Aktualni trendovi u planiranju centraliziranih toplinskih sustava s visokoučinkovitom kogeneracijom na drvnu biomasu Pfeifer, Antun1 *; Dominković, Dominik Franjo2; Ćosić, Boris3; Tomislav Novosel1; Tomislav Pukšec1;Goran Krajačić1; Neven Duić1 1Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje 2 Technical University of Denmark - DTU 3Adria Section of the Combustion Institute Zagreb, 3.12.2018.

Planiranje korištenja biomase u novim energetskim postrojenjima Uvod Planiranje korištenja biomase u novim energetskim postrojenjima Kulture kratkih ophodnji u EU i Hrvatskoj Metodologija Neiskorištene poljoprivrene površine u Hrvatskoj Potencijal biomase iz KKO i voćarstva u Hrvatskoj Pronalaženje optimalne lokacije za nova CHP postrojenja s obzirom na izvore biomase – analiza isplativosti Zaključak Zagreb, 3.12.2018..

Uvod Velike površine poljoprivrednog zemljišta u Hrvatskoj ostaju neiskorištene, kako u privatnom, tako i u javnom vlasništvu. Istovremeno – problemi s nezaposlenošću, gospodarstki problemi. Bolje gospodarenje resursima s ciljem održivog razvoja je prilika za značajne pomake. Nacionalni akcijski plan za obnovljive izvore energije (2013.) veliku pažnju je pridao biomasi. Zagreb, 3.12.2018..

Planiranje novih postrojenja za korištenje biomase Ulazni podaci: količina biomase u šumarijama, iz KKO, iz obrezivanja u voćarstvu, potencijalno i iz sastava otpada na nekom području, iz poljoprivrede CHP postrojenje na biomasu + apsorberi + sezonski toplinski spremnik Varijable: Instalirani kapacitet (kWe), Volumen spremnika (m3), Kapacitet apsorberskih jedinica Prihodi Prodaja električne, toplinske i rashladne energije Troškovi Izgradnja postrojenja i mreže, održavanje, biomasa Optimizacija po netto sadašnjoj vrijednosti (NPV) Zagreb, 3.12.2018.

Kulture kratkih ophodnji (KKO) U europskim zemljama poput Švedske, Španjolske, Italije, Finske, također od nedavno Njemačke, Francuske, Velike Britanije i Irske, komercijalno se iskorištava.   Vrba [ha] Topola [ha] Miscanthus [ha] AT 220-1100 880-1100 800 BE 60 120 DK 5697 2807 64 FR 2300 2000-3000 DE 4000 5000 2000 IE 930 2200 IT 670 5490 50-100 LT 550 PL 5000-9000 300 SE 11000 450 UK 1500-2300 10000-11000 Programi državne potpore su razvijeni u Švedskoj, Finskoj, Italiji i Španjolskoj. U Hrvatskoj, samo eksperimentalni nasadi, 30 ha vrbe i topole. Zagreb, 3.12.2018..

Metodologija Tehnički potencijal biomase za određeno područje ili županiju:     Energetski potencijal Cijena biomase kao funkcija udaljenosti plantaža KKO ili voća od mjesta energetskog iskorištavanja:   Cijena biomase na mjestu prikupljanja: CB = TS + TZ + TO&M Zagreb, 3.12.2018..

Do koordinata budućeg CHP postrojenja na biomasu se dolazi kombinacijom genetičkog algoritma i lokalne funkcije za optimizaciju. U dugom koraku, program u mreži od 19 x 19 km, s odabranom makro-lokacijom u središtu, proračunava razliku između troškova dobave goriva i troškova izgradnje toplovodne mreže. Moguće je također tražiti optimalne mikro-lokacije za više postrojenja. Optimizacija se radi u računalnom programu MatLab©. Zagreb, 3.12.2018.

Neiskorišteno poljoprivredno zemljište u kontinentalnoj Hrvatskoj Županija Javno [ha] Privatno [ha] Krapinsko-zagorska 115 1,783 Varazdinska 1,010 1,469 Medjimurska 1,703 2,910 Koprivnicko-krizevacka 2,563 987 Osjecko-baranjska 3,827 5,316 Vukovarsko-srijemska 4,446 2,662 Viroviticko-podravska 7,019 5,221 Zagrebacka 7,990 8,890 Bjelovarsko-bilogorska 9,975 15,476 Pozesko-slavonska 15,391 12,875 Brodsko-posavska 19,690 7,326 Karlovacka 32,768 82,259 Sisacko-moslavacka 33,733 57,412 Različiti omjeri javnog i privatnog zemljišta po županijama. U scenarijima: a – javno b – privatno c – ukupno U S4 – a: sa 100% povećanjem površine pod voćaricama, b: 50% c: 25% Zagreb, 3.12.2018..

Scenariji za studiju slučaja Pretpostavka prinosa biomase od 12 tDM/ha/god Četiri scenarija: S1 – 30 % neobrađenog zemljišta pod KKO S2 – 20 % neobrađenog zemljišta pod KKO S3 – 10 % neobrađenog zemljišta pod KKO S4 – 20 % neobrađenog zemljišta pod KKO i najraširenijim vrstama u voćarstvu i poljoprivredi (jabuka, kruška, breskva, trešnja, šljiva, orah i lješnjak) Total biomass (kg/ha) Voćne vrste Jabuka 5,571.43   Kruška 5,833.33 Breskva ili nektarina 2,921.21 Marelica 1,619.58 Trešnja ili višnja 1,783.07 Šljiva 2,053.15 Smokva 1,281.12 Orašaste vrste Orah 538.04 Lješnjak 1,848.48 Badem 1,625.17 Vinova loza Total 4,258.37 Maslina 2,522.22 Zagreb, 3.12.2018..

Vrijednosti korištene u scenarijima:   Vrijednost Jedinica Raspoloživost elektrane 90 %  Cijena biomase iz KKO na plantaži 43.47 €/tona Niža ogrjevna vrijednost (30 % vlage) 3,400 kWh/toni η ukupno 0.87 Ηel 0.29 HTP odnos 2.00 η spremnika 0.8 Temperatura spremnika oC Specifični investicijski trošak elektrane 3,600 €/kWe Investicijski trošak apsorbera 400 €/kW Trošak cijevne mreže 5,820 €/kućanstvu Broj kućanstava u mreži 8,700 Cijena spremnika 56 €/m3 Vlastita potrošnja elektrane 6%   Diskontna stopa 7% Feed-in-tarifa 0.122 €/kWhe COP 0.7 Projekta temperatura grijanja 21 oC Projektna temperatura hlađenja 26 Fiksni troškovi održavanja 29 €/kW per annum Varijabilni troškovi održavanja 0.0039 €/kWh Troškovi održavanja mreže 75 €/kućanstvu per annum Troškovi održavanja spremnika 0.39 €/m3 per annum Cijena toplinske energije 0.0198 Trajanje projekta 14 godina Zagreb, 3.12.2018..

Rezultati Zagreb, 3.12.2018..

Technički potencijal [m3/y] Energetski potencijal [TJ/y] Hrvatska Technički potencijal [m3/y] Energetski potencijal [TJ/y] S1a 1,404,094.31 4,902.29 S1b 1,426,108.32 4,979.16 S1c 2,830,202.63 9,881.45 S2a 936,062.87 3,268.20 S2b 950,738.88 3,319.44 S2c 1,886,801.75 6,587.63 S3a 468,031.44 1,634.10 S3b 475,369.44 1,659.72 S3c 943,400.88 3,293.82 S4a 1,169,257.63 4,176.11 S4b 1,212,193.70 4,328.94 S4c 1,233,661.73 4,355.57 Zagreb, 3.12.2018..

Rezultati NPV analize za CHP s hlađenjem: Zagreb, 3.12.2018..

Cijena biomase iz KKO i voćnih kultura na odabranim lokacijama: Velika Gorica Koprivnica Slavonski Brod Osijek Scenarij: Cost CB,E [€/t] S1a 47.7 51.1 45.9 51.9 S1b 47.6 50.2 48.7 52.3 S1c 46.4 44.7 50.0 S2a 48.2 52.6 52.9 S2b 48.0 51.8 51.2 55.0 S2c 47.4 49.7 46.2 S3a 50.7 55.2 53.3 58.9 S3b 49.3 53.8 55.7 61.2 S3c 52.2 49.2 53.4 S4a 47.5 49.9 51.5 S4b 49.8 46.3 51.3 S4c Zagreb, 3.12.2018..

Put prema isplativosti projekata Da bi ovakav proizvodni lanac bio isplativ, potrebno je da cijena investicije i cijena biomase budu više od 30% manji nego u razmatranom slučaju. Ovo nije nemoguće postići, ukoliko se uzmu u obzir slučajevi zamjene goriva i uzgoj od strane privatnih poduzetnika. Zagreb, 3.12.2018..

Zaključak Preko 1 000 000 ha neiskorištene poljoprivredne površine ima velik potencijal za kultivaciju KKO, ali također i za povećanje uzgoja voćarskih kultura uz prikupljanje biomase Do komercijalizacije korištenja KKO za energetske svrhe predstoji još mnogo posla Za primjenu u najnovijim sustavima, kao što je centalizirano grijanje i hlađenje, KKO je prema trenutnim procjenama još preskup Uspostava proizvodnih lanaca s više vrsta biomase i u jednostavnijim sustavima već sad je bitno isplativija Zagreb, 3.12.2018..

Literatura: Ćosić B, Stanić Z, Duić N.: Geographic distribution of economic potential of agricultural and forest biomass residual for energy use: case study of Croatia. Energy 2011;36:2017–28. Bilandzija N, Voca N., Kricka T., Matin A., Jurisic V.: Energy potential of fruit tree pruned biomass in Croatia, Spanish Journal of Agricultural Research 2012;10(2):292-298. Bogdan, S., Kajba, D.; Katičić, I.: Production of biomass in clonal tests of Arborescent willow in marginal habitats in Croatia. Glas. šum. pokuse, pos. izd. 5, 261-275., 2006. Kajba, D., Bogdan, S.; Katičić, I.: Selection of clones of willow for biomass production in short rotations. Renewable energy in the Republic of Croatia, HGK, Osijek, 27.-29. svibnja 2007., Zbornik radova:107-113.  Kajba, D.; Domac, J.; Šegon, V.: Estimation of short rotation crops potential in the Republic of Croatia: Illustration case within FP7 project Biomass Energy Europe, Sumarski List 01/2011; CXXXV(7-8):361-370. Dominković DF, Ćosić, B., Bačelić Medić, Z., Duić, N..: A hybrid optimization model of biomass trigeneration system combined with pit thermal energy storage. Energy Conversion and Management 2015;104:90-99. Dominković, DF.; Bačelić Medić, Z; Ćosić, B; Duić, N. An Optimization Model for Combining Seasonal Pit Thermal Energy Storage and Biomass Trigeneration Energy System // Digital Proceedings of 1st South East European Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems / Ban, Marko...[et al.](ur.). Zagreb : Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, Zagreb, 2014. 0210-1-0210-15 Pfeifer, A; Dominković, DF; Ćosić, B. Economic potential of biomass from unused agriculture land for energy use: case of Croatia // Digital Proceedings of the 10th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems - SDEWES / Ban, Marko .... [et al.] (ur.). Zagreb, 2015. 0399-1-0399-12. Zagreb, 3.12.2018..

Mapiranje toplinskih i rashladnih potreba IEE projekt 15 partnera iz 12 EU zemalja Glavni ciljevi Izgradnja kapaciteta lokane uprave i aktera na području centraliziranih toplinskih sustava Mapiranje toplinskih i rashladnih potreba Pomoć i podrška u razvoju nacionalnih planova za grijanje i hlađenje (NPGH) Zagreb, 3.12.2018..

4DH projekt 4DH Istraživački centar je jedinstvena suradnja između industrije, sveučilišta i javnog sektora koja ispituje potencijal za razvoj 4. generacije sustava centraliziranog grijanja. Uloga centraliziranog grijanja u pametnim energetskim sustavima „Heat Roadmap Europe” – Najjeftinije niskougljično grijanje Uštede toplinske energije Centralizirano grijanje Dizalice topline Zagreb, 3.12.2018..

BEAST projekt Beyond Energy Action Strategies Zagreb, 3.12.2018..

BEAST projekt Beyond Energy Action Strategies Hvala Vam na pažnji! BEAST projekt Beyond Energy Action Strategies www.beastproject.eu 4DH www.4dh.dk antun@sdewes.org stratego-project.eu/hr Zagreb, 3.12.2018..