Producerea de energie termica din biomasa agricola pentru

12.8 Tehnologii i echipamente de uscare Erol Murad

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------T.E.U.P. Cap.12 Analiza economic i ecologic 12.7

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

12

ANALIZA ECONOMIC I ECOLOGIC A USCTOARELOR CONVECTIVE

12.1. Introducere

Utilizarea instalaiilor de uscare convectiv reprezint o activitate de interes major att economic ct i social, crescnd nivelul de ocupare al forei de munc i valorificnd superior resursele locale de produse agricole i de bioomas. Pentru a se putea dezvolta este necesar ca aceast activitate s fie productoare de profit.

In continuare se va analiza eficiena economic i ecologic a unor instalaii de uscare, cu capacitti diferite de producie. Alimentarea cu energie termic se poate face prin arderea motorinei, a lemnului de foc sau prin gazeificarea biomasei lemnoase sau din reziduuri agricole. Curent alimentarea cu energie electric se face de la reeaua de curent alterntiv monofazic, pentru puteri mai mici de 2 kWe, sau trifazic. Este important de menionat c pondeea energiei electrice n bilanul general de energie a unei instalaii de uscare nu depste 10 %, valoarea medie fiind de circa 5 %.

Ecologic, pentru a se reduce emisiile de CO2 n atmosfera, n concordan i cu principiile dezvoltrii durabile, se recomand utilizarea pe scar larg a resurselor regenerabile de energie. In tabelul 12.1 sunt prezentate date generale despre principalele sisteme de producere energie electric cu energii regenerabile utilizabile la instalaiile de uscare.

In tabelul 12.2 sunt prezentate preurile specifice pentru energia termic primar i util din diferite surse de energie.

In prezent pentru procesele de uscare, mari consumatoare de energie termic, biomasa reprezint cea mai bun opiune ca investiie, costuri, impact ecologic i necesar de pregtire profesional. Pe piaa combustibililor din biomas sunt disponibile pelete 120 - 180 /t i achii 40 - 60 /t din biomas lemnoas, precum i biomas obinut prin cultivare: porumbul boabe 100 /t, tulpini i coceni de porumb 40 /t, iarba energetic (miscantus) tocat i peletizat 100 /t, tieri pomicole i viticole 30 60 /t.

Tabelul 12.1

SistemPutere posibila

(kW)Cost putere instalata /kWCostul energiei //kWhPerioada punere n funciune (ani)

Celule FotoVoltaice0,5 - 1002000 30000,2 0,40,5

Eolian (e)200 20001000 30000,04 0,070,5

Microhidrocentral (e)20 1001000 15000,05 0,081

Biomasa (e)2 5001000 15000,05 0,080,5

Tabelul 12.2

Tip combustibilPutere calorificaPret specific Lei/kWh primarRand. utilizare (%)Pret specific lei/kWh util

Combustibil uor38 MJ/kg0.19850.223

GPL26,9 MJ/l0.267900.356

Electricitate3,6 MJ/kWh0.3211000.321

Lemn- pelete18 MJ/kg0.1850.118

Lemn- tocatur (umid.20%)16 MJ/kg0.067750.090

Porumb boabe (umid.14%)17 MJ/kg0.11800.138

Porumb tulpini (umid.20%)17 MJ/kg0.066750.088

Iarba energetica: pelete15 MJ/kg0.1850.118

Pentru producerea de energie termic din biomas se utilizeaz curent urmtoarele procedee: ardere n strat, n cazane de ap cald;

gazeificare i adere n aceiai incint, n cazane de ap cald;

gazeificare ntr-un gazogen i ardere ntr-un focar separat, parte a unui schimbtor de cldur.

Fiecare procedeu are avantaje i dejavantaje i se utilizeaz n funcie de aplicaia specific.

Pentru ncalzirea aerului n uscatoarele convective, la care se folosete biomasa ca combustibil se utilizeaza schimbatoare de caldura de tip:- ap cald aer ( clasice;

- gaze de ardere aer ( mai uoare i mai ieftine;

- abur aer (mai rar).

In dezvoltarea analizei economice s-a pornit de la structura general a tehnologiei de uscare legume i fructe, prezentat n capitolul 8. Se observ nainte si dup operatiunea de uscare in usctor trebuie efectuate i alte operaiuni care necesit utiliaje, manoper i consum de nergie i materiale. Toate aceste aspecte trebuie introduse n evaluarea economic.

Deoarece fructele i legumele uscate reprezint o marf care se poate exporta s-au facut calculele pornind de la cotaia curent a EURO. Aceast abordare permite o mai uoar evaluare a posibilitilor de export pe diferite piee.

Este de remarcat stabilitatea leul-ui n raport cu EURO n ultima jumtate de an. (la:18.11.2014), ceea ce confer un plus de credibilitate estimrilor efectuate.

12.2. Usctorul convectiv de capacitate mic obiectul analizei economice

In continuare este prezentat usctorul tip USCMER-30/60AC care este utilizat ca baz de comparaie pentru analizele tehnico-economice i ecologice ale diferitelor variante de alimentare cu energie termic.

In figura 12.1 este prezentat schema funcional a usctorului convectiv de capacitate mic USCMER-30/60AC, n care nclzirea agentului de uscare se face cu ap cald. Analiza economic i ecologic s-a efectuat pentru trei variante de alimentare cu energie termic:

1 - schimbtor de cldur ap cald/aer + cazan de ap cald cu arztor

de combustibil lichid uor;

2 - schimbtor de cldur ap cald/aer + cazan de ap cald cu ardere de brichete/pelete sau gazeificare lemn;

3 - schimbtor de cldur gaze arse/aer + arztor de gazgen + gazogen de biomas lemnoas.

Fig 12.1 Schema funcional a usctorului USCMER-30/60AC

In tabelul 12.3 sunt prezentate principalele caracteristici ale usctorului USCMER-30/60AC utilizat ca baz pentru analizele economice i ecologice

12.3 Analiza economic i ecologic a alimentrii cu energie termic produs din lemn peletizatIn tabelele 12.3.a, 12.3.b, 12.3.c i 12.3.d este prezentat rezultatul programului de calcul al eficienei economice, realizat n EXCEL, a utilizrii biomasei lemnoase sub form de pelete arse ntr-un cazan de ap cald automatizat.

Tabel 12.3.a Date de intrare generale

Analiza economica uscator convectiv USCMER 30mp / 60 kW-apa 100 casete 0,45 m x 0,70 m {fara concept CHAB} cu cazan de apa calda cu brichete/pelete de lemn

MarimeU.M.ValoareComentarii

Valoare actuala EURORON/EURO4.5

Suprafata de uscare - pozitionare materialmp.cas7,5

Putere termica maximakWt5

Pret specific uscatorEUR/mp.cas700

Pret uscatorRON23625

Pret cazan apa calda cu peleteRON20000val.medie

Pret rezervor apa calda 1600 lRON2800

Sectie pregatire + ambalareRON69615

Total investitie utilaje185235

Cota amplasare si utilitati%15%

Amenajari pentru amplasare 15% PUSRON27785.25

Total investitie Sectie USCARERON213020.25

Date de intrare generale

Randament mediu uscare fructereal0.40

Randament mediu uscare legumereal0.30

Putere electrica uscatorkWe2.40

Consum energie electrica sectie anexakWh/t.mum4.00mum=material umed

Consum apa spalare cu recilare 80%mc.as/t.mum0.25

Pret consum apa spalareRON/mc.apa40.00

Pret combustibil - peleteEURO/t140.00

Pret peleteRON/t618.80

Putere calorifica inferioara combustibilMJ/kg17.00

Randament mediu cazan si instalatie termicareal0.75

Pret energie termica din apa calda RON/kWh0.17

Caldura latenta de vaporizare apaMJ/kg.a2.45

Pret energie electricaRON/kWh0.40

Nr. operatori instalatie uscareom1

Costuri salariale lunare operatorRON/luna2000

Salariu orar operator uscatorRON/h11.36

Salariu orar manipulator materialeRON/h6.00

Cota parte impozit manopera = Cas+..real0.50

Norma prelucrare/incarcare materialkg/h20.00

Norma descarcare/insacuirekg/h40.00

Incarcare specifica medie cu fructe proaspetekg.fp/mp.cas8.00

Incarcare specifica medie legume proaspetekg.lp/mp.cas10.00

Durata medie sarja fructeh8.00

Durata medie sarja legumeh12.00

Perioada anuala uscare fructeluna2.00

Perioada anuala uscare legumeluna3.00

Timp anual disponibil pentru uscare fructeh/an1440

Timp annual disponibil uscare legumeh/an2160

Total maxim functionare annualh/an3600

Incarcare medie uscatorreal0.5

Total ore utilizabile anualh/an1800

Timp amortizare investitiean5.00

Amortizare orara investitie [Am] RON/h23.67

Cost orar intretinere+reparatii [Cir=10%Am]RON/h2.37

12.4 Analiza economic i ecologic a alimentrii cu energie termic din gazeificarea biomasei reziduale agricole cu aplicare concept CHAB In continuare, n tabelul 12.4, este prezentat rezultatul rulrii programului de calcul al analizei economice i ecologice, realizat n EXCEL, a utilizrii unui gazogen termo-chimic cu procedeu de gazeificare TLUD de tip GAZMER 38/150 care produce gazgen i circa 15 % biochar. Gazul combustibil este ars ntr-un schimbtor de cldur gaze arse/aer (fig.1.14) pentru producerea energiei termice. Biocharul este un amendament agricol valoros care contribuie la sechestrarea n sol a unei mari cantiti de carbon atmosferic.

Prodeucerea combinat de energie termic i de biochar are denumirea generic de CHAB.

Tabel 12.4

Analiza economica uscator convectiv USCMER 30mp / 60 kW-apa 100 casete 0,45 m x 0,70 m {cu aplicare concept CHAB} cu SC gaze arse/aer

MarimeU.M.ValoareComentarii

Suprafata de uscare - pozitionare materialmp.cas30

Putere termica maximakWt60

Pret specific uscator (fara gazogen)EUR/mp.cas700

Pret uscatorRON92820

Pret specific modul energetic cu gazogenEUR/kWt80

Pret modul energetic cu gazogene GAZMERRON21216val.medie

Pret specific depozit biomasa tocataRON/mc200

Consum mediu lunar biomasa tocatamc/luna8

Durata independenta alimentare cu biomasaluna2

Pret depozit biomasa tocataRON3200

Sectie pregatire + ambalareRON69615

Total investitie utilaje186851

Cota amplasare si utilitati%15%

Amenajari pentru amplasare 15% PUSRON28027.65

Total investitie Sectie USCARERON214878.65

Date de intrare generale

Randament mediu uscare fructereal0.40

Randament mediu uscare legumereal0.30

Putere electrica uscatorkWe2.40

Consum energie electrica sectie anexakWh/t.mum4.00mum =material umed

Consum apa spalare cu recilare 80%mc.apa/t.mum0.25

Pret consum apa spalareRON/mc.apa40.00

Pret combustibil - biomasa tocataEURO/t.bm40.00

Pret biomasa tocataRON/t.bm176.80

Putere calorifica inferioara biomasa gazeificabilaMJ/kg.bmg14.00

Randament mediu gazogen +SCreal0.75

Pondere medie producere BIOCHARkg/bc/kg.bm0.15

Pret mediu valorificare biochar- (in RO !)EURO/t.bc400.00

Incasari valorificare BIOCHAREURO/t.bm60.00

Cost real biomasa utilizataEURO/t.bm-20.00

Pret energie termica din biomasa gazeificata RON/kWht-0.0081

Consum specific biomasa tocatakg.bm/kWht0.4044

Caldura latenta de vaporizare apaMJ/kg.a2.45

Pret energie electricaRON/kWh0.40

Nr. operatori instalatie uscareom1

Costuri salariale lunare operatorRON/luna2000

Salariu orar operator uscatorRON/h11.36

Salariu orar manipulator materialeRON/h6.00

Cota parte impozit manopera = Cas+..real0.50

Norma prelucrare/incarcare materialkg/h20.00

Norma descarcare/insacuirekg/h40.00

Incarcare specifica medie fructe proaspetekg.fp/mp.cas8.00

Incarcare specifica medie legume proaspetekg.lp/mp.cas10.00

Durata medie sarja fructeh8.00

Durata medie sarja legumeh12.00

Perioada anuala uscare fructeluna2.00

Perioada anuala uscare legumeluna3.00

Timp anual disponibil pentru uscare fructeh/an1440

Timp annual disponibil uscare legumeh/an2160

Total maxim functionare annualh/an3600

Incarcare medie uscatorreal0.5

Total ore utilizabile anualh/an1800

Timp amortizare investitiean5.00

Amortizare orara investitie [Am] RON/h23.88

Cost orar intretinere+reparatii [Cir=10%Am]RON/h2.39

Valoare actuala EURORON/EURO4.42

USCARE LEGUME ( si ciuperci)

Pret mediu legume proaspete +transport RON/kg.lp1.00

Pret mediu vanzare legume uscate EURO/kg.lu8.00

Pret mediu vanzare legume uscate RON/kg35.36

Capacitate uscare sarjakg.lp/sarja300.00

Cost legume proaspete pentru o sarjaRON/sarja300.00

Incasari vanzare legume uscateRON/sarja1768.00

Umiditate relativa initiala medie legume%84

Umiditate relativa finala medie legume%18

Umiditate absoluta intrarekg.a/kg.lp5.67

Umiditate absoluta iesirekg.a/kg.lu0.11

Consum energie electrica sarjakWh/sarja25.20

Consum apa la o sarjamc.apa/sarja0.08

Masa uscata legume pe sarja [Mlus]kg.lu/sarja45.00

Masa de apa de extras pe sarjakg.a/sarja250.00

Masa legume uscate pe sarja [Mlu]kg.fu/sarja50.00

Nr. sarje uscare legumesarje/an90.00

Consum energie termica pe sarjakWh/sarja567.13

Cost energie termica pe sarjaRON/sarja-4.59

Consum de biomasa la o sarjakg.bm/sarja229.37

Consum anual biomasat.bm/an20.64

Cost energie electrica pe sarja RON/sarja10.08

Cost consum apa sarjaRON/sarja3.00

Cost total utilitati sarjaRON/sarja8.49

Cost operator Cop/sarjaRON/sarja136.36

Costuri pregatire materialRON/sarja90.00

Costuri insacuireRON/sarja6.75

Costuri manopera pe sarjaRON/sarja349.67

Costuri amortizare instalatie si intretinereRON/sarja315.16

Costuri totale pentru o sarjaRON/sarja973.32

Cost secific productie RON/kg.lu19.47

Profit brut/sarjaRON/sarja794.68

Profit brut anual uscare LEGUMERON/an71521.34

Ipozitare profit brut%35.00

Profit net anual uscare LEGUMERON/an46488.87

Perioada de recuperare investitie (L)an4.62

Perioada minima recuperare investitie - ( F + L )ani2.23

Coeficient incertitudine economica si climaticareal0.60

Perioada reala recuperare investitie - ( F + L )ani3.72

Bilant emisie CO2

Biomasa reziduala agricola consumata annualt.bm/an32.16

Biochar produs annualt.bc/an4.82

Emisie specifica CO2 din biomasa tocatat.CO2/t.bm0.01tocare+transport

Emisie anuala de CO2 din biomasa tocatat.CO2/an0.32

Emisie specifica CO2 din biochart.CO2/t.bc-37.40

Masa CO2 sechestrata in solt.CO2/an-37.08

12.6 Analiza indicilor economici i ecologici a variantelor de alimentare cu energie termic a usctoarelor convectiveRezultatele analizelor economice i ecologice a utilizrii diferitelor variante de producere a energiei termice pentru usctorul analizat sunt sintetizate n tabelul 12.7.

Tabelul 12.7

IndicatorUMap cald - CLUap cald -peleteGazogen - biomas

fructelegumefructelegumefructelegume

Cost producieRON/kg12.7312.5212.3212.8312.2012.61

Material proaspat%46.6324833.848.528

Manoper%29.133.53035.530.341.2

Energie%12.219.79.314.77.614.8

Amortizri i ntreinere%12.11512.71612.616

Investitie RON193000213000215000

Profit anual netRON/an384003750040500406004970046500

Timp amortizare investitieF sau L5.05.154.65.254.324.62

F + L2.542.452.23

Emisie anual de CO2t/an12.151.25-37

Se constat c rata profitului nu difer ntre cele trei soluii analizate, ceea ce confirm interesul nc sczut pentru utilizarea biomasei ca surs de energie pentru usctoare.

Diferena const ns n diferena masei de CO2 emis n atmosfer, circa 11 t la utilizare pelete i 49 t cu concept CHAB.

Atunci cnd se vor pltii certificatele verzi i pentru producerea de energie termic variantele de utilizare a biomasei vor devenii mai profitabile.

Intre cele dou variante de utilizare a biomasei se constat c nu exist diferene economice remarcabile. Varianta cu gazificare n care se poate utiliza un combustibil mai puin pretenios, din resurse locale, ar putea fi considerat ca soluia optim pentru viitorul apropiat.

8