Public Energy Alternatives Baltic Energy Compendium Business Plan Financing Model "Wood Chip Gasifier" Ylivieska, Finland 16 th August 2012 Document N o 53
TABLE OF CONTENTS 1 Characterics of deliverable 5.2... 3 2 Business plan: Wood chip gasifier... 4 2.1 Summary of the business plan... 4 2.2 Description of the technology and business concept... 4 2.2.1 Introduction... 4 2.2.2 Technical principle of the front base gasifier... 4 2.2.3 Detailed description of the process... 5 2.2.4 Lay-out of the process... 7 2.2.5 Partners of the project... 7 2.3 Financial aspects and market analysis... 8 2.3.1 Cost-benefit-analysis... 8 2.3.2 Budget... 9 2.4 Technology usage, chances and risks... 9 3 Liiketoimintasuunnitelma Vähäkankaan koulun lämmöntuotannolle... 11 3.1 Yhteenveto... 11 3.2 Teknologian kuvaus ja liiketoimintakonsepti... 12 3.2.1 Johdanto... 12 3.2.2 Kaasuttimen tekninen toimintaperiaate... 12 3.2.3 Prosessin yksityiskohtainen kuvaus... 13 3.2.4 Prosessin Lay-out... 14 3.2.5 Projektin yhteistyökumppaneita... 15 3.3 Taloudelliset näkökulmat ja markkina-analyysi... 15 3.3.1 Kustannus-hyöty -analyysi... 15 3.3.2 Budjetti... 16 3.4 Teknologian käyttö, mahdollisuudet ja riskit... 17
1 Characterics of deliverable 5.2 Deliverable description WORK PACKAGE N : 5 DELIVERABLE N : 5.2 DESCRIPTION ACCORDING TO PROJECT APPLICATION New financing models for sustainable regional energy production to prepare a sound financing system for new facilities of different dimensions, findings will be published in the Baltic Energy Compendium. This shall be complemented by the search for investors as not all activities can be carried out by the regions and municipalities themselves. Searching for and committing of investors will be professionalized and made available for the overall economic development of the regions in the frame of WP5. In the end, agreements for co-investments of municipalities and private investors will be made, e.g. in form of public private partnerships. The possibilities of this will be identified and experiences shared on transnational level with the project partners. Result Code: 4.4 TYPE OF DELIVERABLE: Business Plans SIZE / FORM OF DELIVERABLE: 20 pages, 1 business model per region LANGUAGES OF DELIVERABLE: All partner languages to be translated into English
2 Business plan: Wood chip gasifier 2.1 Summary of the business plan The business plan was written for a case of wood chip gasifier. Wood chip gasifier is a renewable energy solution to replace oil in heating of Vähäkangas school in located in Ylivieska town in Northern Finland. Existing heating solution is using oil as a fuel. Business concept is based on the idea, that replacing oil with wood chips is profitable in Finnish business conditions. Target group of the project is large. The most important organisations and groups to benefit from the investment are - Ylivieska municipality: Saving energy costs - Local youth: Seeing a great example of a local environmentally solution in practice - Local university and other public and private organisations: Creating and testing a new business concept and analysing its domestic and global potential to create new jobs 2.2 Description of the technology and business concept 2.2.1 Introduction The purpose of the pilot investment is to increase utilization of local renewable energy sources and to reduce emission to the air. Several existing heating systems in the region use light oil, which need to be replaced by a renewable energy solutions. Other important aspects are reduction of heating costs and development of suitable new technologies with good. Regarding criteria mentioned above, new types of front base gasification technologies seem to be the best options for Ylivieska sub region. 2.2.2 Technical principle of the front base gasifier Front base gasifier is a technology, where gasification process and incineration of syngas take place in the same unit. Fuel is gasified in the combustion chamber with the preliminary air input. Syngas from gasification flows to the fire channel that can be situated directly in the upper part of combustion chamber or in immediate vicinity of it. Secondary air is leaded to the fire canal, where syngas blends with oxygen and burns completely. Tars in syngas do not effect on operational efficiency of the gasifier as burning of the gas happens in the same unit, where it was produced.
Picture: Air supply in the boiler in two stages: primary air into gasification stage and secondary air into fire channel. 1 Because of their high efficiency and compact design, these front base gasifiers can be used in single-family house, school or industrial halls. Accumulator installation makes it possible to run the gasifier boiler on full load. On full load efficiency of the process is about 95 %. The temperature of outgoing water is 85 C. Picture: Front base gasifier -unit. 2 2.2.3 Detailed description of the process 1. A screw feeder input feedstock into combustion chamber, where sensor monitors amount of injected fuel. Ignition happens due to hot air blown into the chamber after loading is finished. 1 Biotech Energietechnik GmbH 2 Biotech Finland
2. The burning chamber of the devise is split into primary and secondary air zones. The primary combustion air is directed in the correct dose to the combustion area Picture 3. The primary and secondary air zones. 3 3. The secondary combustion air is blown directly into the flame. Thanks to the in-built lambda probe, which continuously monitors the flue gas values, the boiler reacts to changes in fuel quality ensuring optimum combustion and low emission values. The Lambda probe controls supplement of primary and secondary air that guarantees complete combustion, even in partial load operation. 4. Flue gases flow through the vertical tube heat exchanger that is equipped with cleaning spirals. Gases give up heat to boiler water and at the same time rotate cleaning spirals. So heat exchanger surface stay clean all the time that enables high level of efficiency and low fuel consumption. 5. Fan leads out smokes and maintain required pressure in the unit. 6. The combustion and fly ash auger automatically into the ash bin via the ash discharge screw. 7. Process is equipped with central control unit that allows controlling heating process without disturbing it. Input of feedstock, air dozing, ash removal, cleaning of the grates and heat exchangers happens automatically. Automatic control minimizes the need of the manual maintenance and guarantee optimal operating of the front base gasifier. 3 Hertz
2.2.4 Lay-out of the process Process is planned to be compact solution so that it is optimal for using it also in existing buildings near residential areas. Technical parameters and lay-out of the gasifier are shown in the table below and in the pictures next page. Technical parameters for the front base gasifier mm A Length 1555 B Width (maximum for access) 920 C Height 1725 D Flue pipe diameter 180 E Height - Inlet hopper door 320 F Width - Inlet hopper door 600 G Height for flue gas centre line 1200 H Height for flow/return connection 1505 2.2.5 Partners of the project Investment is realized in close co-operation of different partners. The most important ones are - Association of Ylivieska sub region and Bionova ltd: Coordination and some reporting tasks - Municipality of Ylivieska: Technical and political actions to make the investment happen - Osthrobothnian University of applied sciences: Studying the optimal technical solutions and creating the business concept - Hogpoint Oy: Partners after tendering process to supply the technology
2.3 Financial aspects and market analysis 2.3.1 Cost-benefit-analysis Demonstration wood chip gasification plant is planned to Vähäkangas school in Ylivieska. School is located in a village about 10 km outside of Ylivieska town centre and there is no access to district heating network. At the moment heating is based on two old oil boilers. Details of typical consumption of fuel and energy are shown in table below. Table: Details of Vähäkangas school energy consumption Existing heating Light fuel solution oil boiler unit Energy consumption 270 000 kwh/year Oil consumption 27 000 l/year There are several options considered as possible investments for the school. According to analysis done during year 2011, wood chip gasifier is the most efficient in economical ways giving the best payback period for the investment. Also using local chips for heating creates jobs elsewhere in the society. Use of low value wood for energy production also means better productivity to forests which increases the income of the local forest owners. Use of renewable energy also enhances the quality of environment, which can be seen as qualitative benefit for the project. Municipality of Ylivieska can save up to 10 000 /year in energy costs thanks to this pilotinvestment. Table: Cost-benefit analysis of the demonstration investment and its options. The values are based on the local conditions in Ylivieska sub region during year 2011. Saved fuel Heating type Fuel costs / year Other variable costs / year and other variable costs / year Investment price Payback period, years 0 (existing) -- Light fuel oil 27 000 1 283 -- Wood chip gasifier 6 600 2 300 19 383 70 300 3,6 Geothermal energy 11 000 1 261 16 022 250 000 15,6 Pellet heating 13 000 1 600 13 683 50 000 3,7 Direct electricity 33 000 100-4 817 15 000 N/A
2.3.2 Budget Total budget for the demonstration investment is 70 300 EUR. Breakdown of the budget is shown in table below. Share of the PEA financing for the total costs of the project is 50 %. Rest of the budget will be covered by the municipalities in Ylivieska sub-region. In addition to investment budget, 2000 EUR is used to arrange a study tour and workshop in Ylivieska. Event will take place after completing the investment. PEA project partners, local experts and representatives from other domestic and international organisations are invited. During the study tour the most important experiences and expertise is transferred to the whole Baltic Sea Region. Costs of the study tour and workshop are covered from WP 2 / Communication by each project partner. There is no manpower needed during usage of the plant due to automatic solutions. Some checks are needed regularly, but those are done by existing technical staff. Budget line Value Wood chip gasifier boiler and istallation 29 300 Accumulator 3 500 Wood chip storage 21 000 Installation works 11 500 Other costs (e.g. waste, water) 5 000 Total investment cost 70 300 PEA dlv 5.11 financing 35 000 Share of financing / PEA dlv 5.11 50 % Transfer of experiences and expertice with partners and experts in Baltic Sea Region: Extra study tour and workshop in Ylivieska 2 000 Total demonstration project cost 72 300 Demonstration investment is a proof-of-concept case for the whole Baltic Sea Region. The demonstration investment proves that new types of gasification based bioenergy heating systems are suitable in environmental, economic and technical way. Proof-of-concept case builds the capacity to convince the local decision makers about benefits of wood chip gasifiers and renewable energy in general. This can lead to an investment program around the whole Baltic Sea Region meaning realization of tens of similar kind of investments. 2.4 Technology usage, chances and risks Pilot investment is realized in Vähäkangas school in Ylivieska. The gasifier is installed in school yard, and this was considered when planning the investment. For
example height of the chimney and fuel transport should be planned so that running gasifier does not do any harm to the work in the school. Gasifier is showing great example for the youth in the area how renewable energy can be a good solution for their everyday life. Picture: Vähäkangas school Some parts of the technology solution are new. The project includes some amount of technical risks. These can be reduced by doing the checks and start-up properly and following technical criteria of the plant. Commercially solutions are very solid, since the client is the municipality (school) and it will stay for sure several years from now.
3 Liiketoimintasuunnitelma Vähäkankaan koulun lämmöntuotannolle 3.1 Yhteenveto Ylivieskan seutukunta on mukana PEA-hankkeessa. Hankkeessa on mukana myös n. 20 muuta partneria eri Itämeren alueen maista. Hankkeella pyritään mm. saavuttamaan merkittäviä säästöjä energiakustannuksissa sekä ottamaan käyttöön uusiutuvaa energiaa Itämeren alueen maaseutukaupungeissa. Osana hanketta toteutetaan pilot-investointeja uusiin ja tehokkaisiin energiantuotantolaitoksiin. Ylivieskaan suunnitellaan hankkeen puitteissa pilot-investointia. Investointisuunnitelma koskee etupesäkaasutukseen perustuvan hakelämpökontin hankintaa Vähäkankaan koululle. Tavoitteena on korvata koulun vanhat öljykattilat energia- ja kustannustehokkaammalla bioenergiaratkaisulla. Hankittava ratkaisu toteutetaan siten, että se on helppokäyttöinen ja automaattinen sekä mahdollistaa tehokkaan polttoaineen toimituksen laitokselle. Hankittava teknologia omaa Suomessa uutuusarvoa ja sen käytöstä saadut aiemmat kokemukset ovat erittäin positiiviset. Hanke myös lisää paikallisen puuenergian hyötykäyttöä. Laiteratkaisu mahdollistaa sen hyödyntämisen esimerkiksi tutkimus- ja mittauskäytössä, joka tukee Keski-Pohjanmaan Ammattikorkeakoulun Ylivieskan yksikön energiaosaamisen kehittämistä. Hakelämpökontin hankinnan toteuttaa Ylivieskan seutukuntayhdistys. Hankkeen arvioidut kokonaiskustannukset ovat noin 90 000 euroa. EU:n interreg -ohjelman rahoitusosuus on 35 000 euroa. Hakelämpökontin hankinnan toteuttamisen jälkeen koulun lämmitys suunnitellaan hoidettavan lämpöyrittäjäpalveluna. Tällöin Ylivieskan kaupunki ostaa lämpöä lämpöyrittäjältä energiaperusteisesti sovittavalla /MWh kustannustasolla. Lämpöyrittäjä kilpailutetaan. Valittavan lämpöyrittäjän tulee osallistua käytettävän teknologian hankintaan Ylivieskan seutukunnan kanssa sovittavalla kustannuksella. Kaupunki voi säästää vuodessa lämmityskuluissa vuosittain yli 10 000 euroa. Lopullinen säästö riippuu lämpöyrittäjäpalvelun kustannustasosta ja vuosittaisesta energiankulutuksesta.
3.2 Teknologian kuvaus ja liiketoimintakonsepti 3.2.1 Johdanto Pilotinvestoinnin tarkoituksena on lisätä paikallisten uusiutuvien energialähteiden käyttöä ja vähentää päästöjä ilmaan. Nykyisin koulun lämmitysjärjestelmänä on öljy joka korvataan uusiutuvan energian ratkaisulla. Muita tärkeitä näkökohtia ovat lämmityskustannusten vähentäminen ja uuden teknologiaratkaisun kehittäminen osana alueellista kehittämistyötä. Valittu kaasutusratkaisu voi tarjota hyvän vaihtoehdon myös muihin vastaaviin kohteisiin Ylivieskan seutukunnassa ja laajemminkin. 3.2.2 Kaasuttimen tekninen toimintaperiaate Etupesäkaasutin on tekniikka, jossa kaasutusprosessi ja kaasun poltto tapahtuu samassa yksikössä. Polttoaine kaasuuntuu ja polttokammiossa. Kaasu virtaa palokanavaan, joka voidaan sijoittaa suoraan kattilan yläosaan polttokammioon tai aivan lähelle sitä. Toisioilma syötetään kanavaan, jossa kaasu palaa loppuun. Kuva: Ilmaa syötetään kattilaan kahdessa vaiheessa Kattiloiden tehokkuudesta ja kompaktista rakenteesta johtuen etupesäkaasuttimia voidaan käyttää eri tyyppisissä kohteissa, kuten omakotitaloissa, kouluissa ja teollisuushalleissa. Varaajan asennuksen ja automaattisen sytytyksen avulla kattilaa on mahdollista käyttää useimmiten täydellä teholla, joka parantaa hyötysuhdetta. Täydellä kuormalla Menetelmän hyötysuhde on noin 95 %. Poistuvan veden lämpötila on 85 C.
Kuva:Etupesäkaasutin. 3.2.3 Prosessin yksityiskohtainen kuvaus 1. Syöttöruuvi syöttää polttoaineen polttokammioon. Säätölaite säätää syötettävän polttoaineen määrää. Sytytys tapahtuu, kun kuumaa ilmaa puhalletaan polttokammioon 2. Polttokammio on jaettu ilmansyötön kannalta ensiö-ja toisio-alueisiin. Poltoainetta kaasuuntuu ensiöilman syöttöalueella ja kaasu sekä polttoaine palaa täysin toisioilman alueella Kuva. Ensiö-ja toisioilman vyöhykkeitä. 3. Toisioilma puhalletaan suoraan liekkiin. Kiitos sisäänrakennetun lambda-anturin, joka valvoo jatkuvasti savukaasujen arvoja, kattila reagoi nopeasti muutoksiin.
Kattilan toiminnan kannalta polttoaineen laadun varmistaminen on tärkeää optimaalisen palamisen ja alhaisten päästöarvojen saavuttamiseksi. Lambda-anturi ohjaa ensiö- ja toisioilman syöttöä, joka takaa täydellisen palamisen,myös osakuormalla toimittaessa. 4. Savukaasut virtaavat pystysuoraan putkilämmönvaihtimeen, joka on varustettu puhdistusspiraaleilla. Kaasut luovuttavat lämpöä kattilaveteen ja samalla kääntyvät puhdistusspiraaleihin. Näin lämmönvaihtimen pinta pysyy puhtaana koko ajan, joka mahdollistaa korkean hyötysuhteen ja alhaisen polttoaineenkulutuksen. 5. Savukaasupuhallin johtaa polttokaasut ulos ja ylläpitää tarvittavan paineen yksikössä. 6. Lentotuhkan toimitetaan automaattisesti tuhkasäiliöön ruuvikuljettimella. 7. Prosessi on varustettu keskus ohjausyksikkö, jonka avulla voidaan hallita kuumennus häiritsemättä sitä. Input raaka-ainetta, ilman torkkuen, tuhkan poisto, puhdistus ristikoiden ja lämmönvaihtimet tapahtuu automaattisesti. Automaattinen ohjaus vähentää tarvetta käsin huolto ja takaa optimaalisen toiminnan ja etujalusta kaasuttimeen. 3.2.4 Prosessin Lay-out Prosessi on kompakti ratkaisu, joten se sopii hyvin käytettäväksi olemassa olevien rakennuksten lähellä. Kaasutusyksikön tekniset parametrit ja sijoittelu on esitetty alla olevassa luettelossa, ja kuvat seuraavalla sivulla. Tekniset parametrit etujalusta kaasuttimessa (yksikkö mm) A:Pituus 1555 B Leveys (pääty) 920 C Korkeus 1725 D savuhormin halkaisija 180 E Korkeus, Inlet hopper door: 1320 F Leveys Inlet hopper door 600 G Korkeus, keskilinja1200 H korkeus meno / paluu liitäntä 1505
3.2.5 Projektin yhteistyökumppaneita Investointi toteutetaan tiiviissä yhteistyössä eri kumppaneiden kanssa. Tärkeimmät niistä ovat - Ylivieskan seutukuntayhdistys ja Bionova Oy: Koordinaatio ja osa raportointitehtävistä - Ylivieskan kaupunki: Poliittiset päätökset hankkeen toteutuksesta, rakennusvalvonta ja tekninen tuki mm. maanrakennustöihin liittyen - Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulu: Optimaalisten teknisten ratkaisujen suunnittelu - Hogpoint Oy: Teknologiaa toimittava kumppani (voittanut tarjouskilpailun) 3.3 Taloudelliset näkökulmat ja markkina-analyysi 3.3.1 Kustannus-hyöty -analyysi Puuhakkeen kaasutuslaitosta suunnitellaan Vähäkankaan koululle Ylivieskassa. Koulu sijaitsee Vähäkankaan kylässä noin 10 kilometrin päässä Ylivieskan keskustasta. Kylällä ei ole kaukolämpöä saatavilla. Tällä hetkellä lämmitys perustuu kahteen vanhaan öljykattilaan. Energiankulutusta koskevat tiedot on esitetty alla olevassa taulukossa.
Taulukko: Vähäkankaan koulun energiankulutus Energiankulutus Kevyt öljy kattila yksikkö Energiankulutus 270000 kwh/vuosi Öljyn kulutus 27000 l/vuosi Öljyn korvaaminen koulussa on mahdollista toteuttaa useilla eri teknologioilla. Liiketoimintaa ja markkinoita koskevan analyysin perusteella havaitaan, että hakekaasutin on kustannustehokkain tapa tuottaa energiaa. Kaasutin on myös innovatiivista teknologiaa ja tarjoaa alueelle mahdollisuuden kehittää uutta liiketoimintaa laitevalmistukseen. Paikallisen energianlähteen käyttö myös lisää paikallista työllisyyttä. Energiapuun käyttö kehittää paikallista metsätaloutta. Uusiutuvan energian käyttö lisää parantaa alueen ympäristön tilaa, joka on yksi hankkeesta saatava hyöty. Taulukko: Kustannus-hyötyanalyysi pilot- investoinnin eri vaihtoehdoista. Arvot perustuvat paikallisiin olosuhteisiin Ylivieskan seutukunnassa vuonna 2011. Polttoainekustannukset / vuosi Muut muuttuvat kustannukset / vuosi Säästetyt polttoainekulut / vuosi Investointi - Takaisinmaksuaika Lämmitystapa kustannus Kevyt öljy 27000 1283 -- 0 (existing) -- puuhake, kaasutin 6600 2300 19383 70300 3,6 Maalämpö 11000 1261 16022 250000 15,6 Pellettilämmitys 13000 1600 13683 50000 3,7 Suora sähkö 33000 100-4817 15000 N/A 3.3.2 Budjetti Pilot-investoinnin kokonaisbudjetti on 70 300 euroa. Talousarvion jakautuminen on esitetty listassa alla. PEA- hankkeen osuus rahoituksesta on n. 50%. Loput budjetista katetaan Ylivieskan seutukunnan rahoituksella. Lisäksi investointimäärärahoista 2000 euroa käytetään opintomatkan ja työpajan järjestämiseen Ylivieskassa. Tapahtuma järjestetään investoinnin toteutuksen jälkeen. PEA -hankkeen kumppaneita ja paikallisia asiantuntijoita sekä edustajia muista kotimaisistaja kansainvälisistä järjestöistä kutsutaan paikalle. Opintomatkan aikana tärkeimpiä kokemuksia ja asiantuntijuutta siirretään koko Itämeren alueelle. Opintomatkan ja työpajan kustannukset katetaan WP 2 / Communtion budjettikohdasta. Kunkin hankkeen yhteistyökumppani vastaa omista matkakuluistaan. Pilot-investointi ei edellytä lisähenkilöstön palkkaamista
hankkeeseen liittyen, vaan uudet tehtävät tulevat eri tahoille olemassaolevien tehtävien lisäksi. Budjettikohta ja arvo Puukaasutin kattila: 29 300 Varaaja: 3 500 Hakevarastot: 21 000 Asennus: 11 500 Muut kulut (esim. jäte, vesi): 5 000 Yhteensä investoinnit maksavat: 70 300 PEA DLV 5.11 rahoitus: 35 000 Hankkeen rahoitusosuus / PEA DLV 5.11: 50% Opintomatka ja seminaari Ylivieskassa hankkeen kumppaneille: 2 000 Yhteensä hankkeen kustannukset: 72 300 Pilot-investointi todentaa teknologian toimivuuden ja osoittaa sen hyödynnettävyyden koko Itämeren alueella. Investointi osoittaa, että uudentyyppiset kaasutukseen perustuvat lämmitysjärjestelmät sopivat julkisten rakennusten lämmitykseen erinomaisesti sekä ympäristön, tekniikan että talouden näkökulmista. Investointi toimii myös käyntikorttina vakuutettaessa paikallisia päättäjiä puuhakkeen käytön ja uusiutuvista energialähteistä yleensä. Tämä voi johtaa investointiohjelmaan koko Itämeren alueen ympärillä ja johtaa kymmenien samantyyppisten investointien syntyyn. 3.4 Teknologian käyttö, mahdollisuudet ja riskit Pilot -investointi toteutetan Vähäkankaan koulussa Ylivieskassa. Kaasutin on asennetaan koulun pihalle, ja tämä otetaan huomioon investointia suunniteltaessa. Esimerkiksi savupiippu ja polttoaineen kuljetus tulee suunnitella siten, että käynnissä oleva kaasutin ei haittaa työtä koulussa. Kaasutin antaa loistavaa esimerkkiä alueen nuorille, miten uusiutuvan energiaa voidaan hyödyntää jokapäiväisessä elämässä. Kuva: Vähäkankaan koulu Laitoksessa hyödynnettävä teknologia on osin täysin uutta alueella. Hanke sisältää
siksi melko paljon teknisiä riskejä. Näitä voidaan vähentää tekemällä tarkastuksia ja käynnistysvaiheen toteutus laadukkaasti. Kaupallisesti ratkaisun toteutus on vakaalla pohjalla, koska asiakas on kunta (koulu), ja lämmön kysyntä pysynee vakaana pitkään.