Sivutuotteiden hyödyntäminen energiantuotannossa liiketoimintamallit Case: Bioinno-Patu kuivuri haketta tuottavalla sahalla tai metsähaketta käyttävällä kaukolämpölaitoksella Puun käytön laaja-alaistaminen- hankkeen osatutkimus Lieksan Teollisuuskylä Oy Kerantie 26 81720 Lieksa
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 2 Sisällysluettelo 1. Johdanto 3 2. Biopolttoaineen kuivauksen edut lämpölaitoksille 4 3. Aineisto ja menetelmät 8 4. Tulokset 17 5. Johtopäätökset 22 Kirjallisuus 23
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 3 1. Johdanto Puun Käytön laaja-alaistamishankkeen tavoitteena on kartoittaa uusia puutuoteratkaisuja ja etsiä kannattavia liiketoimintamalleja seuraavasti: - millaisia tuotteita, mihin käyttötarkoituksiin, tärkeimmät ominaisuudet ja testaustiedon hankinta mm. palon- tai termiitinkestosta - valmistusteknologiat eli millaisilla koneilla, laitteilla ja prosesseilla tuotteita valmistetaan - sivutuoteasiat eri ratkaisuilla - Uusiin tuotteisiin ja järjestelmäkokonaisuuksiin sekä modifiointiin liittyvät kohdemarkkinoiden ja valmistusmaan vaatimat hyväksynnät, vaatimukset, määräykset ja asiakastarpeet - Kootun tiedon analysointi Lieksan Teollisuuskylä Oy:n ja yritysverkoston käyttöön eli raportti liiketoimintamallivaihtoehdoista Tämän osatutkimuksen tavoitteena on tutkia, kannattaako sahahaketta, purua ja/tai kuorta kuivata sahan oman lämpölaitoksen hukkalämmöllä vai hakkeen käyttökohteessa kaukolämpövoimalan yhteydessä. Samalla tutkitaan, millä edellytyksillä kuivaus on kannattavaa. 2. Biopolttoaineen kuivauksen edut lämpölaitoksille Biopolttoaineen kuivaus tuo seuraavia etuja lämpölaitoksille - biopolttoaineen energiasisältö MWh/i-m3 kasvaa (sisältää vähemmän vettä, jonka haihduttamiseen kuluu osa poltossa saatavasta energiasta) - biopolttoaine lämmintä jo ennen kattilaan syöttöä, jos kuivuri on lämpölaitoksen yhteydessä - lämpölaitoksen hyötysuhde parantuu kts kuvat 1 ja 2. - jos lämpölaitoksen nimellisteho (valmistajan antama takuuarvo max teholle) on laskettu kuivaamattomalla biopolttoaineella (keskikosteus 50 60%), niin kuivatulla biopolttoaineella voidaan saada kattilasta jopa yli 100% tehoja lisää kts kuva 3. Tämä siksi, että kattilan arinoille sopii saman verran sekä kuivaa että märkää biopolttoainetta, joten kuivalla biopolttoaineella on laitteiston teho kasvaa suoraan verrannollisesti biopolttoaineen energiasisällön MWh/i-m3 mukaan. - Lämpölaitoksen savukaasupesureiden vesien lämpö on mahdollista hyödyntää kuivurissa, jos kuivuri on lämpölaitoksen yhteydessä - Kuljetuskustannukset voivat laskea ( /i-m3), sillä tuoreesta hakkeesta ja kuoresta ei saada aina täyttää kuormaa painon ylityksen vuoksi. Metsähakkeen paino voi olla yli 320 kg/i-m3 ja täysperävaunu rekkaan sopii 150 m3, jolloin kuorman painoksi tulee 48 000 kg (max paino 38 000 kg).
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 4 Kuva 1. Hakkeen kosteuden vaikutus hyötysuhteeseen. Hyötysuhdemittaukset tehtiin Ylihärmän Kuntokeskuksella Helppo Lämpö Oy:n omistamalla 0,97 MW:n tehoisella KPA kattilalla. (Esa Koskiniemi, Juha Viirimäki 2012). Kuvassa 2 esitetään esimerkki hyötysuhteen muuttumisesta kattilan tehon mukaan. Kuvassa 2 on oletettu pienessä kattilassa savukaasun loppulämpötilan alenevan merkittävästi kattilan tehon mukaan, samoin savukaasun happipitoisuus kasvaa suhteessa pienessä kattilassa enemmän kuin suuremmassa kattilassa. Alle 1 MW kattiloissa pienillä osatehoilla säteily- ja johtumishäviön osuus häviöistä on suuri. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012).
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 5 Kuva 2. Esimerkki hyötysuhteen muuttumisesta kattilan tehon mukaan (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Kuvassa 3 on esimerkki polttoaineen kosteuden vaikutuksesta kattilasta saatavaan tehoon. Mitoituskosteutta suurempi kosteus alentaa kattilasta saatava tehoa. Samalla kattilan hyötysuhde alenee merkittävästi. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012).
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 6 Kuva 3. Esimerkki polttoaineen kosteuden vaikutuksesta kattilasta saatavaan tehoon (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Savukaasupesurien ensisijaisena hankintaperusteena on ollut savukaasujen vesihöyryn lauhdelämmön talteenotosta saatava taloudellinen hyöty. Lauhde-energialla esilämmitetään yleensä kaukolämmön paluuvettä kts kuva 4. Tästä syystä Suomessa pesureja käytetään eniten lämmityskattiloissa. Hiukkaserottimina pesuilla ei ole suurta taloudellista merkitystä, koska ne erottavat tehokkaimmin karkeita hiukkasia kuten hinnaltaan edulliset multisyklonitkin. Kuivurin yhdistäminen kattiloihin, joissa on savukaasupesuri, on järkevää tapauksissa, joissa savukaasupesurien lauhdevesien lämmölle ei ole järkevää käyttökohdetta. Joissain tapauksissa kaukolämmön paluuveden lämpötila on niin korkea, että savukaasupesurien lauhdevettä (noin 55 astetta) ei voida hyödyntää paluuveden lämmittämisessä. Myös lämmön ja sähkön yhteistuotannossa kuivurin käyttö voi olla järkevää, sillä paluuveden esilämmitys pienentää höyryturbiinin jäähdytystä ja sähkötehoa, mikä heikentää pesurin taloudellista kannattavuutta. Jos siis savukaasupesurien lauhdevedet käytettäisiin biopolttoaineen kuivauksessa, niin näitä ongelmia ei syntyisi. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Valtaosa Suomessa polttolaitoksilla käytettävistä märkäerottimista on tyypiltään rikin poistoon tarkoitettuja pesureja, joiden edessä on hiukkaserotin. Jos esierottimena on sykloni, pesuri koostuu erillisestä karkeiden hiukkasten märkäerottimesta ja lämmön talteenottoyksiköstä (LTO), joka on tavallisesti
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 7 täytekappalekolonni. Hiukkasten märkäpesua ei tarvita, jos hiukkaserottimena on sähkösuodatin. Rikkidioksidin ja vetykloridin (HCl) erotukseen pesurit ovat tehokkaita. Erotusaste kasvaa päästökaasun alkupitoisuuden mukana. Esimerkiksi turpeenpolton rikkidioksidin (ja hiukkasten) erotusaste on tavallisesti 80 98 %. Hiukkasten mukana pesuveteen erottuu myös raskasmetalleja. Rikkidioksidin erotusasteeseen vaikuttavat pesuveden lämpötila ja ph. Myös HCl:n erotusaste on korkea, useimmiten 70 95 %. Lauhdevesi johdetaan selkeytysaltaasta neutraloituna ja suodatettuna viemäriin tai vesistöön. Ojaan johdettava lauhdevesi saostetetaan kemiallisesti, selkeytetään ja suodatetaan. Neutralointikemikaalin (tavallisesti NaOH) kulutus kasvaa rikkipitoisuuden mukana, mikä lisää kustannuksia. Pesurin lauhdeveden ja tuhkalietteen käsittelyn vaatimuksista tulee sopia etukäteen paikallisen ympäristöviranomaisen kanssa. Pesurit ovat taloudellisesti edullisimpia kosteita puupolttoaineita käyttävissä lämpökeskuksissa. Niissä hiukkasten erotusaste on melko vaatimaton, koska pienhiukkasten osuus lentopölyssä on suuri. HCl:n erotuksesta huolimatta neutralointikemikaalin käyttötarve on pieni, koska puun emäksinen tuhka neutraloi lauhdevettä. Kuorta ja purua käyttävillä laitoksilla pesurin lämmön talteenottoteho on parhaimmillaan noin 30 % kattilan tehosta, jos kaukolämmön paluuveden lämpötila on matala (esimerkiksi 45 oc) ja palamisilma kostutetaan pesurivedellä. Kostutuksen ansiosta pesurista saadaan suurempi ja tasaisempi LTO-teho (lämmön talteenoton teho) kaukolämmön paluuveden lämpötilan vaihdellessa. Pesuri toimii tehokkaimmin kattilan nimellistehon alueella. Pienillä osatehoilla ilmakerroin kasvaa ja savukaasut laimenevat, mistä syystä LTO-tehon osuus pienenee. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012). Kuva 4. Savukaasupesurin lämmön talteenotto-osan kytkentä kaukolämpöverkkoon ja palamisilman kostutin. (Energiateollisuus ry ja Ympäristöministeriö 2012).
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 8 3. Aineisto ja menetelmät Tutkimuksen lähtötietoina käytettiin Enon energiaosuuskunnalla koekäytössä olleen Bioinno Patu kuivurin tietoja sekä Lieksan Saha Oy:n antamia tietoja sivutuotteista ja poltosta. Taulukoissa 1 ja 2 on esitetty tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on saha, jolla on oma lämpökeskus omaa lämmöntuotantoa varten. Taulukoissa 3 ja 4 on esitetty tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos, joka käyttää kutterinlastun, sahanpurun ja kuoren lisäksi huomattavan määrän metsähaketta. Kuvassa 5 on esitetty Bio-Patu kuivuri. Bioinno Patu kuivurin ideana on käyttää hyväksi kattilahuoneesta saatavaa hukkalämpöä, kaukolämmön paluuvettä jatai savukaasupesureiden vedestä saatavaa lämpöä. Tehokas ripapattereissa kiertävän lämpimän nesteen ja ilman yhtäaikaiseen kiertoon perustuva kerroskuivausjärjestelmä on tekniikaltaan täysin uutta Suomessa. Kantavien akselien sisällä ja tasoilla eväputkissa kattilan lämmönvaihtimen kautta kiertävä lämmin vesi kuivattaa tehokkaasti jäätyneenkin hakkeen ja lämmin kiertoilma sitoo ja kuljettaa kosteuden pois. Ilmankierto hoidetaan puhaltimilla, joiden tehoa ohjaa kosteutta tarkkaileva ohjausyksikkö. Kuivattavaksi kelpaa pienillä teknisillä muutoksilla vaikkapa briketin ja pellettien raaka-aineeksi tuleva hake ja sahajauho tai vaikkapa turve. Kuva 5. Bioinno Patu Oy:n kuivuri.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 9 Taulukko 1. Tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on saha, jolla on oma lämpökeskus omaa lämmöntuotantoa varten, mutta suurin osa hakkeesta myydään kaukolämpölaitoksille. Hakkeen alkukosteus 60%, loppukosteus 40% ja kuivausaika 2 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Vuodessa kuivattavaa materiaalia Kuivattavan materiaalin määrä Paino 15 000 i-m3 Alkukosteus 60 % Loppukosteus 40 % Paino kuivattuna 4 i-m3 300 kg/i-m3 262,5 kg/i-m3 Paino alussa 1200 kg --> Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivapaino Vettä materiaalissa alussa 750 kg 450 kg Paino kuivattuna 1050 kg --> Kuivan materiaalin energiasisältö 0,8 MWh/i-m3 Kuivauksessa poistettavan veden määrä 150 kg Kuivauksen avulla materiaalin energiasisältö kasvaa 0,26 MWh/i-m3 http://www.kmeoy.fi/laskelmia/laskuri/ Energiasisällön kasvun lisäksi kuivauksen parantaa myös kattilan hyötysuhdetta ja maksimitehoa. Maksimi teho kasvaa, koska kattilan arinoille sopii palamaan kerralla sama määrä irtokuutioina polttoainetta riippumatta siitä, onko se kosteaa vai märkää--> valmiiksi lämmin ja kuiva polttoaine palaa tehokkaammin ja paremmalla hyötysuhteella. Kun kattilan hyötysuhde paranee kuivalla polttoaineella 0 % niin kuivauksen avulla saadaan lisäenergiaa poltossa noin 0,26 MWh/i-m3 Kattilan max teho kasvaa siis 48 %
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 10 Taulukko 2. Kuivauksen energiantarve, teho ja aika sekä kuivauslämmön tuottaminen, kun toimintaympäristönä on saha, jolla on oma lämpökeskus omaa lämmöntuotantoa varten, mutta suurin osa sivutuotteista myydään kaukolämpölaitoksille. Hakkeen alkukosteus 60%, loppukosteus 40% ja kuivausaika 2 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Kuivauserä 4 i-m3 Alkulämpötila -20 astetta Loppulämpötila 55 astetta Paino 300 kg/i-m3 1200 kg Alkukosteus 60 % Loppukosteus 40 % Vettä 450 kg lämmitetettävän veden määrä Puuta 750 kg Haihduttevan veden määrä 150 kg Kuivan puun om.lämpökap 1340 J/kgK Jään om. lämpökap. 2090 J/kgK Jään om. sulamislämpö 333000 J/kg Veden om. lämpökap. 4190 J/kgK Veden om. höyrytyslämpökap. 2260000 J/kg Energiantarve Puun lämmitys 75375000 J Jään lämmitys 18810000 J Jään sulatus 149850000 J Veden lämmitys 103702500 J Lämmittämiseen kuluva energia 0,087 Mwh/i-m3 Veden höyrytys 339000000 J Yhteensä 686,7375 MJ 1 kwh = 3,6 MJ LÄMPÖHÄVIÖT 20 % KOKONAISENERGIANTARVE 229 kwh ENERGIANTARVE 57 kwh/i-m3 KUIVAUSAIKA TEHONTARVE TEHONTARVE 2 h 114 KW/h 29 KW/i-m3 LÄMMÖN TUOTANTOON TARVITTAVAN KIERTOVEDEN MÄÄRÄ KIERTOVESI LÄHTÖ 110 C KIERTOVESI PALUU 85 C ENERGIANTARVE LÄMPÖHÄVIÖINEEN 824,085 MJ ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI LÄHTÖ 0,4609 MJ/KG ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI TULO 0,35615 MJ/KG KIERTOVEDEN LUOVUTTAMA ENERGIA 0,10475 MJ/KG TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ 7,9 M3 TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ TUNNISSA 3,9 M3/h
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 11 Taulukko 3. Tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on saha, jolla on oma lämpökeskus omaa lämmöntuotantoa varten, mutta suurin osa hakkeesta myydään kaukolämpölaitoksille. Hakkeen alkukosteus 60%, loppukosteus 35% ja kuivausaika 3 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Vuodessa kuivattavaa materiaalia Kuivattavan materiaalin määrä Paino 10 000 i-m3 Alkukosteus 60 % Loppukosteus 35 % Paino kuivattuna 4 i-m3 300 kg/i-m3 253,125 kg/i-m3 Paino alussa 1200 kg --> Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivapaino Vettä materiaalissa alussa 750 kg 450 kg Paino kuivattuna 1012,5 kg --> Kuivan materiaalin energiasisältö 0,85 MWh/i-m3 Kuivauksessa poistettavan veden määrä 187,5 kg Kuivauksen avulla materiaalin energiasisältö kasvaa 0,31 MWh/i-m3 http://www.kmeoy.fi/laskelmia/laskuri/ Energiasisällön kasvun lisäksi kuivauksen parantaa myös kattilan hyötysuhdetta ja maksimitehoa. Maksimi teho kasvaa, koska kattilan arinoille sopii palamaan kerralla sama määrä irtokuutioina polttoainetta riippumatta siitä, onko se kosteaa vai märkää--> valmiiksi lämmin ja kuiva polttoaine palaa tehokkaammin ja paremmalla hyötysuhteella. Kun kattilan hyötysuhde paranee kuivalla polttoaineella 0 % niin kuivauksen avulla saadaan lisäenergiaa poltossa noin 0,31 MWh/i-m3 Kattilan max teho kasvaa siis 57 %
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 12 Taulukko 4. Kuivauksen energiantarve, teho ja aika sekä kuivauslämmön tuottaminen, kun toimintaympäristönä on saha, jolla on oma lämpökeskus omaa lämmöntuotantoa varten, mutta suurin osa sivutuotteista myydään kaukolämpölaitoksille. Hakkeen alkukosteus 60%, loppukosteus 35% ja kuivausaika 3 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Lähtötiedot Kuivauserä 4 i-m3 Alkulämpötila -20 astetta Loppulämpötila 55 astetta Paino 300 kg/i-m3 1200 kg Alkukosteus 60 % Loppukosteus 35 % Vettä 450 kg lämmitetettävän veden määrä Puuta 750 kg Haihduttevan veden määrä 187,5 kg Kuivan puun om.lämpökap 1340 J/kgK Jään om. lämpökap. 2090 J/kgK Jään om. sulamislämpö 333000 J/kg Veden om. lämpökap. 4190 J/kgK Veden om. höyrytyslämpökap. 2260000 J/kg Energiantarve Puun lämmitys 75375000 J Jään lämmitys 18810000 J Jään sulatus 149850000 J Veden lämmitys 103702500 J Lämmittämiseen kuluva energia 0,087 Mwh/i-m3 Veden höyrytys 423750000 J Yhteensä 771,4875 MJ 1 kwh = 3,6 MJ LÄMPÖHÄVIÖT 20 % KOKONAISENERGIANTARVE 257 kwh ENERGIANTARVE 64 kwh/i-m3 KUIVAUSAIKA TEHONTARVE TEHONTARVE 3 h 86 KW/h 21 KW/i-m3 LÄMMÖN TUOTANTOON TARVITTAVAN KIERTOVEDEN MÄÄRÄ KIERTOVESI LÄHTÖ 110 C KIERTOVESI PALUU 85 C ENERGIANTARVE LÄMPÖHÄVIÖINEEN 925,785 MJ ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI LÄHTÖ 0,4609 MJ/KG ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI TULO 0,35615 MJ/KG KIERTOVEDEN LUOVUTTAMA ENERGIA 0,10475 MJ/KG TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ 8,8 M3 TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ TUNNISSA 2,9 M3/h
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 13 Taulukko 5. Tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos, joka käyttää kutterinlastun, sahanpurun ja kuoren lisäksi huomattavan määrän metsähaketta. Hakkeen alkukosteus 65%, loppukosteus 40% ja kuivausaika 2 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna metsähaketta käyttävään kaukolämpölaitokseen Lähtötiedot Vuodessa kuivattavaa materiaalia Kuivattavan materiaalin määrä Paino 15 000 i-m3 Alkukosteus 65 % Loppukosteus 40 % Paino kuivattuna 4 i-m3 325 kg/i-m3 275,7576 kg/i-m3 Paino alussa 1300 kg --> Märän materiaalin energiasisältö 0,49 MWh/i-m3 Kuivapaino Vettä materiaalissa alussa 787,8788 kg 512,1212 kg Paino kuivattuna 1103,03 kg --> Kuivan materiaalin energiasisältö 0,84 MWh/i-m3 Kuivauksessa poistettavan veden määrä 196,9697 kg Kuivauksen avulla materiaalin energiasisältö kasvaa 0,35 MWh/i-m3 http://www.kmeoy.fi/laskelmia/laskuri/ Energiasisällön kasvun lisäksi kuivauksen parantaa myös kattilan hyötysuhdetta ja maksimitehoa. Maksimi teho kasvaa, koska kattilan arinoille sopii palamaan kerralla sama määrä irtokuutioina polttoainetta riippumatta siitä, onko se kosteaa vai märkää--> valmiiksi lämmin ja kuiva polttoaine palaa tehokkaammin ja paremmalla hyötysuhteella. Kun kattilan hyötysuhde paranee kuivalla polttoaineella 10 % niin kuivauksen avulla saadaan lisäenergiaa poltossa noin 0,43 MWh/i-m3 Kattilan max teho kasvaa siis 89 %
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 14 Taulukko 6. Kuivauksen energiantarve, teho ja aika sekä kuivauslämmön tuottaminen, kun toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos, joka käyttää kutterinlastun, sahanpurun ja kuoren lisäksi huomattavan määrän metsähaketta. Hakkeen alkukosteus 65%, loppukosteus 40% ja kuivausaika 2 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna metsähaketta käyttävään kaukolämpölaitokseen Lähtötiedot Kuivauserä 4 i-m3 Alkulämpötila -20 astetta Loppulämpötila 55 astetta Paino 325 kg/i-m3 1300 kg Alkukosteus 65 % Loppukosteus 40 % Vettä 512,12121 kg lämmitetettävän veden määrä Puuta 787,87879 kg Haihduttevan veden määrä 196,9697 kg Kuivan puun om.lämpökap 1340 J/kgK Jään om. lämpökap. 2090 J/kgK Jään om. sulamislämpö 333000 J/kg Veden om. lämpökap. 4190 J/kgK Veden om. höyrytyslämpökap. 2260000 J/kg Energiantarve Puun lämmitys 79181818 J Jään lämmitys 21406667 J Jään sulatus 170536364 J Veden lämmitys 118018333 J Lämmittämiseen kuluva energia 0,097 Mwh/i-m3 Veden höyrytys 445151515 J Yhteensä 834,2947 MJ 1 kwh = 3,6 MJ LÄMPÖHÄVIÖT 20 % KOKONAISENERGIANTARVE 278 kwh ENERGIANTARVE 70 kwh/i-m3 KUIVAUSAIKA TEHONTARVE TEHONTARVE 2 h 139 KW/h 35 KW/i-m3 LÄMMÖN TUOTANTOON TARVITTAVAN KIERTOVEDEN MÄÄRÄ KIERTOVESI LÄHTÖ 90 C KIERTOVESI PALUU 70 C ENERGIANTARVE LÄMPÖHÄVIÖINEEN 1001,1536 MJ ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI LÄHTÖ 0,3771 MJ/KG ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI TULO 0,2933 MJ/KG KIERTOVEDEN LUOVUTTAMA ENERGIA 0,0838 MJ/KG TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ 11,9 M3 TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ TUNNISSA 6,0 M3/h
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 15 Taulukko 7. Tutkimuksessa käytetyt lähtötiedot, kun toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos, joka käyttää kutterinlastun, sahanpurun ja kuoren lisäksi huomattavan määrän metsähaketta. Hakkeen alkukosteus 65%, loppukosteus 35% ja kuivausaika 3 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna metsähaketta käyttävään kaukolämpölaitokseen Lähtötiedot Vuodessa kuivattavaa materiaalia Kuivattavan materiaalin määrä Paino 10 000 i-m3 Alkukosteus 65 % Loppukosteus 35 % Paino kuivattuna 4 i-m3 325 kg/i-m3 265,9091 kg/i-m3 Paino alussa 1300 kg --> Märän materiaalin energiasisältö 0,49 MWh/i-m3 Kuivapaino Vettä materiaalissa alussa 787,8788 kg 512,1212 kg Paino kuivattuna 1063,636 kg --> Kuivan materiaalin energiasisältö 0,89 MWh/i-m3 Kuivauksessa poistettavan veden määrä 236,3636 kg Kuivauksen avulla materiaalin energiasisältö kasvaa 0,4 MWh/i-m3 http://www.kmeoy.fi/laskelmia/laskuri/ Energiasisällön kasvun lisäksi kuivauksen parantaa myös kattilan hyötysuhdetta ja maksimitehoa. Maksimi teho kasvaa, koska kattilan arinoille sopii palamaan kerralla sama määrä irtokuutioina polttoainetta riippumatta siitä, onko se kosteaa vai märkää--> valmiiksi lämmin ja kuiva polttoaine palaa tehokkaammin ja paremmalla hyötysuhteella. Kun kattilan hyötysuhde paranee kuivalla polttoaineella 10 % niin kuivauksen avulla saadaan lisäenergiaa poltossa noin 0,49 MWh/i-m3 Kattilan max teho kasvaa siis 100 %
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 16 Taulukko 8. Kuivauksen energiantarve, teho ja aika sekä kuivauslämmön tuottaminen, kun toimintaympäristönä on kaukolämpölaitos,, joka käyttää kutterinlastun, sahanpurun ja kuoren lisäksi huomattavan määrän metsähaketta. Hakkeen alkukosteus 65%, loppukosteus 35% ja kuivausaika 3 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna metsähaketta käyttävään kaukolämpölaitokseen Lähtötiedot Kuivauserä 4 i-m3 Alkulämpötila -20 astetta Loppulämpötila 55 astetta Paino 325 kg/i-m3 1300 kg Alkukosteus 65 % Loppukosteus 35 % Vettä 512,12121 kg lämmitetettävän veden määrä Puuta 787,87879 kg Haihduttevan veden määrä 236,36364 kg Kuivan puun om.lämpökap 1340 J/kgK Jään om. lämpökap. 2090 J/kgK Jään om. sulamislämpö 333000 J/kg Veden om. lämpökap. 4190 J/kgK Veden om. höyrytyslämpökap. 2260000 J/kg Energiantarve Puun lämmitys 79181818 J Jään lämmitys 21406667 J Jään sulatus 170536364 J Veden lämmitys 118018333 J Lämmittämiseen kuluva energia 0,097 Mwh/i-m3 Veden höyrytys 534181818 J Yhteensä 923,325 MJ 1 kwh = 3,6 MJ LÄMPÖHÄVIÖT 20 % KOKONAISENERGIANTARVE 308 kwh ENERGIANTARVE 77 kwh/i-m3 KUIVAUSAIKA TEHONTARVE TEHONTARVE 3 h 103 KW/h 26 KW/i-m3 LÄMMÖN TUOTANTOON TARVITTAVAN KIERTOVEDEN MÄÄRÄ KIERTOVESI LÄHTÖ 90 C KIERTOVESI PALUU 70 C ENERGIANTARVE LÄMPÖHÄVIÖINEEN 1107,99 MJ ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI LÄHTÖ 0,3771 MJ/KG ENERGIASISÄLTÖ KIERTOVESI TULO 0,2933 MJ/KG KIERTOVEDEN LUOVUTTAMA ENERGIA 0,0838 MJ/KG TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ 13,2 M3 TARVITTAVA KIERTOVESIMÄÄRÄ TUNNISSA 4,4 M3/h Kuivauksen avulla hakkeesta saadaan siis jopa lähes kaksi kertaan enemmän lämpöenergiaa irtokuutiometriä kohti kuin ilman kuivausta. Kaukolämpövoimalan tapauksessa voidaan hyödyksi lisäksi laskea se, että kuivattu hake on valmiiksi lämmintä polttokattilaan mennessä, jolloin kattilan hyötysuhde paranee huomattavasti. Kun nämä huomioidaan, niin kaukolämpövoimalan tapauksessa kuiva ja lämmin hake voi tuottaa jopa yli kaksi kertaa enemmän lämpöä kuin tuore metsähake per irtokuutiometri.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 17 4. Tulokset Kuvassa 6 on esitetty vaihtoehtojen taloudellinen tulos. Laskemissa käytetyt tiedot löytävät taulukoista 1..12. Annetuilla lähtöarvoilla biopolttoaineen kuivaus on kannattavaa, jos tuotantomäärä on yli 10 000 irtokuutiota ja jos polttoaineen kosteusprosentti laskee ainakin 25%. Kannattavuutta lisää, jos kuivurin tuottama polttoaine käytetään heti lämpimänä kuivurin yhteydessä olevassa lämpölaitoksessa. Erityisen kannattavaa kuivaus on, jos lämpölaitoksen tehot eivät riitä huippukulutuksen aikaan kosteaa polttoainetta käytettäessä. Tällöin kuivurin tuottamalla kuivalla polttoaineella voidaan korvata lisä/varalämmön käyttöä tai jopa kokonaan uuden lämpölaitoksen rakentaminen. Kuva 6. Eri vaihtoehtojen taloudellinen tulos (saha/kaukolämpölaitos). Laskemissa käytetyt tiedot löytävät taulukoista 1-12.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 18 Taulukko 9. Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle. Hakkeen alkukosteus 60%, loppukosteus 40% ja kuivausaika 3 tuntia. Tuotanto 10 000 irtokuutiota, joka myydään kaukolämpölaitokselle. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Kannattavuuslaskelma 1. toimintavuosi Tuotantomäärä 15 000 i-m3 Alkukosteus 60 % Kuivausaika 2 h Loppukosteus 40 % Vuosittainen tuotantoaika 313 d Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivausserän koko 4 i-m3 Kuivan materiaalin energiasisältö 0,8 MWh/i-m3 Lämpöenergian kulutus, hinta ja tehontarvearvio 0,057 MWh/m3 30 /MWh 0,11 MW Sähkönkulutus ja hinta 10 kwh/m3 0,1 /kwh Kuivaamon hinta 175 000 Kuivaamorakennuksen ja varastojen hinta 50 000 Laina 200 000 Lainan korko 5 % Kuivauksen avulla saatava lisäenergia huomiotuna kattilan hyötysuhteen parantuminen Lämpimän polttoaineen avulla saatava lisäenergia Kuivan biopolttoaineen hinta Kuivauksesta saatava kokonaishyöty Polttoaineesta saatavan lisäenergian hinta Kuivan ja lämpimän polttoaineen antama hyöty/logistiikkaetu (saadaan täysi kuorma) Kattilan max tehon kasvusta saatava hyöty 0,26 MWh/i-m3 0,09 MWh/i-m3 20,00 /MWh 6,94 /i-m3 5,2 /i-m3 1,74 /i-m3 0 /-m3 (ei tarvitse investoida isompaan kattilaan tai käyttää varajärjestelmää) /m3 Myynti 104 080,31 6,94 Liikevaihto 104 080,31 6,94 Muuttuvat kustannukset Kuivattavan materiaalin hinta 0,00 Logistiikkakulut -3 000,00-0,20 Varaston muutos 0,00-3 000,00-0,20 Ulkopuoliset palvelut -2 000,00-0,13 Tuotannon työntekijät Muut muuttuvat kulut Palkat (0,2 kuivaamon hoitajaa) -10 000,00-0,67 Työntekijöiden sosiaalikulut -5 000,00-0,33 Tuotannon henkilökulut yhteensä -15 000,00-1,00 Vapaaehtoiset sosiaalikulut 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Tuotannon kulut (pientarvikkeet, huollot yms) -5 000,00-0,33 Lämpöenergiakulut -25 752,66-1,72 Sähkökulut -15 000,00-1,00 Koneiden ja laitteiden vuokrat 0,00 0,00 Varaosat 0,00 0,00 Muut muuttuvat yhteensä -30 752,66-2,05 Muuttuvat kulut yhteensä -50 752,66-3,38 Myyntikate 53 327,66 3,56 Kiinteät kustannukset Muut kiinteät kustannukset Henkilökustannukset 0,00 0,00 Sosiaalikulut 0,00 0,00 Henkilökustannukset yhteensä 0,00 0,00 Vakuutukset, tarkastukset ja luvat -5 000,00-0,33 Koneet ja laitteet 0,00 0,00 Toimitilat 0,00 0,00 Markkinointi 0,00 0,00 Virkitys 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Hallinto 0,00 0,00 TKI 0,00 0,00 Muut kiinteät kustannukset yhteensä -5 000,00-0,33 Kiinteät kustannukset -5 000,00-0,33 Käyttökate 48 327,66 3,22 Poistot -48 750,00-3,25 Rahoituskustannukset Lainan korko -10 000,00-0,67 Rahoituskustannukset yhteensä -10 000,00-0,67 Voitto/Tappio ennen veroja -10 422,34-0,69 Verot 0,00 Voitto/Tappio verojen jälkeen -10 422,34-0,69 1 Rak ennuk s et 10 v uoden tas apois toin. Koneet ja laitteet 25% menojäännös pois toin.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 19 Taulukko 10. Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle. Hakkeen alkukosteus 60%, loppukosteus 35% ja kuivausaika 3 tuntia. Tuotanto 10 000 irtokuutiota, joka myydään kaukolämpölaitokselle. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna sahalaitokselle Kannattavuuslaskelma 1. toimintavuosi Tuotantomäärä 10 000 i-m3 Alkukosteus 60 % Kuivausaika 3 h Loppukosteus 35 % Vuosittainen tuotantoaika 313 d Märän materiaalin energiasisältö 0,54 MWh/i-m3 Kuivausserän koko 4 i-m3 Kuivan materiaalin energiasisältö 0,85 MWh/i-m3 Lämpöenergian kulutus, hinta ja tehontarvearvio 0,064 MWh/m3 30 /MWh 0,09 MW Sähkönkulutus ja hinta 10 kwh/m3 0,1 /kwh Kuivaamon hinta 175 000 Kuivaamorakennuksen ja varastojen hinta 50 000 Laina 200 000 Lainan korko 5 % Kuivauksen avulla saatava lisäenergia huomiotuna kattilan hyötysuhteen parantuminen Lämpimän polttoaineen avulla saatava lisäenergia Kuivan biopolttoaineen hinta Kuivauksesta saatava kokonaishyöty Polttoaineesta saatavan lisäenergian hinta Kuivan ja lämpimän polttoaineen antama hyöty/logistiikkaetu (saadaan täysi kuorma) Kattilan max tehon kasvusta saatava hyöty 0,31 MWh/i-m3 0,09 MWh/i-m3 20,00 /MWh 7,94 /i-m3 6,2 /i-m3 1,74 /i-m3 0 /-m3 (ei tarvitse investoida isompaan kattilaan tai käyttää varajärjestelmää) /m3 Myynti 79 386,88 7,94 Liikevaihto 79 386,88 7,94 Muuttuvat kustannukset Kuivattavan materiaalin hinta 0,00 Logistiikkakulut -2 000,00-0,20 Varaston muutos 0,00-2 000,00-0,20 Ulkopuoliset palvelut -2 000,00-0,20 Tuotannon työntekijät Muut muuttuvat kulut Palkat (0,2 kuivaamon hoitajaa) -10 000,00-1,00 Työntekijöiden sosiaalikulut -5 000,00-0,50 Tuotannon henkilökulut yhteensä -15 000,00-1,50 Vapaaehtoiset sosiaalikulut 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Tuotannon kulut (pientarvikkeet, huollot yms) -5 000,00-0,50 Lämpöenergiakulut -19 287,19-1,93 Sähkökulut -10 000,00-1,00 Koneiden ja laitteiden vuokrat 0,00 0,00 Varaosat 0,00 0,00 Muut muuttuvat yhteensä -24 287,19-2,43 Muuttuvat kulut yhteensä -43 287,19-4,33 Myyntikate 36 099,69 3,61 Kiinteät kustannukset Muut kiinteät kustannukset Henkilökustannukset 0,00 0,00 Sosiaalikulut 0,00 0,00 Henkilökustannukset yhteensä 0,00 0,00 Vakuutukset, tarkastukset ja luvat -5 000,00-0,50 Koneet ja laitteet 0,00 0,00 Toimitilat 0,00 0,00 Markkinointi 0,00 0,00 Virkitys 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Hallinto 0,00 0,00 TKI 0,00 0,00 Muut kiinteät kustannukset yhteensä -5 000,00-0,50 Kiinteät kustannukset -5 000,00-0,50 Käyttökate 31 099,69 3,11 Poistot -48 750,00-4,88 Rahoituskustannukset Lainan korko -10 000,00-1,00 Rahoituskustannukset yhteensä -10 000,00-1,00 Voitto/Tappio ennen veroja -27 650,31-2,77 Verot 0,00 Voitto/Tappio verojen jälkeen -27 650,31-2,77 1 Rak ennuk s et 10 v uoden tas apois toin. Koneet ja laitteet 25% menojäännös pois toin.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 20 Taulukko 11. Bio-Patun kuivuri sijoitettuna kaukolämpölaitokselle, joka käyttää metsähaketta 15 000 irtokuutiota. Hakkeen alkukosteus 65%, loppukosteus 40% ja kuivausaika 2 tuntia. Sivutuotteiden kuivauksen kannattavuus: Case Bio-Patun kuivuri sijoitettuna metsähaketta käyttävään kaukolämpölaitokseen Kannattavuuslaskelma 1. toimintavuosi Tuotantomäärä 15 000 i-m3 Alkukosteus 65 % Kuivausaika 2 h Loppukosteus 40 % Vuosittainen tuotantoaika 313 d Märän materiaalin energiasisältö 0,49 MWh/i-m3 Kuivausserän koko 4 i-m3 Kuivan materiaalin energiasisältö 0,84 MWh/i-m3 Lämpöenergian kulutus, hinta ja tehontarvearvio 0,070 MWh/m3 30 /MWh 0,14 MW Sähkönkulutus ja hinta 10 kwh/m3 0,1 /kwh Kuivaamon hinta 175 000 Kuivaamorakennuksen ja varastojen hinta 50 000 Laina 200 000 Lainan korko 5 % Kuivauksen avulla saatava lisäenergia huomiotuna kattilan hyötysuhteen parantuminen Lämpimän polttoaineen avulla saatava lisäenergia Kuivan biopolttoaineen hinta Kuivauksesta saatava kokonaishyöty Polttoaineesta saatavan lisäenergian hinta Kuivan ja lämpimän polttoaineen antama hyöty/logistiikkaetu (saadaan täysi kuorma) Kattilan max tehon kasvusta saatava hyöty 0,43 MWh/i-m3 0,10 MWh/i-m3 20,00 /MWh 15,63 /i-m3 8,68 /i-m3 1,95 /i-m3 5 /-m3 (ei tarvitse investoida isompaan kattilaan tai käyttää varajärjestelmää) /m3 Myynti 234 385,74 15,63 Liikevaihto 234 385,74 15,63 Muuttuvat kustannukset Kuivattavan materiaalin hinta 0,00 Logistiikkakulut -3 000,00-0,20 Varaston muutos 0,00-3 000,00-0,20 Ulkopuoliset palvelut -2 000,00-0,13 Tuotannon työntekijät Muut muuttuvat kulut Palkat (0,2 kuivaamon hoitajaa) -10 000,00-0,67 Työntekijöiden sosiaalikulut -5 000,00-0,33 Tuotannon henkilökulut yhteensä -15 000,00-1,00 Vapaaehtoiset sosiaalikulut 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Tuotannon kulut (pientarvikkeet, huollot yms) -5 000,00-0,33 Lämpöenergiakulut -31 286,05-2,09 Sähkökulut -15 000,00-1,00 Koneiden ja laitteiden vuokrat 0,00 0,00 Varaosat 0,00 0,00 Muut muuttuvat yhteensä -36 286,05-2,42 Muuttuvat kulut yhteensä -56 286,05-3,75 Myyntikate 178 099,69 11,87 Kiinteät kustannukset Muut kiinteät kustannukset Henkilökustannukset 0,00 0,00 Sosiaalikulut 0,00 0,00 Henkilökustannukset yhteensä 0,00 0,00 Vakuutukset, tarkastukset ja luvat -5 000,00-0,33 Koneet ja laitteet 0,00 0,00 Toimitilat 0,00 0,00 Markkinointi 0,00 0,00 Virkitys 0,00 0,00 Matkat 0,00 0,00 Hallinto 0,00 0,00 TKI 0,00 0,00 Muut kiinteät kustannukset yhteensä -5 000,00-0,33 Kiinteät kustannukset -5 000,00-0,33 Käyttökate 173 099,69 11,54 Poistot -48 750,00-3,25 Rahoituskustannukset Lainan korko -10 000,00-0,67 Rahoituskustannukset yhteensä -10 000,00-0,67 Voitto/Tappio ennen veroja 114 349,69 7,62 Verot -29 730,92 Voitto/Tappio verojen jälkeen 84 618,77 5,64 1 Rak ennuk s et 10 v uoden tas apois toin. Koneet ja laitteet 25% menojäännös pois toin.