Aandachtspunten in de biomassa keten Irma Corten / Ger Kupers KandT/Zilverberg
Aandachtspunten in de top-, tak en snoeiketen KandT Management BV en Zilverberg advies ontwikkelen (reken)modellen om scenario s voor de keten van oogsten van top-, tak- en snoeihout tot en met warmteopwekking te analyseren en met elkaar te vergelijken. De ketenanalyse analyseert voor werkgelegenheid (People), de CO2 balans (Planet) en de kosten en baten (Profit). Met betrekking tot de economsiche analyse (Profit) worden zowel de kosten en baten per jaar als ook de integrale kosten en baten voor de gehele levensduur van de installatie bepaald. Deze methode wordt de Levelized Costs of Heat Generation (LCHG) genoemd 1. Met behulp van deze methode is het mogelijk de rol van toekomstige kostenontwikkelingen zoals inflatie van brandstof of installatieprijzen, te beoordelen. Met behulp van deze methode is ook mogelijk aardgas en hout ( appels en peren ) met elkaar te vergelijken. De rekenmodellen leveren inzichten op over welke factoren, de aandachts- en leerpunten in de keten, belangrijk zijn voor de haalbaarheid van het benutten van top-, tak en snoeihout voor warmtetoepassingen. Landschapsbeheer Nederland heeft in het kader van het project Landschap geeft energie aan KandT Management BV en Zilverberg Advies gevraagd de aandachts- en leerpunten op een rij te zetten. Het gaat om inzichten verkregen door het toepassen van de modellen in combinatie met bevindingen uit de literatuur. 1 De LCHG methode is afgeleid van de Levelized Electricity Generation Costs (LEGC) methode. Deze methode wordt door het International Energy Agency (IEA) gebruikt om elektriciteitsopwekkingskosten te vergelijken. Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 2
Samenvatting van de belangrijkste aandachtspunten Het door KandT/Zilverberg ontwikkelde model is weergegeven in onderstaande figuur. Figuur 1: Het rekenmodel E-land. Het systeem bestaat uit een aardgaslijn en een houtlijn. De aardgaslijn bestaat uit de levering van het aardgas en de aardgas CV-installatie. De houtlijn bestaat uit een keten met eigen hout en een lijn met inkoophout. In het model kunnen ca 100 parameters worden ingevoerd. De aandachtspunten zijn geordend naar de positie in de Eigen Hout keten. De belangrijkste aandachtspunten zijn: Hout Organisatie van de logistiek Volume Kwaliteit Transport Transportafstand Transportcapaciteit Bulkdichtheid Opslag Handhaven kwaliteit Hout CV-ketel Investeringskosten en bedrijfstijd Onderhoud en Organisatie Levensduur Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 3
Aandachtspunt: Hout (oogsten en bewerken) De logistiek goed organiseren en het realiseren van voldoende volume en kwaliteit zijn belangrijke aandachtspunten in deze stap. Het gaat om voldoende volume om de gewenste oogst en bewerkingsactiviteiten met eigen machines uit te voeren of aan te besteden aan loonwerker met geschikte machines. Met het een goed organiseren van de logistiek kunnen de benodigde machines efficiënt worden ingezet. Voor de kosten en baten balans van oogsten en verkleinen spelen vele factoren een rol. Sommige factoren zijn meer beïnvloedbaar, dan andere. Factoren die de kosten baten balans beïnvloeden zijn: Type landschapselement Tak-, of stamdikte en rechtheid varieert nogal per type landschapselement. De kosten voor bewerking per ton of m3 biomassa hangen in hoge mate af van de tak- of stamdikte en ook de rechtheid en vorken van de stammen of takken. Zij bepalen de doorvoersnelheid van top-, tak- en snoeihout door de versnipperaar in m3 snippers/uur. Doorvoersnelheid blijkt voor de kosten-baten balans een essentiële factor. NB. Als landschapsbeheer in overleg met landeigenaren zaag- en versnipper werkzaamheden wil aanbesteden dan zouden vanuit het perspectief van biomassaoogst dan zou tak- of stamdikte en rechtheid een eerste leidraad kunnen zijn voor het indelen van typen landschapselementen. Bereikbaarheid Niet alle biomassa is eenvoudig bereikbaar. Het oogst kan daarmee niet mogelijk zijn of duurder worden. Het volgende speelt mee: Toegankelijkheid van de oogstlocatie; Afstanden tussen de landschapselementen; veel rijden met dure machines maakt oogst en bewerking duur. Toestand van de bodem. De toestand van de bodem kan maken dat werkzaamheden niet of alleen onder specifieke weersomstandigheden kunnen worden uitgevoerd. Herstelwerkzaamheden kunnen noodzakelijk zijn. Ook preventieve maatregelen aan de machines zoals rupsbanden/tracks maken de werkzaamheden duurder. Beheermaatregelen Oogst kan samen gaan met noodzakelijke beheermaatregelen, zoals herplanten of afrastering. De vraag die de biomassa-eigenaar zich moet stellen is: of en wanneer deze beheermaatregelen aan de biomassaketen moeten worden toegeschreven. Concentreren Goed concentreren van de takken voor de versnipperaar is zeer bepalend voor de doorvoersnelheid en de dus de kosten voor het verkleinen. Dit vraagt aandacht en afhankelijk van de casus extra kosten. Kwaliteit Het is van belang om het oogsten en bewerken van de biomassa op een zodanige wijze uit te voeren dat de kwaliteit van de biomassa (verbrandingswaarde, verontreinigen, etc) optimaal is gemeten aan de omstandigheden van oogsten en bewerken. Natte biomassa geeft gemakkelijk aanleiding tot broei en biomassa verontreinigd met zand en blad is moeilijk na te reinigen en heeft een nadelige, soms fatale, uitwerking in de hout CV-ketel. Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 4
Kosten Inzake verkleinen lopen de kosten van de verschillende praktijkvoorbeelden uiteen van 4 /m3 snippers, tot ca 50 /m3 snippers met een gemiddelde van 7 à 9 /m3 snippers. Van belang hierbij zijn bovengenoemde factoren, zoals takdikte, hand- of machine-invoer, type machine en afstanden tussen de te oogsten landschapselementen 2. Klimaat Het aandeel van de CO2-emissie door dieselverbruik bij het versnipperen bedraagt 0,5 10 % (incidenteel hoger) van het aandeel van vermeden CO2-emissie door vermeden aardgasverbruik door stoken op hout. Veel is afhankelijk van de takdikte. Met dunne takjes in lage dichtheid draait de biomassaverkleiner voornamelijk lucht in plaats van biomassa en verbruikt wel energie. Het type versnipperaar maakt ook uit. Aandachtspunt: Transport Bij transport over grotere afstanden wordt logischerwijs gekozen voor een grotere capaciteit van het transportmiddel. Transportkosten lopen snel op als de afstand groter wordt. Of transport over lange afstanden loont hangt af van de biomassaprijs en die verschilt lokaal in Europa nogal. Aandachtpunten die steeds belangrijker worden naarmate de transportafstand groter wordt zijn de bulkdichtheid (kg/m3) van de biomassa en het volume van de lading. De bulkdichtheid wordt bepaald door het materiaaltype (houtsoort, pellets) en de hoeveelheid lucht in een m3 door de stapeling van de deeltjes (takken, grote of kleine snippers, korrels). De bulkdichtheid van takken is ongeveer 4 keer lager dan van snippers. Transport van takken geeft grofweg een vier maal hogere CO2 emissie en is grofweg 4 maal duurder. Bulkdichtheid van grove snippers is ongeveer 10 % lager dan van fijne snippers en transport ongeveer 10 % duurder. De bulkdichtheid van een vaste m3 (festmeter) populier of spar is ongeveer 30 % lager dan een vaste m3 beuk of eik. Den zit daar tussenin. De bulkdichtheid op droge basis van pellets is ongeveer 3,5 keer hoger dan van houtchips. Lokaal wordt in kleinere volumes getransporteerd met bijvoorbeeld een kleine kieper. Het loont al snel om over te laden in een container. Klimaat Bij lokaal transport van houtsnippers (3-5 km) met 10 m3 hoogkiep is de CO2-emissie door dieselverbruik tussen de 0,4 en 0,6 % van de hoeveelheid vermeden CO2 emissie, bij regionaal transport van 10 tot 50 km in een 40 m3 containervrachtwagen is dit 0,3 tot 1,5 % en bij bovenregionaal transport in de range van 80 tot 300 km met een 80 m3 containercombinatie 1,5 tot 6,5 %. 2 Oogst is niet meegenomen in de tot op heden doorgerekende scenario s in het rekenmodel. Immers er werd in de doorgerekende scenario s gingen we ervan uit dat deze stap in toch plaatsvond, dus ook zonder biomassaoogst. In de toekomst is het eenvoudig mogelijk, oogst als activiteit mee te nemen. Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 5
Kosten Voor bovengenoemde voorbeelden zijn de kosten respectievelijk 4-7 /m3 snippers, 1,5 4,5 /m3 snippers en 3 21 /m3 snippers. Aandachtspunt: Opslag Aandacht voor opslag en biomassakwaliteit kan een aanzienlijke winst opleveren op de CO2- balans of beter gezegd, het verlies aanzienlijk beperken. Investering in opslag bijvoorbeeld een semipermeabel vlieszeil, of een kapschuur en aandacht voor biomassakwaliteit levert financieel voordeel op door vermeden broei en een hogere calorische waarde door droging van de biomassa. De behaalde voordelen door verminderde massa-afbraak door broei en verhoging van de calorische waarde van de brandstof kunnen al snel opwegen tegen de investeringen. Klimaat Drogen van vochtgehalte van 50 naar 25 % levert zo n 10 % meer energie en vermeden CO2 emissie. Uit onderzoeken blijkt dat massaverlies van houtsnippers of houtchips door broei kan oplopen van 0,4 % tot 10 % per maand (Scholz, V et. al., 2005). Massaverlies betekent evenredig veel energieverlies. Bij grove snippers is dit aan de lage kant, bij kleine snippers en veel fijne deeltjes en veel franje is dit aan de hoge kant. Energieverlies door broei kan oplopen tot enkele tientallen procenten. Kosten De warmteopbrengst is 50 Euro/m3 snippers bij 25 % vocht en 46 Euro/m3 snippers bij 50 % vocht. Door drogen worden de snippers dus 4 Euro/m3 meer waard. Een geringe broei van 2 % maakt de snippers 1 Euro/m3 minder waard, een matige broei van 10 % maakt de snippers 5 Euro/m3 minder waard, en ernstige broei van 30 % maakt de snippers 15 Euro/m3 minder waard. Voorwaarde voor droging door natuurlijk ventilatie zijn grote snippers en een goede ventilatie van de opslag. Negatief werken rafelige snippers, een hoog aandeel fijne deeltjes, een hoog gehalte aan bladeren of naalden. Deze leiden tot een sterke afbraak van het hout (broei). Bij een vochtgehalte van 30 % is er nauwelijks broei en wordt biomassa geschikt voor opslag bestempeld. Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 6
Goede kwaliteit Biomassa Slechte kwaliteit laag Vochtgehalte Hoog laag Aandeel zand/blad/naald Hoog Scherpe randen Vorm rafelige randen laag Aandeel fijne deeltjes Hoog Tabel 1: Kwalitatieve beoordeling van biomassa Meerdere bewerkingsstappen zijn mogelijk, bijvoorbeeld pelletiseren. Door pelletiseren is uitstekende opslag mogelijk en zoals aangeven bij aandachtspunt transport nemen pellets veel minder volume in per energiewaarde. Pellets zijn tot op heden niet meegenomen in de scenario s. In de toekomst is dat wel mogelijk. Aandachtspunt: Conversie Het meest bepalend voor de financiële haalbaarheid van een hout-cv zijn de investeringskosten van de houtketel en toebehoren in combinatie met de bedrijfstijd (continuïteit van de warmtevraag door het jaar heen). Wil een hout-cv haalbaar of zo gunstig mogelijk zijn dan moet gezocht worden naar een casus waar een hout-cv met lage investeringskosten gerealiseerd kan worden en waar een lange bedrijfstijd gevraagd wordt (zomer en winter). Of subsidies moeten een rol spelen. Investering Brandstof Hout-CV Gas-CV Bij een hout-cv 3 op snippers Hoog 250 1000 /kw Laag 0-10 /GJ Tabel 2: Kosten voor aardgas- en hout-cv-ketel Laag 60 100 /kw Hoog 15 20 /GJ zijn de investeringskosten hoog en de brandstofkosten laag. Bij een gas-cv is het precies andersom. Daarbij dient ook nog opgemerkt te worden dat aardgas in de toekomst aanzienlijk meer zal stijgen in prijs als hout. Vanwege die hoge investeringskosten is de hout-cv vooral haalbaar als de ketel intensief 3 Bij een WKK installatie zijn de investeringskosten relatief nog weer hoger. Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 7
gebruikt wordt: een lange bedrijfstijd heeft. Als de bedrijfstijd lang is en/of de investeringskosten gunstig, dan kan stoken op hout al in jaar 1 voordeliger uitvallen en geld opleveren. De gemiddelde investeringkosten per kw ketelvermogen nemen af naarmate het benodigd ketelvermogen (en bijbehorende de warmtevraag) groter is. (Hartmann FNR, 2007). Maar meer bepalend voor de investeringskosten zijn kosten voor gebouwen en opslag, rookgasreiniging, warmtetransport, regeling en eventuele warmteopslag. Stoken op hout vraagt meer tijd, toevoer brandstof, schoonmaken warmtewisselaar, ascontainer legen, reinigen. Tijd voor onderhoud kun je zien als de hond uitlaten, als hobby. Of serieus meerekenen. Als je een realistisch uurloon ( 30 35 /uur) hanteert, is onderhoud en organisatie een serieuze factor. De onderhoudstijd hangt af van de kwaliteit van de brandstof (hoeveelheid as, reinigen) en de beschikbare middelen (soort bunker, wijze toevoer brandstof). Bij een hout-cv op haardblokken moet met de hand worden ingevoerd, de investeringskosten zijn echter stukken minder. Bij de keuze stoken op stukhout is bepalend hoe de eigenaar aankijkt tegen de tijd die nodig is voor het vullen. Kosten en opbrengsten Bij een investering van 320 /kw en een bedrijfstijd van 1250 vollasturen zijn de investeringskosten 24 /m3 snippers en bij een investering 1000 /kw en 1250 vollasturen zijn de investeringskosten 91 /m3 snippers. Bij een investering van 320 /kw en 2250 vollasturen zijn de investeringskosten 18 /m3 snippers en bij een investering van 1000 /kw en 2250 vollasturen zijn de investeringskosten 51 /m3 snippers. Voor de afschrijving is in beide gevallen met 10 jaar gerekend. De opbrengsten voor warmtelevering zijn bij 46 /m3 snippers bij een warmteprijs 20 Euro/GJ en een vochtgehalte van 50 %. Als de onderhoudskosten 10 Euro/kW zijn, dan zijn ze 5 Euro/m3 snippers. Zijn de onderhoudskosten 50 Euro/kW, dan zijn ze 28 Euro/m3 snippers. Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 8
Planet en Profit In tabel 3 zijn de resultaten van de simulaties en de literatuurstudie getalsmatig samengevat. Uitgangspunt voor de analyse zijn de kosten voor aardgas. De prijs van aardgas op dit ogenblik bedraagt ca 20 /GJ voor kleinverbruikers en 16 /GJ voor grootverbruikers. Wordt de investering van de aardgas CV ketel meegerekend dan dient de prijs met 10-20% verhoogd te worden. Goede kwaliteit hout met een vochtigheid van 40-50% heeft een energieproductie van ca 2,5 GJ/m3 snippers. Dit betekent dat de gehele houtketen tot en met de levering van de warmte, dus inclusief de hout cv-ketel maximaal 50-60 /m3 snippers mag kosten. Is de houtketen duurder dan is warmtelevering op basis van aardgas goedkoper. Alleen met kosten voor vermeden CO2 en/of subsidies is dan de houtketen economisch aantrekkelijker te maken dan de aardgasketen. In tabel 3 zijn de maximaal mogelijke kosten voor de houtketen (maximaal mogelijke opbrengst voor de warmtelevering) het uitgangspunt. Profit Planet /m3 snippers % vermeden CO2 gunstig ongunstig gunstig ongunstig Opbrengst hout 60 40 100 100 gunstig ongunstig Oogsten en bewerken -10-50 -1-10 Transport -1-20 0-10 Opslag 3-15 10-30 Conversie -20-90 0 0 Totaal -28-175 9 50 Tabel 3: Bandbreedtes voor warmtelevering met hout Marge 32-135 109 50 Conclusie is dat de Profit marge zowel positief als zeer negatief kan zijn. Als alles tegen zit moet er per m3 hout 135 bij. Als alles mee zit kan hout stoken economisch interessant zijn. Uit de analyse blijkt dat met name front-end (oogsten en bewerken) en back-end (conversie) van grote invloed kunnen zijn op het eindresultaat. De Planet marge is bij gebruik van hout altijd positief. Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 9
Literatuur 1 2 3 4 5 6 7 Projected Costs of Generating Electricity (2005) 2005 Update OECD, IEA Bröckling (2008), Konzept zur Pflege der Wallhecken und zur Verstetigung des Clustermanagements Wald und Holz, Planinvent FNR (2007), Marktübersicht Hackschnitzel-Heizungen LWF (2005), Hackschnitzel-Trocknungsversuch Wadlhausen LWF (2005), Hackschnitzel richtig lagern!, Merkblatt 11, November 2005. Scholz, V.; Idler, CH.; Daries, W. und Egert,J. (2005) Lagerung von Feldholzhackgut, Verluste und Schimmelpilze, Institut für Agrartechnik Bornim. Agrartechnische Forschung 11, 2005 Hartmann, H. et al (2007), Handbuch Bio-Energie Kleinanlagen, FNR Aandachtspunten in de keten, versie 2, 06-03- 09 KandT Management BV/Zilverberg advies 10