Hodnocení návratnosti investice do zdroje elektrické energie na obnovitelná paliva o výkonu 5 MWe

Energetická bilance pro výpočet instalovaného tepelného výkonu zdroje na spalování biomasy vychází z hypotetického investičního záměru výstavby závodu na zpracování semene řepky
olejné a slunečnice. Vedlejším produktem lisování olejnatých semen jsou buď:

1. výlisky (při použití jednodušší technologie bez extrakce), nebo
2. extrahovaný šrot (při použití technologie s extrakcí)

Tato biomasa má výborné energetické vlastnosti a může být poměrně snadno využita jako palivo v parním kotli s následnou výrobou elektrické energie a tepla. Pro účely našeho výpočtu budeme uvažovat, že řepkové a slunečnicové semeno bude zpracováváno v závodě s kapacitou 50.000 t/rok. Z hlediska energetického využití je důležité množství vzniklého paliva, jeho výhřevnost a účinnost spalování. Množství vzniklého paliva (biomasy) je v následující tabulce:

HMOTNOSTNÍ A ENERGETICKÁ BILANCE
Z množství výlisků, eventuelně extrahovaného šrotu za rok a z jejich výhřevnosti je možno vypočíst energii, která se získá jejím spálením v kotli. Následující výpočty jsou provedeny pro čtyři druhy biomasy, připadající v úvahu pro spalování v energetickém zdroji:

• řepkové výlisky,
• řepkový šrot extrahovaný,
• slunečnicové výlisky,
• slunečnicový šrot extrahovaný.

Poznámky:

1. Množství paliva je dáno technologií extrakce a je zadáno podle obdobných zařízení,
2. Výhřevnost je uvedena podle zjištění renomované laboratoře,
3. Doba provozu je dána předpokládaným trvalým provozem lisovny s dvoutýdenní odstávkou,
4. Účinnost spalování je obvyklá hodnota u moderních kotlů.

NÁVRH ENERGETICKÉHO ZDROJE
Kotelna by tedy měla být navržena na výkon cca 20 MW tepelných, aby mohla zpracovat všechny předpokládané druhy paliva. Zhruba 10% rezerva výkonu je nutná pro zpracování zásob pokrutiny, vzniklých např. při výpadku energetického zdroje.

Tepelný výkon kotle a forma výstupní energie
Vzhledem k tomu, že záměrem by mělo být vybudování zařízení na kombinovanou výrobu elektřiny a tepla, je nejlepším řešením instalace parního kotle o takových parametrech páry, aby touto parou bylo možno pohánět vhodnou parní odběrovou kondenzační turbínu. Z tohoto požadavku, s přihlédnutím k optimálním provozním podmínkám kotle a maximální účinnosti procesu vyplývají následující parametry páry:

• množství páry provozní: cca 20 t/h,
• množství páry maximální: cca 22 t/h,
• tlak páry: 3,6–4,5 MPa,
• teplota přehřáté páry: 435–450 °C,
• teplota napájecí vody: 105 °C,
• teplota spalin na výstupu z kotle: 155 °C.

Zjednodušený výpočet parametrů a výkonu parní turbíny
Pro určení parametrů a výkonu parní turbíny je třeba znát požadavky na parametry páry pro technologii. Pro potřeby tohoto výpočtu budeme předpokládat, že pro technologii bude zapotřebí pára o tlaku do 1,1 MPa.
Provozní hltnost turbíny musí být cca 20 t/h páry (instalovaná hltnost turbíny bude odpovídat maximálnímu výkonu parního kotle). Odběr při tlaku 1,1 MPa bude 2 t/h a do kondenzační části turbíny bude procházet 18 t/h páry. Při dnes dosahovaných účinnostech parních turbín bude elektrický výkon:

• celkový provozní výkon turbíny cca 4,3 - 4,6 MW
• maximální výkon turbíny cca 4,8 MW

PŘEDPOKLÁDANÉ INVESTIČNÍ NÁKLADY
Kotel by měl být postaven v těsném sousedství lisovny a palivo by mělo být do kotle dopravováno přímo z lisovacího provozu. Přesto je nutno vybudovat menší provozní mezisklad pro zásobu paliva na 5–7 dnů pro případ poruch, provozních odstávek, apod.
Umístění turbogenerátoru uvedených parametrů a výkonu by nemělo být problémem, protože stroje tohoto výkonu se v současné době dodávají na rámu jako balené a nevyžadují proto těžkou stavbu. Součástí investičních nákladů ale bude také vyvedení elektrického výkonu do sítě. Půjde v každém případě o synchronní generátor s napětím 6,3 kV a zřejmě bude nezbytný transformátor 6,3/22 kV pro spojení se sítí. Dalším investičním nákladem je chlazení kondenzace. Součástí energocentra musí být chlazení o výkonu přibližně 15 MW.
Pokud není k dispozici říční voda, bude nutno vybudovat vzduchové chlazení, jehož investiční náklady rozhodně nelze zanedbat a mohou dosáhnout 30 – 50 % nákladů na samotný turbogenerátor.
Pro potřeby tohoto hodnocení byly nezbytné investiční náklady odhadnuty. Podle zkušeností zpracovatele a při určitém zjednodušení lze očekávat, že budou přibližně 180 milionů Kč. Tato hodnota se ale může poměrně dost lišit podle místa výstavby, podmínek pro zajištění chladící vody, vyvedení elektrické energie atd. Přesné investiční náklady lze určit pouze konkrétním výběrovým řízením na dodavatele. V konkrétním ekonomickém hodnocení investice by bylo zapotřebí provést výpočet citlivosti na výši investičních nákladů.

NÁKLADY NA PALIVO, CENY, ELEKTRICKÉ ENERGIE A TEPLA
Pro ekonomické hodnocení celé investice je nezbytné znát náklady na palivo, v tomto případě řepkovou nebo slunečnicovou pokrutinu, výkupní cenu elektrické energie a prodejní cenu tepla ze zdroje. Pro předběžné vyhodnocení se počítá s následujícími údaji:

1. Cena řepkové pokrutiny, použité jako palivo, není zatím známá a investor by měl tuto cenu stanovit. Měla by přitom zhruba odpovídat ceně, za kterou by bylo možné pokrutinu prodat na trhu. Pro výpočet návratnosti (NPV) v tomto dokumentu byla použita cena 2.200 Kč/t. Podrobné ekonomické hodnocení musí spočítat citlivost investice na tuto cenu, protože jde z hlediska ekonomické návratnosti projektu o kritickou hodnotu.
2. Výkupní cena elektrické energie je určena cenovým rozhodnutím Energetického regulačního úřadu č. 8/2006 a od 1.1.2007 pro biomasu kategorie O2 činí 2.890 Kč/MWh. Tato cena se pro účely tohoto hodnocení počítá pro vyrobenou elektrickou energii po odečtení vlastní spotřeby elektrárny a lisovny. Spotřeba pro lisovnu je v ekonomickém hodnocení započtena jako úspora při nákupu ze sítě v ceně 2.200 Kč/MWh.
3. Prodejní cena tepla je pro účely tohoto výpočtu stanovena na 300 Kč/GJ.

EKONOMIKA PROJEKTU
Pro předběžné zjištění, zda je investiční záměr ekonomicky uskutečnitelný, bylo použito výpočtu průběhu čisté současné hodnoty (NPV). Výpočet vychází z hodnot, uvedených v tomto materiálu, předpokládá financování 30% vlastními prostředky investora, 70% na bankovní úvěr při 5% úroku, splatnosti 6 roků, diskontní míra (vážený průměr ceny kapitálu) byla nastavena na 8%. Průběh NPV za těchto podmínek a ve stálých cenách je uveden na grafu č.1:

Graf č. 1 - Elektrárna na řepkovou pokrutinu (kategorie O2) 4,6 MWe - NPV (diskontovaný Cash Flow investora)

ZÁVĚR
Předběžné vyhodnocení bilance výroby energie z řepkové pokrutiny vede k závěru, že jde o technicky dobře řešitelný projekt a jeho ekonomika je poměrně dobrá. Diskontovaná návratnost investice je do 8 roků, ale za předpokladu, že cena pokrutiny bude zde uvedených 2.200 Kč/t. Vnitřní výnosové procento investice (IRR) je za uvedených předpokladů 26,5%, což je velmi dobrá hodnota. Průběh čisté současné hodnoty a IRR je sice založen na některých odhadech, zejména na odhadu celkových investičních nákladů a ceny pokrutiny jako paliva. Nicméně, některé hodnoty jsou spíše pesimistické, takže výsledky by mohly být o něco lepší. Zcela zásadní pro ekonomiku projektu je výkupní cena elektrické energie ve výši 2.890 Kč/MWh, stanovená státem, která je přibližně 3× vyšší než tržní cena elektrické energie z běžných zdrojů. Zásadní je rovněž cena pokrutiny jako paliva.

VÝSLEDKY VÝPOČTŮ
Potřebný instalovaný tepelný výkon zařízení pro spalování biomasy z lisování uvedených olejnatých semen bude nejméně 15 MW a nejvýše 19 MW podle druhu zpracovávaného semene. Na základě výpočtů je možno konstatovat, že v žádném z posuzovaných případů nejde o zařízení pro spalování paliv kategorie I podle Přílohy č. 1 zákona č. 100/2001 Sb. (týká se zařízení nad 200 MW) ani kategorie II podle téže přílohy (týká se zařízení od 50 do 200 MW). Posuzovaný investiční záměr, jehož instalovaný tepelný výkon nepřesáhne 19 MW, proto nepodléhá posouzení vlivu na životní prostředí, ani nevyžaduje zjišťovací řízení a to ani v případě, že by z provozních důvodů byl instalovaný výkon zvýšen o 20%, tedy na 22,8 MW.

Tento příspěvěk byl prezentován na koferenci Kotle a energetická zařízení 2007.

Autor

• Ing. Kohout Vladimír