Förnyelsebar energi är en nyckelfaktor för en hållbar utveckling. Biogas möjliggör för verksamheter med organiska restflöden att etablera egen energiproduktion av förnyelsebara energi. Problemet med etablering av mindre rötningsanläggningar är begränsad biogasproduktion till höga investeringskostnader. Studiens syfte är att genom en teknoekonomisk angreppspunkt undersöka möjligheterna för etablering av biogasproduktion i gårdsskala (50–500 kW) genom rötning av restflöden från gårdsverksamhet under svenska förhållanden. Arbetet innefattar en modellerad gårdsbiogasanläggning utformad efter förutsättningarna på Lilleruds naturbruksgymnasium i Karlstad. Rötningsanläggningen är en CSTR (Continuous stirred-tank reactor) med kontinuerligt tillflöde av råmaterial och som arbetar i mesofil temperatur på 35⁰C. Principskissen för systemet är framtaget utefter befintliga rötningssystem i gårdsskala och baseras på hur anläggningar generellt sett byggs i Sverige idag. Tre alternativa system för användning av biogas jämförs; värmeproduktion respektive kraftvärmeproduktion för eget bruk samt produktion och försäljning av fordonsgas. Platsspecifika data som storlek på restflöden, energiförbrukning och energikostnad för värme och el erhålls från Lilleruds gymnasium. Metanutbyten, energi- och röttekniska data hämtas från litteratur. Modelleringen utförs i Microsoft Excel 365 och beräkning sker dygnsvis. Resultatet utifrån modellen är en dimensionerad rötkammare på 278 m3 med en beräknad produktion på 49 700 Nm3 metan/år. Värmebehovet för rötkammaren fluktuerar under året och är högre under vinterhalvåret än under sommarhalvåret, vilket gör att mindre mängd energi kan tas ut från systemet under vintern. Beräknat för år 2022 hade 12% av Lilleruds värmebehov kunna täckas med en årlig vinst på ca 99 000 kr/år. Kraftvärme hade täckt 6% av Lilleruds värmebehov och 14% av elbehovet med en årlig vinst på ca 141 000 kr/år. Produktion av fordonsgas genererar försäljning 51 000 Nm3 biogas (97% metan) med en årlig vint på 182 000 kr/år. Vinstkapaciteten i systemen är starkt beroende av energipriser. Motsvarande beräkningar med energipriser för 2021 minskade den ekonomiska hållbarheten i alla system. Värmesystemet erhöll då ett NPV på 56 000 kr/år, kraftvärmesystemet ett NPV på -88 000 kr/år och fordonsgassystemet på -450 000 kr/år. Prognostiserade energipriser för år 2024 innebar negativt ekonomiskt resultat för alla system. Inkludering av investeringsstöd på 40% ökar de ekonomiska marginalerna och är i vissa fall avgörande för ekonomisk hållbarhet. Räntor och inflation påverkar de ekonomiska förutsättningarna, där låg ränta och hög inflation medför högst avkastning i systemen. Placering av anläggningen bör göras i närheten av flytgödselbrunnar för att utnyttjas i det nya systemet och minska investeringskostnaden. Värme eller kraftvärme för eget bruk utgör stabila alternativ för gårdsbiogasanvändning. Uppgradering till fordonsgas i gårdsskala har stor vinstpotential vid högt gaspris, men innefattar också hög risk för ekonomisk förlust vid lägre gaspris på grund av stor investeringskostnad. Investeringskostnad, energipris, investeringsstöd och räntor måste noggrant övervägas vid etablering av gårdsrötningsanläggning för att säkerställa ekonomisk hållbarhet. Inkludering av biogasanläggning i gårdsverksamhet bidrar mot ett hållbart samhälle. / To secure sustainable development renewable energy is a key factor. Biogas is a potential way for businesses with organic waste to establish their own energy production and produce a renewable energy. The financial challenge for small-scale anaerobic digestion is limited biogas production in relation to high investment costs. The purpose with this study is with a tecno-economical focus investigate the possibilities for farm-scale (50–500 kW) biogas production of farm waste flow during Swedish conditions. The work includes modelling of a farm-scale anaerobic digestion plant based on waste flow from Lilleruds gymnasium in Karlstad, Sweden. The anaerobic digestion plant is a CSTR (Continuous stirred-tank reactor) with continuous inflow of raw material, working in the mesophilic temperature of 35 ⁰C. The system is designed from already established farm-scale systems and is based on how anaerobic digestion plants in general are built in Sweden today. Three alternative systems for usage of produced biogas are compared: heat production or combined heat and power for own usage or selling of upgraded vehicle gas. Location specific data i.e amount of waste flow, energy consumption and energy prices on heat and electricity is obtained from Lillerud gymnasium. Methane yields, energy- and technical data is obtained from literature. The modelling is conducted in Microsoft Excel 365 and time step is per day. Modelling result suggests an anaerobic digestor of 278 m3 with production capacity of 49 700 Nm3 methane/year. The heat demand fluctuates over the year and is higher during winter than summer, which results in lesser amount of energy can be taken out from the systems during winter. Based on year 2022 the heat system covered 12% of Lilleruds heat demand with a yearly profit (NPV) of 99 000 SEK/year. The Heat and power system covered 6% of Lilleruds heat demand and 14% of the electric demand with a yearly profit (NPV) of 141 000 SEK/year. The production of vehicle gas results in selling of 51 000 Nm3 upgraded biogas (97% methane)/year with a yearly profit (NPV) of 182 000 SEK/year. The profit strongly depends on energy prices. Corresponding calculation with energy prices for year 2021 severely reduced the financial sustainability in all systems. The heat system obtained a NPV of 56 000 SEK/years, the heat and power system a NPV of -88 000 SEK/year and vehicle gas system a NPV of -450 000 SEK/year. Calculations based on an energy price prognosis of 2024 showed financial loss in every system. Including of financial support of 40% of the total investments increases the economical margins and are in some cases crucial for economical viability. Interest rate and inflation effects the economic conditions, where low interest rate and high inflation contributes to higher return in the systems. If possible, the plant should be placed in closeness to wells already established for liquid manure so they can be used in the new system and lower the investment costs. Heat and combined heat and power for own usage makes solid alternatives for farm-scale biogas usage. Upgrading to vehicle gas in farm-scale have high profit potential when the gas price is high. It also contains high risk for economical loss when the gas price drops due to high investment cost. Investment cost, energy prices, investment support and interest rates must be carefully assessed before deciding investing in a farm-scale anaerobic digestion plant to secure financial sustainability. Including of an anaerobic digestion plant on farm-scale level contributes to a sustainable development.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-95604 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Nilsson, Adrian |
| Publisher | Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörsvetenskap och fysik (from 2013) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0032 seconds