Analiza porównawcza opłacalno ści ekonomicznej biogazowni rolniczej i utylizacyjnej

Andrzej Curkowski, Anna Oniszk-Popławska,

Instytut Energetyki Odnawialnej

Dziesięć spośród czternastu dotychczas zrealizowanych na polskim rynku biogazowni

rolniczych to duŜe instalacje, których moce zainstalowane mieszczą się w przedziale 0,5 - 2,1 MWel. Według Bazy danych inwestycji biogazowych Biogaz 2011, opracowanej przez Instytut Energetyki Odnawialnej, w planach i w realizacji znajduje się obecnie ok. 330 instalacji do wytwarzania biogazu ze źródeł rolniczych, których przewidywana moc wynosi średnio 1,49 MWel, z czego 50 projektów znajduje się juŜ w fazie zaawansowanego przygotowania do budowy1. Z analiz preferencji wyboru substratów przez inwestorów i deweloperów tych biogazowni, wynika Ŝe największym zainteresowaniem cieszą się róŜnego rodzaju odpady, w tym odchody zwierzęce, odpady z przemysłu rolno-spoŜywczego, odpady poubojowe oraz rośliny energetyczne, reprezentowane najczęściej przez kiszonkę kukurydzianą. Właściwy dobór substratów wsadowych biogazowni ma kluczowe znaczenie dla rentowności przedsięwzięcia.

26%

28%7%

13%

7%

17%

2%kiszonka kukurydzy

gnojowica świńska bądźbydlęca

odchody kurze

odpady poubojowe

odpady z gorzelni

odpady z przemysłuowocowo warzywnego (wtym z cukrowni i gorzelni)z przemysłu mleczarskiego

Rysunek 1. Udział poszczególnych rodzajów substratów rozwaŜanych przez deweloperów i inwestorów planowanych biogazowni do wsadu planowanych biogazowni, dane z 2010 roku1.

PowyŜsze przesłanki wzięto pod uwagę w doborze kryteriów do przeprowadzenia

przykładowej, porównawczej analizy ekonomicznej 2 najczęściej realizowanych modeli biogazowni. W tym celu, na podstawie danych na temat aktualnie przygotowywanych inwestycji, opracowano dwa modelowe projekty inwestycje, o mocy powyŜej 500 kWel, które przy istniejących uwarunkowaniach prawnych i finansowych mają największe uzasadnienie ekonomiczne. Rentowność mniejszych biogazowni, a w szczególności mikrobiogazowni, jest nadal niezadowalająca, co przy jednoczesnym braku wystarczającej ilości obiektów referencyjnych, oraz praktycznych doświadczeń inwestorów i danych dotyczących nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, utrudnia określenie wiarygodnych kryteriów do oceny tego typu instalacji.

Wybrane przykłady, a zarazem warianty technologiczne biogazowni róŜnią się zasadniczo w zakresie mocy zainstalowanej oraz substratów zastosowanych we wsadzie dla biogazowni. Porównaniem zostały objęte: biogazownia, oparta na wsadzie z kiszonki kukurydzy i gnojowicy o mocy 0,86 MWel,, zwana dalej biogazownią rolniczą oraz biogazownia, wykorzystująca odpady z przemysłu rolno-spoŜywczego i przetwórstwa mięsnego o mocy 1,81 MWel, zwana dalej biogazownią utylizacyjną. Za pomocą przedstawienia róŜnych wariantów mocy zainstalowanych biogazowni, analiza ekonomiczna pozwala ocenić wpływ nowego instrumentu wsparcia, jakim jest

moŜliwość łączenia przychodów ze sprzedaŜy zielonych świadectw pochodzenia i świadectw kogeneracyjnych, których cena rynkowa kształtuje się w zaleŜności od mocy układu kogeneracyjnego.

Do oceny ekonomicznej wymienionych przykładów, opartych na praktycznych doświadczeniach inwestorskich, wykorzystano program do analiz opłacalności biogazowni rolniczych, Biogaz Inwest, opracowany przez Instytut Energetyki Odnawialnej we współpracy z Uniwersytetem Ekonomicznym we Wrocławiu, który został zastosowany m.in. do przeprowadzenia symulacji opłacalności ekonomicznej biogazowni na potrzeby opracowania dla Ministerstwa Gospodarki „Przewodnika dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych”.

ZałoŜenia do analizy

W obydwu opisywanych przypadkach przyjęto, Ŝe planowana biogazownia pracować będzie w najbardziej rozpowszechnionej obecnie technologii – fermentacji mokrej, w warunkach mezofilowych, a czas pracy biogazowni będzie wynosił 8000 h w ciągu roku. Zakładane jest równieŜ, Ŝe inwestor posiada własny teren pod budowę biogazowni. Przygotowując analizę ekonomiczną projektu biogazowni naleŜy uwzględnić w nakładach inwestycyjnych wartość gruntu, nawet w przypadku, gdy jest własnością inwestora. Według danych praktycznych, które wykorzystano w analizie, powierzchnia terenu pod inwestycję powinna wynosić co najmniej 1,5 ha, natomiast jeŜeli do zagospodarowania masy pofermentacyjnej inwestor planuje wykorzystanie lagun, naleŜy w tym celu zapewnić odpowiednio większą powierzchnię terenu. W przypadku biogazowni rolniczej inwestor dysponował gruntem o powierzchni 4 ha, natomiast pod budowę biogazowni utylizacyjnej wybrana została działka o powierzchni 3 ha. Wsad do biogazowni

O opłacalności ekonomicznej biogazowni oraz o wielu zastosowanych w nich rozwiązaniach technologicznych decyduje w duŜym stopniu rodzaj i właściwości wsadu stosowanego w komorze fermentacyjnej.

W przykładowej biogazowni rolniczej załoŜono, Ŝe instalacja będzie wykorzystywać 30.000 t/r gnojowicy świńskiej, pozyskiwanej bezpłatnie jako odpad z gospodarstw rolnych oraz 15.000 t/r kiszonki kukurydzy, nabywanej po cenie rynkowej 100 zł/t. Do przechowywania przefermentowanej biomasy wybrano laguny, co jest rozwiązaniem znacznie tańszym, niŜ budowa zbiornika Ŝelbetowego.

W przykładowej biogazowni utylizacyjnej zastosowano natomiast odpady, pochodzące głównie z przetwórstwa mięsnego, przyjmowane w biogazowni do utylizacji za opłatą w wysokości 70 zł/t, takie jak: krew - 2.000 t/r, tłuszcz z odtłuszczaczy - 3.000 t/r, wnętrzności i części mięsne - 500 t/r, skratki - 2.000 t/r. Do wsadu zastosowano takŜe inne odpady nabywane po cenie rynkowej 50 zł/t:, odpady kuchenne - 9.000 t/r, wywar pogorzelniany zboŜowy - 20.000 t/r oraz odchody drobiowe podsuszone - 10.000 t/r pozyskiwane za darmo. W związku z zastosowaniem substratów poubojowych w biogazowni utylizacyjnej konieczna jest higienizacja wsadu w zaleŜności od kategorii odpadów - dla kategorii II w temperaturze 1330C a dla odpadów kategorii III przy 700C. Parametry technologiczne

Zestawienie najwaŜniejszych parametrów technologicznych porównywanych biogazowni

przedstawiono w formie tabelarycznej.

Biogazownia rolnicza 0,86 MW el

Biogazownia utylizacyjna 1,81 MW el

Produkcja biogazu [mln m 3/r] 3,2 6,8 Dostępność urządzeń przy 8000h/rok [%]

91% 91%

Elektryczna moc zainstalowana [MW e] 0,86 1,81 Cieplna moc zainstalowana [MW t]: 0,97 2,04 Sprawno ść produkcji energii elektrycznej w kogeneracji [%]

39

39

Sprawno ść produkcji ciepła w kogeneracji [%]

44 44

Produkcja energii 6,9 14,5

Elektrycznej [GWh/r] Produkcja ciepła [TJ/r] 28,0 58,8 TJ/r ZuŜycie energii elektrycznej na potrzeby własne [%]

9 9

ZuŜycie ciepła na potrzeby własne [TJ/rok]

6,6 (24%) 15,3 (26%)

Hydrauliczny czas retencji [dni] 38 51 Objętość komór fermentacyjnych [ tyś. m3]

4,7 6,5

Odzysk biogazu w zbiorniku wtórnym [%]

3,7 (laguny) 3,7 (zbiornik pod przykryciem)

Sprzeda Ŝ energii elektrycznej [%] 100 100 Sprzeda Ŝ ciepła (nadwy Ŝki) [%] 20 80 Ilość pulpy pofermentacyjnej [tyś. t/r] 41,2 69,5

Sposób przechowywania pulpy pofermentacyjnej

laguny zbiornik

Powierzchnia lagun/obj ętość zbiornika 2,3 ha/ - - / 44 tyś m3 Wymagana powierzchnia pól do nawo Ŝenia [ty ś ha]

1,5 2,5

Nakłady inwestycyjne

Obie inwestycje sfinansowano pokrywając 80% nakładów inwestycyjnych za pomocą kredytu bankowego z oprocentowaniem 8,5% w skali roku i 12 - letnim okresem kredytowania natomiast 20% stanowiły środki własne,.

Sumaryczne nakłady inwestycyjne w biogazowni rolniczej wyniosły 15,5 mln zł, co w przeliczeniu na 1 MWel mocy zainstalowanej daje 18,0 mln zł/MWel. Największy udział procentowy w strukturze nakładów na tą instalację posiadają układ kogeneracyjny (17%) oraz komora fermentacyjna (16%).

W biogazowni utylizacyjnej całkowite nakłady wyniosły 42,3 mln zł, co daje wskaźnik 23,3 mln zł na 1 MWel mocy zainstalowanej. Największy udział procentowy, wynoszący powyŜej 50% w strukturze nakładów, ma zbiornik Ŝelbetowy na przechowywanie pulpy pofermentacyjnej.

Nakłady inwestycyjne

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0

Składowanie i obróbka wstępna materiału wsadowego

Środki transportu

Komora fermentacyjna

Układ kogeneracyjny

System grzewczy

Instalacje (wod/kan/gaz)

Instalacje elektryczne i pomiarowe

Przechowywanie pulpy pofermentacyjnej

Prace budowlano-montaŜowe

Inne

Kat

egor

ie n

akła

dów

miliony PLN

Biogazownia rolicza 0,86 MWe

Biogazownia utylizacyjna 1,81 MWe

Rysunek 2. Porównanie wysokości nakładów inwestycyjnych dla biogazowni rolniczej 0,86 MWel i biogazowni utylizacyjnej 1,81 MWel. Koszty operacyjne

W strukturze kosztów operacyjnych biogazowni rolniczej, które bez amortyzacji wynoszą 3,9

mln zł, największy udział ma koszt zakupu i przechowywania substratów. Gnojowica jest

pozyskiwana bezpłatnie, natomiast zakup kiszonki wiąŜe się z opłatą 100 zł/t. Kiszonka jest przechowywana w rękawie, co powoduje wzrost o 20% jej całkowitego kosztu. Kolejną znaczącą pozycją kosztów jest logistyki związany z rozwoŜeniem przefermentowanej pulpy na łąki.

Koszty operacyjne

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

Koszt przechowywania kiszonki wrękawie (jako oddzielna pozycja)

Łączny koszt zakupu iprzechowywania substratów

Zakup energii elektrycznej napotrzeby własne

Eksploatacja przyłącza e.e.: czynszdzierŜawny -stacja TRAFO

Koszt oleju do generatora

Naprawy, zakup części zamiennych

Podatek od budowli

Wynagrodzenie pracowników

Ubezpieczenie pracowników

Ubezpieczenie ododpowiedzialności cywilnej

Ubezpieczenie majątku

Koszt rozwoŜenia pulpypofermentacyjnej na pola/łąki

Koszt bhp i szkolenia

Materiały biurowe, usługitelekomunikacyjne

Pozostałe koszty

Kat

egor

ie k

oszt

ów

Miliony PLNBiogazownia rolnicza 0,86 MWe

Biogazownia utylizacyjna 1,81 MWe

Rysunek 3. Porównanie struktury rocznych kosztów operacyjnych dla biogazowni rolniczej 0,86 MWel i biogazowni utylizacyjnej 1,81 MWel.

W przypadku biogazowni utylizacyjnej koszty operacyjne bez uwzględnienia amortyzacji wynoszą 9,1 mln zł. W ich strukturze największy udział ma zakup i przechowywanie substratów. Przyjęto, Ŝe biogazownia kupuje 29 tyś. t/r substratów po cenie 50 zł/t, a takŜe przyjmuje odpady poubojowe do utylizacji w ilości 7,5 tyś. t/r, pobierając z tego tytułu opłatę w wysokości 70 zł/t. JeŜeli inwestor uzyska zgodę na wylewanie pulpy pofermentacyjnej na łąki pastewne, szacowana powierzchnia, która powinna być dostępna do takiego nawoŜenia, to ponad 2,5 tyś. ha. NaleŜy równieŜ uwzględnić koszt rozwoŜenia nawozu, który moŜe sięgać kilkuset zł/ha.

Przychody i wskaźniki ekonomiczne

Przy pomocy programu Biogaz Inwest określono następujące wskaźniki rentowności opisywanych inwestycji:

• NPV (wartość bieŜącą netto) – określa sumę wszystkich przepływów pienięŜnych netto generowanych przez cały okres funkcjonowania biogazowni, które po zsumowaniu są dyskontowane w celu ujednolicenia ich wartości pienięŜnej.

• IRR (wewnętrzna stopa zwrotu) – jest miarą rentowności inwestycji. Im wyŜsza wartość IRR, tym większy dochód przynosi biogazownia. Z drugiej strony IRR jest maksymalną stopą oprocentowania kredytu inwestycyjnego, który pozwoli sfinansować projekt bez straty dla inwestora.

• SPBT – (prosty okres zwrotu) – jest to czas niezbędny do odzyskania poniesionych nakładów inwestycyjnych na biogazownię, bez uwzględniania zmiany wartości pieniądza w czasie.

Całkowite przychody dla biogazowni rolniczej w pierwszym roku funkcjonowania wyniosą 5,1 mln zł, a inwestycja według wyników analizy ekonomicznej charakteryzuje się następującymi wskaźnikami opłacalności2:

• NPV: 3,3 mln zł • IRR: 15% • SPBT (prosty okres zwrotu): 7 lat • Ogólna ocena inwestycji: opłacalna.

Przychody

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

SprzedaŜ energii elektrycznej

SprzedaŜ ciepła

SprzedaŜ zielonych ŚP

SprzedaŜ Ŝółtych ŚP

SprzedaŜ fioletowych ŚP

Przychód za przyjęcie odpadów do utylizacji

Rekompensata za wykorzystanie pulpy na polach własnych

Kat

egor

ie p

rzyc

hodó

w

Miliony PLN

Biogazownia rolnicza 0,86 MWe

Biogazownia utylizacyjna 1,81 MWe

Rysunek 4. Porównanie struktury rocznych przychodów dla biogazowni rolniczej 0,86 MWel i dla biogazowni utylizacyjnej 1,81 MWel.

Natomiast dla biogazowni utylizacyjnej całkowite przychody w pierwszym roku funkcjonowania wyniosą 9,0 mln zł, a inwestycja według wyników analizy ekonomicznej osiągnie następujące wskaźniki ekonomiczne 2:

• NPV: 8,3 mln zł • IRR: 16% • SPBT (prosty okres zwrotu): 7 lat • Ogólna ocena inwestycji: opłacalna.

Profil NPV projektu

-10 000 000

-5 000 000

0

5 000 000

10 000 000

15 000 000

20 000 000

25 000 000

30 000 000

35 000 000

40 000 000

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80%

Koszt kapitału

NP

V

NPV Biogazownia rolnicza 0,86MWe

NPV Biogazownia utylizacyjna 1,81 MWe Rysunek 5. Porównanie profilu NPV biogazowni rolniczej 0,86 MWel i biogazowni utylizacyjnej 1,81 MWel. Analiza wraŜliwości dla biogazowni rolniczej i utylizacyjnej

Największą wraŜliwość na zmianę parametrów wejściowych w obliczeniach dla biogazowni rolniczej wykazały: konieczność zakupu gnojowicy, w sytuacji, gdy w danej lokalizacji nie byłaby dostępna bezpłatnie, przekazywanie przefermentowanej ,pulpy za darmo okolicznym rolnikom oraz brak wystarczającej ilości terenu pod inwestycję. Gnojowica w zaleŜności od pochodzenia charakteryzuje się produktywnością biogazu z 1 tony substratu do 50% niŜszą od kiszonki kukurydzy, natomiast rynkowa cena zakupu 1 tony gnojowicy wynosi ok. 25-50 zł/t i jest obecnie średnio kilkakrotnie niŜsza niŜ cena kiszonki kukurydzy1. W przypadku konieczności zakupu gnojowicy, która jest bardzo popularnym substratem w biogazowniach koszt jej zakupu moŜe znacznie pogorszyć rentowność całego projektu. Dlatego teŜ, jeŜeli występuje konieczność zakupu substratów, naleŜy rozwaŜyć zakup materiału o jak najwyŜszej produktywności biogazu. Analizowana biogazownia wykorzystuje pulpę pofermentacyjną na polach własnych, natomiast analiza wraŜliwości dla przypadku bezpłatnego przekazywania pulpy okolicznym rolnikom, wykazała brak rentowności instalacji. Brak wystarczającej ilości terenu pod inwestycję powoduje natomiast konieczność budowy zbiornika Ŝelbetowego zamiast lagun do przechowania takiej samej ilości pulpy pofermentacyjnej przez 6 miesięcy w roku, co jest rozwiązaniem wielokrotnie bardziej kosztownym.

W przypadku biogazowni utylizacyjnej największą wraŜliwość na zmianę parametrów pracy wykazało zagospodarowanie pulpy pofermentacyjnej poprzez wylewanie na łąki. W celu uzyskania pozwolenia na takie działanie naleŜy spełnić określone wymagania prawne udokumentowane badaniami składu chemicznego pozostałości po fermentacji. Przy braku takiej moŜliwości rolniczego zagospodarowania, pulpę naleŜy odwodnić poprzez dekantację, a następnie ewaporację. Po rozdziale frakcji suchą masę naleŜy przekazać do spalenia w zakładzie utylizacyjnym, natomiast odciek zawrócić do zbiornika, co zmniejsza zapotrzebowanie na wodę do rozcieńczania, z kolei nadmiar odcieku jest kierowany do oczyszczalni ścieków. Wysoki koszt spalenia frakcji stałej w zakładzie utylizacyjnym, który dochodzi do kilkuset złotych za tonę, w praktyce eliminuje moŜliwość stosowania takiego rozwiązania ze względów ekonomicznych. Podsumowanie

Na opłacalność biogazowni rolniczej ma wpływ szereg parametrów technologicznych i rynkowych, kształtujących koszty i przychody instalacji, które na etapie opracowywania koncepcji

powinny być tak dobrane, aby zapewnić optymalizację rentowności przedsięwzięcia, co wymaga przeprowadzenia przez inwestora dokładnej analizy uwzględniającej wszystkie kluczowe aspekty rynkowe. MoŜe być w tym pomocne skorzystanie z gotowych narzędzi kalkulacyjnych i przeprowadzenie analiz podobnych do wyŜej zaprezentowanych, wykonanych w programie Biogaz Inwest.

Analizy ekonomiczne wskazują, Ŝe najkorzystniejszą formułą realizacji biogazowni w warunkach polskich jest zintegrowanie jej z gospodarstwem rolno-hodowlanym lub z zakładem przetwórstwa rolno-spoŜywczego, z uwagi na dostępność substratów oraz oparcie przedsięwzięcia na redukcji kosztów pozyskania energii, zakupu nawozów oraz utylizacji odpadów. Istotne jest takŜe wykorzystanie dostępnych instrumentów wsparcia inwestycyjnego, takich jak środki pomocowe czy rynek pienięŜny. Nie w kaŜdym przypadku moŜliwe jest jednak zapewnienie optymalnych przepływów surowców, paliw i energii, oraz produktów ubocznych procesu, jakie starano się dobrać w powyŜszych przykładowych analizach ekonomicznych,

Wiele czynników, których zmiany w największym stopniu wpływają na rentowność biogazowni, moŜe być zidentyfikowanych przez inwestora juŜ na wstępnym etapie realizacji inwestycji. W kwestii zapewnienia surowców naleŜą do nich: wieloletnia gwarancja dostaw substratów po moŜliwie najniŜszej cenie, wykorzystanie jako wsadu surowców o wysokiej produktywności biogazu, będących odpadem z innej działalności produkcyjnej, oraz minimalizacja odległości transportu materiału wsadowego do biogazowni. Do kluczowych aspektów wpływających na rentowność projektu naleŜą teŜ: moŜliwość zagospodarowania pulpy pofermentacyjnej na polach własnych lub gwarancja odbioru przez inne podmioty, oraz dokładna analiza moŜliwości wykorzystania produktu końcowego w przypadku zastosowania odpadów kategorii II i III. Nie mniej istotna jest takŜe moŜliwość uzyskania wsparcia z tytułu zastosowania wysokosprawnej kogeneracji poprzez właściwy dobór agregatu kogeneracyjnego i sprzedaŜy ciepła odpadowego. Przy planowaniu biogazowni naleŜy zwrócić takŜe szczególną uwagę na dostępność w wybranej lokalizacji odpowiedniej infrastruktury z jak najmniejszymi odległościami do GPZ, występowanie w najbliŜszym sąsiedztwie odbiorców ciepła oraz istnienie sieci wodno-kanalizacyjnej. Konieczność rozbudowy infrastruktury przyłączeniowej o kilka kilometrów, w szczególności w przypadku małych biogazowni, moŜe skutkować brakiem rentowności inwestycji. Korzystne dla zapewnienia opłacalności projektu jest takŜe: ograniczenie wielkości zbiorników np. komór fermentacyjnych poprzez stosowanie fermentacji suchej, zastosowanie lagun do przechowywania pulpy pofermentacyjnej, a takŜe posiadanie wieloletniej gwarancji poziomu produkcji przez dostawcę technologii przy zastosowaniu określonej kompozycji materiału wsadowego.

WyŜej wymienione czynniki stanowią elementy ryzyka inwestycyjnego, przekładającego się równieŜ na warunki udzielania kredytów przez banki, dlatego istotne jest poświęcenie uwagi tym zagadnieniom juŜ na wstępnym etapie planowania inwestycji. Literatura. 1 Wiśniewski G. (red.), Curkowski A., Mroczkowski P., Oniszk-Popławska A., Zowsik M. 2010. „Przewodnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych”. Warszawa, in Press 2 Przykłady obliczeniowe Biogaz Inwest, Instytut Energetyki Odnawialnej, Warszawa 2011, http://www.ieo.pl/dokumenty/biogazinwest/przyklady_obliczeniowe_Biogaz_Inwest_gnojowica_kiszonka.pdf, http://www.ieo.pl/dokumenty/biogazinwest/przyklady_obliczeniowe_Biogaz_Inwest_utylizacyjna.pdf