpöenergiankulutus 1 375 615 kwh/a -305 242 kwh/a 0 Biokaasun puhdistus Biokaasulaitoksen sähköenergiankulutus Biokaasun puhdistus Biometaanin paineistus Biometaanin saanto Biometaanin häviöt -48 335 kwh/a -62 697 kwh/a -41 798 kwh/a 1 348 103 kwh/a 27 512 kwh/a -500 000-1 000 000 Biokaasulaitoksen sähköenergiankulutus Biokaasulaitoksen lämpöenergiankulutus
Lämmöntuotannon kannattavuus Biokaasua käytettäessä lämmöntuotantoon saadaan tilojen lämmöntarve 100 % täytettyä Lämpöenergiaa Sähköenergia 932 811 kwh/a (lämmöntarpeen 750 000 kwh/a) 48 335 kwh/a - Vuotuinen säästö korvattaessa haketta ja öljyä on noin 16 000 - Säästö mahdollistaisi noin 140 000 investoinnin Lämmöntuotanto Öljyn/ hakkeen korvaus Porttimaksutulot 0 /a Korvatun lämpöenergian arvo 21 774 /a Lämpöenergian lisähankinnan kulut 0 /a Sähköenergian kulutus biokaasulaitoksessa -5 800 Lämpöenergian myynnin tulot 0 /a Lämmöntuotannon vuotuinen säästö 15 974 Investointi max (ylläpito- ja käyttökulut huomioitu) 139 988
Biokaasun + CHP-tuotannon kannattavuus Biokaasua käytettäessä CHP-tuotantoon saadaan tuotettua: lämpöenergiaa 451 346 kwh/a (79 % tarpeesta) sähköenergiaa 405 618 /a (90 % tarpeesta) Vuotuinen säästö korvattaessa ostosähköä koko CHP-tuotannon osuudella ja öljyä/haketta koko lämmöntuotannon osuudella on 56 057 /a Säästö mahdollistaa noin 580 000 :n investoinnin CHP-tuotanto, Omakäyttö 100% Porttimaksutulot Korvatun lämpöenergian arvo Lämpöenergian lisähankinnan kulut Lämpöenergian myynnin tulot Korvatun sähköenergian arvo Sähköenergian lisähankinnan kulut Sähköenergian myynnin tulot CHP-tuotannon vuotuinen tulo Öljyn, hakkeen ja sähkön korvaaminen 0 /a 17 241 /a -4 533 /a 0 /a 48 674 /a -5 326 /a 0 /a 56 057 /a Investointi max (ylläpito- ja käyttökulut huomioitu) 577 658
Biokaasun + biometaanin tuotannon kannattavuus Biokaasua jalostettaessa liikennepolttoaineeksi kelpaavaksi biometaaniksi saadaan: Biometaania 1 348 103 kwh/a (97335 kg/a) Biometaania tuotantoon kuluu Sähköenergiaa 152 831 kwh/a ja lämpöenergiaa 305 242 kwh/a Biometaanin myyntitulot ovat 128 471 /a ja biokaasulaitoksen ja jalostuksen energiakulut 23 895 /a Vuotuinen tulo on 104 575 /a (ei investoinnin poistoa) Myynti mahdollistaa noin 1 126 000 :n investoinnin Biometaanin tuotanto ja myynti Porttimaksutulot Myytävän biometaanin arvo Biokaasulaitoksen tuotantokulut Biometaanin tuotannon kulut Biometaanin tuotannon vuotuinen tulo Biometaanin myynnin kulut ja tulot 0 /a 128 471 /a -11 356 /a -12 539 /a 104 575 /a Investointi max (ylläpito- ja käyttökulut huomioitu) 1 125 864
Vuotuinen energiatase, vuositulot ja Energiatase maksimi investointi 1 600 000 1 400 000 1 200 000 1 000 000 Biokaasu + lämpö Biokaasu + CHP Biokaasu + jalostus Biometaanin saanto 800 000 600 000 400 000 Lämpöenergia 200 000 0-200 000 Sähköenergia -400 000-600 000
Vuotuinen energiatase, vuositulot ja maksimi investointi Vuositulot 140 000 Biokaasu + jalostus 120 000 100 000 Biometaanin myynti [ ] 80 000 60 000 Biokaasu + CHP Lämpöenergian kulut / säästöt [ ] 40 000 20 000 Biokaasu + lämpö 0 Sähköenergian kulut / säästöt [ ] -20 000-40 000
Vuotuinen energiatase, vuositulot ja maksimi investointi 1 200 000 Investoinnin kannattavuusrajat 1 000 000 800 000 600 000 Investointi [ ] 400 000 200 000 0 Biokaasu + lämpö Biokaasu + CHP Biokaasu + jalostus
Yhteenveto vaihtoehdoista Biokaasu tulisi jalostaa mahdollisimman arvokkaaseen muotoon sen arvon kasvattamiseksi Lämpöenergian tuottaminen biokaasulla ei ole taloudellisesti kovinkaan mielekästä etenkään jos biokaasulla korvataan haketta CHP-tuotannossa saatava sähköenergia parantaa CHPtuotannon kannattavuutta. Mahdollisimman suuri osuus tuotetusta sähköstä tulisi kuluttaa omassa toiminnassa erityisesti pienessä kokoluokassa alle syöttötariffitason Biometaanin tuotannossa biokaasu saadaan arvokkaimpaan muotoon ja siten sen tuotannolla saadaan suurimmat vuotuiset tuotot, mikä mahdollistaa myös korkeimman investoinnin
Investointiriskin pienentäminen Yhteiskunnallinen yrittäjyys? osuuskunnat, keskinäiset yhtiöt, säätiöt, yhdistykset ja voittoa tavoittelemattomat organisaatiot. Mahdollisista voitoista osa käytetään yhteisön yhteisten tavoitteiden saavuttamiseen
Yleishyödyllinen investointihanke Tukea voivat hakea yksityis- tai julkisoikeudelliset yhteisöt tai säätiöt, esimerkiksi kylä- tai kulttuuriyhdistykset, 4H-yhdistykset, ympäristöjärjestöt tai maamiesseurat, kunnat, kuntayhtymät tai oppilaitokset
Yleishyödyllinen investointihanke lisää paikallisten asukkaiden hyvinvointia ja palveluita. Tuella voidaan rakentaa, korjata tai laajentaa kyläyhteisön yhteisiä rakennuksia tai hankkia yhteisiä koneita, laitteita tai käyttöoikeuksia yhteisiä tiloja tai alueita varten. Lisäksi tuetaan pienimuotoista tie-, vesihuoltosekä tietoliikenneverkkojen rakentamista.
Yleishyödyllinen investointihanke Mahdollista saada tukea jopa 75% (ELY keskus) Tukipäätökset tapauskohtaisia. Tukea myönnetty mm. valokaapeli- ja vesiosuuskunnille. Esim. liikennebiokaasun jalostus- ja jakelulaitteistolle?