Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΕΚΕΤΑ / ΙΔΕΠ) Υποστήριξη Τηλεθερμάνσεων με χρήση εναλλακτικών καυσίμων Χρήση Βιομάζας στην Τηλεθέρμανση. Μια εναλλακτική προσέγγιση Αμύνταιο, 14 Δεκεμβρίου 2015 Δρ.Ν. Μαργαρίτης, Δρ.Π. Γραμμέλης E-mail: margaritis@lignite.gr, grammelis@certh.gr
Περιεχόμενα 1. Η περίπτωση της Δ.Ε.Υ.Α.Κ 2. Η περίπτωση της Δ.Ε.ΤΗ.Π 3. Τεχνολογίες Αξιοποίησης Ξηρού λιγνίτη και σχετικά παραδείγματα 4. Μελέτη υπό εκπόνηση από ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ «Σχέδιο Δράσης της Περιφέρειας Δυτικής Μακεδονίας για την Αξιοποίηση της Βιομάζας με έμφαση στην Τηλεθέρμανση» 5. Συμπεράσματα
Η περίπτωση της Δ.Ε.Υ.Α.Κ
ΔΕΥΑΚ-Προκαταρκτική μελέτη Το ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ σε συνεργασία με το ΠΔΜ/Τμήμα Μηχ/γων Μηχ/κων ανέλαβε και υλοποίησε την «Προκαταρκτική μελέτη για την αναβάθμιση και επέκταση της εγκατάστασης τηλεθέρμανσης Κοζάνης με εναλλακτικές πηγές ενέργειας» στα πλαίσια της προγραμματικής σύμβασης με Δήμο Κοζάνης και ΔΕΥΑΚ. Α ΦΑΣΗ: Αποτύπωση εγκατάστασης Εκτίμηση ενεργειακών αναγκών Ενεργειακή ανάλυση υφιστάμενης κατάστασης Αξιολόγηση επάρκειας υφιστάμενων υποδομών Β ΦΑΣΗ: Εναλλακτικές τεχνολογικές επιλογές (βιομάζα/λιγνίτης/φυσικό αέριο) Παρουσίαση εναλλακτικών τεχνολογικών επιλογών Οικονομοτεχνική αξιολόγηση εναλλακτικών επενδυτικών προτάσεων Γ ΦΑΣΗ: Προκαταρκτική μελέτη προτεινόμενου επενδυτικού σχεδίου Προκαταρτική μελέτη τεχνικής πρότασης Δ ΦΑΣΗ: Αναθεώρηση επιχειρηματικού σχεδίου συνολικής εγκατάστασης Μελέτη βιωσιμότητας Προτάσεις διαμόρφωσης της τιμολογιακής πολιτικής της επιχείρησης
ΣΗΘ δυναμικότητας 70 MWth 1 Σ Η Θ Υ Α Φυσικό αέριο Συνδυασμένος κύκλος αεριοστροβίλου-ατμοστροβίλου 2 Σ Η Θ Βιομάζα (μίγμα 70% wood pellets και 30% άχυρο) Διαμόρφωση λέβητα-ατμοστροβιλικής μονάδας Υψηλή ποσότητα ετήσιας απαιτούμενης βιομάζας (~230.000 τόνοι) 3 Σ Η Θ Υ Α - Φυσικό αέριο ~ 65 % Συνδυασμένος κύκλος αεριοστροβίλου-ατμοστροβίλου Βιομάζα (μίγμα 70% wood pellets και 30% άχυρο) ~ 35 % Διαμόρφωση λέβητα-ατμοστροβιλικής μονάδας 4 Σ Η Θ Υ Α - Φυσικό αέριο ~ 65 % Συνδυασμένος κύκλος αεριοστροβίλου-ατμοστροβίλου Βιομάζα (μίγμα 70% wood pellets και 30% άχυρο) ~ 27 % RDF ~ 8 % Διαμόρφωση λέβητα-ατμοστροβιλικής μονάδας
ΣΗΘ δυναμικότητας 35+35 MWth 1 Σ Η Θ Υ Α Φυσικό αέριο Συνδυασμένος κύκλος αεριοστροβίλου-ατμοστροβίλου 2 Σ Η Θ Βιομάζα (μίγμα 70% wood pellets και 30% άχυρο) Διαμόρφωση λέβητα-ατμοστροβιλικής μονάδας Κατασκευή σταθμού σε 2 φάσεις ( 35 MWth και 35 MWth) 3 Σ Η Θ Βιομάζα (μίγμα 70% wood pellets και 30% άχυρο) ~ 85 % RDF ~ 15 % Διαμόρφωση λέβητα-ατμοστροβιλικής μονάδας Κατασκευή σταθμού σε 2 φάσεις ( 35 MWth και 35 MWth) Tιμές καυσίμου σε όλα τα εξεταζόμενα σενάρια wood pellets: άχυρο: φυσικό αέριο: ~185 /tn ~ 75 /tn ~13,12 /GJ Επιχειρηματικοί κίνδυνοι ή ευκαιρίες Ανασφάλεια στην προμήθεια βιομάζας Ανασφάλεια στη χρήση RDF, λόγω πιθανών αντιδράσεων της τοπικής κοινωνίας Επιτυχής ολοκλήρωση της κατασκευής του αγωγού TAP
Δυσμενής Αλλαγή Εγγυημένων Τιμών Η ψήφιση του λεγόμενου New Deal του ΥΠΕΚΑ, ν. 4254/2014 «ΜΕΤΡΑ ΣΤΗΡΙΞΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΣΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΤΟΥ Ν. 4046/2012 ΚΑΙ ΑΛΛΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ», ΦΕΚ Α 85/07.04.14, επέφερε σημαντικές αλλαγές (μειώσεις) στις FIT για ηλεκτροπαραγωγή από ΑΠΕ. Εξεταζόμενο Σενάριο ΣΗΘΥΑ Φ.Α. 90ΜWel + 70MWth ΣΗΘ Βιομάζα 17,5ΜWel + 35MWth / Παλιά FIT ( /MWhel) Νέα FIT ( /MWhel) Μεταβολή FIT ( /MWhel) Σχετική μεταβολή FIT (%) 123,64 83,5-40,14-32,47 % 150 135-15 - 10 % 35ΜWel + 70MWth ΣΗΘ RDF (για το σενάριο μίγματος Βιομάζας και RDF) 87,85 80-7,85-8,94 %
New Deal ΣΗΘ δυναμικότητας 35+35 MWth 1 Σ Η Θ Υ Α Φυσικό αέριο Συνδυασμένος κύκλος αεριοστροβίλου-ατμοστροβίλου Ακριβό καύσιμο (Φ.Α.), μειωμένα έσοδα Ηλεκτρ/γής πλέον 2 Σ Η Θ Βιομάζα (μίγμα 70% wood pellets και 30% άχυρο) Διαμόρφωση λέβητα-ατμοστροβιλικής μονάδας Κατασκευή σταθμού σε 2 φάσεις ( 35 MWth και 35 MWth) 3 Σ Η Θ Βιομάζα (μίγμα 70% wood pellets και 30% άχυρο) ~ 85 % RDF ~ 15 % Διαμόρφωση λέβητα-ατμοστροβιλικής μονάδας Κατασκευή σταθμού σε 2 φάσεις ( 35 MWth και 35 MWth) Η ΣΗΘΥΑ από Φ.Α. κατέστη τελείως ασύμφορη Οι ΣΗΘ από Βιομάζα και RDF επηρεάστηκαν λιγότερο
Τελικά σενάρια προς εξέταση Με βάση την αξιολόγηση όλων των τεχνολογικών επιλογών και το νέο Θεσμικό Πλαίσιο, επιλέχθηκε η πλήρης τεχνοοικονομική μελέτη των κάτωθι σεναρίων: 1 o Σενάριο (εναλλακτικό της ΣΗΘΥΑ): Λέβητας Ζεστού Νερού 70 MWth με Φ.Α. Όχι έσοδα από ηλεκτροπαραγωγή + Πολύ μικρότερο CAPEX σε σχέση με το συνδυασμένο κύκλο Φ.Α. + Απαλλαγή από την ανασφάλεια με τις μεταβολές των FIT 2 o Σενάριο: ΣΗΘ σε 2 φάσεις [ (17,5 MWel + 35 MWth) + (17,5 MWel + 35 MWth) ] με βιομάζα (70% wood pellets 30% άχυρο) + Ηλεκτροπαραγωγή + Μέσω της κατασκευής σε πρώτο βαθμό σταθμού μισής δυναμικότητας μετριάζεται η ανασφάλεια στην προμήθεια της Βιομάζας και λειτουργεί πιλοτικά 3 o Σενάριο (εναλλακτικό του 2ου Σεναρίου): Λέβητας Ζεστού Νερού σε 2 φάσεις [ 35 MWth + 35 MWth ] με βιομάζα (70% wood pellets 30% άχυρο) Όχι έσοδα από ηλεκτροπαραγωγή + Πολύ μικρότερο CAPEX σε σχέση με ΣΗΘ βιομάζας + Απαλλαγή από την ανασφάλεια με τις μεταβολές των FIT + Μετριάζεται η ανασφάλεια στην προμήθεια της Βιομάζας και λειτουργεί πιλοτικά
Η περίπτωση της Δ.Ε.ΤΗ.Π
ΔΕΤΗΠ-Μονάδα ΣΗΘ από βιομάζα Βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά Καύσιμο: Μίγμα βιομάζας (80% wood chips + 20% άχυρο σε θερμική βάση) Χειμώνας: Συμπαραγωγή (για δίκτυο Τηλεθέρμανσης) Καλοκαίρι: Παραγωγή μόνο ηλεκτρικής ενέργειας Δράσεις έργου Προμελέτη σκοπιμότητας, Τεχνικές προδιαγραφές και οικονομικοί όροι για την ανοιχτή πρόσκληση για προσφορές από εταιρίες Επιλογή συστήματος παραγωγής ενέργειας από τον Ανάδοχο(κύκλος ατμού, ORC, Αεριοποίηση κτλ) Αδειοδοτήσεις για σύνδεση μονάδας με το δίκτυο και έγκριση Μελέτης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων(ΜΠΕ) Συλλογή προσφορών από προμηθευτές βιομάζας Business plan (προυπολογισμός: 6-7 εκ ) και εξέταση χρήσης χρηματοδοτικού μηχανισμού JESSICA
ΔΕΤΗΠ-Επίδραση του New deal Παλιά FIT ( /MWh-el) Νέα FIT ( /MWh-el) Μεταβολή (%) CHP Biomass 5MW 150 135-10.0 CHP Biomass 1MW 230 198-13.9 Αντίκτυπος της νέας FIT στην επένδυση NPV -516,89 thousand IRR 1,87 % Payback Period - Μη βιώσιμη επένδυση NPV 206.15 thousand IRR 11.85 % Payback Period 10.6 years Βιώσιμη επένδυση Απαραίτητη η κρατική επιχορήγηση ~ 40% τουλάχιστον FIT = 180 /MWh-el λόγω ενίσχυσης Own Capital 20 % Subsidy 40 % Bank Loan 10 % JESSICA Loan 30 % Bank Loan interest 8 % Bank Loan duration 10 years JESSICA Loan interest 3 % JESSICA Loan duration 10 years
Τεχνολογίες Αξιοποίησης ξηρού λιγνίτη και σχετικά παραδείγματα
Μέσο θέρμανσης: ΑΤΜΟΣ Εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες προξήρανσης λιγνίτη σε βιομηχανική κλίμακα Σωληνοειδής ξηραντήρας Ξηραντήρας ρευστοποιημένης κλίνης (WTA, DDWT, others) Ξηραντήρας τυμπάνου (περιστρεφόμενος) Χρήση κρουστικού μύλου (MHPSE s NV, DGS ) Μέσο θέρμανσης: ΚΑΥΣΑΕΡΙΟ
Επεξεργασία ξηρού λιγνίτη ψύξη επιπλέον άλεση (αν απαιτηθεί) αποθήκευση τροφοδοσία/ δοσιμετρία Ψύξη (με ζώνη ή περιστροφή) Σιλό ξηρού λιγνίτη με προστασία από έκρηξη MHPSE s MPS μύλος για άνθρακα/ξηρό λινίτη Πνευματική τροφοδοσία 1 Rotary classifier, 2 Classifier drive, 3 Grinding rollers, 4 Hydropneumatic system, 5 Grinding table, 6 Gear, 7 Motor Source: www.claudiuspeters.com
Παραδείγματα Μονάδες της Vattenfall που λειτουργούν με ξηρό λιγνίτη Τοποθεσία Έτος λειτουργίας Θερμική ισχύς εισόδου (MW) % ξηρού λιγνίτη Reichwalde 1992 10.5 100.0% Strausberg 1994 20 30.0% Spremberg 1994 7 100.0% Bautzen 1995 102 33.3% Radebeul 1996 20 35.0% MicrozelluloseWeißenborn 2004 14 100.0% Frankfurt/Oder 1997 149 51.0% Senftenberg 1999 49 75.5% Neugersdorf 1996 35 22.9% Löbau 1993 15 23.3% Coswig 1994 16 43.8% Nochten 1994 8 70.0% Lauchhammer 1994 23.4 29.9% Jänschwalde 1995 11 45.5% Laubusch 1995 12 47.5% Kamenz 1996 12 33.3% Vetschau 1996 22 31.8% Berlin- BrankenburgerStraße 1997 30 26.7%
Παραδείγματα PP Senftenberg Steam mass flow Thermal energy Width Depth Height 45 t/h 38 MW 3,882 m 5,925 m 11 m Sectional Density (Load) 1,75 MW/m 2 Final Temperature in Combustion Chamber 1000 C Excess air (total) 1,15 - Excess air (Burner) 0,85 - Residence time up to 800 C 4 s Residence time up to end 3,5 s Source GMB A Vattenfall Company : www.gmbmbh.de/
Παραδείγματα CHP μονάδα στη Frankfurt/Oder 1 ABB gas turbine GT 10B 25 MW e 1 ABB steam turbine Ve40 24 MW e Heat production capacity 80 MW th 1 steam boiler firing dry lignite 104 t/h 1 HRSG (with add. firing) 65 t/h Steam parameters 500 ºC/ 100bar Source: www.stadtwerke-ffo.de
Παραδείγματα CHP μονάδα στη Frankfurt/Oder : λέβητας ξηρού λιγνίτη Εγκατ. ισχύς: 100 MWth Σε λειτουργία το 1998 Εγκατάσταση καυστήρων DS
Μελέτη υπό εκπόνηση από ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ «Σχέδιο Δράσης της Περιφέρειας Δυτικής Μακεδονίας για την Αξιοποίηση της Βιομάζας με έμφαση στην Τηλεθέρμανση»
Παραδοτέο 1 για ΠΔΜ 1. Ενωσιακό και Εθνικό Πλαίσιο για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας με εστίαση στην Αξιοποίηση της Βιομάζας 2. Επικαιροποίηση του περιφερειακού χάρτη διαθεσιμότητας βιομάζας (δασικής, αγροτικής, ζωϊκής) ανά Δήμο και Περιφερειακή Ενότητα. 3. Χωρική Καταγραφή αναγκών και δυνατοτήτων αξιοποίησης της βιομάζας με έμφαση στην τηλεθέρμανση οικισμών. 4. Συνοπτική Αξιολόγηση Υφιστάμενης Κατάστασης - SWOT Ανάλυση. 5. Η Στρατηγική της Περιφέρειας Δυτικής Μακεδονίας για την Αξιοποίηση της Βιομάζας
Παραδοτέο 2 για ΠΔΜ 1. Προσδιορισμός δράσεων για την Περιφέρεια Δυτικής Μακεδονίας για την αξιοποίηση της βιομάζας 2. Βέλτιστη χωροθέτηση πιλοτικών μονάδων παραγωγής θερμότητας για τηλεθέρμανση οικισμών και την ενεργειακή τροφοδότηση δημοσίων κτιρίων. 3. Ενδεικτική διαστασιολόγηση και προυπολογισμός δράσεων 4. Το Εθνικό και Περιφερειακό Σύστημα Σχεδιασμού, Υλοποίησης, Παρακολούθησης και Αξιολόγησης των παρεμβάσεων στον τομέα των ΑΠΕ με εστίαση στη Βιομάζα.
Συμπεράσματα
Συμπεράσματα Το δυναμικό δασικών υπολειμμάτων είναι μικρό σε σχέση με τις απαιτούμενες ποσότητες βιομάζας για μονάδα τηλεθέρμανσης. Σημαντικές δυσκολίες στην αξιοποίησή τους που οφείλονται τόσο στη μορφολογία του εδάφους (απότομες πλαγιές) που δυσχεραίνουν την μηχανοποιημένη συλλογή τους όσο και στο θεσμικό πλαίσιο συλλογής τους. Η Δυτική Μακεδονία διαθέτει αξιόλογο δυναμικό βιομάζας με τη μορφή αγροτικών υπολειμμάτων, ωστόσο η έλλειψη εμπειρίας και η απουσία επιτυχημένων εφαρμογών τοπικών εφοδιαστικών αλυσίδων βιομάζας αποτελεί τροχοπέδη. Οι εναλλακτικές του χρήσεις (ζωοτροφή και υλικό στρωμνής) ενδέχεται να περιορίσουν σημαντικά τη διαθεσιμότητά του ή να ανεβάσουν το κόστος του. Με βάση το παραπάνω δυναμικό βιομάζας στην ΠΔΜ είναι εφικτή: η υλοποίηση μικρών μονάδων τηλεθέρμανσης με βιομάζα ή βιοαέριο (1-2 MW) η ενεργειακή τροφοδότηση συγκροτήματος δημοτικών κτιρίων Για την κάλυψη μεγάλων θερμικών φορτίων: οι μελλοντικές μονάδες θα οδηγηθούν στην χρήση μίγματος καυσίμου που θα περιλαμβάνει τη χρήση ξηρού λιγνίτη αφού ή λύση αυτή συνεπάγεται χαμηλό κόστος παραγωγής ενέργειας ( /ΜWh) η χρήση αποκλειστικά βιομάζας ειδικά με εισαγωγές εκτός Περιφέρειας οδηγεί σε υψηλό λειτουργικό κόστος και απαιτεί την ανάπτυξη πολύπλοκης εφοδιαστικής αλυσίδας
Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!