1. 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,

2. 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. 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,

4. 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,

5. 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
800 BE 60
120 DK
5697
2807 64 FR
2300 DE
4000
5000
2000 IE
930
2200 IT
670
5490
50-100 LT
550 PL
300 SE
11000
450 UK
Programi državne potpore su razvijeni u Švedskoj, Finskoj, Italiji i Španjolskoj.
U Hrvatskoj, samo eksperimentalni nasadi, 30 ha vrbe i topole.
Zagreb,

6. 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,

7. 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,

8. 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,

9. 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,

10. 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,

11. Rezultati
Zagreb,

12. 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,

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

14. 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,

15. 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,

16. Zaključak
Preko 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,

17. 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):
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, , 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, svibnja 2007., Zbornik radova:  
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):
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,
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,
Zagreb,

18. 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,

19. 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,

20. BEAST projekt Beyond Energy Action Strategies
Zagreb,

21. BEAST projekt Beyond Energy Action Strategies
Hvala Vam na pažnji!
BEAST projekt Beyond Energy Action Strategies
4DH
stratego-project.eu/hr
Zagreb,