Co-digestion plant in dairy cattle farm in Emilia Romagna region (Italy)

C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia
Expo Business Forum Internazionale
Termotecnica, Energia, Ambiente.
Biogas: i parametri
tecnico economici per la
progettazione e
l'approvvigionamento
Claudio Fabbri
Centro Ricerche Produzioni Animali
Settore Ambiente
Verona
21 Ottobre 2009
I parametri di calcolo:
elementi strutturali per l’analisi dimensionale
Fonte Thoeni
I parametri di calcolo:
caratteristiche dei substrati
Sostanza secca
Sostanza organica
Resa in
biogas/metano
N
substrato
Costo/Ricavo
substrato
Analisi
economica
Analisi
dimensionale
ed
energetica
Bilancio
azoto
I parametri di calcolo:
rese in biogas di effluenti, colture dedicate e sottoprodotti
Disponibilità sottoprodotti in
Emilia-Romagna
Si stima una potenzialità in
metano di 380 milioni di
m3/anno,
che, trasformati in energia
elettrica, corrispondono a
circa 1,1 TWh/anno pari a
150
MWe
di
potenza
installata.
AGRO-INDUSTRIA e
STAGIONALITA’
(fonte CRPA)
Colture dedicate: le rese
S ilo m a isS ilo m a isS ilo m a isS o rg o in . O rz o L o ie s s aS eg a le G ira s o le
1
2
3
s ilo
s ilo
s ilo
s ilo
s ilo
t/ha t.q .
68
60
40
65
30
35
25
40
s .s . %
t/h a s .s .
c e n e ri % s s
33
22
4 .2
31
19
4 .5
30
12
4 .8
22
14
10
35
11
9
30
11
11
33
8
10
30
12
12
t/ha s.o .
21.5
17.8
11.4
12.9
9.6
9.3
7.4
10.6
PG. % ss
ND F % ss
EE% ss
NSC
7
41
2 .5
4 5.3
7
46
2 .5
40
7
48
2 .5
3 7 .7
9
65
1 .5
1 4 .5
9
60
2
20
12
59
1 .5
1 6 .5
9
64
1 .5
1 5 .5
12
4 0 (A D F)
10
10
F onte M onitoraggio F oraggi P ioneer 2005-2007
Stoccaggio e conservazione;
perdite di valore energetico
Co-digestione: i parametri
essenziali di controllo processo
Biomasse
Effluenti
zootecnici
Sottoprodotti
Carico organico volumetrico (kgSV/m3/gg): quantità di sostanza organica caricata
giornalmente per unità di volume utile di digestore e per giorno
Tempo di ritenzione idraulica (giorni): permanenza dei substrati all’interno
del digestore
Rendimento elettrico CHP (%): permette di definire la potenza elettrica installabile
Indici di analisi produttiva
Produzione volumetrica (m3CH4/m3digestore/giorno): produzione giornaliera
di metano per unità di volume utile di digestore per giorno
Produzione biometano (Nm3/kgSV): produzione specifica di metano in riferimento
alla sostanza organica caricata
Carico organico volumetrico (COV)
[kg SV/m3/d]
Q⋅SV
C O V=
V
Q=carico giornaliero (t/d)
SV = percentuale di SV (%tq)
V = volume digestore (m3)
A parità di produzione di biogas il volume del
digestore è inversamente proporzionale al COV
Quanto più è elevato il contenuto di SV del prodotto
quanto più alto può essere il COV
La sostituzione in peso di un prodotto ad alto contenuto di
SV con uno basso contenuto di SV riduce il COV e il tempo di
ritenzione idraulico
Dimensionamento digestore:
effetto della qualità delle matrici
A parità di potenza elettrica producibile per un
prodotto ad alto SV serve un digestore più piccolo!
piccolo
700
Volume digestore (m3)
600
500
400
300
200
100
0
10%
15%
20%
25%
% SV s ul tal quale
30%
35%
I parametri di calcolo:
analisi energetica
Produzione
biogas
Caratteristiche
digestato
Potenza
lorda
Rendimento
termico
Rendimento
elettrico
Produzione EE
Prezzo EE + CV
Produzione ET
Analisi
economica
Prezzo ET
I parametri di calcolo:
analisi economica
Investimenti
Costi/Ricavi
annuali
Oneri finanziari
Margine operativo lordo (MOL): ricavi - costi
Margine operativo netto (MON): MOL - ammortamenti
Reddito netto (RN): MON – oneri finanziari
Indici di analisi finanziaria
Break even point: tempo di ritorno compreso oneri finanziari
Valore attuale Netto (VAN): flusso di cassa attualizzato al netto dell’investimento
Tasso Interno Rendimento (TIR): saggio di sconto che rende nullo il VAN
Esempio 1 :
azienda zootecnica + integrazione con insilati
12,8 t/d liquame bovino
2,9 t/d letame bovino
25 t/d liquame suino
8,3 t/d insilato mais
1 – Vasca di carico
2 – Digestore
3 – Vasca alimentazione separatore
4 – Separatore S/L
5 – Platea
6 – Lagune digestato
7 – Gasometro
8 – Cogeneratore
9 - Torcia
2 digestore da 1500 m3
Potenza elettrica 0,2 MW
Carico organico volumetrico: 2 kgSV/m3/d
Tempo di ritenzione: 53 giorni
Produzione volumetrica: 1 m3biogas/m3reattore/d
Esempio 1 :
azienda zootecnica + integrazione con insilati
Investimento totale 976.000 € (4.890 €/kWe installato)
Silos per biomass
9%
Cogeneratore
19%
Vasca di stoccaggio
aggiuntiva
3%
Platea per solido
separato
1%
Opere civili
27%
Opere
elettromeccaniche
41%
Esempio 1 :
azienda zootecnica + integrazione con insilati
1.000
800
600
VAN (k€)
400
200
0
-200 -1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
-400
-600
-800
-1.000
-1.200
Anni
5,0%
Break even point: 6,1 anni
Valore attuale Netto (VAN): 808.700 €
Tasso Interno Rendimento (TIR): 16,2%
Principali parametri di calcolo
Costo insilato: 30 €/t
Energia elettrica: 280 €/MWh
Saggio sconto: 5%
Esempio 2:
colture dedicate + effluenti zootecnici
12,8 t/d liquame bovino
2,9 t/d letame bovino
25 t/d liquame suino
50 t/d insilato mais
4 digestori da 2200 m3
Potenza elettrica 1 MW
Carico organico volumetrico: 2,6 kgSV/m3/d
Tempo di ritenzione: 60 giorni
Produzione voluemtrica: 1,4 m3biogas/m3reattore/d
Esempio 2 :
colture dedicate + effluenti zootecnici
Investimento totale 3.200.000 € (3.200 €/kWe installato)
Vasca di stoccaggio
aggiuntiva
6%
Silos per biomasse
12%
Cogeneratore
20%
Platea per solido
separato
2%
Opere civili
25%
Opere
elettromeccaniche
35%
Esempio 2:
azienda zootecnica + integrazione con insilati
8.000
6.000
VAN (k€)
4.000
2.000
0
-2.000
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
-4.000
Anni
5,0%
Break even point: 3,6 anni
Valore attuale Netto (VAN): 6.578.000 €
Tasso Interno Rendimento (TIR): 29,7%
Principali parametri di calcolo
Costo insilato: 30 €/t
Energia elettrica: 280 €/MWh
Saggio sconto: 5%
Valutare la redditività
Esempio 1 : azienda zootecnica + integrazione con insilati
Valore energia elettrica [€/MWh]
340
300
260
TIR=25%
TIR=20%
220
TIR=15%
180
TIR=10%
TIR=0%
140
20
25
30
35
40
45
50
55
Valore silomais [€/t]
60
65
70
75
80
Valutare la redditività
Esempio 2 : azienda zootecnica + integrazione con insilati
Valore energia elettrica [€/MWh]
340
300
260
TIR=25%
220
TIR=20%
TIR=15%
180
TIR=10%
TIR=0%
140
20
25
30
35
40
45
50
55
Valore silomais [€/t]
60
65
70
75
80
Valutare la redditività
Confronto fra i due esempi
500
Prezzo EE [€/MWh]
450
400
350
300
250
200
150
100
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
Prezzosilomais [€/t]
200 kW
1000 kW
Tasso Interno Rendimento (TIR): 15%
Costi
e ricavi del biogas

ADEcoTec DSS, un software del CRPA per
gli studi di fattibilità

ADEcoTec DSS valuta la redditività al variare di:
•
•
•
•
•
costo/ricavo delle matrici
del saggio di sconto bancario
del prezzo dei certificati verdi
del prezzo di vendita dell'energia elettrica
della quota di incentivo in conto capitale
Manuale
divulgativo
biogas
Grazie per l’attenzione
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