Laboratorij za termoenergetiko SPTE V OBRATU PRIPRAVE LESA Avditorna demonstracijska vaja Ekonomska in energijska analiza kotla in SPTE v sušilnici lesa
Cilj vaje analiza proizvodnje toplote za potrebe tehnološkega postopka sušilnice lesa (porabnika procesne toplote). Narejena je primerjava energijskih in ekonomskih bilanc kotla na lesno biomaso in sistema za soproizvodnjo toplote in elektrike (SPTE) z motorjem z notranjim zgorevanjem (MNZ). 2
Postopek izračuna Analiza toplotnih potreb 2 komor v sušilnici lesa /300 kw in 200 kw/; Neurejen in urejen letni diagram porabe toplote; Na podlagi proizvedene toplote, parametrov delovanja in ekonomskih parametrov narediti energijsko analizo in primerjavo ekonomskih učinkov pri zagotavljanju toplote 1. Samo iz biomasnega kotla; 2. Iz SPTE, pri čemer biomasni kotel prevzame vlogo vršnega proizvajalca toplote; uplinjevalnik Biomasni kotel 500 kw
TOPLOTA / kwh Podatki o porabi toplote neurejen diagram Na podlagi podatkov dejanskih izmerkov. 200.000 180.000 160.000 140.000 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Komora 2 Komora 1 SKUPAJ SUŠILNICA
Toplota / kwh Podatki o porabi toplote urejen diagram Skupna poraba toplote. 200.000 198.913 180.000 193.913 160.000 140.000 179.168 161.961 159.391 152.767 152.517 149.591 149.151 120.000 142.582 100.000 100.750 80.000 100.399 60.000 40.000 20.000 0 744 1416 2160 2880 3624 4344 5088 5832 6552 7296 8016 8760 Čas / h
Toplota, Električna energija / kwh Zagotavljanje toplote 200.000 198.913 193.913 Potrebna procesna toplota za sušilnice 179.168 150.000 160.512 kwht 161.961 159.391 152.767 152.517 149.591 149.151 142.582 100.000 100.750 100.399 Toplota iz SPTE 50.000 0 744 1416 2160 2880 3624 4344 5088 5832 6552 7296 8016 8760-50.000 Električna energija iz SPTE 94.848 kwhe -100.000 Čas / h Izkoriščenost SPTE 7300h/anno
Ekonomska analiza denarni tokovi & ekonomski kazalci Stroški investicije Upoštevani odhodki za ekonomsko analizo Stroški goriva Stroški vzdrževanja Človeški viri Amortizacija Upoštevani prihodki za ekonomsko analizo Prihodki iz prodaje električne energije Prihodki iz prodaje procesne toplote Ekonomski kazalci Neto sedanja vrednost Interna stopnja donosnosti Enostavni vračilni rok
Biomasni kotel Tabela: Lastnosti kotla na lesno biomaso Vrsta kotla Kotel na lesno biomaso Proizvajalec Fröling Nazivna toplotna moč 500 kw Izkoristek kotla 93 % Gorivo Lesna biomasa / sekanci Kurilna vrednost goriva 800 KWh/Nm 3 Nabavna cena goriva 15 EUR/Nm 3 Tabela: Proizvedena toplota in poraba goriva za kotel na lesno biomaso Kotel na lesno biomaso Proizvedena toplota MWh/leto 1.841,102 (potreba sušilnice) Poraba goriva Nm 3 /leto 2475 = f(toplota, kurilnost, kotel) Tabela: Cene energentov Lesna biomasa Nabavna cena goriva EUR/Nm 3 15,00 Prodajna cena toplote EUR/kWh 0,05
Biomasni kotel Stroški investicije: 100.000,00 Upoštevani odhodki za ekonomsko analizo Stroški goriva: 37.119,00 Stroški vzdrževanja: 8.000,00 (ocena stroškov) Človeški viri: 20.000,00 (1 vzdrževalec, delno) Amortizacija (10 let, linearna): 10.000 /anno Upoštevani prihodki za ekonomsko analizo Prihodki iz prodaje električne energije: 0 Prihodki iz prodaje procesne toplote: 92.055,12 (sušilnici se toplota prodaja)
SPTE z MNZ
SPTE z MNZ Tabela: Lastnosti SPTE Vrsta kogeneracije Motor z notranjim zgorevanjem na sintezni plin Proizvajalec in tip Motor: MAN 2842 LE 302 Uplinjevalnik: ECO POWER CEA d.o.o. tip EPCU 150 Nazivna električna moč 130 kw Nazivna toplotna moč 220 kw Izkoriščenost 7300 h/anno Gorivo Lesna biomasa / sekanci Kurilna vrednost goriva 800 KWh/Nm 3 Nabavna cena goriva 15 EUR/Nm 3 Tabela: Proizvedena toplota, električna energija in poraba goriv SPTE z MNZ Kotel na lesno biomaso SKUPAJ Proizvedena toplota MWh/leto 1.605,12 235,98 1.841,102 Proizvedena el. energija MWh/leto 948,48 0 948,48 Poraba goriva Nm 3 /leto 5399,04 317,2 5.716,22 Tabela: Cene energentov Nabavna cena lesne biomase EUR/Nm 3 15,00 Prodajna cena toplote EUR/kWh 0,05 Prodajna cena električne energije EUR/kWh 0,23
SPTE + BK Stroški investicije: 700.000,00 Upoštevani odhodki za ekonomsko analizo Stroški goriva: 85.743,30 Stroški vzdrževanja BK: 8.000,00 (ocena stroškov) Stroški vzdrževanja SPTE (3 EUR/h): 21.888,00 Človeški viri: 20.000,00 (1 vzdrževalec, delno) Amortizacija (10 let, linearna): 70.000,00 /anno Upoštevani prihodki za ekonomsko analizo Prihodki iz prodaje električne energije: 218.150,40 Prihodki iz prodaje procesne toplote: 92.055,12 (sušilnici se toplota prodaja)
Primerjava investicij ekonomski kazalci SPTE+BK BK Investicija EUR 700.000,00 100.000,00 Čisti dobiček, ČD EUR/leto 148.388,10 14.390,6 Interna stopnja donosa, ISD % 28,7 20,7 Enostavni rok vračanja, EVR letih 3,21 4,1 NSV EUR 907.355,3 79.517,0 Čisti dobiček in neto sedanja vrednost je v primeru kombinacije soproizvodnje (SPTE) in vršnega kotla na lesno biomaso (BK) reda velikosti 10 krat večji kot v primeru uporabe le kotla na lesno biomaso za zagotavljanje toplotnih potreb Interna stopnja donosa (ISD) postrojenja SPTE s kotlom na lesno biomaso kot vršnim kotlom je višja, saj znaša skoraj 29 %, medtem ko v primeru investicije le v kotel na lesno biomaso za zagotavljanje procesne toplote ISD znaša 20,7 %. Enostavni vračilni rok (EVR) v primeru investicije v SPTE enoto in vršni kotel na lesno biomaso znaša 3,21 leta, v primeru biomasnega kotla kot primarnega dobavitelja procesne toplote pa 4,1 leta
Energijski izkoristki Izračun energijskih izkoristkov je bistven, saj mora v dotičnem primeru mikro kogeneracije znašati čez 70 % za upravičenost subvencioniranega odkupa električne energije. BK SPTE+BK SPTE BK Proizvedena toplota, kwh 1.841.102 1.605.120 235.982 Proizvedena električna energija, kwh 0 948.480 0 Poraba goriva / Nm 3 /leto 2474,6 5399,0 317,2 Poraba goriva / kwh/leto* 1.979.680 4.319.232 253.745 Toplotni izkoristek (izračun) 0,93 0,37 0,93 Toplotni izkoristek priznan* 0,50 Električni izkoristek 0,22 Celotni izkoristek 0,72 *Kurilnost lesnih sekancev: 800 kwh/mn3 *Pri izračunu toplotne energije imamo priznano 25 % lastne rabe, ki je potrebna za predsušenje in sušenje lesnih sekancev.
PPE: prihranek primarne energije Poleg visokega energijskega izkoristka morajo srednje in velike elektrarne s soproizvodnjo dosegati tudi 10 % prihranek primarne energije (PPE), mikro in male kamor spada tudi obravnavana SPTE enota pa večjega od 0 %. PPE 1 1 100% SPTE, q SPTE, p Re f, q Re f, p PPE - prihranek primarne energije η SPTE,q - izkoristek proizvodnje toplote za SPTE η ref,q - referenčna vrednost izkoristka ločene proizvodnje toplote (90 %) η SPTE,p - izkoristek proizvodnje električne za SPTE η ref,p - referenčna vrednost izkoristka ločene proizvodnje električne energije (30%)
Zaključki 87 % vse toplote na letni ravni zagotovimo s SPTE z MNZ, kotel pa je za vršne obremenitve celotni energijski izkoristek biomasnega kotla 93 % in soproizvodnje 72 % PPE glede na ločeno proizvodnjo toplote in električne energije 12, 7 % Čisti dobiček in NSV je v primeru kombinacije soproizvodnje (SPTE) in vršnega kotla na lesno biomaso (BK) reda velikosti 10 krat večji kot pri zgolj BK ISD postrojenja SPTE s BK kot vršnim kotlom je višja, saj znaša skoraj 29 %, medtem ko v primeru investicije le BK za zagotavljanje procesne toplote ISD znaša 20,7 %. Iz zgornjih ugotovitev lahko zaključimo, da sta obe različici ekonomsko upravičeni. Pri čemer je potrebno izpostaviti, da se različica investicije v soproizvodnjo električne energije in toplote z motorjem na sintezni plin in vršnim kotlom na lesno biomaso izkaže kot bolj ekonomična.