ΔΗΜΟΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΤΗΛΕΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΠΤΟΛΕΜΑΙΔΑΣ ΑΜΥΝΤΑΙΟ - ΔΕΤΕΠΑ ΣΥΝΕΔΡΙΟ : «ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΣΤΗΝ ΤΗΛΕΘΕΡΜΑΝΣΗ ΜΙΑ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ» Δημοτική Επιχείρηση Τηλεθέρμανσης Πτολεμαΐδας Δ.Ε.ΤΗ.Π. ΘΕΜΑ : Τηλεθέρμανση Πτολεμαΐδας Μονάδα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού Θερμότητας με καύσιμο Βιομάζα Εισηγητής : Πετρίδης Νικόλαος Μηχανολόγος Μηχανικός MSc Προϊστάμενος Τμήματος Μελετών & Επίβλεψης Δ.Ε.ΤΗ.Π. Αμύνταιο Ημερίδα : «Χρήση βιομάζας στην τηλεθέρμανση μια ρεαλιστική προσέγγιση» 1
ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 1996 ΚΑΠΕ / ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ 2 «ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΤΑΘΜΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΚΑΥΣΙΜΟ ΒΙΟΜΑΖΑ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΗΛΕΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΤΟΥ ΔΗΜΟΥ ΠΤΟΛΕΜΑΙΔΑΣ» ΟΜΑΔΑ ΜΕΛΕΤΗΣ : Χ.ΣΟΥΤΕΡ, Β.ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥ, Ν. ΔΕΡΚΑ, Ν.ΝΤΖΟΥΡΑ, Π.ΧΟΥΔΑΛΗ
ΒΑΣΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΜΕΛΕΤΗΣ ΚΑΠΕ (02/1996) 3 Η χρήση της βιομάζας σε συστήματα τηλεθέρμανσης αποτελεί σημαντική πρωτοποριακή εφαρμογή αξιοποίησης μιας ανανεώσιμης πηγής ενέργειας - Α.Π.Ε. - που παραμένει ανεκμετάλλευτη. Επάρκεια βιομάζας σε επίπεδο νομού για τις ανάγκες σταθμού παραγωγής θερμότητας, με ή χωρίς συμπαραγωγή, ισχύος αρχικά 20 MWth και τελικής ισχύος 58 MWth, για τις ανάγκες της τηλεθέρμανσης Πτολεμαΐδας. Επένδυση έντασης κεφαλαίου, βραδείας απόσβεσης με απαιτήσεις επιδότησης.
4
LIFE+ 2008 «Επιδεικτική λειτουργία μικρής κλίμακας κινητής μονάδας αεριοποίησης αγροτικών υπολειμμάτων για την αποκεντρωμένη συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού» 5
ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2013 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΚΗ ΣΥΜΒΑΣΗ Συμβαλλόμενοι: 1) ΔΗΜΟΣ ΠΤΟΛΕΜΑΙΔΑΣ 2) Δ.Ε.ΤΗ.Π. 3) Εθνικό Κέντρο Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης / Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών & Ενεργειακών Πόρων ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ Αντικείμενο Σύμβασης: Εκπόνηση «Μελέτης για την ανάπτυξη έργου Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού 1 MWel και Θερμότητας 6 MWth για την Δ.Ε.ΤΗ.Π.» ΟΜΑΔΑ ΜΕΛΕΤΗΣ : Π.ΓΡΑΜΜΕΛΗΣ, Μ.ΑΓΡΑΝΙΩΤΗΣ, Δ.ΡΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, Α.ΠΑΠΑΣΤΕΡΓΙΟΥ 6
Σκοπιμότητα : 1. Αύξηση της ασφάλειας εφοδιασμού της Δ.Ε.ΤΗ.Π. μέσω τροφοδότησης με θερμική ενέργεια από μία εναλλακτική Ανανεώσιμη Πηγή Ενέργειας (Α.Π.Ε.). 2. Απόκτηση τεχνογνωσίας σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο. 3. Δημιουργία νέων θέσεων εργασίας για την λειτουργία της μονάδας. 4. Αύξηση κύκλου εργασιών και εσόδων της Δ.Ε.ΤΗ.Π. 7
Σκοπιμότητα 5. Δημιουργία μίας καινοτόμου επένδυσης, ανοίγοντας παράλληλα το κεφάλαιο της διαχείρισης της δασικής βιομάζας, της αξιοποίησης της υπολειμματικής αγροτικής βιομάζας και της αξιοποίησης ανεκμετάλλευτων εκτάσεων για την παραγωγή βιομάζας. 6. Ανάπτυξη επιχειρηματικότητας στον τομέα συλλογής, επεξεργασίας και διάθεσης βιομάζας. 7. Διερεύνηση δυνατότητας αυτόνομης τροφοδότησης οικισμών μη διασυνδεδεμένων με το κεντρικό σύστημα τηλεθέρμανσης. 8
ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ Διαθέσιμο Δυναμικό Δυτικής Μακεδονίας : δασική βιομάζα 125.000 τόνοι ανά έτος. αγροτικά υπολείμματα 201.000 τόνοι ανά έτος. Τα σιτηρά (μαλακό σιτάρι, σκληρό σιτάρι, αραβόσιτος, κριθάρι) είναι η πιο σημαντική καλλιέργεια και τα υπολείμματα τους αποτελούν το 85,9% του συνολικού δυναμικού. Το υπόλοιπο αποτελείται από κλαδέματα αμπελώνων, μηλιών και ροδάκινων. 9
ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ (I) Τεχνολογίες Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού Θερμότητας ΣΗθ : Οργανικός Κύκλος Rankine (ORC) ή Κύκλος Ατμού / Νερού Λέβητας: θερμικού ελαίου ή λέβητας ατμού 10
ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ (II) Μονάδα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού Θερμότητας ΣΗθ Ηλεκτρική ισχύς : 1 MWel Οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρισμού έως 1 MWel εξαιρούνται από την υποχρέωση έκδοσης άδειας παραγωγής. Για εγκατάσταση μεγαλύτερης ισχύος θα απαιτούνταν αντίστοιχα μεγαλύτερη ποσότητα βιομάζας. Θερμική ισχύς : 4-5 MWth H ισχύς, με δεδομένη την παραγόμενη ηλεκτρική ισχύ, εξαρτάται από τον αντίστοιχο βαθμό απόδοσης για θερμότητα της μονάδας συμπαραγωγής. 11
ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑΣ ΚΥΚΛΟΣ ΝΕΡΟΥ/ΑΤΜΟΥ & ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Rankine (ORC) Τιμή καυσίμου ανηγμένη στην ενέργεια καυσίμου (δηλ. συνδυασμός τιμής καυσίμου και κατώτερης θερμογόνου δύναμης) Ηλεκτρικός βαθμός απόδοσης (προκειμένου να μειωθεί το κόστος προμήθειας καυσίμου) Κόστος κεφαλαίου επένδυσης (Capital Expenditure CAPEX) Τιμή πώλησης θερμικής MWh 12
Καύσιμη ύλη μίγμα: ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ (III) 1. Θρύμματα ξύλου (wood chips): μικρά τεμάχια ξύλου μήκους 5-50mm. 2. Άχυρο (straw) Σύνθεση μίγματος σε ενεργειακή βάση : 80% wood chips + 20% straw Σύνθεση μίγματος κατά μάζα σύνθεση : 85,77% wood chips + 14,23% straw Η προσθήκη αχύρου είναι απαραίτητη ώστε αφενός μεν να χαμηλώσει σημαντικά την ανηγμένη τιμή καυσίμου, αφετέρου δε να μην προκαλέσει σημαντικές διαφοροποιήσεις στις σχεδιαστικές προδιαγραφές του σταθμού. Θρύμματα ξύλου : Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΚΘΔ) 40% Υγρασία : 10.630,77 kj/kg (2.551,38 kcal/kg) Άχυρο : Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΚΘΔ) 8,45% Υγρασία : 16.025,47 kj/kg (3.846,11 kcal/kg) Μέση Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΚΘΔ) Μίγματος: 11.398,33 kj/kg (2.735,59 kcal/kg) 13
Turboden 14 CHP sp ORC cogeneration plant with thermooil as heat transfer fluid from boiler to organic rankine cycle. Plant uses silicone oil (MDM) as organic working fluid. Net Plant Electrical Efficiency (%) 14.40 Net Plant Thermal Efficiency (%) 70.64 Process Characteristics Turbine Enthalpy Drop 1169.12 [kw] Cycle El. Power Output (GROSS) 1077.57 [kw] Net El. Power Output 999.05 [kw] Internal Power Consumption 78.52 [kw] HRVG Heat Input 6038.48 [kw] HT Loop Heat Input 5005.69 [kw] LT Loop Heat Input 1032.79 [kw] Gross O.R.Cycle El. Efficiency 17.85 % Net O.R.Cycle El. Efficiency 16.54 % Water-Cooled Condenser Duty 4900.38 [kw] Useful Thermal Energy to 4901.55 [kw] District Heating Network Air-Cooled Condenser Duty 0.00 [kw] Turbine Pressure Ratio 26.09 [-] Turbine Mass Flow 27.46 [kg/s] Turbine Inlet Volumetric Flow 631.28 [l/s] Turbine Outlet Volumetric Flow 20350.43 [l/s] Total Thermooil Mass Flow 41.02 [kg/s] HT H/X Thermooil Inlet Volumetric Flow 159.5 [m³/h] Biomass Consumption 0.6087 [kg/s] Biomass Heat Input (on LHV basis) 6938.35 [kw] Biomass Heat Input to 87.0305 % ORC Heat Input Conversion Efficiency BIOMASS SILO 0.6087 mass[kg/s] h[kj/kg] p[bar] t[ C] 3.274 48.5 25 36.6 650.2 1.5 315 HT Thermal oil loop 36.6 650.3 2 315 36.6 650.3 2 315 36.6 513.6 1.5 260 27.46 333.73 6 248.17 1.2300 27.46 333.73 6 248.17 1157 27.46 291.15 0.23 216.66 Turbine and Generator 0 40.425 1.007 40 Air Cooled 5.513 1399.6 1.05 1160 5.513 733.12 1.05 643.21 Economizer HT 27.46 151.41 6.1 212.95 24.74 133.86 6.1 204.95 0 0 15.152 1.007 15 AIR 4.918 156.84 5.513 193.8 1.05 154.39 1.05 180 4.918 32.33 1.05 31.948 4.918 25.297 1 25-35.3 Oil Boiler 36.6 549.9 1.5 275 4.423 280.1 1.5 155 5.513 304.88 1.05 280 2.719 311.07 5.513 492.17 6.1 236.9 1.05 442.94 Economizer LT 4.423 513.6 LT Thermal oil loop 1.5 260 4.423 280.1 4.423 280 1.5 155 1 155-0.3399 24.74-68.729 6.3 100.94 2.719-68.729 6.3 100.94 Recuperator 27.46 108.62 0 108.62 0.22 105.94 0.22 105.94 38.98 399.86 25 94.998 38.98 274.16 38.98 274.13 27.46-69.859 25.2 65.003 25 65 0.21 100.53 27.46-69.859 0.21 100.53-1.201 0-69.859 0.21 100.53 38.98 399.86 25 95 38.98 274.13 25 65 DISTRICT HEATING Θερμοδυναμικό Διάγραμμα για ORC Θερμοδυναμικό Διάγραμμα για Κύκλο Ατμού 14
ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ RANKINE ΑΧΥΡΟ 20% ΘΡΥΜΜΑΤΑ ΞΥΛΟΥ 80% ΑΠΟΘΗΚΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΧΥΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 6,94 MW 100 % ΛΕΒΗΤΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΧΥΣ 4,9 MWth Β.Α. 70,64 % ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΙΣΧΥΣ 1 MWel Grants Β.Α. 14,4 % 10.9% ΑΠΩΛΕΙΕΣ 1,04 MW 14,96 % ΚΥΚΛΟΣ ΝΕΡΟΥ/ΑΤΜΟΥ ΑΧΥΡΟ 20% ΘΡΥΜΜΑΤΑ ΞΥΛΟΥ 80% ΑΠΟΘΗΚΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΧΥΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 5,95 MW 100 % ΛΕΒΗΤΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΧΥΣ 4,31 MWth Β.Α. 72,35 % ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΙΣΧΥΣ 1 MWel Β.Α. 16,78 % Grants 10.9% ΑΠΩΛΕΙΕΣ 0,64 MW 10,87 % 15
Σύγκριση Κύκλου Νερού/Ατμού και ORC Επενδυτικοί Δείκτες Steam Cycle ORC NPV (χιλ. ) 313,30 639,28 IRR (%) 9,45% 11,64% Payback Period (years) 15,8 12,3 16
12-6-2013 Αίτηση Χορήγησης Άδειας Σύνδεσης Σταθμού στο Δίκτυο Ηλεκτρικής Ενέργειας 25-6-2013 Υποβολή Φακέλου για Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων 28-7-2014 ΕΓΚΡΙΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΟΡΩΝ 17
ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΣΗΘ ΜΕ ΒΙΟΜΑΖΑ ΑΓΙΟΣ ΧΡΙΣΤΟΦΟΡΟΣ ΠΤΟΛΕΜΑΙΔΑ ΠΡΟΑΣΤΙΟ ΒΙΟΠΑ ΖΩΝΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ 18
ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΣΗΘ ΜΕ ΒΙΟΜΑΖΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΧΩΡΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ 19
Επίσκεψη σε σταθμούς Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού Θερμότητας (ΣΗΘ) με καύση Βιομάζα στην Γερμανία 12 και 13 Σεπτεμβρίου 2013 20
Dettenhausen (Στουτγκάρδη), Biomass CHP plant 3,5 MWth thermal oil boiler and ORC unit 650 kwel. Nordrach (Στουτγκάρδη), Biomass CHP plant 4,9 MWth thermal oil boiler and ORC unit 800 kwel. Pfaffenhofen (Μόναχο), Biomass CHP plant 26,7 MWth steam boiler and electrical power of turbine 6,1 MWel. 21
Βασικό συμπέρασμα : οι σταθμοί ΣΗΘ με καύση βιομάζα και τεχνολογίες είτε Οργανικού Κύκλου Rankine (ORC) είτε Ατμού, διαθέτουν ώριμες τεχνολογίες και λειτουργούν με πολύ καλή αξιοπιστία τα τελευταία χρόνια. 22
ΠΡΟΚΗΡΥΞΗ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ ΓΙΑ ΥΠΟΒΟΛΗ ΜΗ ΔΕΣΜΕΥΤΙΚΩΝ ΠΡΟΣΦΟΡΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΜΗΘΕΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ 25-10-2013 16.000 τόνοι ξύλου σε μορφή θρυμματισμένων τεμαχιδίων (Wood Chips) και 2.700 τόνοι αγροτικών υπολειμμάτων (άχυρο) σε μορφή μπάλας. Κατατέθηκαν 5 προσφορές. Α. Wood Chips: 1) 10.000 tn/έτος προς 90 /tn 2) 14.000 tn/έτος προς 95 /tn 3) 5.000 κυβικά/έτος προς 40 /κυβικό Β. Αγροτικά υπολείμματα: 1) 2.000 tn/έτος προς 75 /tn 2) 3.000 tn/έτος προς 70 /tn 23
ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ JESSICA ΤΑΜΕΙΟ ΑΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ (ΤΑΑ) ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΣ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ Δεκέμβριος 2013 - Υποβολή αίτησης χρηματοδότησης Συνολικό κόστος έργου 4.000.000,00 ΕΤΗΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ MWHel 8.000 Πηγή Χρηματοδότησης % επί του συνολικού κόστους Ποσό ΤΙΜΗ ΠΩΛΗΣΗΣ /MWHel 230,00 ΕΤΗΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ MWHth 21.000 Χρηματοδότηση από ΤΑΑ 70% (επιτόκιο 3%) 2.800.000,00 Ίδια Κεφάλαια 10% 400.000,00 Τραπεζικός Δανεισμός 20% (επιτόκιο 8%) 800.000,00 ΤΙΜΗ ΠΩΛΗΣΗΣ /MWHth 37,74 IRR 5,04% Payback Period 12,9 24
Παραγωγή Η/Ε από Βιομάζα - Νομοθεσία Τιμή Ενέργειας [ /MWh] Τιμή Ενέργειας [ /MWh] Χωρίς Ενίσχυση Τιμή Ενέργειας [ /MWh] Με Ενίσχυση Ν. 3468/2006 73 Ν.3851/2010 230 200 Ν.4254/2014 198 180 Σταθμοί με εγκατεστημένη ισχύ μικρότερη ή ίση από 1 MW. Με τον Νόμο 4254/2014 (ΦΕΚ 85/Α/07-04-2014) τροποποιήθηκε ο Νόμος 3468/2006 (όπως ίσχυε) όσον αφορά την τιμή πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα. 25
ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ JESSICA Μετά την μείωση της τιμής ηλεκτρικής ενέργειας από 230 /MWh σε 198 /MWh, κατέστη αναγκαία μία νέα τεχνικοοικονομική ανάλυση λόγω διαφοροποίησης των αποτελεσμάτων της αρχικής ανάλυσης της επένδυσης. Συνολικό κόστος έργου Πηγή Χρηματοδότησης Χρηματοδότηση από ΤΑΑ % επί του συνολικού κόστους 4.000.000,00 Ποσό 70% (επιτόκιο 3%) 2.800.000,00 Ίδια Κεφάλαια 10% 400.000,00 ΕΤΗΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ MWHel 8.000 ΤΙΜΗ ΠΩΛΗΣΗΣ /MWHel 180,00 ΕΤΗΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ MWHth 21.000 ΤΙΜΗ ΠΩΛΗΣΗΣ /MWHth 48,00 IRR 13,18% Τραπεζικός Δανεισμός 20% (επιτόκιο 8%) 800.000,00 Payback Period 8 Σύμφωνα με τα δεδομένα και τις παραδοχές των αναλύσεων το έργο κρίνεται βιώσιμο. 26
27 Η ωριμότητα και η αξιοπιστία της λειτουργίας των εγκαταστάσεων ΣΗΘ με βιομάζα σε συνδυασμό με την υιοθέτηση κατάλληλων οικονομικών και περιβαλλοντικών πολιτικών, μπορούν να καταστήσουν τις εγκαταστάσεις αυτές μέρος του παραγωγικού δυναμικού συστημάτων τηλεθέρμανσης είτε συνεισφέροντας στα κεντρικά συστήματα των πόλεων είτε σε αποκεντρωμένες τηλεθερμάνσεις οικισμών.
Σας ευχαριστώ! 28