Efficienza energetica e rinnovabili per il caseificio del futuro
Venerdì 27 novembre 2015 - Tecnopolo di Reggio Emilia Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Analisi sulla fattibilità tecnico-economica di
impianti di biogas interaziendali
Nicola Labartino; Fabio Verzellesi; Claudio Fabbri; Sergio Piccinini
CRPA, Reggio Emilia
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Progetto ERICA
Analisi della fattibilità tecnico-economica di impianti di biogas interaziendali
Verranno presentati i casi studio effettuati su tre caseifici di Parmigiano Reggiano in province colpite dal sisma (MO e RE)
La scelta è stata fatta anche in base all’interesse delle
aziende verso la digestione anaerobica
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 1:
Caseificio C in provincia di RE
• Nell’ambito del progetto sono stati effettuati dei sopralluoghi presso tre allevamenti, di seguito descritti con gli acronimi MA, MB, MC.
• I primi due allevamenti sono soci del caseificio, l’allevamento MC è stato visitato poiché dista solo 1 km dall’azienda MA, ha un proprio caseificio, ma non valorizza il proprio
siero di latte che può, quindi, essere avviato a digestione anaerobica.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 1:
Caseificio C
• Vista la distanza delle tre aziende dal caseificio
• Vista la non disponibilità di terreno per costruire l’impianto di biogas presso il caseificio
• Vista la vicinanza tra le tre aziende visitate
L’impianto di biogas interaziendale è
stato ipotizzato presso l’Azienda MA
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
impianto di biogas inserito presso l’azienda MA conferente al Caseificio C
I capi presenti in azienda e le tipologie di stabulazione
Allevamenti conferenti caseificio C
Allevamento N° capi lattazione
Sistema di
Stabulazione Effluente campionato
MA 380 Cuccette Liquame vacche lattazione+sala mung
medio
MB 400 Cuccette Vasca 1 pre separazione(vacche lattaz)
MB Lettiera
permanente Letame rimonta Centro n°2
MB Cuccette Letame separato da elevatore vacche latt.
MC 330 Cuccette Liquame vacche lattaz.+sala mung
MC Lettiera inclinata lettiera inclinata rimonta
MC Lettiera
permanente
lettiera permanente stalla 5(rimozione frequente)
Totale bovini latt. 1110
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 1:
impianto di biogas inserito presso MA
• Sottoprodotti Alimentati
Matrici
[t/a] [t/giorno]
Liquame bovini da latte - MA 13.107 35,9
Siero azienda MC 2.190 6,0
Letame bovini da latte - Azienda
MA 831 2,3
Liquame bovini da latte -
Azienda MB 14.894 40,8
Letame bovini da latte - Azienda
MB 1.999 5,5
Totale 33.020 90,5
Quantità
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
impianto di biogas inserito presso MA
• Caratteristiche digestore
Volume totale dei 2 digestori:
3768 m 3
Temperatura di esercizio: 38 °C
COV [kg SV/m 3 * gg] : 2,5
• Biogas prodotto
Resa specifica biogas[m 3 /kg SV * gg]: 0,42
Quantità biogas prodotto[m 3 /anno]: 1.264.111
Percentuale di CH 4 : 55%
Tempo di ritenzione idraulica [gg]: 36
Prevista una vasca coperta per lo stoccaggio del digestato liquido separato con una capacità di stoccaggio di 30 giorni
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Carico reattore [gg/a]
Funzionamento cogeneratore
[h/a]
Rendimento elettrico
Potenza elettrica installata
[kW] Rendimento termico Potenza termica recuperabile [kW]
365 8.000 36% 282 49% 384
Produzione lorda EE [kWh/a]
Autoconsumo EE ausiliari [kWh/a]
Consumo EE digestore
[kWh/a]
Potenza termica minima vendibile
[kW]
Produzione EE ceduta alla rete
[kWh/a]
Potenza termica minima vendibile
[kW]
2.254.292 90.172 157.800 156 2.006.320 156
Conversione energetica
Caso 1:
impianto di biogas inserito presso MA
Potenza termica necessaria per il riscaldamento del
digestore e disponibile
per la vendita
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Investimento Totale: € 1.599.226 (€ 5.675,31 /kWe)
• Costi Totali annuali: € 190.726
• Manutenzione straordinaria nei 20 anni di durata incentivo: € 1.043.095
impianto di biogas inserito presso MA
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Ricavi annuali per 20 anni con un incentivo di 0,233* €/kWh immesso in rete:
€ 467.472/a
Grafico del flusso di cassa attualizzato (VAN) al tasso inflattivo pari al 2% e al saggio bancario del 5%
• Break even point: 8,07 – 8,92
• Valore attuale netto (VAN): € 2.093.317 - € 1.245.765.
• Tasso Interno Rendimento (TIR): 13,7%
Caso 1:
impianto di biogas inserito presso MA
* Incentivo previsto dallo schema di Dm Sviluppo
Economico recante incentivi alle rinnovabili non
fotovoltaiche, per potenze elettriche installate sotto i
300 kW
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Ricavi annuali per 20 anni con un incentivo di 0,233* €/kWh immesso in rete: € 467.472/a Grafico del flusso di cassa attualizzato (VAN) al tasso inflattivo pari al 2% e al saggio bancario del 5% e finanziamento in conto capitale pari al 10%
• Break even point: 5,55 – 8,02
• Valore attuale netto (VAN): € 2.253.239 - € 1.405.688
• Tasso Interno Rendimento (TIR): 15,3%
impianto di biogas inserito presso MA
* Incentivo previsto dallo schema di Dm Sviluppo
Economico recante incentivi alle rinnovabili non
fotovoltaiche, per potenze elettriche installate sotto i
300 kW
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Nell’ambito del progetto sono stati effettuati dei sopralluoghi presso sette allevamenti bovini e l’ allevamento suino annesso al caseificio, di seguito descritti con gli acronimi TA, TB, TC, TD, TE, TF, TG e TH.
• Gli allevamenti sono soci della latteria e distano da essa da 0 a 6,5 km
Caso 2:
Caseificio B in provincia di Reggio Emila
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 2:
Caseificio B
• Vista la posizione abbastanza
baricentrica del caseificio rispetto agli allevamenti
• Vista la disponibilità di terreno per costruire l’impianto di biogas presso il caseificio
• Vista la possibilità di utilizzare parte dell’energia termica in eccesso,
proveniente dalla cogenerazione, per la lavorazione del latte
L’impianto di biogas interaziendale è
stato ipotizzato presso il caseificio
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 2:
Caseificio B
• I capi presenti in azienda e le tipologie di stabulazione
* dell’allevamento TH sono stati considerati solo 6200 suini per caratteristiche, più ideonee, del ricovero e dei liquami
Allevamenti conferenti caseificio B
Allevamento N° capi lattazione
Sistema di
Stabulazione Effluente campionato
TA Lettiera segatura
rinnovo frequente Lettiera vacche lattazione con segatura
TA 110
Lettiera segatura
rinnovo frequente Corsia alimentazione vacche in lattazione
TB 84 Cuccette Liquame bovino vacche lattazione
TB Lettiera rimozione
frequente Rimonta
TC 130 Cuccette Vacche lattazione+ rimonta
TD 110 Cuccette Vacche lattazione
TD Lettiera perm. Rimonta
TE 120 Cuccette Liquame bovino vacche lattazione
TE Cuccette Asciutta e rimonta
TF 120 Cuccette Liquame bovino vacche lattazione
TF Lettiera rimozione
frequente Rimonta
TG 70 Cuccette Liquame bovino vacche lattazione
TG Lettiera rimozione
frequente Rimonta
Totale bovini latt. 744
TH 4600 PPF Liquame suino ingrasso vecchio
TH 6200
Totale suini ingrasso 10800
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 2:
Caseificio B
• Sottoprodotti alimentati: le aziende sono state accorpate per distanza dal caseificio
Matrici
[t/a] [t/giorno]
Liquame bovini da latte - 4 km 10.549 28,90
Letame bovini da latte - 4 km 2.044 5,60
Liquame suini allevamento TH 6.900 18,91
Liquame bovino da latte 6,5 km 13.582 37,21 Letame bovino da latte - 6,5 km 3.939 10,79
Totale 37.014 101,4
Quantità
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 2:
Caseificio B
• Caratteristiche digestore
Volume totale dei 2 digestori:
3797 m 3
Temperatura di esercizio: 38 °C COV [kg SV/m 3 * gg] : 2,5
Tempo di ritenzione idraulica [gg]: 32
Previsto un addensatore/flottatore per i liquami suini
Prevista una vasca coperta per lo stoccaggio del digestato liquido separato con una capacità di stoccaggio di 30 giorni
• Biogas prodotto
Resa specifica biogas[m 3 /kg SV*gg]: 0,43
Quantità biogas prodotto[m 3 /anno]: 1.280.905
Percentuale di CH 4 : 57%
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caseificio B
Potenza termica necessaria per il riscaldamento del
digestore e disponibile per la vendita
Carico reattore [gg/a]
Funzionamento cogeneratore
[h/a]
Rendimento elettrico
Potenza elettrica installata
[kW] Rendimento termico Potenza termica recuperabile [kW]
365 8.000 36% 295 49% 402
Produzione lorda EE [kWh/a]
Autoconsumo EE ausiliari [kWh/a]
Consumo EE digestore
[kWh/a]
Potenza termica minima vendibile
[kW]
Produzione EE ceduta alla rete
[kWh/a]
Produzione ET venduta o valorizzata
[kWh/a]
2.360.440 94.418 165.231 151 2.100.792 803.205
Conversione energetica
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Investimento Totale: € 1.732.184 (5.870,71 €/kWe)
• Costi Totali annuali: € 215.220
• Manutenzione straordinaria nei 20 anni di durata incentivo: € 1.108.739
Caso 2:
Caseificio B
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Ricavi annuali per 20 anni con un incentivo di 0,233* €/kWh immesso in rete e recupero termico:
€ 521.612/a (di cui circa 32.000 € come risparmio per il recupero termico)
Grafico del flusso di cassa attualizzato (VAN) al tasso inflattivo pari al 2% e al saggio bancario del 5%
• Break even point: 6,06 – 8,54
• Valore attuale netto (VAN): € 2.396.025 - € 1.450.132.
• Tasso Interno Rendimento (TIR): 14,3%
Caseificio B
* Incentivo previsto dallo schema di Dm Sviluppo
Economico recante incentivi alle rinnovabili non
fotovoltaiche, per potenze elettriche installate sotto i
300 kW
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Ricavi annuali per 20 anni con un incentivo di 0,233* €/kWh immesso in rete e recupero termico:
€ 521.612/a (di cui circa 32.000 € come risparmio per il recupero termico)
Grafico del flusso di cassa attualizzato (VAN) al tasso inflattivo pari al 2% e al saggio bancario del 5% e finanziamento in conto capitale pari al 10%
• Break even point: 5,42 – 6,02
• Valore attuale netto (VAN): € 2.569.243 - € 1.623.350
• Tasso Interno Rendimento (TIR): 16%
Caso 2:
Caseificio B
* Incentivo previsto dallo schema di Dm Sviluppo
Economico recante incentivi alle rinnovabili non
fotovoltaiche, per potenze elettriche installate sotto i
300 kW
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 3:
Caseificio C in provincia di Modena
• Nell’ambito del progetto sono stati effettuati dei sopralluoghi presso due allevamenti, di seguito descritti con gli acronimi BA, BB.
• I due allevamenti sono soci del caseificio, e distano da esso circa
2,5 km.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 3:
Caseificio A
• Vista la posizione abbastanza
baricentrica del caseificio rispetto agli allevamenti
• Vista la disponibilità di terreno per costruire l’impianto di biogas presso il caseificio
• Vista la possibilità di utilizzare parte dell’energia termica in eccesso,
proveniente dalla cogenerazione, per la lavorazione del latte
L’impianto di biogas interaziendale è
stato ipotizzato presso il caseificio
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 3:
impianto di biogas inserito presso il Caseificio A
I capi presenti in azienda e le tipologie di stabulazione
Allevamenti conferenti caseificio A
Allevamento N° capi lattazione
Sistema di
Stabulazione Effluente campionato
BA 750 Cuccette Liquame vacche lattazione
BA Cuccette Liquame chiarificato post separazione
BA Cuccette Solido Separato
BA Lettiera rimozione
frequente Rimonta
BB 650 Cuccette Vacche lattazione.Vasca Pre- Separazione
BB Cuccette Vacche lattazione.chiarificato x flushing
BB Cuccette Solido Separato
BB Lettiera rimozione
frequente Rimonta
Totale bovini latt. 1400
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 3:
impianto di biogas inserito presso il Caseificio A
• Sottoprodotti alimentati
Matrici
[t/a] [t/giorno]
Liquame bovini da latte -
Azienda BA 29.459 80,71
Letame bovini da latte - Azienda
BA 2.198 6,02
Letame bovini da latte - Azienda
BB 1.002 2,75
Totale 32.659 89,5
Quantità
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
impianto di biogas inserito presso il Caseificio A
• Caratteristiche digestore
Volume totale dei 2 digestori:
4.014 m 3
Temperatura di esercizio: 38 °C
COV [kg SV/m 3* gg] : 2,5
Tempo di ritenzione idraulica [gg]: 39
Prevista una vasca coperta per lo stoccaggio del digestato liquido separato con una
capacità di stoccaggio di 30 giorni
• Biogas prodotto
Resa specifica biogas[m 3 /kg SV * gg]: 0,42
Quantità biogas prodotto[m 3 /anno]: 1.321.267
Percentuale di CH 4 : 55%
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 3:
impianto di biogas inserito presso il Caseificio A
Potenza termica necessaria per il riscaldamento del
digestore e disponibile per la vendita
Carico reattore [gg/a]
Funzionamento cogeneratore
[h/a]
Rendimento elettrico
Potenza elettrica installata
[kW] Rendimento termico Potenza termica recuperabile [kW]
365 8.000 36% 295 49% 402
Produzione lorda EE [kWh/a]
Autoconsumo EE ausiliari [kWh/a]
Consumo EE digestore
[kWh/a]
Potenza termica minima vendibile
[kW]
Produzione EE ceduta alla rete
[kWh/a]
Produzione ET venduta o valorizzata
[kWh/a]
2.361.360 94.454 165.295 174 2.101.610 803.518
Conversione energetica
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Investimento Totale: € 1.646.755 (5.579 €/kWe)
• Costi Totali annuali: € 227.440
• Manutenzione straordinaria nei 20 anni di durata incentivo: € 1.086.555
impianto di biogas inserito presso il Caseificio A
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Ricavi annuali per 20 anni con un incentivo di 0,233* €/kWh immesso in rete e recupero termico:
€ 521.816/a (di cui circa 32.000 € come risparmio per il recupero termico)
Grafico del flusso di cassa attualizzato (VAN) al tasso inflattivo pari al 2% e al saggio bancario del 5%
• Break even point: 5,99 – 8,59
• Valore attuale netto (VAN): € 2.299.355 - € 1.392.772.
• Tasso Interno Rendimento (TIR): 14,4%
Caso 3:
impianto di biogas inserito presso il Caseificio A
* Incentivo previsto dallo schema di Dm Sviluppo
Economico recante incentivi alle rinnovabili non
fotovoltaiche, per potenze elettriche installate sotto i
300 kW
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Ricavi annuali per 20 anni con un incentivo di 0,233* €/kWh immesso in rete e recupero termico:
€ 521.816/a (di cui circa 32.000 € come risparmio per il recupero termico)
Grafico del flusso di cassa attualizzato (VAN) al tasso inflattivo pari al 2% e al saggio bancario del 5% e finanziamento in conto capitale pari al 10%
• Break even point: 5,36 – 5,95
• Valore attuale netto (VAN): € 2.464.031 - € 1.557.448
• Tasso Interno Rendimento (TIR): 16,1%
impianto di biogas inserito presso il Caseificio A
* Incentivo previsto dallo schema di Dm Sviluppo
Economico recante incentivi alle rinnovabili non
fotovoltaiche, per potenze elettriche installate sotto i
300 kW
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 4:
impianto di upgrading a biometano, con tecnologia a membrana, inserito presso l’Azienda BA (conferente al Caseificio A)
Fonte figure e dati per calcolo analisi tecnico/finanziaria in merito alla produzione e immissione in rete del biometano:
Biometano Estense (parte upgrading)
System Gas (parte misura qualità/quantità e allacciamento alla rete)
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 4:
impianto di upgrading a biometano, con tecnologia a membrana, inserito presso l’Azienda BA (conferente al Caseificio A)
• Sottoprodotti alimentati: per avere una produzione di biogas intorno ai 200 m 3 /h di biogas, si è ipotizzato il ritiro, per digestione anaerobica, di parte del siero di latte proveniente dalla Latteria
Matrici
[t/a] [t/giorno]
Liquame bovini da latte -
Azienda BA 29.002 79,46
siero 3.833 10,50
Letame bovini da latte - Azienda
BA 2.635 7,22
Solido separato Azienda BB 3.614 9,90
Letame bovini da latte - Azienda
BB 1.002 2,75
Totale 40.085 109,8
Quantità
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Caso 4:
impianto di upgrading a biometano, con tecnologia a membrana, inserito presso l’Azienda BA (conferente al Caseificio A)
• Investimenti:
Opere civili
Opere elettromeccaniche Sistema di upgrading
Spese tecniche (autorizzazioni, progettazione…) Caldaia per il riscaldamento dei digestori
Costo allaccio alla rete del metano
Sistemi di misura qualità, quantità e odorizzazione Compressione del biometano per immissione in rete Imprevisti
• Costi annuali:
Service upgrading Conferimento siero
Manutenzione ordinaria impianto
Costi operativi upgrading (energia elettrica) Costo energia termica per risc. digestori Costo EE per autoconsumi digestori Manutenzione straordinaria
Imprevisti
Cosa si è analizzato e cosa è cambiato?
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
• Investimento Totale: € € 2.351.409
• Costi Totali annuali: € € 408.849
• Manutenzione straordinaria nei 20 anni di durata incentivo: € 339.387
impianto di upgrading a biometano, con tecnologia a membrana, inserito presso l’Azienda BA (conferente
al Caseificio A)
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
In attesa della norma tecnica che possa permettere l’immissione in rete del biometano, essendo l’incentivo al biometano calcolato in base al prezzo del gas naturale (DM 5 dicembre 2013), si sono ipotizzati tre scenari con una tariffa per ritiro differente
Caso 4:
impianto di upgrading a biometano, con tecnologia a membrana, inserito presso l’Azienda BA (conferente al Caseificio A)
Tariffa per il ritiro a 70 €/MWh Tariffa per il ritiro a 80 €/MWh Tariffa per il ritiro a 100 €/MWh Ricavi annuali vendita
biometano € 643.810 € 735.783 € 919.728
Break even point (al 2% e
5% del costo del denaro) 11,51 - 13,89 7,84 - 10,18 4,88 - 5,37
VAN (Valore attuale netto al 2% e 5% del costo del
denaro)
€ 1.447.257 - 603.504 € 2.716.004 - 1.514.549 € 5.723.781 - 3.808.920
TIR (Tasso interno di
rendimento) 8,10% 11,90% 20,80%
Analisi finanziaria con differenti tariffa per ritiro e con l'ipotesi di un finanziamento al 10% in conto capitale (primi 20 anni)
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.
