Studiu de fezabilitate Compania A

1. Rezumat”EPA CHP Partnership” a efectuat un studiu de fezabilitate pentru compania A, cu scopul de a analiza dacă introducerea unei instala ii de cogenerare ar aduce un bonus financiarț acestei companii i astfel să finan eze o analiză mai detailată.ș ț

Prezentul studiu a luat în considerare necesarul termic i electric al fabricii, dateș ob inute din studiul echipamentelor i proceselor existente i interviuri cu personalulț ș ș fabricii privind necesarul de energie.

2. Ipoteze și detalii preliminare de analizăCompania A e pe cale să înceapă construirea unei uzine moderne de producere a etanolului, situată în ora ul Anytown, SUA, care la final va produce 408780mș 3/an. Acesta va fi construită din două păr i, fiecare producând 204390 mț 3/an. Este preconizată o func ionare continuă 24h/zi, 350 zile pe an (8400h/an).ț

Costul energie în cazul fabricilor de etanol, este foarte ridicat, fiind depă it doar de cel alș materiei prime. Uzina, în prima fază de produc ie (estimată la 204390mț 3/an) are nevoie

i de abur pentru pregătirea terciului, distilare i evaporare. Aburul tehnologic va fiș ș ob inut cu ajutorul a 3 cazane (de 1342 kW) pe gaz natural (189873MJ/h capacitateț totală). Gazul natural va fi de asemenea folosit pentru uscarea DDGS-ului (produs ob inut în urma procesului de fabricare a etanolului). Energia electrică va fi folosită înț procesele de fabrica ie i la alte sarcini necesare în fabrică. Tabelul 1 sintetizeazăț ș necesarul de energie electrică i abur tehnologic pentru ambele etape.ș

Etapa 1 Etapa 2

Media necesarului de energie electrică (kW) 5400 5400

Consum anual mediu de energie electrică (kW) 45360000 45360000

Media necesarului de abur (t/h) 68 68

Media necesarului de abur (MJ/h) 158258 158258

Consum anual de abur (MJ) 13,3 x 108 13,3 x 108

Capacitatea cazanului existent (MJ/h) 158258 31651

Număr ore de func ionare/anț 8400 8400

Cost mediu de achizi ie a energiei ($/kWh)ț $0.0467

Cost preconizat al gazului natural livrat ($/m3) $0.3326

1

Tabelul 1

Op iunile luate în calculț

Mai multe instala ii au fost evaluate. Toate au fost proiectate să producă 49,5t/h de aburț cu o presiune de 10 bar cerută de construc ia a doua a uzinei. Două dintre ele au fost laț bază producerea de abur de înaltă presiune (55 bar i 370°C) folosind un cazan ce ardeș biomasă/lemn, destinderea aburului într-o turbină producând energie electrică, astfel aburului poate trece în procesul tehnologic (Figura 1). Ambele cazane/turbine sunt identice, un cazan cu o capacitate de 50t/h i o turbină cu abur de 3.1 MW. Primaș variantă ar fi cumpărarea de eurilor lemnoase (cu o umiditate de 45%) de pe plan localș cu un pre de $15.00/tonă, iar cea de-a doua ar fi utilizarea de eurilor lemnoaseț ș oră ene ti i a altor tipuri de biomasă de la surse apropiate (umiditate medie de 40%)ș ș ș

i astfel primind o sumă de $20.00/tonă.ș

O turbină cu gaz a fost analizată pentru a face o compara ie (Figura 2). Gazele de ardereț de la turbină produc abur ce îndepline te condi iile cerute de procesul tehnologic darș ț nu sunt suficiente, de aceea e nevoie de ardere suplimentară. În acest caz, o turbină cu gaz de 5,3MW, alimentată cu gaz natural, produce energie electrică într-un generator. Energia înmagazinată în gazele de ardere e recuperată cu ajutorul unui generator de abur recuperator. Gazele de ardere con in 15% oxigen, suficient pentru a ajutaț combustia suplimentară.

Figura 1

2

O op iune finală luată în considerare e aceea a unui sistem fără cogenerare, cu un cazanț pe de euri lemnoase/biomasă. Această instala ie este similară cu cea cu turbină cu abur,ș ț doar ca produce abur la 10 bar care e trimis direct în procesul tehnologic, fără a genera energie electrică.

Toate cele 4 op iuni sunt analizate în tabelul 2.ț

Turbina cu abur 1

Turbina cu abur 2

Turbina cu gaz

Cazan pe lemne

Capacitatea de generare (kW) 3100 3100 5300 -Eficien a cazanului (%)ț 70% 70% 90% 70%

Eficien a turbinei cu gaz (%)ț - - 26.9% -Presiunea aburului (bar) 55 55 10 10

Presiunea aburului pentru proces (bar) 10 10 10 10Debit de abur fără ardere suplimentară (t/h) - - 11.8 -

Debit de abur pentru proces (t/h) 50 50 50 50Disponibil (%) 98% 98% 95% 98%

Tabelul 2

Energia electrică generată

Necesarul mediu pentru faza 2 a uzinei e estimată la 5400 kW. Anual consumul ar fi de 45360000 kWh în 8400 h de func ionare. Având în vedere disponibilitatea celor 4 țop iuni, instala ia de cogenerare produce de la 56% până la 93% din necesarul de ț țenergie electrică. Tabelul 3 prezintă bilan ul energiei electrice cumpărate în fiecare caz.ț

Figura 2

3

Cazul de bază

Turbina cu abur 1

Turbina cu abur 2

Turbina cu gaz

Cazan pe lemne

Cererea medie (kW) 5400 5400 5400 5400 5400Capacitatea de generare (kW) 0 3100 3100 5300 0Energia electrică cumpărată (kWh)

45360000

19841000 19841000 3066000 45360000

Energia electrică generată (kWh)

0 25519000 25519000 42294000

0

Tabelul 3

Costuri de instalare

Calculul preliminar al costurilor a fost făcut pentru fiecare op iune i este efectuat ț șpentru predarea instala iei la cheie. (Tabelul 4)ț

Turbina cu gaz

Turbina cu abur 1

Turbina cu abur 2

Cazan pe lemne

Capacitatea de calcul (kW) 5300 3100 3100 0

Costul generatorului ($/kW) $450 $300 $300 -

Costul generatorului $2385000 $930000 $930000 -

Schimbător de căldură/generator de abur ($300/kW)

$1060000 - - -

Pregătirea lemnelor - $2000000 $2000000 $2000000

Fochistul - $5500000 $5500000 $4750000

Precipitator electrostatic - $1700000 $1700000 $1700000

Alte echipamente $861250 $1519500 $1519500 $1267500

Costul total al echipamentelor $4306250 $11649500 $11649500 $9717500

Construc ia instala ieiț ț $2583750 $6989700 $6989700 $5830500

Plata inginerilor $482300 $1304744 $1304744 $1088360

Autoriza ieț $206700 $559176 $559176 $466440

Evenimente neprevăzute $206700 $559176 $559176 $466440

Costul total de instalare $785700 $21062296 $21062296 $17569240

Cost $/kW $1469 $6794 $6794 -

Tabelul 4

4

Prin adoptarea oricărei din op iunile de mai sus, compania A ar evita cumpărarea a unei țcantită i suplimentare de 50t/h de gaz natural. ț

Între inereț

Cerin ele elementare de între inere pentru fiecare op iune sunt prezentate în tabelul 5.ț ț ț

Turbina cu abur 1

Turbina cu abur 2

Turbina cu gaz

Cazan pe lemne

Între inere $/kWhț $0.0200 $0.0200 $0.0060 $0.0160

For a de muncă $/kWhț $0.0150 $0.0200 $0.0000 $0.0150

Tabelul 5

Costuri de baza ale energiei

Compania A a semnat un contract pentru cumpărarea energiei electrice la un pre de ț$0.0467/kWh i preconizează un pre de $0.3326/mș ț 3 pentru gazul natural. Tabelul 6 prezintă ipotezele costului energiei având în vedere un sistem de urgen ă cu țgeneratoare pe motorină, în cazul întreruperii func ionării turbinelor.ț

Turbina cu abur 1

Turbina cu abur 2

Turbina cu gaz

Cazan pe lemne

Pre ul energiei electrice $/kWhț $0.0467 $0.0467 $0.0467 $0.0467

Pre ul gazului natural $/mț 3 $0.3326 $0.3326 $0.3326 $0.3326

Pre ul lemnului/biomasei $/tț $15.00 -$20.00 - $15.00

Umiditatea lemnului/biomasei % 45% 40% - 45%

Pre ul $/kW/lună în cazul întreruperii func .ț ț $3.00 $3.00 $3.00 -

Tabelul 6

5

3. Analiza economicăConsumul anual de combustibil i energie electrică e prezentat în tabelul 7 pentru cazul șîn care nu se folose te instala ie de cogenerare i pentru cele patru cazuri evaluate în ș ț șaceastă analiză.

Sistemul fără cogenerare

Turbina cu abur 1 – lemn

Turbina cu abur 2 – de euri șlemnoase

Turbina cu gaz

Cazan pe lemne

Energie electrică cumpărată (kWh)

45360000 19840800 19840800 3066000 45360000

Energie electrică generată (kWh)

25519200 25519200 42294000

Abur generat de cazanul pe gaz (m3/an)

33677952 7225896 7225896 8014272 7225896

Abur din instala ia țde cogenerare (m3/an)

26452056 26452056 25663680 26452056

Necesar de combustibil pentru cazanul pe gaz (m3/an)

42097440 90323772 90323772 10017840 90323772

Necesarul de combustibil pentru instala ia de țcogenerare (m3/an)

412239744 412239744 35857462 37788643

Tabelul 7

Tabelul 8 prezintă o analiză a costurilor i un calcul al perioadei de recuperare a șinvesti iei pentru fiecare op iune analizată, având în vedere un cost al energie electrice ț țde $0.0467/kWh i un cost al gazului natural de ș $0.3326/m3.

6

Sistemul fără cogenerare

Turbina cu abur 1 – lemn

Turbina cu abur 2 – de euri șlemnoase

Turbina cu gaz

Cazan pe lemne

Capacitatea sistemului de cogenerare (kW)

- 3100 3100 5300 -

Costuri de instalare - $19202296 $19202296 $5925700 $15709240

Costul energiei electrice cumpărate

$2118312 $926565 $926565 $143182 $2118312

Costul gazului natural cumpărat pentru cazan

$14765520 $3168073 $3168073 $3513720 $3168073

Costul combustibilului pentru instala ia de țcogenerare

- $2467713 ($3016094) $12576875

$2262071

Costurile cu între inereaț - $893172 $1020768 $253764 $791095

Costul în cazul întreruperilor

- $111600 $111600 $190800 -

Costuri anuale de operare $16833832 $7567123 $2210912 $16678341

$8339550

Economie anuală - $9316709 $14672920 $205491 $8544282

Recuperare investi iei (ani)ț - 2.1 1.3 28.8 1.8

Tabelul 8

4. Concluzii după analiza preliminară Instala iile de cogenerare pe bază de de euri lemnoase, lemn i gaz sunt cele ț ș ș

care se potrivesc cel mai bine pe necesarul de abur i energie electrică a șcompaniei A.

Compania A face o economie anuală de aproximativ $9300000 în cazul în care cumpără lemnul i o economie de $15000000 dacă acceptă de euri lemnoase ș șurbane i alte de euri. Astfel recuperarea investi iei se face de la 2.1 la 1.8 ani.ș ș ț

Anytown, SUA ar putea oferi i alte dividente în cazul în care Compania A șacceptă să folosească de euri lemnoase urbane, ceea ce ar putea aduce încă un șplus acestei instala ii.ț

7