Uwarunkowania

produkcji biogazu

rolniczego w

Polsce

Edward Majewski

Adam Wąs

Piotr Sulewski

Uwarunkowanie rozwoju OZE

• „Wyczerpywalność zasobów” – zagadnienie poruszane przez ekonomistów od dawna – np. W. Jevons – XIX w. – zasoby węgla w Anglii, Malthus XVIII w. – zasoby ziemi;

• Kryzys energetyczny lat 70-tych;

• Idea trwałego (zrównoważonego) rozwoju – raport Gro Brundtland – Światowa Komisja ds. Środowiska i Rozwoju (1987 – „Nasza wspólna przyszłość”);

• Zmiany klimatyczne – efekt cieplarniany;

1778 1740

1882

Starożytny

Rzym

1888

Technologie wykorzystania

odnawialnych źródeł energii

mają dłuższą historię niż

źródeł „konwencjonalnych” i

sięgają czasów

starożytnych.

„Krótka”

historia OZE

„Krótka” historia OZE • 1808- Sir Humphrey Davy stwierdza

obecność metanu w gazach powstających

podczas beztlenowej fermentacji obornika

• 1884 – studenci Ludwika Pasteura

zaprezentowali technologię wykorzystania

biogazu do ogrzewania i oświetlania ulic

• 1895 – biogaz zastosowany do oświetlania

ulic w Exeter

• 1940 - Biogaz wykorzystywany jako

alternatywne paliwo wobec braków

benzyny

• 1957 – samochód Bates’a napędzany

biogazem z obornika świńskiego przez 17

lat

• Program rozwoju mini biogazowni w

Nepalu – rok 2005: 150 tys. „mini

biogazowni” przydomowych

Bates’ car

Energia ze źródeł odnawialnych

• Energia rzek

• Wiatru

• Promieniowania słonecznego

• Energia geotermalna

• Biomasa

– bezpośrednie spalanie materii organicznej

-biopaliwa płynne

-biogaz

Teoretycznie dostępna

energia słoneczna

szacunkowo przekracza

aktualne

zapotrzebowanie na

OZE ~6000 razy

Definicja OZE w Polsce

Ustawa z dn. 20 lutego 2015 r. o odnawialnych

źródłach energii:

„odnawialne źródło energii – odnawialne,

niekopalne źródła energii obejmujące energię

wiatru, energię promieniowania słonecznego,

energię aerotermalną, energię geotermalną,

energię hydrotermalną, hydroenergię, energię

fal, prądów i pływów morskich, energię

otrzymywaną z biomasy, biogazu, biogazu

rolniczego oraz z biopłynów”.

OZE – cele polityki klimatyczno-

energetycznej

PAKIET KLIMATYCZNO –

ENERGETYCZNY

3 X 20% - 2020 ROK

Zmniejszenie emisji

gazów cieplarnianych

o 20% w stosunku do

roku 1990

Zwiększenie o 20%

efektywności

wykorzystania energii

w stosunku do

prognoz na 2020 r.

Zwiększenie do 15%

udziału źródeł

odnawialnych w

całkowitym zużyciu

energii w tym w

transporcie do 10%

Uwarunkowanie rozwoju OZE

Co wspólnego z tymi celami ma rolnictwo ?

UDZIAŁ

ROLNICTWA W

EMISJI GAZÓW

CIEPLARNIANYCH

90,22%

4,94%

0,06% 1,63%

3,14%

0,02%

9,79%

sektory pozarolnicze

powierzchnia gleby

uprawa ryżu

gospodarkaodchodami zwierząt

fermentacja jelitowa

wypalanie pól inieużyków

„Miks” energetyczny w skali świata

Ropa; 32,6%

Gaz; 23,7%

Węgiel; 30,0%

Atom; 4,4%

Hydroenergia; 6,8%

OZE; 2,5%

Udział źródeł w zużywanej energii (OZE bez drewna i wody)

Ropa; 32,6%

Gaz; 23,7%

Węgiel; 30,0%

Atom; 4,4%

OZE 9,3%

Udział źródeł w zużywanej energii (OZE + hydroenergia)

Paliwa kopalne;

78,3%

Energia atomowa;

2,6%

OZE 19,1%

Udział źródeł w zużywanej energii (OZE + hydroenergia + drewno)

Źródło: BP Statistics 2015, REN21, 2014

Udział OZE jest różnie

szacowany w

zależności od

przyjętego sposobu

klasyfikacji źródeł

energii

Struktura zużycia energii w Polsce

wg źródeł

węgiel; 52,4%

ropa; 23,8%

gaz; 14,1%

OZE; 9,6%

Udział źródeł w zużywanej energii pierwotnej (szerokie ujęcie)

3992 PJ

93 Mtoe

80,3%

2,5%

6,1%

8,2%

2,1% 0,4% 0,2% 0,2%

19,7%

Udział poszczególnych źródeł w produkcji energii odnawialnej

biopaliwa stałe energia wody

energia wiatru biopaliwa ciekłe

biogaz odnawialne odpady komunalne

energia geotermalna energia słonecznaŹródło: GUS 2015

Energia z OZE w Polsce

45,9

80,3

32,4

81,7

16,6

2,5

5,9

11,1

10,53

6,1

13,2

0,7

6,69

8,2

9,4

3,7

7,01

2,1

20,4

0,6

3,08

0,2

0,4

0

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Struktura pozyskania energii odnawialnej w wybranych krajach

energiasłoneczna

energiageotermalna

odnawialneodpadykomunalne

biogaz

biopaliwaciekłe

energiawiatru

energiawody

biopaliwastałe

0

5

10

15

20

25

2005 2010 2011 2012 2013 2020

Udział energii z OZE w końcowym zużyciu energii

brutto

UE

Polska

Źródło: GUS: Energia ze źródeł odnawialnych – różne lata

Biogaz rolniczy

SKŁAD %

Metan CH4 55-75

Dwutlenek węglaCO2

25-45

Azot N2 0-0,3

Wodór H2 1-5

Siarkowodór H2S

0-3

Tlen O2 0,1-0,5

Paliwo gazowe otrzymywane w

procesie fermentacji metanowej

surowców rolniczych, produktów

ubocznych rolnictwa, płynnych

lub stałych odchodów

zwierzęcych, produktów

ubocznych lub pozostałości z

przetwórstwa produktów

pochodzenia rolniczego lub

biomasy leśnej.

Biogaz rolniczy

Biogazowa mapa Polski

http://biogazownierolnicze.pl/mapa-biogazowni

Biogazownie nierolnicze ~

190, łączna zainstalowana

moc elektryczna 212,5 MW

(~3% mocy OZE)

Biogazownie

rolnicze - 78,

łączna

zainstalowana

moc

elektryczna

93,4 MW,

wydajność 358

mln m3

Plany MG z

2010 r. – >2000

biogazowni

rolniczych

(„biogazownia

prawie w

każdej

gminie”)

Dynamika rozwoju biogazowni rolniczych

0

50

100

150

200

250

2011 r. 2012 r. 2013 r. 2014 r. 2015 r.

Ilość wytworzonego biogazu rolniczego [w mln m3]

Wykorzystanie

zainstalowanych mocy

na poziomie 59%

8 16

28

42

58

78

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 stycznia2011

1 stycznia2012

1 stycznia2013

1 stycznia2014

1 stycznia2015

1 stycznia2016

Liczba biogazownie rolniczych wpisanych do rejestru ARR

0

100

200

300

400

500

2011 r. 2012 r. 2013 r. 2014 r. 2015 r.

Ilość energii elektrycznej wytworzonej z biogazu

rolniczego [w GWh]

Zalety biogazu rolniczego

• uniezależnienie od pogody

• zwiększenie bezpieczeństwa

energetycznego

• tanie źródło utylizacji

odpadów

• zmniejszenie uciążliwości

odorowej

• dodatkowe źródło dochodów,

miejsca pracy

• wypełnianie wymogów pakietu

klimatyczno-energetycznego

• ograniczenie emisji

….. ale o rozwoju (lub jego

braku) decyduje coś

innego….

1 kg

(z redukcji paliw

kopalnych)

około1 kg (z redukcji metanu)

ekwiwalent około2 kg

CO2

Na 1 kg ekwiwalentu CO2

redukowanego w wyniku

zastąpienia paliw kopalnych

biogazem

otrzymuje się dodatkowo około

1 kg ekwiwalentu CO2 (głównie

metan) redukowanego

przez zastąpienie tradycyjnego

sposobu gospodarowania

odchodami zwierzęcymi ich

fermentacją w biogazowni

Wady biogazu rolniczego

… i nie są to raczej podstawowe wady

biogazu takie jak:

• niski stopień akcepcji społecznej

• konieczność stosowania kosubstratów

(często) – konkurencja o ziemię uprawną

• duże wymagania w odniesieniu do

zachowania reżimu technologicznego

Wsparcie OZE do 2015 System świadectw pochodzenia energii

"zielony" - podstawowy

"żółty" - kogeneracja mała (<1 MW)

"czerwony" - kogeneracja duża (> 1MW)

"filetowy" - spalanie metanu

"brązowy" - biogaz rolniczy

Prawa majątkowe

wynikające ze

świadectwa

pochodzenia są

zbywalne i

stanowią towar

giełdowy

Opłata

zastępcza:

~ 300 zł /

MWh 0

50

100

150

200

250

300

20

10-0

6-2

920

10-0

8-1

720

10-1

0-0

520

10-1

1-2

520

11-0

1-1

820

11-0

3-0

820

11-0

4-2

820

11-0

6-2

120

11-0

8-1

120

11-0

9-2

920

11-1

1-2

220

12-0

1-1

020

12-0

2-2

820

12-0

4-1

720

12-0

6-1

420

12-0

8-0

220

12-0

9-2

020

12-1

1-1

320

13-0

1-0

120

13-0

2-1

920

13-0

4-0

920

13-0

5-2

820

13-0

7-1

620

13-0

9-0

320

13-1

0-2

220

13-1

2-1

020

14-0

1-2

820

14-0

3-1

820

14-0

5-0

620

14-0

6-2

620

14-0

8-1

420

14-1

0-0

220

14-1

1-2

520

15-0

1-2

220

15-0

3-1

220

15-0

4-3

020

15-0

6-2

320

15-0

8-1

120

15-0

9-2

920

15-1

1-1

720

16-0

1-0

520

16-0

2-2

320

16-0

4-1

2

data

Notowania cen „zielonych certyfikatów” [zł/1 MWh]

System wsparcia OZE od

2015/2016 r. ? MOC INSTALACJI MECHANIZM WSPARCIA

Mik

roin

sta

lacj

e (d

o 4

0 k

W)

< 3 kW

Sy

stem

ba

zują

cy n

a o

bo

wią

zku

za

ku

pu

na

dw

yże

k

ener

gii

- t

zw.

"n

et-m

eter

ing

"

Sy

stem

ta

ryf

gw

ara

nto

wa

nych

cena 0,75 zł/ kWh (hydroenergia, energia

wiatru i słońca)

3 - 10 kW

1) biogaz rolniczy – 0, 70 zł za 1 kWh; 2) biogaz pozyskany z surowców

pochodzących ze składowisk odpadów – 0,55

zł za 1 kWh;

3) biogaz pozyskany z surowców

pochodzących z oczyszczalni ścieków – 0,45

zł za 1 kWh;

4) hydroenergia – 0,65 zł za 1 kWh;

5) energia wiatru na lądzie – 0,65 zł za 1

kWh;

6) energia promieniowania słonecznego –

0,65 zł za 1 kWh.

< 40 kW

Obowiązek odkupu nadwyżek energii po cenie wynoszącej

100% ceny na rynku konkurencyjnym (osoby fizyczne i

przedsiębiorstwa)

Małe instalacje 40 - 200 kW

System aukcji (dla przedsiębiorstw) Pozostałe instalacje

(duże) >200 kW

Wsparcie OZE w wybranych krajach

Mechanizm wsparcia BE DK FR DE IT NL PL

Subsydia inwestycyjne X* X X X

Gwarantowane dopłaty dodawane do

przychodów z produkcji i sprzedaży energii

elektrycznej na rynku

X

Gwarantowane dopłaty dodane do przychodów

ze sprzedaży energii cieplnej na rynku X

Gwarantowane dopłaty dodane do przychodów

ze sprzedaży biometanu X

Dotacje w formie certyfikatów do produkcji lub

sprzedaży energii elektrycznej na rynku X X

Gwarantowane stawki taryfowe dla sprzedaży

energii elektrycznej na rynku X X X X X

Gwarantowane stawki taryfowe dla sprzedaży

energii cieplnej na rynku

Gwarantowane stawki taryfowe dla sprzedaży

biometanu na rynku X X X

Pomoc w ramach system podatkowego X X X X X X

Opłacalność inwestycji w biogazownie

rolnicze - metodyka - scenariusze

System wsparcia OZE

Nowy Stary

tylk

o e

ner

gia

elek

trycz

na

ener

gia

elek

trycz

na

+

ciep

lna

tylko energia elektryczna energia elektryczna + cieplna

tylko zielone

certyfikaty

certyfikaty

"zielone +

żółte"

tylko zielone

certyfikaty

certyfikaty

"zielone +

żółte"

PESM* OPTM* PESM OPTM PESM OPTM PESM OPTM

*„PESM” – scenariusz pesymistyczny (cena „zielonych certyfikatów”: 99 zł),

„OPTM” – scenariusz optymistyczny (cena „zielonych certyfikatów” 300 zł)

Moc elektryczna instalacji:

• 10 kW

• 40 kW

• 200 kW

Opłacalność inwestycji w

biogazownie rolnicze - metodyka Podstawowe założenia technologiczne

WYSZCZEGÓLNIENIE Moc elektryczna kogeneratora

10 kW 40 kW 200 kW

Wartość inwestycji[ zł] 410000 902 000 3400000

Niezbędna liczba zwierząt [SD] 30 116 545

Niezbędny dodatek kiszonki z kukurydzy

(kosubstrat) [t/rok] 120 450 2130

Cena kiszonki z kukurydzy [zł/t] 106 106 106

Powierzchnia GO przeznaczana pod

kiszonkę (przy plonie 55 t) 2,2 8,2 38,7

Udział energii elektrycznej z biogazowni

w energii zużywanej w gospodarstwie 70% 80% 90%

Ilość energii zużywana w gospodarstwie

rolnym i domowym [kwh/rok] 5182 18528 68308

Opłacalność inwestycji w

biogazownie rolnicze - metodyka 1. Metody tradycyjne: • NPV - wartość zaktualizowanych przepływów pieniężnych,

• IRR - wewnętrzna stopa zwrotu (IRR)

• prosty okres zwrotu

2. „Rozłożony koszt produkcji energii” LCOE - (Levelized Cost of Electricity)

LCOE=

(𝐼𝑡 + 𝑀𝑡)

(1+𝑟)𝑡𝑁𝑡=0

𝐸𝑡

(1+𝑟)𝑡𝑁𝑡=0

;

gdzie:

LCOE – “rozłożony koszt produkcji energii elektrycznej” - jednostkowy uśredniony koszt produkcji energii elektrycznej w cyklu życia (zł/kWh)

𝐼𝑡 - nakłady inwestycyjne w t-tym roku

𝑀𝑡 - koszty eksploatacyjne oraz koszty finansowe kredytu w t-tym roku

𝐸𝑡 - produkcja energii elektrycznej w t-tym roku

𝑟 - stopa procentowa

Opłacalność inwestycji w

biogazownie rolnicze - metodyka

Kalkulator opracowany w ramach projektu BioEnergy

Fram2 http://www.bioenergyfarm.eu/pl/)

Opłacalność inwestycji w

biogazownie rolnicze – wyniki

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

PESM OPTM PESM OPTM PESM OPTM PESM OPTM

tylko zielonecertyfikaty

certyfikaty"zielone + żółte"

tylko zielonecertyfikaty

certyfikaty"zielone + żółte"

tylkoenergiaelektr.

energiaelektr. +cieplna

tylko energia elektryczna energia elektryczna + cieplna

Nowy Stary

System wsparcia OZE

"Wynik operacyjny" [zł / kW e. el]

10 kW

40 kW

200 kW

„wynik operacyjny”

= przychody –

koszty

eksploatacyjne (bez

amortyzacji i

kosztów

finansowych)

Opłacalność inwestycji w

biogazownie rolnicze – wyniki

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

tylko energiaelektryczna

energiaelektryczna +

cieplna

tylko energiaelektryczna

energiaelektryczna +

cieplna

bez kosztów finansowych z kosztami finansowymi

kosz

ty, c

en

a [z

ł / k

Wh

]

10 kW

40 kW

200 kW

cena gwarantowana(do 10 kw) (feed intarif)

zakładana cenaaukcyjna

cena hurtowa

cena detaliczna

Wartość „rozłożonego kosztu produkcji energii”

LCOE

Biznesplany

• 81 gospodarstw

• mazowieckie, podlaskie, wielkopolskie

• kierunek: bydło 80 %, trzoda 20%

Biznesplany – parametry

techniczne

Moc instalacji

[kW]

Liczba gospodarstw

Przeciętna moc [kW]

Wartość inwestycji na 1 kW

mocy

Łączna zainstalowana

moc [kW]

Łączna produkcja

energii elektr.

[MWh/rok]

0<10 16 7 75,7 104 755

10-20 34 13 47,0 435 3137

20-40 20 28 27,0 561 4076

40-100 11 64 16,0 709 5153

Razem 81 22 30,3 1809 13120

Biznesplany – wyniki M

oc

inst

alac

ji

War

tość

inw

est

ycji

[ty

s.

zł] Przychody

Ko

szty

raz

em

Wyn

ik f

inan

sow

y

Razem [tys. zł]

w tym (%)

zużycie

energii elektrycznej (uniknięty

zakup)

Paliwa kopalne

(uniknięty zakup)

sprzedaż energii

0<10 492,1 19,9 26,7 7,6 65,7 42,9 -23,0

10-20 601,3 28,0 25,7 10,8 63,5 54,1 -26,1

20-40 757,6 45,6 18,3 8,6 73,1 71,4 -25,7

40-100 1030,2 93,1 24,7 3,0 72,2 97,1 -4,0

Razem 676,5 39,6 23,4 7,4 69,2 62,0 -22,4

Liczba zwierząt (SD) 112 SD

Generowana moc (kWe) 40 kWe

Produkcja ciepła (GJ) 966 GJ/rok

Ceny energii elektrycznej:

- Zakup 0,57 zł

- Taryfa gwarantowana 0,17 zł

Substraty:

- Obornik 1478 ton/rok

- Woda 535m3/rok

Przypadek 1. Kalkulacja dla mikrobiogazowni (40 kWe)

Przypadek 1. Kalkulacja dla

mikrobiogazowni (40 kWe)

Sprzedaż

nadwyżek po

cenie ustawowej

(0,17 zł/kWh)

Sprzedaż

nadwyżek

po cenie

detalicznej

(0,565 zł/kWh)

Sprzedaż

nadwyżek

po cenie

preferencyjnej

(0,7 zł/kWh)

Warianty rachunku rzeczywisty hipotetyczny hipotetyczny

Wartość inwestycji (zł) 855 600 855 600 855 600

Przychody (zł/rok) 56 200 160 000 195 500

Koszty operacyjne

(zł/rok) 73 800 73 800 73 800

Nadwyżka (zł/rok) -17 500 86 200 121 700

Okres zwrotu (lat) nieopłacalne 10 7

Okres zwrotu : w wariancie

subsysydiowanej inwestycji

(200 tys. zł) - 7 5

Liczba zwierząt (SD) 31 SD

Generowana moc

(kWe)

10 kWe

Produkcja ciepła (GJ) 297 GJ/rok

Ceny energii

elektrycznej:

- Zakup 0,57 zł

- Taryfa

gwarantowana

0,7 zł

Substraty:

- Obornik 393 t/rok

- Woda 200 m3/rok

Przypadek 2. Kalkulacja dla mikrobiogazowni (do 10 kWe)

Wariant bazowy

(cena: 0,7

zł/kWh)

Koszt

inwestycji

– 25%

Koszt

inwestycji

– 25%

+ 100 000 zł

dotacji

Warianty rachunku rzeczywisty hipotetyczny hipotetyczny

Wartość inwestycji (zł) 564 900 444 400 344 700

Przychody (zł/rok) 53 800 53 800 53 800

Koszty operacyjne

(zł/rok) 43 300 38 900 37 300

Nadwyżka (zł/rok) 10 600 15 000 16 500

Okres zwrotu (lat) 53 30 21

Przypadek 2. Kalkulacja dla mikrobiogazowni (do 10 kWe)

Podsumowanie

• W Polsce mikro biogazownie rolnicze są

obecnie mało opłacalne;

• Opłacalność produkcji biogazu w mikroskali

zależy głównie od skali instalacji - większa

biogazownia jest bardziej opłacalna - koszty

inwestycji dla instalacji do 10 kW oraz 40 kW są

zbliżone;

• Cena ustawowa energii elektrycznej z bioga-

zowni 11- 40 kWe jest niewspółmiernie niska w

stosunku do ceny dla innych biogazowni;

• Opłacalność mogą poprawić wyższe ceny

sprzedaży energii i wsparcie finansowe

inwestycji

• Czynnikiem poprawiającym opłacalność

produkcji biogazu rolniczego jest możliwość

zagospodarowania i sprzedaży energii cieplnej /

lub wykorzystanie energii na własne potrzeby

(dodatkowa działalność);

• Można oczekiwać, że rozwój rynku biogazu

rolniczego przełoży się na spadek kosztów

inwestycyjnych – kluczowe jest wsparcie we

wstępnych fazach rozwoju.

Podsumowanie