PROSJEKT FOR INNSAMLING AV ERFARINGER OG DRIFTSDATA FRA PILOTANLEGG BIOBRENSEL OG VARMEPUMPER I VEKSTHUS. Sluttrapport for Gartneri D Innledning om gartneriet Gartneri D ligger i Sunnhordaland. Veksthusanlegget består av tre veksthus på til sammen 2782 m2. Veksthus, form, tekkemateriale areal Alle veksthusene har glass i taket. På 1400 m2 er det kanalplater i vegg og gavl. Skyggeanlegg på 1000 m2. Beskrivelse av fyranlegg Veksthusene ble tidligere varmet opp med propangass. Nytt fyranlegg består av to Vetokjeler på hver seg 300 kw med hver sin sirklemater. Flissiloen er på 52 m 3. På investeringstidspunktet var kostnaden ved å kjøpe to små kjeler lik prisen for en stor. Gartneri D valgte derfor to mindre kjeler fordi dette gir større sikkerhet og større fleksibilitet. Det er bar i den kaldeste tida på året at det er nødvendig å kjøre begge kjeler. Kjelene er plassert i nytt fyrrom ved siden av eldre låvebygning. To siloer er bygd i låven og en kan tippe flis ned i silo fra gammel låvebru. På hver av skorsteinene er det montert avtrekksvifte. Det er felles askeutmating fra de to kjelene. Anlegget er levert av Hallenstvedt AS. Anlegget er beregnet på å brenne flis med mindre enn 35 % fuktighet.
Agurkproduksjon krever tilførsel av CO2 til plantene og derfor fyrer Gartneri D med propan så lenge det er dagslys og det er varmebehov. Røykgassen trekkes inn i veksthuset. Resten av tida forsøker han i størst mulig grad og fyre med flis. Driftsform Driftsopplegget er sesongproduksjon av agurk for engrossalg. Det brukes noe vekstlys til oppal av egen småplanter. Begrunnelse for valg av teknologi Eierne så nødvendigheten av alternativ energiforsyning. Gartneri D har erfaring med skogsarbeid og så mulighet for selv å produsere noe flis. Derfor falt valget på flisfyring. Prosjektperiode Gartneri D byget anlegget i 2008 og fikk 20% i støtte gjennom Innovasjon Norge Energioppfølging er gjennomført gjennom hele 2009 og 2010 med ukentlige avlesninger og beregning av forbruk for alle energibærere. Regnskap Prosjektet budsjettert til 1 400 000 NOK. Hallenstvedt leverte kjelanlegget. Byggeperiode Arbeidsledelse ansvar Gartneri D Hva gikk greit / galt Tidsplan Ok. Grunnarbeid Ok. Litt dyrere enn prosjektert. Montering av varmekilde Egeninnsats. Ok. Rørlegger Ok.
Elektriker Ok. Styring- automatikk Ferdig montert. Innkjøring, Ok. Feilretting Planetdrev for innmating sprakk etter et halvt år (produktfeil). Drift Stemte dimensjoneringen Litt overdimensjonert. Driftsstans Planetdrev brudd. Samkjøring spisslast Meget bra. Buffertank Ikke installert. Sirkulasjon i rør Ok. Gangtid Godt balansert. Tidsforbruk feiing-askehåndtering Utføres hver tredje uke ved full drift. Totalt 25 timer per år. Askemengde 6 m 3 /år. Deponering spredning På dyrket mark.
Flishåndtering Volum flissilo 52 m 3. Logistikk Flishogger direkte i flissiloen. Bestilling og leveranse 70-80 fm 3 eget virke per år. Kjøper 500-530 fm 3 i tillegg. Tidsforbruk 7 timer flishogging per uke ved full drift. 2-3 timer per uke på sommeren. Driftsstand pga. fliskvalitet Kun to stopp. Tekniske feil med varmesentral Kun etter en kortslutning i høyspentnettet. Sommerdrift? Ja. Kunne mer vært oppnådd med andre løsninger; buffer, mindre kjele, to kjeler, annen drift? En buffer for gassfyr for å øke CO2 produksjonen på dagtid. Diverse andre erfaringer Hva ville du i etterkant av bygginga gjort annerledes. Større takhøyde for feiing.
MWh MWh Årsproduksjon Gartneri D 2009 2010 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 1 035 Årsproduksjonen fra biobrenselkjelen i år 2009 og 2010. 1 434 Dimensjonering. Her ser vi hva de andre pilotgartneriene har installert. Kjærnsrød Guren Hauer Vaage Laanke de Haes Bredeli Hanevold Drivstua Gjennestad Daljit Sandaker Effekt på varmekilde 1 000 300 825 600 220 725 147 66 160 1 500 120 1 000 Veksthusareal 9 000 6 260 3 450 3 000 1 000 3 800 3 000 3 700 2 400 12 000 3 200 9 500 kw/da 111 48 239 200 220 191 49 18 67 125 38 105 Gangtid 3 918 4 414 2 390 2 256 1 551 3 195 4 429 2 695 Årsproduksjon Gartneri D 2009 2010 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 1 035 Årsproduksjonen fra biobrenselkjelen i år 2009 og 2010. 1 434
kwh Vanligvis beregner vi en teoretisk varighetskurve for å finne en fornuftig dimensjonering av fliskjel eller varmepumpe. En ønsker ofte at fliskjelen skal dekke 90% av årsvarmebehovet og varmepumpe 80%. Samtidig vil vi at kapitalkostnaden skal være så lav som mulig pr levert kwh. Det taler for en liten fyringssentral som kan gå mange timer på full effekt. Varme fra biobrensel eller varmepumpe dekker % av sum varme: Bredeli 61 % de Haes 94 % Drivstua 55 % Guren 41 % Hanevold 17 % Hauer 91 % Kjærnsrød 93 % Laanke 99 % Vaage 74 % Gjennom dette prosjektet har vi registret varmeforbruket hver uke gjennom hele året og slik sette skaffet oss en faktisk og konkret varighetskurve. Riktignok på ukebasis og ikke pr time som kunne vært ønskelig. Tallene er sortert med høyeste energibehov først vises med blått i figuren under. I samme graf er det tegnet inn en grønn linje som viser mulig levert fornybar varme fra kjelanlegget forutsatt en gitt gangtid pr døgn. 100 000 Varmebehov pr uke, sortert. 90 000 80 000 70 000 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 uke
Kurven viser at ved 20 timers daglig gange ved oppgitt effekt er det kapasitet til å dekke behovet i 52 uker i året. I 2010 leverte anlegget ca 1 522 000 kwh. Gartneri D er fornøyd med størrelsen på de to kjelene. Han er også fornøyd med å ha to kjeler på 300 kw. Det gjør at sommerdriften blir enklere. Grønnsakproduksjon krever noe undervarme hver natt og minste ukeleveranse har vært ca 14 000 kwh. Det betyr at en kjele har gått 6,5 timer ved full effekt hvert døgn. Energiforbruk: I gjennomsnitt har Gartneri D gartneri brukt 586 kwh pr m2 veksthus i året. T ota lt e ne rgiforbruk Ga rtne ri kw h/m2 og å r A 657 Ga rtne ri D 641 C 628 B 616 E 550 F 520 G 518 H 503 I 371 700 600 500 400 300 200 100 0 A Totalt energiforbruk i kwh/m2 og år Gartneri D C B E F G H I Gartneri
kwh pr m2 kwh pr m2 i uka Fordeling mellom lys og varme: 14,00 Gjennomsnittlig uke-forbruk av lys og varme 12,00 10,00 3,82 3,46 1,59 2,55 3,70 0,54 8,00 6,00 2,02 3,35 Lys Varme 4,00 2,00 0,00 A B C H E F G Gartneri D Gartneri Vi ser at Gartneri D så godt som ikke bruker lys i produksjonen. Figurnene viser også et høyre forbruk i 2010 sammenlignet med 2009. Dette gjelder Gartneri D med også flere av de andre. Pr måned fordeler forbruket seg slik i 2010: Total energiforbruk pr måned 100,0 Gass Olje Elkjel Lys Teknisk strøm varmepumpe Snitt alle gartnerier i prosjektet 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des
Kurven over viser at noe annet forbruksmønster enn gjennomsnittet og dette er kun en følge av at Gartneri D driver sesongproduksjon av grønnsaker uten vekstlys. Vekstlyset brukes kun ved oppal av planter til eget bruk. Gartneri D forbruker noe mer enn de andre gartneriene i prosjektet. Her må vi nevne at et par av deltakerne har klart å redusere forbruket dramatisk på andre måter enn ved konvertering. Vinteren 2009-2010 var ekstremt kald og vi tar også med kurven for 2009. Den viser svært mye lavere forbruk i januar Fordeling all energi pr måned, Gartneri D i 2010 sep 8 % okt 8 % nov 2 % des 5 % jan 9 % feb 15 % aug 6 % jul 6 % mar 15 % jun 6 % mai 8 % apr 12 %
kwh/ukem2 Fossil energi Nedenfor vises andelen fossil energi for dette gartneriet sammenlignet med de andre deltakerne i prosjektet. 14,0 Gjennomsnittlig energiforbruk pr ukekvadratmeter 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 3,7 3,7 0,5 2,2 3,5 0,1 0,0 5,4 6,1 3,5 0,0 8,0 3,2 0,0 7,9 0,6 6,5 8,2 7,9 1,6 1,4 5,0 3,1 1,0 3,8 3,5 1,4 A B C F E Gartneri D G H I Gartneri El Fossil VP/Bio Andel fossil energi i forhold til el og VP/Bio 100 % 90 % 80 % 21 % 70 % 60 % 50 % 40 % 9 % 0 % 0 % 1 % 0 % 15 % 13 % El Fossil VP/Bio 30 % 20 % 10 % 10 % 0 % A B C F E Gartneri D G H I Som grafene over viser, bruker Gartneri D 21% fossil energi. Dette er i sin helhet propan som brennes for å skaffe CO2. Røykgassen ledes inn i veksthusene slik at plantene kan ta opp CO2 slik at veksten øker. Samtidig viser grafen også at Gartneri D er den som relativt sett bruker mest fornybar varme. Forklaringen på dette er at han i liten grad nytter vekstlys, siden produksjon ikke skjer i den aller mørkeste tiden på året.
Tilsvarende varmleveranse fra varmepumpe eller bio blir da Varme fra VP/Bio Ga rtne ri kw h/m2 og å r Ga rtne ri D 508 B 472 C 438 A 336 E 310 F 209 G 185 H 151 I 80 Buffertank Med så stor kapasitet på kjelene er det lite behov for buffertank i forhold til biobrenselanlegget. Imidlertid ville det vært mulig å få gitt mer CO2 hvis varmen etter propanbrenning kunne lagres på buffertank. Gangtid Med uttrykket gangtid mener vi det teoretiske antall timer anlegget måtte gå på full effekt for å levere gitt energimengde på årsbasis. Noen bruker også Driftstid om det samme. Ga rtne ri Ga ngtid, time r A Bio 3 942 B Bio 2 308 Gartneri D Bio 2 538 C Vp 3 419 E Bio 1 624 F Bio 1 365 G Vp 4 481 H Vp 2 779 I Vp 4 399 Gangtiden sier ofte noe om økonomien i prosjektet. Høy gangtid gir mange timer å fordele kapitalkostnadene på. Erfaringer gjennom dette prosjektet antyder at gangtid omkring 3000 timer veldig ofte gir god lønnsomhet. Gjennomsnittlig gangtid for alle biobrenselanleggene 2 355 timer Gjennomsnittlig gangtid for alle varmepumpene 3 770 timer
kwh Spisslast 80 000 Forhold mellom spisslast og grunnlast (flis) 70 000 60 000 50 000 40 000 30 000 Spisslast varmepumpe 20 000 10 000 0 1 11 21 31 41 51-10 000 Tid, uker Spisslasten er større en grunnlast i 1 uker. Maksimal spisslastleveranse på en uke er 13597 kwh. mens største ukeleveranse fra flis er 75606 kwh. Kaldeste uka gikk det med 85500 kwh. Det betyr at 88 % av maksimalt effektbehov teoretisk kan dekkes med fornybar varme under gitte betingelser.
Effektuttak 0,9 Effektuttak Gartneri D 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1.7.2009 1.10.2009 1.1.2010 1.4.2010 1.7.2010 1.10.2010 1.1.2011 1.4.2011 Effektuttak i perioden 01.01.2010 31.05.2011. Effektuttaket øker faktisk utover sommeren. Dette skyldes planteproduksjonen som er i gartneriet. Propankjelen er også inkludert i effektuttaket, derfor ser det ut som fliskjelen oppnår effekter som ligger godt over hva den skal levere.
Virkningsgrad biobrenselkjel Virkningsgrad og effektuttak Gartneri D 120,0 % Virkningsgrad Maks registrert effektuttak ift. installert 116,0 % 100,0 % 80,0 % 84,2 % 60,0 % 40,0 % 20,0 % 0,0 % Årsvirkningsgrad og maks registrert effektuttak ved Gartneri D. Årsvirkningsgraden er god kun 84,2 %. Effekten på kjelen utnyttes godt, og brenselet har en ganske lav fuktighet.
Prosentandel Fuktighetsprosent Fuktighet, fraksjon og brennverdi flis 30,0 % Flisfuktighet Gartneri D 27,2 % 25,0 % 20,0 % 15,0 % 10,0 % 5,0 % 0,0 % 09.06.2011 Flisfuktighet hos Gartneri D i juni 2011. Relativt lav fuktighet tatt i betraktning at virket er tørket naturlig. 45 Flisfraksjon Gartneri D 40 35 30 25 20 15 10 5 0 M3,15 M8 M16 M31,5 M45 M63 S63 Stikker Stikker > 100-120 120 Fraksjonsfordelingen viser at hovedtyngden ligger i intervallet 3,15-31,5 mm. Dette er tilfredsstillende for et anlegg av denne størrelsen.
Antall flis stikker Gartneri D 39 35 Stikker 100-120 mm Stikker > 120 mm Stikker kan skape driftsproblemer, spesielt i mindre anlegg. I den europeiske CEN standarden tillates ingen stikker i flisklassene som vanlig å benytte i de små anleggene. Spesielt stikker over 120 mm bør unngås. Gartneri D har ikke sold i flishoggeren sin, noe som det relativt høye antallet stikker indikerer.
kwh/kg 6,0 Nedre brennverdi 5,3 5,3 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Rivingsflis Skogsflis Nedre brennverdi for skogflis og rivingsflis, basert på undersøkelser fra dette prosjektet og et lignende, pågående prosjekt ved Skog og landskap.
Timer per år øre/kwh Brenselkostnad 25,00 Brenselkostnad Gartneri D 20,00 15,00 10,00 3,50 17,50 Flishogging Råstoff inkl.transport 5,00 0,00 Brenselkostnaden består av virke, virkestransport og flishogging. Flishoggingen skjer i egen regi. Råstoffet er den største kostnaden, og det er grunn til å anta at prisen for energigran og massevirke vil øke de kommende årene. Heltreflis burde være et interessant alternativ, da det er et rimeligere råstoff som det dessuten gis tilskudd fra Statens landbruksforvaltning til å avvirke. Det er imidlertid viktig med tilfredsstillende tørking, samt flishogging med sold for å unngå stikker i flisa. Tidsforbruk 60 Årlig tidsforbruk Gartneri D 50 40 30 20 10 0 Feiing og asketømming Brenselfylling Ettersyn og vedlikehold Tidsforbruket påvirker driftskostnaden. Allikevel er det viktig med tilstrekkelig vedlikehold og feiing, da dette er viktig for å oppnå en god virkningsgrad og driftsøkonomi. Gartneri D har en enkel logistikk for flisfylling, siden det flishogges direkte i flissiloen. Det er derfor ingen tidsbruk til flisfylling.
Økonomi Forutse tninge r Be re gne t va rme pris for fornyba r va rme Effekt 600 kw Brensel 26,5 øre/kwh Rentefot 6 % Drift 2,1 øre/kwh Levetid 15 år Vedlikehold Kapitalkostnad 1,7 øre/kwhsom andel av varmepris Årsvirkningsgrad 85 % Kapitalkostnad 7,3 øre/kwh Timekostnad 300 kr/t Sum varmekostnad 37,6 øre/kwh Pris biobrensel 0,225 kr/kwh Vedlikehold pr år Driftsarbeid, timer pr år 25000 kr 104 timer Inve ste ring Brutto investering 1 400 000 kr Investeringsstøtte 280 000 kr Netto investering 1 120 000 kr Årlige kapitalkostnader 108 267 kr Netto investering pr kw 1 867 kr/kw Fordeling varmekostnader 19 % 5 % 6 % 70 % Brensel Drift Vedlikehold Kapitalkostnad Beregningen over betyr at hvis alternativ energipris er spart 257000 kroner pr år på denne investeringen. 0,55 kr/kw, så har Gartneri D
Miljøregnskap Tidligere ble varmen levert både fra olje og elkjel. Hvis regner at all tidligere varme kom fra olje får vi følgende regnskap Levert varme 1 475 643 kwh/år tilsvarende netto forbruk olje 146 651 liter Årsvirkningsgrad oljekjele 80 % totalt redusert oljeforbruk 183 314 liter /år Redusert CO2 586 604 kg/år Redusert Nox 550 kg/år Redusert SO2 917 kg/år