PIELISEN KARJALAN BIOENERGIAVERKOSTOT JA -VIRRAT -HANKE Nurmeksen biokaasulaitoksen kannattavuusarviointi Tilaaja: Pielisen Karjalan Kehittämiskeskus Oy Pr.id: 13-13-0827 Versio: Kirjoittajat: Tarkastaja: Hyväksyjä: Outi Ruottinen, Doranova Oy Jarno Laitinen, Doranova Oy Heidi Tanskanen, PIKES WATER AND WASTE RENEWABLE ENERGY CONTAMINATED SITES DORANOVA Ltd. (reg.id. 1018707-5) Tel. +358 3 3143 1111 - Fax +358 3 3143 1150 Valkkistentie 2, FI-37470, Vesilahti, FINLAND www.doranova.fi - doranova@doranova.fi
KANNATTAVUUSARVIOINTI 2 / 10 Sisällyluettelo Johdanto... 3 Taustatiedot ja skenaariomallien oletukset... 3 Prosessioletukset... 5 Esikäsittely ja vastaanotto... 5 Mädätysprosessi... 5 Biokaasun käsittely... 6 Mädätysjäännöksen käsittely ja hyödyntäminen... 6 Sivutuoteasetuksen mukainen hygienisointi... 6 Jätevesien käsittely... 6 Hajuhaittojen ehkäiseminen... 7 Kannattavuusmalli... 8 Markkinaolettamat... 8 Investointikustannukset... 8 Operointikustannukset... 9 Vaihtoehtojen kannattavuusvertailu... 10
KANNATTAVUUSARVIOINTI 3 / 10 Johdanto Doranova Oy suoritti Pielisen Karjalan Kehittämiskeskus Oy:n (PIKES) tilauksesta taloudellisen kannattavuusarvioinnin Nurmekseen suunnitteilla olevasta biokaasulaitoksesta. Kannattavuusarvion perustana käytettiin biokaasulaitoksen arvioitua alueellista käsittelykapasiteettia ja siinä tarkasteltiin biokaasulaitoksen vaatimia investointi- ja käyttökustannuksia. Arvio perustettiin alustaville skenaarioille mahdollisesta liiketoimintamallista, biokaasulaitosprosessista ja laitoksen operoinnista. Laitosinvestoinnin lähtökohtana käytettiin vastaavilla syötteillä operoitavien biokaasulaitosten vertailevaa tekniikkaa ja kannattavuuslaskelmat pohjattiin keskimääräisiin markkinahintoihin. Kannattavuusarvioinnissa huomioitiin myös biokaasulaitoksen mahdolliset haittavaikutukset ympäristöön ja niiden vaikutukset investointiin sekä hankkeen kannattavuuteen. Taustatiedot ja skenaariomallien oletukset Suunniteltu biokaasulaitos sijoittuu Nurmeksen kaupunkiin, Känkkäälän teollisuusalueelle, Känkkääläntien varteen. Alue on kaavoitettu teollisuuskäyttöön ja alueelle suunnitellaan myös muita bioenergiatoimintoja jotka voivat tarjota synergiaa. Suunniteltu alue sijaitsee Porokylän pohjavesialueella (-tai läheisyydessä). Lähistöllä ei sijaitse luonnonsuojelualuetta ja lähimmät asutukset ovat n.500 m päässä biokaasulaitoksesta. Nurmeksen keskusta sijaitsee noin 4 km päässä biokaasulaitoksesta. Suurin osa liikennöinnistä laitokselle tulee todennäköisesti tapahtumaan Kajaanintien ja Kuopiontien kautta. Biokaasulaitoksen raaka-aineina käytetään jätevedenpuhdistamolietteitä ja biojätteitä. Lietteitä vastaanotetaan Nurmeksen, Valtimon, Lieksan sekä Kainuun alueen jätevedenpuhdistamoilta. Kainuussa sijaitsee yhdeksän jätevedenpuhdistamoa. Nämä jätevedenpuhdistamot sijaitsevat 80 200 km säteellä Nurmeksen biokaasulaitoksesta. Niiden arvioidaan tuottavan yhteensä 22 000 t lietettä vuodessa. Lieksan jätevedenpuhdistamo sijaitsee 62 km päässä biokaasulaitoksesta. Valtimon jätevedenpuhdistamon lietteet yhdistetään Nurmeksen jätevedenpuhdistamon lietteisiin, joka sijaitsee 7 km päässä biokaasulaitoksesta. Valtimon, Lieksan sekä Nurmeksen jätevedenpuhdistamoiden yhteenlaskettu lietteen tuotanto on arviolta 3 000 t vuodessa. Jätevedenpuhdistamoiden lietteiden arvioitu kuiva-ainepitoisuus on 13 19 % välillä ja VS 12 %. Lietteitä arvioidaan kuljetettavan vuositasolla noin 2.800.000 nettotonnikilometriä (tkm_net). Biokaasulaitokselle toimitetaan biojätteitä Kainuun alueelta. Biojäte koostuu erilliskerätystä biojätteestä ja teollisuuden biojätteestä. Biokaasulaitokselle toimitettavan erilliskerätyn biojätteen määrä tulee olemaan noin 6 000 t vuodessa; vastaava luku teollisuuden biojätteelle on noin 1000 t vuodessa. Kainuun alueen yhteenlaskettu biojätteen tuotantomäärä on arvioitu olevan 7 000 7 500 t vuodessa. Biojätteiden arvioitu kuiva-ainepitoisuus on 29 % ja VS 25 %. Biojätteitä arvioidaan kuljetettavan vuositasolla noin 800.000 tkm_net. Biokaasulaitoksella tuotettu biokaasu tullaan hyödyntämään energiana, joko sähkön ja lämmön yhteistuotannossa tai liikennebiokaasuna. Yhteistuotannossa biokaasulaitos voi hakeutua syöttötariffin (Laki 1396/2010) mukaiseen tukijärjestelmään ja saada lämpöpreemiolla korotetun syöttötariffin hyödyntäessään lämpöenergiansa yli 20 %-sesti. Liikennebiokaasun tuotannon osalta vaihtoehtoina ovat joko biokaasun myynti raakakaasuna ulkopuoliselle yhtiölle, joka jalostaisi kaasusta biometaania ja myisi tämän liikennekäyttöön, tai vaihtoehtoisesti tuottaa biometaani itse.
KANNATTAVUUSARVIOINTI 4 / 10 Mädätysjäännös voidaan käyttää joko sellaisenaan tai fraktioida se neste- ja kuivajakeeseen. Mädätysjäännöksen osalta tulee huomioida että siitä valmistettujen tuotteiden käyttöä rajoitetaan mm. puhdistamolietepäätöksen ja sivutuoteasetuksen pohjalta. Mikäli mädätysjäännös tyyppinimessä on jätevesipuhdistamolietettä, koskee sitä vna 282/1994 mainitut käyttökohderajoitukset, jotka määrittävät että valmistetta voi käyttää vain viljalle, sokerijuurikkaille ja öljykasveille, tai sellaisille kasveille joita ei käytetä ihmisten tai eläinten rehuksi. Lisäksi käyttöä koskevat erilliset raskasmetallirajoitukset. Kaikki laitoksella syntyvä mädätysjäännös arvioidaan voitavan hyödyntää maatalouskäytössä 40 km säteellä löytyvillä peltoalueilla. Mädätysjäännöstä tullaan kuljettamaan noin 1.200.000 tkm_net. Taulukko 1. Skenaariomallit VO1, VO2, VO3 VO1 VO2 VO3 Sijainti Nurmes, Känkkäälä Nurmes, Känkkäälä Nurmes, Känkkäälä Käsittelykapasiteetti 7.000 t/a biojätettä, 22.000 t/a JVP-lietteitä 7.000 t/a biojätettä, 22.000 t/a JVP-lietteitä 7.000 t/a biojätettä, 22.000 t/a JVP-lietteitä Energiantuotanto 16.670 MWh/a 16.670 MWh/a 16.670 MWh/a Biokaasun hyötykäyttö Myynti raakakaasuna Myynti biometaanina CHP Energian arvo/mw 35 /MW 80 /MW 133,5 /MW + 10 /MW lämmöstä Investointiavustus 25 % 25 % ei Mädätysjäännöksen arvo negatiivinen negatiivinen negatiivinen Omakäyttösähkö/lämpö ostetaan ostetaan ostetaan
KANNATTAVUUSARVIOINTI 5 / 10 Prosessioletukset Biokaasulaitos tuottaa biokaasua mädättämällä orgaanista syötettä anaerobisissa olosuhteissa. Biokaasulaitos käsittää syötteiden vastaanottorakennuksen, vaaka-aseman, biokaasureaktorin, loppuvarastosäiliön, separoinnin, kaasupumppaamon, soihtupolttimen, kaasun hyötykäyttöyksikön sekä tarvittavat varastointirakennukset. Laitoksen prosessit tulevat tapahtumaan suljetuissa laitteistoissa. Prosessin eri osien välillä materiaali siirretään putkistoja ja kuljettimia pitkin. Laitos ei aiheuta päästöjä maaperään tai pohjaveteen. Esikäsittely ja vastaanotto Syötteeksi toimitettava raaka-aine saapuu laitokselle kuorma-autoilla tai jäteautoilla. Saapuva raaka-aine vastaanotetaan vastaanottorakennuksen sisällä sijaitseviin vastaanottosiiloihin, joihin raaka-aine kipataan suoraan kuljetuskalustosta. Tulevan raaka-aineen määrää (laskutusperuste) voidaan seurata laitoksella vaaka-aseman avulla. Vastaanottosiiloista raaka-aineet ohjataan seulontaan, jossa prosessiin sopimattomat aineet erotellaan. Eroteltu jäte käsitellään asianmukaisesti ja seulottu aines syötetään murskaimelle, joka hienontaa raaka-aineet. Hienonnettu raaka-aine ohjataan kuljetinta pitkin syötteenvalmistussäiliöön. Biokaasureaktoriin menevä syöte valmistetaan syötteenvalmistussäiliössä, jossa hienonnettuun raakaaineeseen lisätään nestettä siten, että syntyvän syötteen kuiva-ainepitoisuus saadaan halutulle tasolle. Lisättävästä nesteestä suurin osa koostuu laitoksen kierrätettävästä mädätysjäännöksestä tai rejektivedestä. Syöteannoksen koostumus riippuu käytettävissä olevista raaka-aineista ja syöte muodostetaan siten, että syöteannos sisältää kaasuntuotannon kannalta parhaan mahdollisen seoksen. Syötteenvalmistussäiliön sekoitusjärjestelmä optimoi syötteen kiintoainepitoisuuden ja huolehtii sen tasalaatuisuudesta. Syötteenvalmistussäiliöstä syöte ohjataan automaattisesti putkistoa pitkin biokaasureaktorille mädätysprosessiin. Mädätysprosessi Syötteen määrän ollessa 7 000 tonnia biojätettä, 22 000 tonnia lietteitä vuodessa saadaan laitoksesta biokaasua noin 2.7 milj. Nm3 @ 60 % CH4 vastaten energiasisällöltään 16.600 MWh vuodessa. Laitos voidaan toteuttaa siten, että mädätysprosessin on mahdollista toimia sekä termofilisella (50-60 C) että mesofilisellä (30-45 C) lämpötila-alueella. Biokaasureaktorin tulee olla eristetty ja lämmitetty, ruostumattomasta ja osin haponkestävästä teräksestä rakennettu säiliö. Reaktorin bruttotilavuuden tulee olla noin 5.000 m³ ja nettotilavuuden noin 4.000 m³. Reaktorissa olevan mädätettävän massan tulee lämmittää joko ennen reaktoria tai vesikiertoisesti reaktorin seinillä olevien putkistojen avulla. Massan lämpötilaa tulee seurata ja säätää reaaliaikaisesti. Mädätettävä aines syötetään mädätysprosessiin biokaasureaktorin yläosasta. Reaktorin tulee olla täyssekoitteinen ja reaktorissa olevan massan liikkeitä tulee voida ohjata siten, että mädätysprosessi toimii mahdollisimman tehokkaasti ja tasaisesti. Reaktoriin syötetyn raaka-aineen viipymäaika reaktorissa on 25-50 vuorokautta riippuen käytettävästä prosessista ja syötteen raaka-aineesta. Syntynyt biokaasu varastoidaan reaktorin yläosassa sijaitsevaan kaasukupuun. Kaasuvarasto varustetaan tukirakenteella, joka estää kaasukuvun painumisen kasaan tilanteessa, jossa kaasun tulo häiriintyy. Kaasutilan kaasupitoisuutta tulee mitata jatkuvatoimisesti.
KANNATTAVUUSARVIOINTI 6 / 10 Kaasun paine reaktorissa on noin 5 mbar. Reaktori tulee varustaa varoventtiilein, jotka ongelmatilanteessa päästävät ylipaineen purkautumaan reaktorista estäen samalla hapen pääsyn reaktoriin. Kaasukuvusta kaasu pumpataan erillisen kaasupumppaamon kautta kuivattuna kaasun siirtoputkistoon ja hyötykäyttöön. Ongelmatilanteessa kaasu poltetaan soihtupolttimella, joka mitoitetaan vastaanottamaan laitoksen tuotantokapasiteetin verran kaasua. Biokaasun käsittely Biokaasureaktorilta saatava kaasu ohjataan omalla paineellaan kaasun pumppausyksikölle. Pumppausyksiköllä kaasusta poistetaan kosteutta ja sen paine korotetaan noin 300 mbariin, jolloin kaasu on syötettävissä edelleen sopivassa paineessa kaasun siirtoputkistoon tai muuhun hyötykäyttöön. Kaasupumppaamoprosessissa voidaan myös mitata kaasun laatua. Tyypillisiä kaasumittauksia ovat happi- (O₂), metaani- (CH₄) ja rikkivetypitoisuus (H₂S). Lisäksi mitattaessa siirtoputkistoon lähtevän kaasun virtausta, saadaan kertomalla tämä metaanipitoisuuden kanssa laskettua energiasisältö. Kaasupumppaamo tulee myös varustaa kaasun vuotoilmaisimella, jonka lauetessa automaatiojärjestelmä sulkee kaasulinjan sulkuventtiilin ja näin ollen katkaisee kaasun syötön. Mädätysjäännöksen käsittely ja hyödyntäminen Mädätyksen tuloksena syntyy mädätysjäännöstä suunnilleen saman verran kuin syötettä menee sisään. Jäännöksen kiintoainepitoisuus mädätyksen jälkeen on noin 5-10 % riippuen syötteen kuivaainepitoisuudesta ja kuiva-aineen orgaanisen aineksen määrästä. Mädätetty liete poistetaan reaktorin alaosasta. Osa lietteestä voidaan käyttää uudelleen syötteenvalmistussäiliössä. Loppusijoitettava mädätysjäännös syötetään hygienisointiprosessiin. Mädätysjäännöksen ensisijainen loppusijoituskohde on peltolevitys. Sivutuoteasetuksen mukainen hygienisointi Biokaasureaktorilta mädätysjäännös syötetään hygienisointiyksikölle. Hygienisointiyksiköllä jäännös kuumennetaan lämmönvaihtimilla reilun 70 C lämpötilaan, jolloin jäännöksestä saadaan eliminoitua haitallinen bakteerikanta. Jäännös pidetään lämpöpuskurisäiliössä, sivutuoteasetuksen mukaisessa hygienisointiprosessissa, tunnin ajan, jonka jälkeen se voidaan ohjata mädätysjäännöksen loppukäsittelyyn. Lämpöpuskurisäiliössä olevan hygienisoitavan aineen lämpötilaa seurataan jatkuvatoimisesti, jotta varmistetaan hygienisoitavan massan lämpötilan pysyminen yli 70 C lämpötilassa. Hygienisointiprosessista massa voidaan ohjata loppusijoituspaikkaansa. Jätevesien käsittely Vesijohtoveden kulutus laitoksen toiminnassa pyritään minimoimaan. Vesijohtovettä käytetään pääasiassa laitoksen saniteetti-, toimisto- ja sosiaalitiloissa sekä kaluston pesuun ja paloposteihin. Kaluston pesusta syntyvä jätevesi voidaan kuitenkin ohjata takaisin prosessiin laimennusvedeksi. Prosessivetenä käytetään pääasiassa prosessista takaisin kierrätettävää, raaka-aineiden mukana tullutta vettä. Arvio kierrätettävän veden osuudesta prosessin kokonaisvesimäärästä on 90 95 %, sillä
KANNATTAVUUSARVIOINTI 7 / 10 mädätettävän lietteen typpipitoisuuden hallitsemiseksi voi olla välttämätöntä ajoittain lisätä vettä prosessiin. Varsinaisia jätevesiä laitoksella syntyy lähinnä saniteetti-, toimisto- ja sosiaalitiloissa. Hajuhaittojen ehkäiseminen Laitoksen vastaanottorakennuksen ilmanvaihtojärjestelmä tulee yhdistää hajukaasujen puhdistusjärjestelmään, joka käsittelee ja puhdistaa kaiken rakennuksen sisältä kerättävän ilman hajuttomaksi. Hajukaasujen puhdistus tullaan toteuttamaan absorptiopesurin ja aktiivihiilisuodatuksen yhdistelmäratkaisulla. Absorptiopesurissa haiseva ilmayhdiste absorptoituu veteen. Pesuri poistaa ilmasta noin 80 90 % hajuja aiheuttavista yhdisteistä. Pesurin jälkeen ilma ohjataan aktiivihiilisuodatukseen, jonka jälkeen ulospuhallettava ilma on käytännössä täysin hajutonta. Puhdistettu ilma johdetaan rakennuksesta piipun kautta ulos.
KANNATTAVUUSARVIOINTI 8 / 10 Kannattavuusmalli Biokaasulaitoshankkeen kannattavuusmallin investointi ja käyttökustannukset perustuvat olemassa olevien vastaavantyyppisiä jätejakeita käsittelevien biokaasulaitosten toteutuneisiin investointi- ja käyttökustannuksiin. Jätteiden käsittelymaksut (porttimaksut) perustuvat vuosina 2012-2013 julkisissa hankinnoissa voittaneisiin markkinahintoihin. Kannattavuuslaskennassa porttimaksuja käsitellään nettohintoina, ts. kuljetuskustannukset eivät sisälly näihin. Mikro- ja makroekonomiset olettamat ovat konservatiivisia ja kirjanpidollisessa laskennassa (mm. poistoajoissa ja määrissä) käytetään keskiarvoja. Avustukset, kuten energiatuki ja uusiutuvan energian syöttötariffi ovat huomioituna investointikustannuksissa ja tulovirroissa. Markkinaolettamat - Porttimaksut biojätteille ovat 60 /t ja JV-lietteille 40 /t - Raakakaasuna myytävän biokaasun arvo on 35 /MW ja biometaanin loppukäyttäjähinta 80 /MW - Mädätysjäännöksen taloudellinen arvo on negatiivinen, ts. rahtikulut jäävät tuottajalle - Keskimääräinen kuluihin vaikuttava inflaatio on EKP tavoitteen 2 % - Laitoksen laskutusperusteita tarkistetaan vuositasolla +3 % - Keskimääräinen markkinaperustainen korkokanta (WACC) on 8 % - Maksimi laina-aika vieraan pääoman rahoitukselle on 10 vuotta - Investoinnin lisäksi biokaasulaitos tarvitsee perustamisvuosille käyttöpääomalainan kassan ylläpitoon - Pankkilainojen maksimi on 50 % taseen mukaisesta kokonaisinvestoinnista - Investoinnin kirjanpidollinen poistoaika on 15 vuotta, poistomenetelmä tasapoisto - Energiatuki tai syöttötariffi myönnetään laitokselle Investointikustannukset Laitosinvestointi koostuu vaihtoehdoissa VO1-VO3 biokaasulaitoksesta, sekä vaihtoehdossa VO2 kaasun rikastus-, siirto- ja tankkausjärjestelmästä, sekä vaihtoehdossa VO3 biokaasumoottorista. Perusinvestointi (VO1) on 4 500 000 EUR, koostuen n. 50/50 suhteessa maa- ja rakennustöistä, sekä prosessi- ja järjestelmätöistä. Kaasun rikastus-, siirto- ja tankkausjärjestelmän kustannus, olettaen siirtolinjan pituudeksi 4 km, on noin 1 900 000 EUR. Biokaasumoottorin (800 kw) investointikustannus sisältäen kaasunpuhdistusjärjestelmän on noin 600 000 EUR. Taulukko 2. Laitosinvestointikustannuksen jakauma vaihtoehdossa VO1 LAITOSINVESTOINTI Kustannus ( ) Maanrakennustyöt 700 000 Vastaanottorakennus 1 100 000 Biokaasuprosessi 1 500 000 Mädätysjäännöksen käsittely 100 000 Loppuvarastosäiliöt 300 000 Kaasun hyötykäyttö * SIA ja LVI työt 400 000 Projektinjohto 200 000 Riskilisä 5 % 200 000 YHTEENSÄ 4 500 000
KANNATTAVUUSARVIOINTI 9 / 10 Operointikustannukset Laitoksen operointikustannukset koostuvat materiaali ja palvelukustannuksista, palkoista sekä muista liiketoiminnan kuluista. Kaikissa skenaarioissa olettamina on käytetty samoja tausta-arvoja, ellei toisin ole ilmoitettu. Materiaali ja palvelukulut sisältävät: - Jatkuvat tuotantoinvestoinnit, vastaten 1 %/vuosi laitoksen alkuinvestoinnista - Ulkopuoliset huoltopalvelut, vastaten 0,5%/vuosi laitoksen alkuivestoinnista - Kemikaalikulut separoinnin osalta, noin 4 /t mädätysjäännöstä (säästökohta jos separointia ei käytetä) - Sähkö ja lämpö ostetaan ulkopuoliselta 40 /MWh ja 20 /MWh (paitsi VO3 lämpö omatuotantoa) - Biojätteen käsittelyssä syntyy ylitettä 5% syötteestä, jonka hävitys maksaa 100 /t - Mädätysjäännös tule kuljettaa laitokselta pelloille, rahtikustannus noin 3 /t (0,07 /t/km) Henkilöstökulut sisältävät - Kolmen täysiaikaisen henkilön työpanos Liiketoiminnan muut kulut - Toiminnan yleiskustannukset, vertailuarvona muut Suomessa toimivat biokaasulaitokset
KANNATTAVUUSARVIOINTI 10 / 10 Vaihtoehtojen kannattavuusvertailu Vaihtoehtoja vertailtaessa on tärkeää huomata erot vaihtoehtojen välillä. VO1:ssä biokaasulaitos ei omaa riskiä kaasun myymisestä loppuasiakkaalle, vaan kaasu toimitetaan laitokselta raakakaasuna jakeluportaalle. Vaihtoehdossa VO2 biokaasulaitokselle jää riski tuottaa biometaania, saattaa se liikennebiokaasuna markkinoille, sekä saada koko tuotanto myytyä. Suurimmat riskit toimitusongelmille ovatkin vaihtoehdossa VO2. Vaihtoehdossa VO3 kaasu jalostetaan sähköksi jolloin sen myyminen markkinoille on yksinkertaista. Alueen teolliset suunnitelmat huomioiden, vaihtoehdossa VO1 kaasun loppuasiakkaana, sekä vaihtoehdossa VO3 lämmönkäyttäjänä, voisi toimia alueelle suunniteltu biohiiltämö joka käyttäisi kaasua pyrolyysin polttoaineena. Kaikkien laitosten kannattavuus on herkkä sekä biojätteen toimitusmäärille (johtuen sen kaasuntuotosta), että JV-lietteen toimitusmäärille (johtuen porttimaksusta). Lopputulemana voidaan todeta, että vaihtoehtojen VO1-VO3 kannattavuuden vertailu osoittaa kaikki vaihtoehdot taloudellisesti kannattaviksi. Investoinnin kokonaisuutta mietittäessä painoarvoa tulee antaa i) alueellisille synergioille, ii) investoinnin rahoitusmahdollisuuksille ja vaadittavalle toiminta- ja toimitusvarmuudelle. Skenaariokohtainen kannattavuusarviointi kassavirta- ja tilinpäätöslaskelmineen on esitetty liitteessä 1.