torrefioitujen pellettien raaka-aineet, kustannukset …...2015/02/10 · sector-projektin lyhyt...

This project has received funding from the European Union’s Seventh Programme for research, technological development and demonstration

under grant agreement n° 282826

Torrefioitujen pellettien raaka-aineet,

kustannukset ja varastointi –

SECTOR-projektin tuloksia

A European R&D Project funded within the Seventh Framework Programme by the

European Commission

1

Jyväskylä, 10.2.2015

Eija Alakangas, Vesa Arpiainen & Kirsi Korpijärvi Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy Keski-Suomen energiapäivä 10.2.2015

© 1,5,6: ECN; 2-4 Jasper Lensselink



Esityksen sisältö

SECTOR-projektin lyhyt esittely

Raaka-ainevarat ja valinta torrefiointikokeisiin

Torrefiointilaitoksen integrointi

metsäteollisuuteen

Torrefioitujen pellettien varastointikokeet


2



SECTOR -projekti

EU-projekti (FP7): SECTOR

Kesto: 1.1.2012 – 30.6.2015

Kokonaisrahoitus: 10 miljoonaa €

Osallistujat: 21 9 EU-maasta

VTT, Helen

Koordinaattori: DBFZ, Saksa

3




SECTOR-projektin osatehtävät


4

Torrefiointi-

prosessi WP3

Tiivistäminen

WP 4

Logistiikka

WP 6 Käyttö WP7

Tuotteiden spesifiointi ja analyysimenetelmät (WP 8)

ja sosio-ekonomiset ja kestävän kehityksen analyysit (WP9)

Demonstraatiokokeet (WP5)

Raaka-

aineet

WP2

Raaka-ainevarat

Saatavuus nyt ja

2030 sisältäen

hintatason

- Soveltuvuus

torrefiointiin

- Käyttäjien

tarpeet

Torrefiointi-

prosessin

optimointi

pelletoinnin

logistiikan ja

käytön

kannalta

Torrefioidun

biomassan

tiivistämisen

optimointi

- Pelletointi

- briketointi

Tuotetun

polttoaineen

ominaisuuksien

analysointi

- Varastoinnin

- käsittelyn ja

- kuljetuksen

kannalta

Torrefioidun

biomassan

käytettävyys

- Seospoltossa

kivihiililaitoksissa

- Kaasutuksessa

- Pienpoltossa

- Materiaalina



Raaka-aineet ja raaka-aineiden valinta

Biomassapotentiaalit

• Perustuu olemassa oleviin tutkimuksiin – teknisesti saatavissa oleva potentiaali EU-maissa ja maailmanlaajuisesti

• Myös raaka-aineen hintatasoa ja ominaisuuksia selvitetty

Raaka-aineen ja lopputuotteen laatuvaatimukset tuottajien ja käyttäjien kannalta

• Kyselytutkimus tuottajille sekä puupellettien ja torrefioitujen pellettien käyttäjille

• Tehty yhteistyötä International Biomass Torrefaction Council (IBTC) jäsenten kanssa.

Valituista raaka-aineista laadittu ominaisuusprofiilit

• Raaka-aineet luokitettu SFS-EN 14961-1 standardin mukaan (korvattu 2014 kansainvälisellä SFS-EN ISO 17225-1 standardilla)

• Tehty kahdessa vaiheessa (esivalinta – kokeet –lopullinen valinta)

• Ominaisuustiedot kerätty kirjallisuudesta ja SECTOR-projektin laboratoriokokeista

5




Yhteenveto puubiomassan potentiaaleista Euroopassa

Raaka-ainelähde 1 000 k-m3 PJ/a

Runkopuu 195 656 1 438

Maisemanhoidon puubiomassa 59 000 514

Metsähake 166 438 1 186

Metsäteollisuuden sivutuotteet ja

tähteet

92 164 644

Käytöstä poistettu puu (kierrätyspuu) 52 000 397

EU-27 yhteensä 506 258 3 664

Muu Eurooppa

Ukraina 9 300 67

Venäjä (luoteinen alue) 103 900 748

Valko-Venäjä, Norja, Sveitsi 6 560 157

6

Lähteet: BEE-projekti ja EU-Wood projekti




Puuenergiapotentiaalit EU-27 (PJ/a)

7

Lähde: VTT


0

100

200

300

400

500

600

700PJ/a

Käytöstäpoistettu puu

Sivutuotteet jatähteetteollisuudesta

Hakkuutähteetsuoraanmetsästä

Runkopuu

VTT


under grant agreement n° 282826 8




Agrobiomassapotentiaali Euroopassa Raaka-ainelähde PJ/a Kirjallisuuslähde

Olki

560 BEE, Böttcher et al. 2010

600 DBFZ, Thrän et al. 2010

960 BIOMASS FUTURES, Elbersen et al 2012

983 MTT, Pahkala & Lötjönen 2012

Sokerijuurikastähde

25 BEE, Böttcher et al. 2010

36 MTT, Pahkala & Lötjönen 2012 (EU-25)

Auringonkukka 34 BEE, Böttcher et al. 2010

Riisin kuori 9 BEE, Böttcher et al. 2010

Maissitähde 85 BEE, Böttcher et al. 2010

Viinitarhojen ja oliivipuiden korjuutähde, yhteensä 423 BIOMASS FUTURES, Elbersen et al. 2012

• Viinitarhat 14 BEE, Böttcher et al. 2010

• Oliivipuut 28 BEE, Böttcher et al. 2010

Viljellyt energiakasvit, kasvisruokavalio 3 465 BEE, Böttcher et al. 2010

Viljellyt energiakasvit, sekaruokavalio 742 BEE, Böttcher et al. 2010

Monivuotiset peltokasvit 1 642 BIOMASS FUTURES, Elbersen et al 2012

Maataloustähteet (sokerrjuurikas, palkokasvit,

perunakasvit ja öljykasvit)

656 MTT, Pahkala & Lötjönen 2012

Elefanttiheinä 3 324 – 7 651 RENEW, Seyfried et al. 2004

Ruokohelpi (teoreettinen potentiaali) 8 110 BEE, Böttcher et al. 2010

Puumaiset peltokasvit (poppeli, teoreettinen) 12 713 BEE, Böttcher et al. 2010

Lyhytkiertoviljelykasvit 2 576 – 5 447 RENEW, Seyfried et al. 2004

9




Maailmanlaajuinen potentiaali

Oljen potentiaali noin 13 317 PJ/a – maissi, sokeriruoko,

sokerijuurikas, riisi ja vehnä – Kiinassa suurin.

Palmuöljytuotannon tähteet teoreettinen potentiaali yli

260 000 PJ/a – Malesia ja Indonesia.

Sokeriruohon puristustähde 3 647 PJ/a – Brasilia, Intia,

Kiina

Bambua kasvatetaan 37

miljoonalla hehtaarilla ja

kasvava varanto on

noin 389 miljoonaa tonnia.

10

Oljen tekninen potentiaali, PJ/a. Lähde: DBFZ




Kokeisiin valitut raaka-aineet

11

No. Valittu raaka-aine (pilotkokeisiin valitut merkitty lihavoinnilla, 12 kpl) Kokeen tyyppi

1 Karsittu havupuun ranka (kuoreton) : Mänty ja kuusi (Referenssi 1) Lab ja pilot

2 Hakkuutähde, havupuu Lab ja pilot

3 Olki, vehnä (Pohjoismainen lajike) Lab

4 Käytöstä poistettu puu – kierrätyspuu, kemiallisesti käsittelemätön (A, B) Lab ja pilot

5 Kuori Lab

6 Karsittu lehtipuun ranka (kuorellinen): Pyökki (Referenssi 2) Lab ja pilot

7 Poppeli Lab ja pilot

8 Olki (ohra ja vehnä, Etelä-Euroopan lajike) Lab ja pilot

9 Oliivipuiden karsintatähde –puubiomassa Lab ja pilot

10 Eucalyptus Lab ja pilot

11 Paulownia Lab ja pilot

12 Bambo Lab ja pilot

13 Palmutuotannon tähde (mm. tyhjä öljypalmun hedelmän kota) Lab

14 Sokeriruuon puristustähde Lab ja pilot

15 Maissin tähkä Lab

16 Elefanttiheinä Lab

17 Auringonkukan tähde Lab

18 Paju (Salix) Lab ja pilot

19 Ruokohelpi Lab

20 Olki, ohra (Pohjoismainen lajike) Lab

21 Rapsin olki Lab




Integrointi nykyaikaisen sahaan

Nykyaikainen saha, joka käyttää havupuuta 250,000 k-m3/a

Vaihtoehto 1:

Uusi saha ja torrefiointilaitos, 231 600 t/a torrefioituja pellettejä

Käytetään kuorta ja sahanpurua, kattila 35 MWth kuuman veden tuottoon (nauhakuivuri torrefiointilaitoksella)

Sahanhake (39 MWth) käytetään raaka-aineena torrefiointilaitoksella

Lisäksi metsähaketta (136 MWth) torrefiointilaitoksella

Vaihtoehto 2:

Olemassaoleva saha ja uusi torrefiointilaitos, 101 100 t/a torrefiotuja pellettejä

Uusi biomassakattila kuorelle torrefiointilaitosta varten (12 MWth)

Sahanhake ja sahanpuru käytetään raaka-aineena torrefiointilaitoksella

Lisäksi metsähaketta (77 MWth) torrefiointilaitoksella

12




Rinnakkaisprosessi: Moderni saha – päämassa- ja energiavirrat

kun tuotantomäärä on 250 000 m3 havusahatavaraa

13




Rinnakkaisprosessit ja integraatit: Moderni pohjoismainen

sellutehdas

Moderni Pohjoismainen sellutehdas, joka käyttää havupuuta

600 000 kuiva-aine tonnia sellua vuodessa

Vaihtoehto 5:

Sellutehdas ja uusi torrefiointilaitos, 407 200 t/a torrefioituja pellettejä

Sellutehtaan kuori käytetään torrefiointilaitoksen kattilan polttoaineena

(45 MWth) (nauhakuivuri torrefiointilaitoksella)

Sellutehdas tuottaa lähisähköä (50 €/MWe) torrefiointilaitoksen

jauhatukseen ja pelletointiin

Metsähaketta (299 MWth) käytetään raaka-aineena torrefiointilaitoksella

Integrointi säästää logistiikka- ja henkilöstökustannuksissa (75 % stand-

alone-laitoksen kustannuksista) ja käyttökustannuksissa (75% stand-alone-

laitoksen kustannuksista) kuten myös sahavaihtoehdossa on oletettu.

14




Stand alone-laitokset: Eurooppalaiset ja kansainväliset

vaihtoehdot

Perusvaihtoehto:

Referenssilaitos, 72 800 t/a torrefioituja pellettejä

Raaka-aineen hinta on Pohjoismaissa 18-25 €/MWh

Kustannuslaskelmissa käytetty metsähakkeelle hintaa 18 €/MWh (< 150 MWth)

Vaihtoehto 8:

Suuri eurooppalainen torrefiointilaitos, 500 000 t/a torrefioituja pellettejä

Metsähakkeen hinta laskelmissa 20 €/MWh (>150 MWth)

Vaihtoehto 9:

Suuri, Euroopan ulkopuolella toimiva iso torrefiointilaitos, 500 000 t/a

torrefioituja pellettejä

Näissä kohteissa raaka-aineen hintavaihtelut suuremmat, 10 - 20 €/MWh

Kustannuslaskelmissa käytetty hintaa 15 €/MWh

15




Stand alone-laitokset: Puun hinta

16

Selluhakkeen hinta toimitettuna laitokselle vuonna 2013, m3 sob (kuorellinen kiintokuutiometri) Source: Sipilä, E., Biomassan kaasutus, AEL seminaari, 29 lokakuu 2013, Tampere


Hinta Venäjällä huomattavasti halvempi tänään



Perustiedot tuotantokustannuksien laskentaan

17

Kustannuslaji Kustannus

Raaka-ainekustannukset Hakkuutähde < 150 MW th

Hakkuutähde > 150 MWth Kuori Sahanpuru Sahanhake (sahalta) Viljelty puubiomassa (Etelä-Eurooppa

18 €/MWh 20 €/MWh 16 €/MWh 16 €/MWh 18 €/MWh 15 €/MWh

Lämpö Kuumavesi Höyry (matalapaineinen)

20 €/MWhth

25 €/MWhth

Sähkö Ilman siirtokustannuksia Siirtokustannuksien kanssa

50 €/MWhe

60 €/MWhe

Työvoima (sisältää henkilösivukustannukset) 55 €/h

Kustannustekijät Vuotuiset pääomakustannukset (annuiteetti) Käynnistyskulut, rakentamisen aikaiset korot Skaalauskomponentti Käyttökustannukset, vakuutukset, verot

0,1175 (10 %, 20 v)

21 % laitosinvestoinnista 0,7

4 % kokonaiskustannuksista

Vuotuinen käyttöaika (stand-alone-laitokset ja saha- ja selluintegraatit) 8 000 h/a




Yhteenveto tuotantokustannuksista torrefioiduille pelleteille

18


Laji Perus Stand-alone

1 (uusi saha)

2 (olemassa

oleva saha)

5 Moderni

sellutehdas

8 Stand-alone

Eurooppa

9 Stand-alone

Euroopan ulkopuolinen

Torrefioitujen pellettien tuotanto, t/a

72 800 231 600 101 100 407 200 500 000 500 000

Tuot.kust. M€/a 19,3 48,8 24,3 82,5 104,2 87,6

Tuot.kust. €/MWh 43 34 38 33 34 29

Puupelletit €/MWh*

30 30 30 30 30 30

Hinta verrattuna perustapaukseen,%

100 79 91 76 79 66

Hinta verrattuna puupellettiin, %

145 115 126 111 114 96

* PIX Pellet Nordic index



Eri vaihtoehtojen tuotantokustannusjaottelu, €/MWh


19

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

Tuo

tan

toku

stan

nu

kset

, €/M

Wh

Eri vaihtojen tuotantokustannusjaottelu, €/MWh

Merikuljetuksen kustannukset

Kiinteät kustannukset

Pääomakustannukset

Muut muuttuvat kustannukset

Raaka-ainekustannukset

Perustapaus 72 800 t/a Sahaintegraatit

Suuret stand-alone laitokset

500 000 t/a

Sellutehdas- integraatti

231 600 t/a

101 100 t/a

407 200 t/a

Kuva: VTT



Johtopäätöksiä torrefiointilaitoksen integroinnista

Integrointi uuteen sahaan on suositeltavin (Vaihtoehto 1: 231 600 t/a torrefioituja pellettejä, kustannukset 80% perustapauksesta)

Sellutehdasintegraatti voi tuottaa lähes samoilla kustannuksilla kun sahaintegraatti (Vaihtoehto 5: 407 200 t/a torrefioituja pellettejä, kustannukset 80% perustapauksesta)

Edut ovat energian tuotannon integroinnissa (sähkö, lämpö ja erityisesti kuivausprosessi), raaka-aineen logistiikassa, biomassan käsittelyssä ja muissa yleisissä toiminnoissa.

Tiettyjä hyötyjä: puun hankinta, logistiikka- ja kuljetuskustannukset, varastointia ja käsittely laitoksella sekä mahdollisissa muissa tuotteissa, joita ei ole täysimääräisesti huomioitu näissä laskelmissa

Tarvitaan tarkempi tapauskohtainen analyysi.


20



Käsittelykestävyyden ja varastoitavuuden tutkimukset

5 erää torrefioidusta biomassasta valmistettuja

pellettejä - suomalainen puupelletti vertailuna

VTT:n kehittämät käsittelymenetelmät

• Pellettien kostutus tasapainokosteuteen

• Sadetuskoe

• Upotuskoe

Pellettien ominaisuuksien määritys lähtötilanteessa

ja erilaisten käsittelyjen jälkeen

• Pellettien mitat, kosteus, irtotiheys ja mekaaninen

käsittelykestävyys , puristuslujuus


21

Kuvat: VTT



0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Pe

llett

ien

ko

ste

us,

%

Aika, h

ECN Spruce 260

ECN Poplar 270

ECN Pine 270

CENER Straw 270

Topell Wood Residues 260-280

Wood Pellets

Pellettien kostuminen


22

Pellettilaatujen tasapainokosteudet

suhteellisen ilmankosteuden ollessa

81 – 83 % ja 26 C lämpötilassa

Kuvat: VTT



Pellettien kosteus eri käsittelyjen jälkeen


23

3,8 4,2 5,1

12,4

8,46,3

8,8 8,7 9,6

12,910,3

12,0

25,223,9 23,3

30,027,8 27,4

21,5

24,6

35,8

25,0 25,9

72,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

ECN Spruce 260 ECN Poplar 270 ECN Pine 270 CENER Straw 270 Topell Woodresidues 260-280

Wood pellets

Ko

ste

us,

%

Lähtötilanne

Tasapainokosteus

Sadetuskokeen jälkeen

Upotuskokeen jälkeen

Lähde: VTT



Pellettien kostumisen vaikutus käsittelykestävyyteen


24

98

,2

97

,4

58

,9

54

,2

97

,5

97

,9

81

,3

80

,7

93

,0

89

,2

49

,7 54

,0

98

,0

97

,0

74

,9 80

,8

96

,0

95

,0

64

,2

60

,1

98

,2

94

,6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100Lä

htö

tila

nn

e

Tasa

pai

no

kost

eu

s

Sad

etu

s

Up

otu

s

Läh

töti

lan

ne

Tasa

pai

no

kost

eu

s

Sad

etu

s

Up

otu

s

Läh

töti

lan

ne

Tasa

pai

no

kost

eu

s

Sad

etu

s

Up

otu

s

Läh

töti

lan

ne

Tasa

pai

no

kost

eu

s

Sad

etu

s

Up

otu

s

Läh

töti

lan

ne

Tasa

pai

no

kost

eu

s

Sad

etu

s

Up

otu

s

Läh

töti

lan

ne

Tasa

pai

no

kost

eu

s

Sad

etu

s

Up

otu

s

ECN Spruce 260 ECN Poplar 270 ECN Pine 270 CENER Straw 270 Topell Woodresidues 260-280

Wood pellets

Me

kaan

ine

n k

äsit

tely

kest

ävyy

s, %

Lähde: VTT



Johtopäätökset varastointikokeista

Kaikki testatut torrefioidusta biomassasta valmistetut

pelletit kestivät kostumista ja kastumista puupellettejä

paremmin

• Kostuminen tasapainokosteuteen heikensi pellettien

käsittelykestävyyttä vain vähän

• Sadetus tai upottaminen veteen heikensi käsittelykestävyyttä

huomattavasti

Käsittelykestävyydessä oli eroja pellettilaatujen välillä,

joita voitiin perustella mm. pellettien mitoilla ja raaka-

aineilla

Laboratoriomitan kokeiden perusteella torrefioidut

pelletit tulisi varastoida katettuna


25



Kiitos !

26

SECTOR-projekti Prof. Dr.-Ing. Daniela Thrän DBFZ gGmbH Torgauer Str. 116 04347 Leipzig Germany www.dbfz.de

SECTOR-projektin VTT:n yhdyshenkilöt Eija Alakangas (varat, standardisointi) Vesa Arpiainen (kustannukset, integrointi) Kirsi Korpijärvi (varastointi) Leena Fagernäs (kemikaalit) [email protected] Lisää tietoa SECTOR projektista [email protected] URL: www.sector-project.eu

© Karl-Heinz Liebisch/PIXELIO

Helsinki, 17 September 2014

http://www.sector-project.eu/



torrefioitujen pellettien raaka-aineet, kustannukset …...2015/02/10 · sector-projektin lyhyt...

Documents