Effektiv udnyttelse af varme fra biogasanlæg (Development of sustainable heat markets for biogas plants in Europe) Project No: IEE/11/025 Hegndal Biogas 2013
Udarbejdet af: Jørgen Hinge Teknologisk Institut Kontakt: Kongsvang Alle 27, 8000 Århus C Tlf: +45 7220 1324 email: jhi@teknolgisk.dk Hjemmeside: www.teknologisk.dk Projektets hjemmeside: www.biogasheat.org The BiogasHeat project (Development of sustainable heat markets for biogas plants in Europe) is supported by the European Commission in the Intelligent Energy for Europe Programme. The sole responsibility for the content of this publication lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission is responsible for any use that may be made of the information contained therein. The BiogasHeat project duration is from April 2012 to April 2014 (Contract Number: IEE/11/025). November 2013 2 e7
Indholdsfortegnelse 1 Indledning 4 2 Anlægsbeskrivelse 4 3 Varmeanvendelse på anlægget 5 4 Forslag til forbedret varmeudnyttelse 5 5 Analyse af projektet - økonomi 6 6 Sammenfatning 9 7 English summary 10
1 Indledning Projektet BiogasHeat omhandler en mere effektiv anvendelse af varme fra eksisterende og fremtidige biogasanlæg ved: Introduktion af anvendelse af biogasvarmepolitikker i nationalt og EU-regi Indsamling og demonstration af gode praktiske eksempler inden for anvendelsen af biogasvarme Implementering af gennemførlige studier og feltundersøgelser Støtte til projektimplementering Denne rapport omhandler et feasibility check, som er gennemført med henblik på at undersøge mulighederne for at optimere varmeudnyttelsen i biogasprojekter. 2 Anlægsbeskrivelse Biogasanlægget på Hegndal Svineproduktion blev etableret i 1999. Anlæggets reaktor på 800 m 3, og der opsamles endvidere biogas fra en overdækket lagertank. Anlægget behandler svinegylle fra bedriften samt forskelligt organisk affald. Anlæggets mortorgeneratoranlæg er på 960kW e og blev idriftsat forår 2013. Endvidere er der de to oprindelige motorgeneratoranlæg (400kW e og 223kW e ), der tages i brug ved service eller anden udetid på den store motor. Den gennemsnitlige belastning af kv-anlægget skønnes at være ca 700 kwe / 900 kwv; dette giver en daglig elproduktion på ca 16-17.000 kwh. Salgsprisen for den producerede el er pt 79 øre/kwh det forventes, at denne skal stige til 1,15 kr/kwh. Der har været etableret anlæg (decantercentrifuge og inddampningsanlæg) til separering og efterbehandling af den afgassede biomasse. November 2013 4 e7
3 Varmeanvendelse på anlægget Af varmeproduktionen på de 900 kw anslås det, at der pt anvendes mellem 100-200 kw (sommer)og 300-400kW (vinter). Den resterende varme blæses af i køleanlæg. Varmen anvendes i dag til procesopvarmning på Hegndal biogasanlægget samt til opvarmning af bedriften i øvrigt. Der er endvidere etableret en varmeveksler, der kan afsætte varme i anlæggets efterlagertank. 4 Forslag til forbedret varmeudnyttelse Varmeledning fra Hegndal til Hemmet. Hemmet er en landsby i Vestjylland med 344 indbyggere (2013). Landsbyen ligger i Ringkøbing-Skjern Kommune og hører til Region Midtjylland. Hemmet Varmeværk a.m.b.a. har 169 aftagere og varmeproduktionen andrager årligt 3.550 MWh (leveret an net) (Dansk Fjernvarme, Benchmarking statistik 2013). Der anvendes træflis som brændsel. Der opstilles og beskrives scenarie for etablering af en varmeledning til Hemmet fjernvarmeværk (afstand fra Hegndal ca 5,2 km). I nedenstående analyse forudsættes, at udgifterne til etablering af rørledning samt varmeveksler dækkes af projektet Den del af varmeproduktionen, der ikke kan anvendes på bedriften (jf. den aktuelle varmeanvendelse se afsnit 3) forudsættes afsat til varmeværket i Hemmet, idet der tages højde for tab i varmevekslere og transmissionsledning. Endvidere antages, at gennemsnitligt halvdelen af varmeoverskuddet i sommerperioden ikke kan afsættes. Driftsomkostninger til installationer på biogasanlægget og rørledning forudsættes afholdt af projektet, mens driftsudgifter til varmevekslere på varmeværket afholdes af varmeværket. November 2013 5 e7
5 Analyse af projektet - økonomi I tabel 1 anvendes en række forudsætninger til at beregne omkostningerne på MWh varme leveret ind på det eksisterende fjernvarmenet i Hemmet. Tabel 1. Grovanalyse af projektets økonomi Varmeforsyning Hegndal-Hemmet Capital costs k 918,4 specific cost of HW piping installed /m route 147 1) route length Km 5,2 piping costs k 764,4 additional fees (institutional, ownership rights etc.) k 27 2) additional technical equipment (pumps, HE) k 127 3) Nominal technical parameters nominal piping diameter (2 x DN) Mm 100 nominal temperature difference K 25 nominal water velocity m/s 1,0 nominal water flow kg/s 7,85 nominal capacity of heat transport kwt 820 nominal pumping power kwe 12,01 nominal heat losses kwt 186 Annual energy volumes actual volume of heat sold MWh/a 2.368 4) GJ/a 8.525 corresponding to full load hours of pipe's capacity h/a 2.887 electricity consumption of pumping MWh/a 52 heat losses MWh/a 1.392 November 2013 6 e7
Operation costs k /a 123,87 Fixed costs k /a 117,63 Annuity of capital costs k /a 94,56 5) Maintenance&repair k /a 12,67 6) Staff k /a 10,40 7) Variable costs 6,24 electricity price (for self-consumption) /MWh 120 heat price at source (for heat losses) /MWh 0 Electricity costs k /a 6,24 Heat losses costs k /a 0 Specific costs per heat sold /MWh 52,31 fixed portion 49,68 variable portion 2,64 Competitive price of heat at supply side /MWh 94,00 8) Forudsætninger: 1) Pris varmerør nedlagt: 1100 kr/m 2) Adm. udgifter ifm. rørlægning: 200.000 kr (ansl) 3) Pumper varmevekslere: 950.000 kr (ansl) 4) Varmeoverskud vinterhalvår: 160 dg x 19MWh = 2240 MWh Varmeoverskud sommerhalvår: 160dg x 14MWh= I alt 3040 MWh 5280 MWh Fradrag for manglende aftag i sommerhalvår (minus)1520 MWh Minus VV- og transmissionstab Netto levering til Hemmet Varmeværk (minus) 1392 MWh 2368 MWh 5) Rente 6%; 15år 6) Rep og vedligehold: 10% af 950.000kr November 2013 7 e7
7) Arbejdsindsats, drift: 5 timer/uge á 300kr 8) Aktuel varmepris i Hemmet (2013): 703 kr/mwh Med de anvendte forudsætninger koster det ca 392 kr/mwh (52,31 Euro/MWh) varme leveret ind på nettet i Hemmet. Dette skal holdes op mod den aktuelle produktionspris for Hemmet Fjernvarme (kendes ikke) og den aktuelle fjernvarmepris for forbrugerne, som er 703 kr/mwh (94 Euro/MWh). Der forventes ikke at være problemer i forhold til tilladelser eller naboer ved eventuelle udvidelser, varme-/gasledninger mv. Afsætningen af varme til Hemmet Varmeværk vil ikke kræve yderligere uddannelse af driftspersonale på biogasanlægget. Der kan muligvis opnås tilskud til projektet fra puljen til energieffektivisering. Derudover skal projektet finansieres af Combigas, der ligeledes er ansvarlig for drift og vedligehold af transmissionsledning. Driftsudgifter til varmevekslere på varmeværket afholdes af varmeværket. Der skal i givet fald indgås kontrakt om levering af varme mellem Combigas og Hemmet Varmeværk a.m.b.a Miljø-effekter. Da varmen fra Hegndal biogas i givet fald vil erstatte varme produceret på træflis, vil der ikke være væsentlige miljømæssige effekter i form af sparet fossilt brændsel, CO 2 -emission eller lignende. November 2013 8 e7
6 Sammenfatning Der er gennemført en grovanalyse af mulighederne for etablering af varmeforsyning fra Hegndal Biogas til Hemmet Varmeværk a.m.b.a. Projektet vil indebære etablering og drift af en 5,2 km transmissionsledning fra hegndal til Hemmet. Med de anvendte forudsætninger koster det ca 392 kr/mwh (52,31 Euro/MWh) varme leveret ind på nettet i Hemmet. Dette skal holdes op mod den aktuelle produktionspris for Hemmet Fjernvarme (kendes ikke) og den aktuelle fjernvarmepris for forbrugerne, som er 703 kr/mwh (94 Euro/MWh). Såfremt projektet skal bringes frem til et egentligt beslutningsgrundlag anbefales følgende: - Der skal tages kontakt til Hemmet Fjernvarme for afklaring af deres interesse i projektet - Der skal indhentes tilbud på alle hardware leverancer til projektet - Der skal indhentes månedsforbrug for fjernvarmenettet, ligesom det konkrete månedlige varme overskud fra Hegndal Biogas skal bestemmes. Disse tal skal sammenholdes, således at det potentielle varmesalg kan bestemmes mere præcist - Tab i forbindelse med varmeveksling og i transmissionsledning skal verificeres November 2013 9 e7
7 English summary This feasibility study concers increased utilization of the heat production from Hegndal Biogas Plant. Hegndal Biogas Plant is a farm biogas plant established in 1999 on a large pig production facility. Today, the biogas is used in a cogeneration unit with an average load/production (estimated by the owner) of 700 kw e and 900 kw h. The total electricity production is sold directly to the public grid. The heat production from the cogeneration is used for process heating and for domestic heating at the pig production facility (fram house, office, pig stables). Earlier some excess heat was used for separation/evaporation of digested slurry, but this is not the case anymore. Therefore, there is a considerable surplus heat production, which today is wasted in external coolers in order to maintain optimum electricity production. The owner estimates that wasted heat amounts at 700-800MW in summertime and 500-600 MW in wintertime. Hemmet Varmeværk a.m.b.a is a wood chip fired district heating plant with 169 consumers. The plant is located 5,2 km from Hegndal Biogas, and it could potentially use a considerable part of the surplus heat from the cogeneration unit at Hegndal. The economical analysis shows, that based on a series of assumptions, the heat from Hegndal Biogas Plant could be injected into the district heating system at a price of app. 52 Euros/MWh. Today, the consumers i Hemmet village is paying app. 90 Euros/MWh, so it could be possible to realize the project with economical benefis for both Hegndal Biogas and Hemmet Varmeværk a.m.b.a. However, the actual production costs for the heat at Hemmet Varmeværk is not known, so if the next phase is initiated, negotiations should be held with Hemmet Varmeværk to determine, which price they would be prepared to pay. No serious barriers in terms of social conditions or the legal framework is expected. The project should be financed (and owned) by the owner oft he biogas plant. Also operation and maintenance oft he transmission pipes should be carried out by the biogas plant owner, whereas Hemmet Varmeværk a.m.b.a. should be responsible for heat exchangers and other installations at the district heating plant. November 2013 10 e7
Feasibility Checks Varmeforsyning Hegndal-Hemmet Capital costs k 918,4 specific cost of HW piping installed /m route 147 1450kr/m route length km 5,2 piping costs k 764,4 additional fees (institutional, ownership rights etc.) k 27 200.000 kr ansl additional technical equipment (pumps, HE) k 127 950.000 kr Nominal technical parameters nominal piping diameter (2 x DN) mm 100 nominal temperature difference K 25 nominal water velocity m/s 1,0 nominal water flow kg/s 7,85 nominal capacity of heat transport kwt 820 nominal pumping power kwe 12,01 nominal heat losses kwt 186 Annual energy volumes actual volume of heat sold MWh/a 2.368 Overskud vinterhalvår GJ/a 8.525 Overskud sommerhalvår corresponding to full load hours of pipe's capacity h/a 2.887 I alt electricity consumption of pumping MWh/a 52 minus transmissionstab heat losses MWh/a 1.392 Nettosalg Operation costs k /a 123,87 Fixed costs k /a 117,63 Annuity of capital costs k /a 94,56 Maintenance&repair k /a 12,67 10% af 950.000 kr Staff k /a 10,40 5t/uge a 300 Variable costs 6,24 electricity price (for self-consumption) /MWh 120 0,9 kr/kwh heat price at source (for heat losses) /MWh 0 Electricity costs k /a 6,24 Heat losses costs k /a 0 Specific costs per heat sold /MWh 52,31 fixed portion 49,68 variable portion 2,64 Competitive price of heat at supply side /MWh 94,00 703 kr/mwh November 2013 11 e7