Kněžice – model lokální energetické soběstačnosti

Stovky českých a moravských obcí prožívají dlouhodobé trauma. Část z nich se musí vypořádat s programem plynofikace, protože v průběhu budování sítě narostly ceny zemního plynu na takovou úroveň, že řada obyvatel se vrací k topení uhlím, dřevem a bohužel i různým komunálním odpadem. Dalším investičním problémem jsou čističky odpadních vod, které musí již od příštího roku zbavit vodu fosforu, který se do ní dostává z různých pracích prášků. A to mnohé obecní čističky neumí.

Tato povinnost se nevyhnula ani malé obci Kněžice na Nymbursku, která do té doby ještě nebyla zahrnuta do programu plynofikace a neměla obecní splaškovou kanalizaci ani čističku. V obci trvale žije necelých 400 obyvatel, ze 125 obydlených objektů je 120 rodinných domků. Dalšími objekty jsou budovy občanské vybavenosti a provozovny drobného podnikání. V obci je dále zemědělská farma s velkochovem hospodářských zvířat a kuřat.

Podle vyprávění zdejšího starosty Milana Kazdy první nápad na elegantní ale náročné řešení, jak tyto ekonomické a ekologické problémy vyřešit společně, přišel na Teplárenských dnech v Hradci Králové už před čtyřmi, pěti lety. A tak se rodil projekt, který prošel mnohými změnami, až dozrál v zásadní rozhodnutí. Stavět čističku, kanalizaci a nebo se pustit do zatím ojedinělé investice výstavby bioplynové stanice, která by řešila zpracování komunálního odpadu, výrobu tepla pro téměř celou obec za přijatelné ceny a ještě mít zisk z prodeje vyrobené a do sítě dodávané elektrické energie, což jsou nepominutelné pozitivní ekonomické a environmentální dopady na celou oblast.

Stručně lze faktograficky popsat další děj. Vypracovat projekt, podat ho v rámci programu Infrastruktura financovaného s fondů Evropské unie, najít zdroje dofinancování akce, vybrat pokud možno spolehlivého a nepříliš drahého dodavatele, přesvědčit spoluobčany, rozkopat celou vesnici a postavit dílo za zhruba 120 milionů korun.

Stavební práce byly zahájeny v listopadu 2005, letos v létě byla postupně uvedena do provozu bioplynová stanice, celý komplex začne fungovat letos na podzim. Skládá se z bioplynové stanice s kogenerační jednotkou, z výtopny na spalování slámy a dřevního odpadu a z teplovodního rozvodu tepla z předizolovaného potrubí v celé vesnici, kterým se přes předávací stanice v jednotlivých objektech bude celoročně dodávat z kotelny a z bioplynové stanice teplo pro vytápění a pro ohřev teplé užitkové vody do téměř všech domů v obci. V hale u kotelny bude peletizační linka na výrobu topných pelet z biomasy, kterou zatím obec již dva roky provozuje v prozatímních prostorách.

Iniciátorem a investorem celého projektu je samotná obec Kněžice. Větší část finančních prostředků na projekt obec získala ze Státního fondu životního prostředí, menší část tvoří půjčka od banky a zahraniční grantová dotace.

Po uvedení celého komplexu do provozu, bude mít většina domů v obci vytápění a celoroční ohřev TUV výhradně z obnovitelných zdrojů, obec bude vyrábět a prodávat elektřinu z bioplynu a topné pelety z biomasy.

Technologie, výkony a dodavatelé

Bioplynová stanice má příjmovou homogenizační jímku s obsahem 180 m³, hygienizační linku s kapacitou 10 tun materiálu za den, jeden vytápěný fermentor o objemu 2500 m³ s nasazeným plynojemem 1000 m³, jednu kogenerační jednotku s elektrickým výkonem 330 kW a s tepelným výkonem 400 kW, a dvě skladovací nádrže s objemem 2 x 6500 m³ na vzniklé hnojivo - tekutý vyfermentovaný substrát. Součástí stanice je trafostanice 22/0,4 kV, pro vyvedení elektrického výkonu kogenerační jednotky do elektrizační sítě.

Kotelna na biomasu má dva kotle, jeden kotel o výkonu 800kW na spalování slámy, druhý o výkonu 400 kW na spalování štěpky a dřevního odpadu, provozní zásobník slámy na přibližně 8 hodin nepřetržitého automatického provozu kotle na slámu, provozní zásobník štěpky na více než jednodenní automatický provoz kotle na štěpku, krytý sklad paliva na několik týdnů provozu kotelny, čerpací stanici pro cirkulaci topné vody v soustavě, chemickou úpravnu vody a systém udržování tlaku v soustavě CZT (centrálního zásobování teplem).

Kotelna spaluje hlavně obilní a lněnou slámu a energetický šťovík v obřích balících a drobný dřevní odpad, a bude podle potřeby dodávat teplo do soustavy CZT. Popel ze spalování slámy a dřeva bude využíván jako hnojivo pro zemědělské pozemky.

Kotle budou normálně v provozu pouze v topném období, kdy přebytečné teplo z bioplynové stanice nebude stačit na pokrytí potřeby tepla v soustavě CZT. V létě budou kotle odstaveny, přičemž menší kotel bude tvořit zálohu pro dodávku tepla do soustavy pro případ výpadku kogenerační jednotky a nebo při jejím odstavení při plánované opravě.

Rozvod tepla v obci je bezkanálový, z předizolovaného potrubí s diagnostickým systémem případných poruch a netěsností, a bude mít celkovou délku tras včetně přípojek cca 6000 metrů. Jmenovité teploty topné vody budou 105/70°C. Předpokládaná nejvyšší spotřeba tepla soustavy CZT, včetně ztrát teplovodů, bude cca 1500 kW.

Provoz celé soustavy CZT včetně bioplynové stanice, kotelny a předávacích stanic je automatický, včetně diagnostiky a dálkového hlášení poruch. Zařízení kotelny a bioplynové stanice vyžaduje dozor 1x za 8 hodin provozu, plánovanou údržbu a servis a případně zásahy při poruchách. Ve větší míře bude potřeba práce obsluhy jen při manipulaci s palivem a surovinami při příjmu a při jejich přípravě ke zpracování, při manipulaci s popelem z kotlů a při vyskladňování hnojiva z bioplynové stanice.

Na samotném počátku myšlenky stáli externí spolupracovníci, technologové ing. Moravec, ing. Řeháček a ekonom ing. Štěpánek z EPC. Hlavním dodavatelem celého projektu Kněžice je SKANSKA CZ, a.s Divize Technologie, dodavatelem technologie bioplynové stanice Tomášek SERVIS, s.r.o z Pardubic, železobetonové nádrže bioplynové stanice dodala firma WOLF SYSTEM, s.r.o. z Prahy. Technologii kotelny dodává Step Trutnov, a.s. Stavební část díla, soustavu rozvodu tepla v obci a kogenerační jednotku GE Jenbacher v bioplynové stanici realizuje Skanska CZ, a.s.

Zajištění materiálu pro bioplynovou stanici

Je to především organický odpad z místní zemědělské farmy, kejda hospodářských zvířat, ale i závadná a stará biomasa (siláž, traviny, šrot a podobně). Stanice dále zpracuje a ekologicky naprosto nezávadně likviduje svážený obsah septiků a žump z Kněžic a okolí. Další surovinou pro bioplynovou stanici je záměrně pěstovaná biomasa, například kukuřice a jeteloviny. Stanice je vybavena i tepelnou hygienizací rizikových vstupních surovin a bude tudíž schopna zpracovávat a ekologicky likvidovat zbytky jídel z restauračních zařízení a odpady z jatek. Všechny tyto vstupní suroviny se po průchodu bioplynovým reaktorem promění v biologicky a hygienicky nezávadné hnojivo. To se bude skladovat ve skladovacích nádržích stanice, a ve vhodných agrotechnických lhůtách se bude vyvážet na zemědělské pozemky. Vznikající bioplyn je trvale spalován v kogenerační jednotce, která vyrábí elektřinu a teplo. Elektřina z jednotky se bude za regulované ceny prodávat do elektrizační sítě. Teplo z jednotky se z menší části využije pro ohřev fermentoru a veškeré zbylé teplo se trvale dodává do rozvodu tepla v obci.

U bioplynových stanic není využití veškerého tepla obvyklé, protože jsou většinou postaveny v místě, kde jsou sice zdroje suroviny pro stanici, ale nikoli dostatečný odbyt tepla. Více než polovina vyrobeného tepla z bioplynových stanic se pak obvykle odvádí bez užitku chladičem do okolního vzduchu. V Kněžicích bude teplo z kogenerační jednotky využito právě díky soustavě CZT v obci.

Ekologické a ekonomické přínosy projektu CZT Kněžice

Ekologické přínosy projektu Kněžice spočívají v úspoře fosilních paliv a snížení škodlivých emisí jak přímo v obci, tak při výrobě toho množství elektřiny, které vyrobí kogenerační jednotka v Kněžicích a nebude muset být vyrobeno v českých uhelných elektrárnách. Investiční náklady na projekt Kněžice jsou předpokládány ve výši 117 milionů Kč včetně DPH, a tato částka bude pravděpodobně dodržena.

Na jednoho připojeného odběratele tepla v Kněžicích tedy připadá cca 1 milion Kč investičních nákladů. To je na první pohled tak vysoká částka, že vzbuzuje pochybnosti o ekonomické efektivnosti celé investice. Ale jak je dále ukázáno, projekt Kněžice je po této stránce srovnatelný i s některými mnohem rozsáhlejšími záměry v české energetice.

Podle údajů v auditu z roku 2004 obec spotřebovala na výrobu tepla cca 1260 tun hnědého uhlí za rok. (výhřevnost hnědého uhlí 17 MJ/kg.) Další část tepla spotřebovala pro ohřev TUV elektřinou . Při předpokládané celkové účinnosti výroby této elektřiny a jejího transportu ke spotřebitelům nejvýše 30%, se na výrobu této elektřiny spotřebuje v uhelných elektrárnách cca 842 tun uhlí za rok. Přibližně 502 tun spotřebují ročně objekty nepřipojené k soustavě. Celková přepočtená spotřeba uhlí pro vytápění a ohřev TUV, jakožto primárního zdroje energie, je tedy v Kněžicích cca 2102 tun za rok.

Kogenerační jednotka bioplynové stanice dodá do elektrizační sítě cca 2200 MWh elektřiny za rok, na jejíž výrobu by v uhelných elektrárnách bylo jinak spotřebováno cca 1 553 tun uhlí za rok.

Celková přepočtená úspora hnědého uhlí s výhřevností 17 MJ/kg bude tedy po realizaci projektu Kněžice cca 2102 – 502 + 1553 = 3 153 tun za rok. Po přepočtu na tzv. měrné palivo s výhřevností 29,3 MJ/kg to bude úspora 1829 tun měrného paliva za rok. Úspora měrného paliva na každých 1000Kč vynaložených investičních nákladů je tedy u projektu Kněžice cca 15 kg mp/rok.

Obec jako celek získá po realizaci projektu finanční přínos cca 8 milionů Kč za rok. Do tohoto přínosu pro celou obec je započtena jak tržba za prodanou elektřinu, tak ušetřené platby občanů za nenakoupenou elektřinu a nenakoupené uhlí. Nejsou odečteny platby za spalovanou biomasu, platby za cíleně pěstované plodiny pro bioplynovou stanici a mzdové náklady na pracovníky soustavy CZT, protože tyto platby a náklady zůstanou v obci.

Obec Kněžice, jakožto investor, majitel a provozovatel výtopny, obdrží za elektřinu cca 6,4 milionu Kč za rok, a za teplo dodané odběratelům v obci cca 3 miliony Kč za rok. Za servis a provozní hmoty pro bioplynovou stanici, kogenerační jednotku a pro kotelnu zaplatí cca 1,2 milionu Kč za rok. Dále zaplatí místním dodavatelům a místní zemědělské farmě Kněžice za palivo pro kotle za rok cca 1 milion Kč, za cíleně pěstovanou biomasu do bioplynové stanice další cca 1 milion Kč za rok a dále zaplatí mzdové náklady pro obsluhu kotelny a bioplynové stanice ve výši cca 2 miliony Kč za rok.

Jednoroční finanční přínos pro obec jakožto provozovatele výtopny bude tedy cca 4,2 milionu Kč za rok. Tedy i přes poměrně vysokou výkupní cenu elektřiny z bioplynové stanice vychází prostá návratnost investice cca 28 let.

Z takto dlouhé doby prosté návratnosti investice vyplývá, že realizace takové investice bez dotace zatím není možná. Přitom ekologický přínos tohoto projektu je vyšší, než je tomu u některých jiných projektů, zaměřených na snížení spotřeby fosilních paliv a na využívání obnovitelných zdrojů energie, které se v české energetice ve velkém rozsahu připravují.

Cesta k lepší ekonomické efektivnosti podobných projektů vede přes snižování ceny všech instalovaných zařízení a staveb, snížení ceny vstupních surovin a snížení mzdových nákladů, a na druhé straně přes zvýšení ceny energie, získávané z neobnovitelných, fosilních zdrojů. V zájmu rovných podmínek musí být do cen energie ze všech zdrojů promítnuty i externí náklady, které jsou zatím většinou hrazeny z jiných společenských prostředků. To je ovšem více politická než technická nebo ekonomická záležitost.

Tento článek byl publikován v rámci spolupráce redakce časopisu Alternativní energie a CZ Biom.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu