Hakkeen kuivaaminen osana lämpöyrittäjyyttä Forest Energy 2020 vuosiseminaari Jyväskylä, 8.10.2014 Jyrki Raitila, VTT
Projektit Biolämpö Metsäkeskuksen (K-S) hallinnoima hanke jossa Tarkastellaan hake- ja pilkekuivurimallin avulla hakkeen kuivauksen teknisiä ja taloudellisia näkökohtia osana lämpölaitoksen toimintaa INFRES Kuivauksen demonstrointi 7.10.2014 Jyrki Raitila 2
Taustaa Keski-Suomen alueella tiedossa olevien lämpöyrittäjien vastuulla olevien lämpölaitosten käyttämättömällä lämmöntuotantokapasiteetilla voitaisiin kuivata yli miljoona irtokuutiota haketta tai pilkettä (v. 2011) Noin puolet koko maakunnan metsäpolttoaineiden käytöstä 30 laitosta, joiden yhteisteho noin 20 MW
Metsähakkeen hankintakustannukset
Metsähakkeen hankintakustannukset 1/4 Case 1: Lämpölaitos, vuotuinen lämmöntuotanto 5 000 MWh Hankintaketju 1 (osatoimitusmalli): Laitos ostaa raaka-aineen välivarastosta ja maksaa haketuksesta ja kuljetuksesta erikseen (haketus isolla mobiilihakkurilla, kuljetus 120 m 3 rekalla) Kokopuun tienvarsihinta 12 /MWh Haketuskustannukset 3,6 /irto-m 3 Kuljetuskustannukset 3,6 /km Kattilan hyötysuhde 78-88 % hakkeen kosteuden vaihdellessa välillä 55-20 % Häiriöistä aiheutuvat kustannukset 120 /häiriö Lisäöljyn käytöstä aiheutuneet kustannukset 14 000-0 /v (hake 55-20 %) Hankintaketju 2 (kokonaistoimitusmalli): Hakkeen kokonaistoimitus laitokselle Valmis metsähake perille toimitettuna 20 /MWh Kattilan hyötysuhde 78-88 % hakkeen kosteuden vaihdellessa välillä 55-20 % Häiriöistä aiheutuvat kustannukset 120 /häiriö Lisäöljyn käytöstä aiheutuneet kustannukset 14 000-0 /v (hake 55-20 %)
Metsähakkeen hankintakustannukset 2/4 Case 1 Osaurakoinnissa kuljetuskustannukset kasvavat selvästi, jos hakkeen kosteus ylittää 47% (= ei saada enää täysiä kuormia) Osaurakoinnin tekee kalliimmaksi myös haketus Osaurakointi: 32,2 22,8 /tuotettu MWh (kosteus 55-20 %) : 29,6 22,7 /tuotettu MWh (kosteus 55-20 %) Hakkeen kustannus tuotettua MWh kohti
Metsähakkeen hankintakustannukset 3/4 Case 2: Lämpölaitos, vuotuinen lämmöntuotanto 1 500 MWh Hankintaketju 1 (osatoimitusmalli): Laitos ostaa raaka-aineen välivarastosta ja maksaa haketuksesta ja kuljetuksesta erikseen (haketus traktorihakkurilla, kuljetus traktorilla kuormatila 20 m 3 ) Kokopuun tienvarsihinta 25 /kiinto-m 3 Haketuskustannukset 4,5 /irto-m 3 Kuljetuskustannukset 2 / irto-m 3 Kattilan hyötysuhde 78-88 % hakkeen kosteuden vaihdellessa välillä 55-20 % Häiriöistä aiheutuvat kustannukset 120 /häiriö Lisäöljyn käytöstä aiheutuneet kustannukset 5 200-0 /v (hake 55-20 %) Hankintaketju 2 (kokonaistoimitusmalli): Hakkeen kokonaistoimitus laitokselle Valmis metsähake perille toimitettuna 20 /MWh Kattilan hyötysuhde 78-88 % hakkeen kosteuden vaihdellessa välillä 55-20 % Häiriöistä aiheutuvat kustannukset 120 /häiriö Lisäöljyn käytöstä aiheutuneet kustannukset 5 200-0 /v (hake 55-20 %)
Metsähakkeen hankintakustannukset 4/4 Case 2 Osaurakoinnin kustannuksissa näkyy raaka-aineen ja haketuksen kustannusten jyrkempi nousu suhteessa hakkeen kosteuteen Osaurakointi: 37,2 22,8 /tuotettu MWh (kosteus 55-20 %) : 32,9 22,7 /tuotettu MWh (kosteus 55-20 %) Hakkeen kustannus tuotettua MWh kohti
Kuivan ja kostean hakkeen kustannuserot Case 1 Hankintakustannusero esitetyillä hankintatavoilla max 2,7 /MWh, jos hakkeen kosteus on 55 % Hankintakustannusero Case 2 Hankintakustannusero esitetyillä hankintatavoilla max 4,3 /MWh, jos hakkeen kosteus 55 % Hankintakustannusero Osatoimitus Osatoimitus 55 % 20 % 8,9 /MWh 6,8 /MWh 45 % 20 % 5,3 /MWh 4,3 /MWh 55 % 20 % 14,6 /MWh 8,7 /MWh 45 % 20 % 10,2 /MWh 6,2 /MWh Johtopäätös 1: Osaurakointimallissa pitää olla kosteus kohdallaan Johtopäätös 2: Kuivemmasta hakkeesta kannattaa maksaa enemmän, /MWh laatuhinnoitteluun on perusteita Johtopäätös 3: Toisaalta myös hakkeen kuivauksesta on vara maksaa
Hakkeen kuivaus
Kuivaus esimerkkikuivurissa 25 m 3 konttikuivuri, jonka tehontarve on 40-60 kw, kuivauslämpö lämpökattilasta (Case 2: 1500 MWh/v) Laskennassa käytetyt arvot: Maksimi kuivattava hakemäärä 2 500 i-m 3 /v Kuivauksessa kuluva lämpöenergia määritettiin laskentamallin avulla - 445 MWh (55 % hake) ja 268 MWh (45 % hake) Kuivauksessa käytettävän lämmön hinta 40 /MWh (lämmöntuotannon omakustannushinta lämpöyrittäjälle) ja 24 /MWh (vain kuivauksessa käytetyn hakkeen kustannukset, jolloin hakkeen ostohintana pidettiin 20 /MWh ja kattilan hyötysuhteena 82 %) Kuivurin investointikustannus 35 000 Sähkö ja ylläpito 1300 /v Investoinnin takaisinmaksuaika 10 v Laskentakorko 5 %
Hakkeen kuivaus myyntiin Lämpöyrittäjä kuivaa haketta operoimansa lämpölaitoksen yhteydessä Kuivauslämpöä riittävästi saatavilla Edellisen esimerkin luvuilla kuivauksen hinnaksi saatiin: Lämmön hinta 24 /MWh Lämmön hinta 40 /MWh 55 % 20 % 6,5 /i-m 3 9,3 /i-m 3 45 % 20 % 4,8 /i-m 3 6,6 /i-m 3 Hakkeesta pitäisi saada vähintään näin paljon enemmän hintaa, jotta sen kuivaus kannattaa!
Hakkeen kuivaus omaan käyttöön Case 1: Kuivaa (20 %) haketta tarvitaan omaan käyttöön n. 2 100 i-m 3 Kuivauksen ja vaadittavan kuivuri-investoinnin kannattavuutta tarkasteltiin nykyarvomenetelmällä Investointiin liittyvien tuottojen ja kustannusten nykyarvojen erotus kertoo, onko investointi kannattava Hyötyinä huomioitiin seuraavat: Kuivempaa haketta kuluu vähemmän kuin tuoretta eli hakkeen raakaaineen ostokustannukset alenevat Hakkeen kuljetuskustannukset vähenevät kuljetussuoritteen vähetessä Haketuskustannukset vähenevät volyymin pienetessä Kattilan hyötysuhde paranee Kattilan ja syöttölaitteiston häiriöt vähenevät Tukipolttoainetta (laskettu lämmitysöljyn mukaan) kuluu vähemmän
Kannattavuus eri vaihtoehdoissa Kuivauslämpö 40 /MWh Kuivauslämpö 24 /MWh Kuivauslämpö 40 /MWh+ lisävarasto Kuivauslämpö 24 /MWh+ lisävarasto Hakkeen alkukosteus Osaurakointi Osaurakointi Osaurakointi Osaurakointi 55 % 14 792-36 170 60 196 9 234-775 -51 738 46 683-6 334 45 % -8 159-37 222 19 407-9 655-23 727-52 789 5 894-25 223 Lisävarastoinvestointi otettu mukaan siinä tapauksessa, ettei kuivalle hakkeelle ole ennestään riittävää varastoa mallissa kuivaus vaikeinta saada kannattavaksi Kuivauslämmön hinta vaikuttaa ratkaisevasti kannattavuuteen
Lisääntyneen lämmönmyynnin vaikutus Kuivauslämpö 40 /MWh Kuivauslämpö 24 /MWh Kuivauslämpö 40 /MWh+ lisävarasto Kuivauslämpö 24 /MWh+ lisävarasto Hakkeen alkukosteus Osaurakointi Osaurakointi Osaurakointi Osaurakointi 55 % 162 462 101 792 216 514 155 845 146 894 63 779 203 001 140 277 45 % 135 139 100 541 167 956 133 358 119 571 61 724 154 443 117 790 Mahdollista kuivata 400 i-m 3 ylimääräistä, jolloin lämmönmyyntipotentiaali kasvaa n. 300 MWh (polttoaineen kohonnut lämpöarvo + kattilan parempi hyötysuhde) Jos lämpö myydään hinnalla 60 /MWh, saadaan 18 000 lisäys vuotuisiin bruttotuloihin Heikoimmin kannattavassa tapauksessa tarvittaisiin kuitenkin vain noin puolet (=200 i-m 3 ) lisäpotentiaalista kannattavuuden turvaamiseen Osaurakoinnissa ylimääräisen 50 i-m 3 kuivaaminen ja lämmönmyynti riittävä
Johtopäätöksiä Lämpöyrittäjävetoisissa lämpölaitoksissa paljon käyttämätöntä kapasiteettia, jota voitaisiin kannattavasti hyödyntää hakkeen tai pilkkeen kuivaukseen Hakkeen laatu (=kosteus) ei saisi paljon vaihdella, jos useimmat hankintaketjun vaiheet taksoitellaan tilavuuden mukaan (tai painon) Hakkeen laatuhinnoittelulle on perusteita = korkeampi hinta/mwh mikäli hake on kuivempaa, win-win mahdollista 7.10.2014 Jyrki Raitila 16
Hyviä ratkaisuja metsäenergian koko tuotantokäyttöketjuun Jottei kävisi näin. 7.10.2014 Jyrki Raitila, VTT 17