Biogas: i parametri tecnico economici per la progettazione e l'approvvigionamento

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Antonietta Rachele Fedele
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1 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

2 I parametri di calcolo: elementi strutturali per l analisi dimensionale Fonte Thoeni

3 I parametri di calcolo: caratteristiche dei substrati Sostanza secca Sostanza organica Resa in biogas/metano Costo/Ricavo substrato Analisi economica Analisi dimensionale ed energetica N substrato Bilancio azoto

biogas/metano Costo/Ricavo substrato Analisi

4 I parametri di calcolo: rese in biogas di effluenti, colture dedicate e sottoprodotti

5 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.

che, trasformati in energia elettrica, corrispondono a

6 AGRO-INDUSTRIA e STAGIONALITA (fonte CRPA)

7 Colture dedicate: le rese S ilom a is S ilo m a is S ilo m a is S o rg o in. O rz o s ilo s ilo L o ie ssa S eg a le s ilo s ilo G ira sole s ilo t/ha t.q s.s. % t/ha s.s ce neri % s s t/ha s.o P G. % s s N D F % ss (A D F) E E % s s N S C Fonte M onitoraggio F oraggi P ioneer

s. 2 2 19 1 2 1 4 1 1 1 1 8 1 2 ce neri % s s 4.2 4.5 4.8 1 0 9 1 1 1 0 1 2 t/ha s.o. 21.5 17.8 11.4 12.9 9.6 9.3 7.4 10.6 P G.

8 Stoccaggio e conservazione; perdite di valore energetico

9 Co-digestione: i parametri essenziali di controllo processo Biomasse Effluenti zootecnici Sottoprodotti Carico organico volumetrico (kg SV /m 3 /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 (m3 CH4 /m3 digestore /giorno): produzione giornaliera di metano per unità di volume utile di digestore per giorno Produzione biometano (Nm3/kg SV ): produzione specifica di metano in riferimento alla sostanza organica caricata

Rendimento elettrico CHP (%): permette di definire la potenza elettrica installabile Indici di analisi produttiva Produzione volumetrica (m3 CH4 /m3 digestore /giorno):

10 Carico organico volumetrico (COV) [kg SV/m 3 /d] COV= Q SV V Q=carico giornaliero (t/d) SV = percentuale di SV (%tq) V = volume digestore (m 3 ) 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

COV Quanto più è elevato il contenuto di SV del prodotto quanto più alto può essere il COV La sostituzione in peso

11 Dimensionamento digestore: effetto della qualità delle matrici A parità di potenza elettrica producibile per un prodotto ad alto SV serve un digestore più piccolo! Volume digestore (m3) % 15% 20% 25% 30% 35% % SV s ul tal quale

12 I parametri di calcolo: analisi energetica Caratteristiche digestato Produzione biogas Rendimento elettrico Potenza lorda Rendimento termico Produzione EE Produzione ET Prezzo EE + CV Analisi economica Prezzo ET

13 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

Indici di analisi finanziaria Break even point: tempo di ritorno compreso oneri finanziari Valore attuale Netto (VAN):

14 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 m 3 Potenza elettrica 0,2 MW Carico organico volumetrico: 2 kg SV /m 3 /d Tempo di ritenzione: 53 giorni Produzione volumetrica: 1 m 3 biogas/m 3 reattore/d

Platea 6 Lagune digestato 7 Gasometro 8 Cogeneratore 9 - Torcia 2 digestore da 1500 m 3 Potenza elettrica 0,2 MW

15 Esempio 1 : azienda zootecnica + integrazione con insilati Investimento totale (4.890 /kwe installato) Silos per biomass 9% Vasca di stoccaggio aggiuntiva 3% Platea per solido separato 1% Opere civili 27% Cogeneratore 19% Opere elettromeccaniche 41%

16 Esempio 1 : azienda zootecnica + integrazione con insilati VAN (k ) Anni 5,0% Break even point: 6,1 anni Valore attuale Netto (VAN): Tasso Interno Rendimento (TIR): 16,2% Principali parametri di calcolo Costo insilato: 30 /t Energia elettrica: 280 /MWh Saggio sconto: 5%

200-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Anni 5,0% Break even point: 6,1 anni Valore

17 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 m 3 Potenza elettrica 1 MW Carico organico volumetrico: 2,6 kg SV /m 3 /d Tempo di ritenzione: 60 giorni Produzione voluemtrica: 1,4 m 3 biogas/m 3 reattore/d

m 3 Potenza elettrica 1 MW Carico organico volumetrico: 2,6 kg SV /m 3 /d Tempo

18 Esempio 2 : colture dedicate + effluenti zootecnici Investimento totale (3.200 /kwe installato) Silos per biomasse 12% Vasca di stoccaggio aggiuntiva 6% Platea per solido separato 2% Opere civili 25% Cogeneratore 20% Opere elettromeccaniche 35%

19 Esempio 2: azienda zootecnica + integrazione con insilati VAN (k ) Anni 5,0% Break even point: 3,6 anni Valore attuale Netto (VAN): Tasso Interno Rendimento (TIR): 29,7% Principali parametri di calcolo Costo insilato: 30 /t Energia elettrica: 280 /MWh Saggio sconto: 5%

000 Anni 5,0% Break even point: 3,6 anni Valore attuale Netto (VAN): 6.578.

20 Valutare la redditività Esempio 1 : azienda zootecnica + integrazione con insilati 340 Valore energia elettrica [ /MWh] TIR=25% TIR=20% TIR=15% TIR=10% 140 TIR=0% Valore silomais [ /t]

/MWh] 300 260 220 180 TIR=25% TIR=20% TIR=15% TIR=10% 140

21 Valutare la redditività Esempio 2 : azienda zootecnica + integrazione con insilati 340 Valore energia elettrica [ /MWh] TIR=25% TIR=20% TIR=15% TIR=10% 140 TIR=0% Valore silomais [ /t]

22 Valutare la redditività Confronto fra i due esempi Prezzo EE [ /MWh] Prezzo silomais [ /t] 200 kw 1000 kw Tasso Interno Rendimento (TIR): 15%

23 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

24 Manuale divulgativo biogas

25 Grazie per l attenzione C.R.P.A. S.p.A. - Reggio Emilia c.fabbri@crpa.it Corso Garibaldi, 42 Reggio Emilia Tel Fax

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