Metodika hodnocení konkurenceschopnosti tuhých biopaliv pro vytápění objektů s využitím lokálně dostupných zdrojů biomasy.

Transkript

1 Metodika hodnocení konkurenceschopnosti tuhých biopaliv pro vytápění objektů s využitím lokálně dostupných zdrojů biomasy. Certifikovaná metodika VÚKOZ, v. v. i. č. 5/ Technologická agentura České republiky

2 Certifikovaná metodika Dedikace: Metodika vznikla za finanční podpory grantového projektu č. TD s názvem Nástroje pro analýzu tržního uplatnění a konkurenceschopnosti biomasy pro lokální potřeby energie v obcích, který byl řešen v letech v rámci programu na podporu aplikovaného společenskovědního výzkumu a experimentálního vývoje OMEGA Technologické agentury České republiky. Zpracovali: Ing. Kamila Vávrová, Ph.D. Ing. Jan Weger, Ph.D. (Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, v. v. i., Průhonice) Prof. Ing. Jaroslav Knápek, CSc. (České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická) Ing. Jiří Beranovský, Ph.D., MBA (EkoWATT CZ s. r. o., Praha) Osvědčení o uznání certifikované metodiky vydalo Ministerstvo životního prostředí dne Oponenti: Mgr. Eduard Ščerba, Ph.D. (Západočeská univerzita v Plzni) Mgr. Petr Holub (Šance pro budovy) VÚKOZ, v. v. i., Průhonice, 2017; Certifikovaná metodika č. 5/ Metodika byla schválena Ministerstvem životního prostředí, odborem energetiky a ochrany klimatu, který doporučuje tuto metodiku pro využití v praxi. 2

3 OBSAH 1. Cíl metodiky Anotace Úvod Cíleně pěstovaná biomasa Východiska a předpoklady využití metodiky Metodický postup pro vyhodnocení konkurenceschopnosti tuhých biopaliv pro vytápění objektů s využitím lokálně dostupných zdrojů biomasy Analýza potřeby energie pro vytápění v typických objektech v obcích Analýza potenciálu lokálních zdrojů biomasy Ekonomika logistického řetězce produkce tuhých biopaliv na bázi lokálně dostupné biomasy Minimální cena metodika Logistika a transformace surové biomasy Základní parametry lokální biomasy Ukázka logistického řetězce: Výmladková plantáž RRD dřevní štěpka pro CZT Ukázka logistického řetězce: Sláma energetických plodin sláma pro CZT Minimální cena surové biomasy energetických plodin Minimální cena peletování a briketování Vliv logistického řetězce na minimální cenu pelet a briket Minimální ceny tuhých biopaliv Konkurenceschopnost biomasy pro lokální vytápění Vyhodnocení konkurenceschopnosti využití tuhých biopaliv z lokální biomasy pro vytápění Zhodnocení environmentálních přínosů využití lokální biomasy Metodika výpočtu emisí Zhodnocení mimoprodukčních přínosů záměrného pěstování biomasy Úspora CO 2 díky využití lokální biomasy pro vytápění Srovnání novosti postupů Uplatnění metodiky a ekonomické aspekty Literatura

4 1. CÍL METODIKY Cílem metodiky je vytvořit nástroj pro cílený rozvoj decentralizovaného zásobování teplem, pro prosazení a zajištění decentralizované výroby tepla z tuhých biopaliv pro vytápění objektů v menších obcích jako náhrady nekvalitního hnědého uhlí. Metodický postup je zaměřen na vyhodnocení konkurenceschopnosti tuhých biopaliv pro vytápění objektů s využitím lokálně dostupných zdrojů biomasy a porovnat je s ostatními možnými zdroji, zejména s vytápěním hnědým uhlím či tepelným čerpadlem. 2. ANOTACE Metodika popisuje postup pro vyhodnocení konkurenceschopnosti tuhých biopaliv pro vytápění objektů s využitím lokálně dostupných zdrojů biomasy. Postup je založen na čtyřech, vzájemně provázaných modulech: a) Modul 1: analýza potřeby energie pro vytápění v typických objektech v obcích, kdy potřeba tepla je odvozována od typu a stáří objektů. b) Modul 2: analýza potenciálu lokálních zdrojů biomasy na základě produktivity stanovištních podmínek (dle BPEJ a SLT). c) Modul 3: Analýza ekonomiky logistického řetězce produkce tuhých biopaliv na bázi lokálně dostupné biomasy. d) Modul 4: Analýza konkurenceschopnosti lokálního vytápění s využitím lokálně produkovaných tuhých biopaliv vůči alternativním možnostem vytápění (uhlí, tepelná čerpadla) Metodika je určena jako podklad například k územnímu plánování, k řešení energetické soběstačnosti obce, k rozhodování o využití místních zdrojů biomasy. Metodika (modul 1) současně představuje analytický nástroj umožňující stanovení možností dosažení úspor energií pro vytápění individuálních bytových objektů na základě jejich stáří a možností rekonstrukcí. Metodika umožňuje dynamizaci stanovení realistického potenciálu úspor energie pro vytápění s ohledem na očekávané míry rekonstrukcí (renovation rate). Hlavními lokálními zdroji biomasy jsou obvykle lesní těžební zbytky, sklizňové zbytky zemědělství (sláma a seno sklízené s ohledem na jiná zemědělská využití a agro-environmentální opatření) a biomasa z plantáží energetických plodin. Předpokládanými uživateli metodiky jsou MŽP, MPO, zpracovatelé KEPů, starostové obcí ve vesnických oblastech a majitelé, případně správci či nájemci zemědělských a lesních pozemků. Využití metodiky lze zároveň předpokládat pro dvě úrovně úloh: (1) Řešení pro velké regionální celky nebo pro celou ČR s cílem např. nastavit optimální způsob podpor pro rozvoj využití tuhých biopaliv na bázi lokální biomasy; (2) Řešení konkrétních úloh v dané lokalitě (obci). Metodika vytváří nové postupy pro cílený rozvoj decentralizovaného zásobování teplem, pro prosazení a zajištění decentralizované výroby tepla z tuhých biopaliv pro vytápění objektů v menších obcích jako náhrady nekvalitního hnědého uhlí. 4

5 3. ÚVOD Vzhledem k nízké energetické hustotě biomasy a relativně velké prostorové rozptýlenosti jejich zdrojů (v porovnání s fosilními palivy) je vhodná především jako lokální palivo. Například pro dřevní štěpku se jako ekonomicky akceptovatelná dovozní vzdálenost uvádí cca km v současných podmínkách ČR. V České republice je v současnosti 4,75 mil. bytových jednotek, z kterých se cca 47 % nachází v rodinných domech. Dominantním způsobem vytápění rodinných domů jsou individuální systémy vytápění cca 89 % v roce 2011 [1]. Zhruba 1/3 domácností v rodinných domech je vytápěna pomocí tuhých paliv, často jde o tuzemské hnědé uhlí. Hnědé uhlí hraje významnou roli především při vytápění rodinných domů v menších obcích, např. v obcích s méně než obyvatel, se hnědé uhlí podílí na vytápění cca 30 % domácností. V menších obcích s méně jak obyvatel má významný podíl na vytápění i biomasa, a to zpravidla v podobě palivového dřeva, v malé míře i pelet a briket. Tuhá paliva mají relativně významný podíl i na vytápění nově postavených rodinných domů, jejich podíl činí cca 16 %, z větší části jde o palivové dřevo, cca 40 % podílu tuhých paliv má hnědé uhlí, podíl pelet je téměř zanedbatelný [2]. Využití lokálně dostupné biomasy je často diskutovanou alternativou do budoucnosti. Při rozhodování o jejím využití je potřeba: 1. Stanovit (odhadnout) potřebu energie pro vytápění bytových a dalších objektů v obcích, a to jak z pohledu současné spotřeby, tak i z pohledu energetických úspor vyplývajících z postupné renovace stávajících objektů (logických horizontem je zde doba odpovídající očekávané technické životnosti jak zařízení na výrobu tuhých biopaliv, tak i jednotlivých technologických alternativ vytápění (cca let) 2. Analyzovat potenciál dostupné biomasy v zájmovém území a to jak vzhledem k zbytkové biomase z lesních těžeb a zbytkové biomase z konvenčního zemědělství, tak i vzhledem k možnostem využití půdy pro pěstování energetických plodin. 3. Analyzovat ekonomickou efektivnost produkce tuhých biopaliv s ohledem na lokální logistický řetězec a lokální zdroje biomasy. 4. Analyzovat konkurenceschopnost vytápění rodinných domků na bázi lokálně produkovaných pelet či briket vůči tepelným čerpadlům, ale i moderním automatickým kotlům na hnědé uhlí 1. (event. i dalším možným způsobům vytápění). 3.1 Cíleně pěstovaná biomasa Jak ve světě, tak i u nás dochází k rozšiřování pěstování tzv. energetických plodin za účelem cílené produkce biomasy pro výrobu pevných, kapalných nebo plynných biopaliv. Podle energetické efektivnosti jsou děleny na tzv. první a druhou generaci. Do první generace se řadí především jednoleté konvenční plodiny (obilí, řepka, kukuřice), které se využívají jak pro výrobu potravin tak i kapalných a plynných biopaliv, přičemž podíl vložené a získané energie v biomase na poli je okolo 1 : 10. Druhá generace energetických plodin je určena jen pro produkci vysoce kvalitní lignocelulózní biomasy vhodné pro výrobu tuhých biopaliv, přičemž podíl vložené a získané energie v biomase na poli může být i více než 1 : 100. V současnosti je pěstováno několik perspektivních bylin a dřevin ve speciálních porostech tzv. plantážích. U těchto téměř výhradně víceletých plodin se předpokládá, že po úvodní fázi rozrůstání poskytnou vyšší výnosy lignocelulózní biomasy při současně nižších nákladech a 1 Metodika je prioritně směřována na malé obce, kde je dosud vysoký podíl hnědého uhlí a kde často není k dispozici přístup k infrastruktuře zemního plynu. Proto jsou za základní konkurující se technologie považovány moderní uhelné kotle, tepelná čerpadla a kotle na biopelety (event. i biobrikety). 5

6 energetických / materiálových vstupech než rostliny jednoleté. Řada ve světě využívaných rostlin však není vhodná pro naše půdně-klimatické podmínky. Výběr vhodných druhů energetických plodin v podmínkách ČR je určován mnoha faktory, jako jsou např. půdně-klimatické podmínky daného stanoviště, dostupnost pěstebních technologií, požadovanými palivářskými parametry, atd. Z víceletých energetických plodin se zatím v ČR nejvíce rozšířilo pěstování tzv. výmladkových plantáží rychle rostoucích dřevin (RRD). Tyto porosty je možné sklízet v opakovaných velmi krátkých obmýtích (2 8 let) zemědělskými technologiemi. Pro zakládání výmladkových plantáží v ČR jsou doporučeny vybrané odrůdy a klony RRD (zejm. topolů, vrb), které mají dobrý výnos a plní podmínky ochrany přírody a krajiny. Experimentálně se ověřují domácí druhy olší, jasanů a vybraných nepůvodních dřevin. V zahraničí, ale i v ČR, se dále pěstují a ověřují pro produkci energetické biomasy vhodné druhy jednoletých i víceletých, resp. vytrvalých bylin a trav. V podmínkách ČR přicházejí do úvahy především ozdobnice (Miscanthus), chrastice (Phalaris) a šťovík krmný Schavnat (Rumex hybrid). Potenciál biomasy na zemědělské půdě v daném území je závislý na mnoha proměnných, např. na rozloze využitelné zemědělské půdy, jejím členění, podílu pěstování konvenčních a energetických plodin, výnosech konvenčních a energetických plodin v zájmovém území dle klimatických a půdních podmínek daných pozemků, využití biomasy pro neenergetické účely. Potenciál biomasy je také ovlivňován ekologickými podmínkami a limity, agrotechnikou a v neposlední řadě výkyvy / změnami klimatu. Přístupy ke stanovení potenciálu biomasy (pro dané území / stát) se liší zejména způsobem respektování environmentálních, produkčních, ekonomických a legislativních omezení, výpočtem výnosu biomasy ve vazbě na stanovištní (produkční) podmínky zemědělských (příp. lesních) pozemků v daném území blíže viz [16,17,19,20]. 4. VÝCHODISKA A PŘEDPOKLADY VYUŽITÍ METODIKY Využívání lokálně dostupné biomasy, ať již zbytkové či záměrně pěstované, je velmi často diskutovanou alternativou pro vytápění rodinných domků v menších obcích. Důležitou roli při rozhodování hraje otázka konkurenceschopnosti vytápění rodinných domů využitím lokálně vyráběných pelet vůči tepelným čerpadlům a i moderním automatizovaným kotlům na hnědé uhlí. V současné době i na vesnicích roste podíl obyvatel, kteří očekávají zvýšený komfort života, a proto upřednostňují plně automatizované systémy vytápění, které mohou případně i dálkově řídit. Lokální dřevo (z lesa nebo plantáží RRD) zůstane velmi pravděpodobně poptávaným palivem u obyvatel s nižšími příjmy a nižšími oportunitními náklady a také u obyvatel v nízkoenergetických domech, kde dřevo plní důležitou funkci komfortu vnitřního obytného prostoru (krbová kamna) a výše jeho spotřeby není příliš podstatná. Mezi významné okrajové (limitující) podmínky produkce a využití lokální biomasy pro energetické potřeby patří ochrana přírody, krajiny a půdy (zákony 114/1992 Sb. a 337/1992 Sb.) a zejména jejich požadavky na kontrolu nepůvodních druhů, a riziko jejich invazního chování, ohrožení domácích chráněných druhů a území, příp. nepříznivé změny kvality půdy, krajinného rázu a konkurence s potravinovými plodinami. Porosty energetických plodin druhé generace, které je možno zařadit mezi méně intenzivní trvalé kultury, mají na druhou stranu prokazatelné příznivé dopady na krajinu jako je např. zvýšení biodiverzity, chlazení krajiny, posílení malého vodního cyklu, tlumení dopadů klimatických extrémů (přívalové srážky, sucho, vítr), a to zejména ve srovnání se současnou konvenční rostlinnou výrobou na orné půdě. Například výmladkové plantáže RRD opakovaně sklízené v minirotaci (max. 5 8 let) vytvářejí spolu s bylinným podrostem stanoviště s dynamicky se měnícími podmínkami (tzv. přechodový ekosystém), které poskytuje životní prostor mnoha organismům a rostlinám včetně chráněných a užitečných. V literatuře se uvádí, že oproti orné půdě zvyšují trojnásobně parametry biodiverzity. Je 6

7 to způsobeno také tím, že zapojené plantáže snižují porostní teploty v nejteplejších dnech o 5 6 C a o 1 C v průměru za rok oproti travnímu porostu (louce). Od druhého roku (po zapojení korun stromů) stabilizují odtokové poměry zejména při vyšších srážkách a snižují erozi půdy při extrémních srážkách. Velmi dobře odolávají povodňovým vodám (ohýbají se a nevyvracejí se), zpomalují povrchový ron a rychlost vody v drahách soustředěného odtoku. Jsou proto vhodné pro protipovodňové poldry a protierozní pásy. Pro snižování rychlosti větru je pěstují v tzv. selských větrolamech. Při rozhodování obcí, jaký způsob vytápění podpořit, hraje roli mnoho aspektů, nejen zlepšení ovzduší v obci, dále to může být snaha o vytvoření pracovních míst a v neposlední řadě otázka péče o krajinu a zlepšení jejích (mimoprodukčních) funkcí. Zadržování, kvalita a dostupnost vody v krajině je v současnosti velmi diskutované téma, které se řeší na všech úrovních státní správy a samosprávy, vzhledem k současnému stavu naší intenzivně obhospodařované krajiny. V posledních dekádách u nás dochází k bezprecedentní degradaci půd a funkcí zemědělské krajiny, zejména v důsledku extrémního zvětšení obhospodařovaných pozemků (největší v EU), odstranění stabilních krajinných prvků mezí, remízků, mokřadů, břehových porostů a intenzifikace agrotechnologií (zejm. použití pesticidů, velké mechanizace a bezorebných postupů). V jejich důsledku dochází k zrychlenému povrchovému odtoku vody, vysoušení krajiny, erozi a degradaci půdy. Obzvláště dnes, kdy dochází k častým výskytům extrémů počasí a dalším projevům klimatických změn, je velmi potřebné hledat způsoby hospodaření, která nejen využijí produkčně-ekonomický potenciál půdy a krajiny, ale současně zvýší odolnost a zajistí udržitelné využívání těchto klíčových zdrojů pro život lidské společnosti. Jedním z řešení by mohly být porosty rychle rostoucích dřevin a vytrvalých energetických plodin, které by při správném umístění a hospodaření plnily významné mimoprodukční funkce a zároveň byly lokálním zdrojem biomasy pro vytápění v obcích. Kotle na pelety v současnosti nemají konkurenci, co se týká čistoty i komfortu obsluhy mezi všemi zdroji na tuhá paliva. Pelet je v současnosti v ČR dostatek, v roce 2017 byla překročena hranice tun a produkce dále roste. V České republice se vyrábějí kotle, kamna i pelety nejen pro domácí, ale i zahraniční trhy. V roce 2017 používalo peletové vytápění přes domácností a podniků. V současnosti není potřeba se obávat nedostatku pelet, protože nadále se očekává růst produkce pelet, oproti spotřebě na domácím trhu. Při úvahách o využívání pelet, briket a kotlů na biomasu je potřeba mít na paměti, že budoucnost patří certifikovaným peletám a kotlům splňujících požadavky tzv. s ekodesignu. Pomocníkem při výběru kotle jsou emisní třídy a ekodesign. Kotle jsou totiž podle kvality a účinnosti oznámkovány jako ve škole v tzv. emisních třídách (podle normy ČSN EN 303-5), jednička je nejhorší, pětka nejlepší. Kotle 1. a 2. emisní třídy se nesmí prodávat, podobný osud čeká i třídu 3. Další hodnotící systém je tzv. ekodesign, ten lze přirovnat k hodnotám nejvyšší třídy č. 5, s některými změnami. Na základě provedených analýz se ukazuje, že pelety jsou ekonomicky na úrovni zemního plynu, vytápění peletami přitom poskytuje srovnatelný obslužný komfort (viz např. [22]). Pelety proto mohou ekonomicky nahradit nákladnější energie, jako je např. vytápění elektrickými přímotopy. Obslužným komfortem a díky vyšší účinnosti spalování mohou kotle na pelety soutěžit i s kotli na hnědé uhlí (které je zpravidla levnější na jednotku tepla v palivu). V případě rekonstruovaných objektů a novostaveb lze při preferenci obslužného komfortu předpokládat ještě konkurenci kotlů na pelety s tepelnými čerpadly. Ekonomicky tepelná čerpadla typicky soutěží se zemním plynem (tam, kde je k dispozici), opět platí, že vytápění peletami poskytuje srovnatelný obslužný komfort. Instalaci tepelných čerpadel lze očekávat u rodinných domů, či menších bytových domů, hotelů a penzionů. Vzhledem k v současnosti rostoucímu zájmu o nízkoenergetické a pasivní budovy lze očekávat rozšíření segmentu trhu s malými tepelnými čerpadly, které budou využitelné pro přípravu teplé vody a přitápění. U starší zástavby lze pak očekávat přechod na tepelná čerpadla nebo na kotle na pelety. 7

8 Vysoké původní provozní náklady starších domů s vyšší měrnou spotřebou energie na vytápění činí náhradu elektrického vytápění za tepelná čerpadla ekonomicky zajímavou při zachování stejného obslužného komfortu. Z důvodu vyššího komfortu obsluhy lze dokonce do jisté míry předpokládat vyšší využití tepelných čerpadel v segmentu vytápění dřevem, kde se jedná o náhradu krbů a krbových kamen. V tomto segmentu trhu praxe ukazuje cca 20% nahrazení původního vytápěním dřevem za vytápění pomocí tepelných čerpadel. Podobná situace se objevuje i v segmentu vytápění plynem, kde se odhadem nahrazuje až 20 % instalací. Hlavním důvodem této situace je to, že náhrada starého plynového kotle za nový tato výměna s sebou nese i další náklady, např. na rekonstrukci komína, rekonstrukci či dovybavení otopné soustavy, vyšší cenu kondenzačního kotle atd. V budoucnosti by bylo možné také očekávat i postupnou náhradu segmentu pelet v případě neúměrného růstu jejich cen. Tuto zkušenost mají ve Švédsku, kde byla masivně podporována výměna kotlů za kotle na pelety. Tehdejší experiment nevyšel v důsledku nárůstu cen pelet, vysokých nároků na prostor a nižšího uživatelského komfortu v porovnání s tepelnými čerpadly. Domácnosti dokonce po 3 letech měnily kotle na TČ [3], [4]. V případě náhrady elektrického vytápění kotlem na pelety, je uživatelský komfort mírně snížen, protože se musí počítat s manipulací paliva i popela. V tomto segmentu trhu pak vycházejí s ohledem na uživatelský komfort lépe tepelná čerpadla s vysokým uživatelským komfortem. V segmentu hnědého uhlí spalování pelet nabízí vyšší manipulační komfort, vyšší dostupnost pelet, čistější provoz, menší skladovací prostory, nižší popelnatost (0,5 2 %, [5], [6]), vyšší účinnost spalování cca 87 % [7] oproti původním starým kotlům na hnědé uhlí s účinností cca 65 %. U moderních automatických kotlů, které nabízejí srovnatelnou sezónní účinnost až 84 % [8] a které umožňují často i alternativní spalování pelet, jde spíše o konkurenční souboj mezi palivy (kvalitní) hnědé uhlí vs pelety. Hnědé uhlí má oproti peletám vyšší popelnatost % [9], nižší účinnost spalování a obecně nižší manipulační komfort. Do budoucna lze u hnědého uhlí očekávat zatížení vyšším ekologickým zdaněním a obecně systémovou snahu postupně vytěsňovat uhlí z konečné spotřeby pro vytápění. Konkrétní volba způsobu vytápění je dána nejen celkovou ekonomickou efektivností ale i osobními preferencemi (např. preferencí komfortu) a výší investičních nákladů spojených s instalací vytápění, resp. s jeho rekonstrukcí. Pro řadu domácností může být významným kritériem výše nákladů souvisejících s pořízením a instalací daného způsobu vytápění. Tyto náklady jsou zpravidla nejvyšší u tepelného čerpadla, což pro řadu rozhodovatelů může hrát zásadní roli. Rozhodovatelé domácnosti zpravidla pokládají vyšší důraz na pořizovací a instalační náklady a již méně berou do úvahy budoucí náklady související s daným způsobem vytápění. Tato metodika se zabývá, z hlediska konkurenceschopnosti jednotlivých způsobů vytápění následujícími alternativami: Moderní uhelný kotel (uhlí Ořech 2) Kotel na peletky Tepelné čerpadlo Jako srovnávací varianta je do výpočtů zahrnuta i varianta klasického uhelného kotle spalujícího méně kvalitní uhlí. Do posuzování ekonomiky jednotlivých způsobů vytápění jsou zahrnuty pouze pořizovací a provozní náklady (především palivové náklady) technologií pro jednotlivé způsoby vytápění. Do výpočtů naopak nejsou zahrnuty další případné náklady související s otopným systém, skladováním paliva apod. 8

9 5. METODICKÝ POSTUP PRO VYHODNOCENÍ KONKURENCESCHOPNOSTI TUHÝCH BIOPALIV PRO VYTÁPĚNÍ OBJEKTŮ S VYUŽITÍM LOKÁLNĚ DOSTUPNÝCH ZDROJŮ BIOMASY Metodický postup je založen na čtyřech, vzájemně provázaných modulech: e) Modul 1: analýza potřeby energie pro vytápění v typických objektech v obcích, kdy potřeba tepla je odvozována od typu a stáří objektů. f) Modul 2: analýza potenciálu lokálních zdrojů biomasy na základě produktivity stanovištních podmínek (dle BPEJ a SLT). g) Modul 3: Analýza ekonomiky logistického řetězce produkce tuhých biopaliv na bázi lokálně dostupné biomasy. h) Modul 4: Analýza konkurenceschopnosti lokálního vytápění s využitím lokálně produkovaných tuhých biopaliv vůči alternativním možnostem vytápění (uhlí, tepelná čerpadla) Celkovou logiku metodiky a vazbu jednotlivých modulů mezi sebou uvádí následující Schéma 1. Metodika je zaměřena na komplexní posouzení situace v dané lokalitě, počínaje zjištěním potřebné výše energie pro vytápění objektů, přes identifikaci využitelného potenciálu biomasy v dané lokalitě (včetně její struktury) a ekonomickou analýzu souvisejícího logistického řetězce sběru, skladování a transformace této biomasy do podoby tuhých biopaliv, až po posouzení konkurenceschopnosti takto produkovaných biopaliv vůči jiným způsobům vytápění. Schéma 1: Model konkurenceschopnosti lokální biomasy vůči možným alternativním palivům resp. zdrojům energie. (základní zdroje, logistika, ztráty, zpracování) Důležitým hlediskem je časové hledisko potřeba energií zejména pro vytápění, částečně i pro přípravu TV se v čase mění např. v důsledku rekonstrukcí či renovací objektů s cílem snížit energetické nároky objektů. Uvažované technologie vytápění mají zpravidla dobu životnosti cca 9

10 max. 15 let, z tohoto důvodu je relevantní posuzovat konkurenceschopnost lokální biomasy pro vytápění pro období cca let Analýza potřeby energie pro vytápění v typických objektech v obcích Tato část metodiky je postavena na odhadu potřeby energie pro vytápění (a přípravu TV) podle charakteristiky vytápěných objektů, a to zejména podle roku výstavby. To umožňuje orientační stanovení potřeby paliv pro vytápění na základě typických hodnot objektů v ČR. I přes možnou variabilitu stanovení potřeb paliv je tento způsob, vzhledem k variabilitě produkce biomasy (vzhledem ke konkrétním podmínkám daného roku) dostatečný pro základní posouzení možností pokrývání potřeb obce lokální biomasou. Metodika pro analýzu potřeby a spotřeby energie pro vytápění a přípravu TV v typických objektech v dané lokalitě má následující části: 1. Analýza statistických a ostatních vstupních údajů: Počet, podlažnost, plochy či průměrné plochy, druh paliv, doby výstavby, případně doby rekonstrukce u bytů, domů, ostatních budov v obci, počty a průměrné počty osob. Zdroje informací: ČSÚ (Český statistický úřad), místní šetření, PENB, EA apod. 2. Stanovení průměrné měrné potřeby tepla na vytápění typických objektů v obci podle roků výstavby. Provedou se korekce velikosti dostupných ploch. Zdroje informací: Výpočty, studie, dostupné PENB a EA. 3. Provedou se korekce stávajícího stavu na skutečné výchozí hodnoty. 4. Provedou se korekce stávajícího stavu na již realizované rekonstrukce. Zdrojem informací je zde předevšímmístní šetření, event. i odborný odhad. Z takto získaného stávajícího stavu lze potom odvodit budoucí možné scénáře vývoje potřeb tepla pro vytápění a přípravu TV. V konkrétním řešeném případě postačuje stanovení situace stavu v horizontu (max. 20 let), respektive lze uvažovat jako horizont rok Potřeba tepla na přípravu TV se provede podle průměrného počtu osob u RD a BD a podle počtu osob u ostatních budov. Zdrojem informací jsou statistiky ČSÚ, informace z PENB a energetických auditů, místního šetření apod. 6. Energetická bilance potřeby tepla na vytápění a přípravu TV se získá součtem dílčích údajů. Energetická bilance spotřeby pro vytápění a přípravu TV se získá na základě znalosti zastoupení jednotlivých energonositelů a účinnosti použitých zdrojů energie. 7. Nahrazení stávajících fosilních paliv biomasou nemusí být úplné, proto je účelné provedení korekce na situaci stávajícího a budoucího stavu ve vytápění, respektive možnosti nahrazení (vytěsnění) stávajících fosilních paliv biomasou či jinými OZE. Uvažuje se výhled ve světle ekonomických předpokladů, případně trend dalších rekonstrukcí dle ČSÚ apod. 2 Doba životnosti porostů víceletých nedřevnatých plodin je cca 8-10 let, v případě plantáží RRD je doba životnosti delší, typicky let. Uvažování časového horizontu pouze let by znamenalo, že část životního cyklu plantáží není do analýzy zahrnuta. Použité metodické postupy pro hodnocení ekonomické efektivnosti (viz dále) ale pracují se zahrnutím celého životního cyklu dané technologie či plantáže energetických plodin. Vzhledem charakteru produkované biomasy z plantáží RRD (kvalitní homogenní štěpka mající jak energetické, tak i materiálové využití) lze předpokládat její bezproblémové využití i po horizontu dožití stávajících technologií vytápění, kdy by teoreticky mohla hrozit záměna stávajících technologií vytápění za jiné. 10

11 Schéma 2: Grafický přehled jednotlivých kroků postupu stanovení tepla pro vytápění objektů (rodinných a bytových domů) Při využití výše uvedeného postupu lze identifikovat pro ČR modelové typové objekty z hlediska měrné (a celkové) spotřeby tepla pro vytápění. Tyto objekty odrážejí základní variabilitu z hlediska potřeb tepla podle jejich stáří a tím i typického konstrukčního řešení. Pro základní orientaci v potřebách energií pro vytápění lze identifikovat 4 základní typy objektů rodinných domů: dům 1: s potřebou tepla na vytápění 330 kwh/m 2.rok, dům 2: s potřebou tepla na vytápění 110kWh/m 2.rok, dům 3: s potřebou tepla na vytápění 70 kwh/m 2.rok, dům 4: s potřebou tepla na vytápění 50 kwh/m 2.rok, Dům 1 je reprezentantem staré zástavby (před rokem 1930), není rekonstruován a nepřepokládá se v budoucnosti větší energeticky vědomá rekonstrukce. Druhý dům je reprezentantem kategorie objektu realizovaných v 90. letech minulého století, resp. svojí potřebou tepla na vytápění odpovídá částečně rekonstruovaným budovám prvního typu. Oba dva domy v současnosti velmi často používají hnědé uhlí pro vytápění (ústřední topení plus kotel na uhlí s manuálním přikládáním). Domy 3 a 4 reprezentují současnou výstavbu, přičemž D4 odpovídá přibližně nízkoenergetickému domu, resp. domům realizovaným po roce Domy 3 a 4 současně mohou reprezentovat i starší objekty, které prošly zásadní rekonstrukcí. Do porovnání nejsou zahrnuté rodinné domy v pasivním standardu, u kterých je způsob vytápění řešen obvykle jinými technologiemi, než jsou předmětem této metodiky. 11

12 Výše uvedené 4 domy byly použity pro hodnocení konkurenceschopnosti tuhých biopaliv vůči jiným způsobům vytápění. Ve všech 4 případech se předpokládala vytápěná plocha o velikosti 120 m 2. Do energetických potřeb domů D1 až D4 byly kromě potřeby pro vytápění započítány i potřeby energie na ohřev teplé vody, a to ve výši 2,5 kwh/os/den (ve všech případech se uvažoval průměrný počet osob na jednu bytovou jednotku 2,46 [1]). Energetická potřeba pro přípravu TV byla pro zjednodušení připočítána k energetické potřebě na vytápění Možnosti využití potenciálu biomasy 5.2 Analýza potenciálu lokálních zdrojů biomasy Potenciál biomasy využitelný pro energetické účely se skládá z: potenciálu biomasy na zemědělské půdě z potenciálu biomasy na lesní půdě Potenciál lokální biomasy na lesní půdě Standardním zdrojem biomasy k energetickému využití jsou lesní těžební zbytky (LTZ) z mýtních těžeb (stromové vršky, větve pokud možno bez asimilačních orgánů, jehlic), které se označují jako nehroubí. Dalším zdrojem je palivové dřevo používané pro vytápění v domácnostech a zbytky z dřevozpracujícího průmyslu s částečným využitím pro vlastní potřebu a výrobu pelet a briket. Stanovení potenciálu biomasy z lesních porostů vychází z obdobných podkladů jako u zemědělské biomasy z úživnosti lesních stanovišť a z věkové a druhové skladby lesních porostů. Omezují ho ekologické limity odnímání LTZ a předpoklady o hospodářském a komerčním využití sortimentů dřeva. V závislosti na rozloze zájmového území je možné provést analýzu potenciálu lesní biomasy dvěma způsoby: Pro menší zájmová území je stanovení potenciálu lesní biomasy vhodné provést s využitím tzv. bottom-up postupu od jednotlivých porostních skupin. Vychází se z produkčních podmínek lesních pozemků definovaných v souborech lesních typů (SLT) vegetačními stupni, trofickými řadami půd a doporučenou skladbou dřevin. Údaje o dostupné dendromase (plánovaných těžbách) jsou uvedeny v lesních hospodářských plánech nebo osnovách, které zohledňují omezení daná legislativou. V případě, že se bude jednat o větší územní celky, provede se výpočet potenciálu lesních těžebních zbytků pomocí koeficientů v závislosti na druhu lesa (jehličnatý, smíšený, listnatý). Vlastní výpočet je proveden vynásobením rozlohy lesa v zájmovém území s koeficientem a získá se množství lesních těžebních zbytků za rok. Potenciál lokální biomasy na zemědělské půdě Potenciál biomasy ze zemědělské půdy se principiálně skládá ze zbytkové a z cíleně pěstované biomasy. Mezi zbytkovou biomasu na zemědělské půdě patří sláma zemědělských konvenčních plodin, zejména obilovin a řepky, která tvoří nadějný zdroj biomasy využitelné pro energetické účely. Dále lze využívat slámu kukuřice, pícnin pěstovaných na semeno a nekvalitní suché seno z TTP (trvalých travních porostů). Možnosti energetického užití zbytkové biomasy (slámy), jsou limitovány zejména využitím pro zachovávání půdní úrodnosti (zaorávání) a pro chov užitkových zvířat (podestýlka a siláž). Sláma a seno se lisují do balíků pro přímé spalování nebo používají k výrobě briket nebo pelet. V případě cíleně pěstované biomasy pro energetické účely jsou klíčovými řídícími parametry rozloha zemědělské půdy alokované pro energetické plodiny a její bonita, která určuje výnosový potenciál pro jednotlivé plodiny. 12

13 V závislosti na rozloze zájmového území je možné provést analýzu potenciálu biomasy na zemědělské půdě dvěma základními způsoby: Pro střední a velká zájmová území se využije metodického postupu stanovení potenciálu biomasy na zemědělské půdě, kdy je přiřazován výnos jednotlivých zdrojů biomasy ze zemědělské půdy (druhů plodin) podle bonitovaných půdně ekologických jednotek (BPEJ) s využitím modelu vytvořeného v prostředí GIS. Potenciál zbytkové biomasy z konvenčního zemědělství závisí na struktuře konvenčních plodin a stavu živočišné výroby v zájmovém území (využití zbytkové biomasy např. slámy, má prioritu před energetickým využitím) a na limitech daných ochranou přírody a půdy (chráněná území, NATURA 2000, třídy ochrany aj.). Vzhledem k absenci údajů o možném budoucím uspořádání konvenčních plodin a rozvoji živočišné výroby, je stanovení zbytkového potenciálu biomasy na základě současné struktury konvenčních plodin a stavu živočišné výroby. Výrazné změny jak ve struktuře pěstovaných konvenčních plodin, tak i ve stavu živočišné výroby vedou k potřebě aktualizace potenciálu zbytkové biomasy. Pro menší zájmová území (např. k. ú. obce) se stanovení potenciálu lokální zbytkové biomasy provede na základě informací od vlastníků či nájemců půdy, kteří se rozhodli seno nebo slámu poskytovat. Tento metodický postup umožňuje získat informace o skutečně dostupném množství zbytkové biomasy i záměrně pěstované biomasy po odečtení všech reálných limitů a alternativních využití daných lokálními majetkovými a obchodními vztahy, které se mohou lišit od předpokladů používaných pro větší území např. ze statistik větších územních celků. Podrobný postup analýzy potenciálu biomasy na zemědělské a lesní půdě je popsán v certifikované metodice MZe: Metodika stanovení potenciálu biomasy v zájmových územích s respektováním vazby na potravinovou bezpečnost [Vávrová a kol., 2013]. 5.3 Ekonomika logistického řetězce produkce tuhých biopaliv na bázi lokálně dostupné biomasy Celkový produkční cyklus tuhých biopaliv na bázi lokálně dostupné biomasy je znázorněn na Schématu 1. Cenu produkovaných biopaliv ovlivňují především následující faktory: Náklady na pořízení surové biomasy, která je dále zpracovávána do podoby tuhých biopaliv (např. cena cíleně pěstované biomasy energetických plodin viz dále). Náklady na transformaci biomasy do tuhých biopaliv. Ztráty při transportu a skladování biomasy. Vzhledem k tomu, že tato metodika je primárně zaměřena na lokální produkci tuhých biopaliv, nezahrnuje explicitně skladování vyrobených biopaliv a jejich distribuci konečným spotřebitelům. Předpokládá se, že tyto náklady jsou vůči celkovým nákladům produkce zanedbatelné. Produkce biomasy energetických plodin na zemědělské půdě je předpokládána jako standardní podnikatelská aktivita farmářů. Naopak vlastní produkce tuhých biopaliv se předpokládá jako v zásadě nezisková aktivita, kdy očekávaný výnos na vložený kapitál je malý (v dále prezentovaných výpočtech se uvažuje hodnota diskontu ve výši pouze 4 % (při uvažování dlouhodobé průměrné inflace ve výši 2 %). V zásadě se tak předpokládá, že výroba tuhých biopaliv není primárně podnikatelskou aktivitou zaměřenou na dosahování zisku. Produkce biomasy, resp. její transformace do podoby tuhých biopaliv lze vyhodnocovat metodikou tzv. minimální ceny. Ta předpokládá, že pro jednotlivé aktivity jsou vytvořeny 13

14 ekonomické modely, které simulují ekonomické efekty (tj. hotovostní toky) spjaté s těmito aktivitami. Pro jednotlivé energetické plodiny jsou tak vytvořeny referenční ekonomické modely, které odrážejí použití standardních agrotechnických postupů pro založení porostů, pro jejich údržbu, sklízení biomasy a finální navrácení pozemku do původní podoby. Ekonomické modely jednotlivých plodin tak umožňují, vůči předpokládané variabilitě výnosů biomasy dle podmínek stanoviště, stanovit i typické rozpětí ceny biomasy z pohledu jejího producenta. Obdobně lze vytvořit i ekonomické modely zachycující vlastní peletování resp. briketování. Vzhledem k tomu, že se předpokládá výroba tuhých biopaliv na bázi lokálně dostupné biomasy (a tedy i spotřeba takto vyrobených biopaliv v místě). Kapacita peletovací / briketovací linky musí odpovídat tomuto předpokladu lokální spotřeby i výroby. Dále uvedené referenční výpočty předpokládají kapacitu peletovací linky na úrovni cca tun za rok. Cena zbytkové biomasy konvenčních plodin (sláma), resp. cena zbytkové biomasy z lesní těžby je poměrně variabilní a závislá na místních podmínkách. Nicméně pro analýzu, která je předmětem této metodiky, lze odhadnout cenu slámy cca CZK/t a cenu štěpky z lesních těžebních zbytků v rozmezí cca CZK/GJ. Analýza prezentovaná v tomto příspěvku využívá výsledků získaných při řešení výzkumných projektů zaměřených na identifikaci potenciálu biomasy [6] a analýze možností využití lokálně dostupné biomasy [7] Minimální cena metodika Metodika minimální ceny je založena na konceptu ekonomického hodnocení na bázi čisté současné hodnoty (NPV) budoucích hotovostních toků vyvolaných realizací určitého projektu. Platí obecné pravidlo, že projekt realizujeme, když je NPV kladné, zamítáme, pokud je NPV záporné. V případě, že NPV je nula, posuzovaný projekt přináší stejnou ekonomickou efektivnost, jako jiné alternativní možnosti investování daného investora. Minimální cena pak představuje cenu, za kterou (alespoň) třeba prodávat produkci, aby investor realizoval jím požadovaný výnos na vložený kapitál. Vzorec pro stanovení minimální ceny lze vyjádřit následovně: kde NPV = Tn t= 0 ( c (1) t min, t Qt Et ) (1 + rn ) = 0 Tn... je doba hodnocení [roky] t... pořadový rok hodnoceného období cmin,t... minimální cena produkce v roce t [CZK] Qt... objem produkce v roce t [CZK] Et... výdaje v roce t [CZK] rn... nominální diskont [-] Metodika minimální ceny umožňuje např. odvodit cenu cíleně pěstované biomasy na zemědělské půdě, cenu vyráběných pelet apod. Její logika spočívá v tom, že jde o spodní limitní cenu z pohledu producenta (investora do daného projektu). Racionálně uvažující investor nebude akceptovat nižší ceny za svoji produkci, než je minimální cena. Metodikou minimální ceny lze ale odvodit i pomyslnou cenu, za kterou si vyrábíme teplo pro vytápění vlastního rodinného domu při uvažování nákladů na instalaci daného zařízení (např. kotle na pelety) a nákladů na jeho provoz po předpokládanou dobu životnosti (náklady na palivo, opravy, údržbu, revize apod.). 14

15 5.3.2 Logistika a transformace surové biomasy Významný vliv na energetické vlastnosti a cenu lokální biomasy mají její logistika a transformace. Logistický řetězec lokální biomasy je systém uspořádání lidských zdrojů, technologií, pracovních aktivit, prostředků a informací zahrnutých v pohybu produktu příp. služby z pole / lesa k uživateli. Aktivity logistického řetězce přeměňují surovou biomasu (dřevo, slámu) do konečných produktů pevných biopaliv, štěpky příp. palivového dřeva. Do logistického řetězce jsou zahrnuty také ztráty biomasy v jednotlivých aktivitách a v širším pojetí také uzavření materiálového cyklu biomasy tzn. vyhodnocení využití reziduí a odpadních produktů např. pro recyklaci a nové produkty. Na základě domácí a zahraniční praxe je možno definovat několik nejpravděpodobnějších logistických řetězců zdrojů reziduální a cíleně pěstované biomasy (Tab 1.). Pro potřeby analýzy konkurenceschopnosti biomasy je vždy nutno definovat vhodné logistické řetězce (LR), které jsou vhodné pro místní zdroje biomasy a mohou zajišťovat provoz lokálních tepláren, výtopen nebo peletáren / briketáren resp. obytných a výrobních budov. V základním rozdělení se jedná o dva logistické řetězce: LR dřevní biomasy (dřevní štěpky) z lesních porostů a LR slamnaté biomasy z konvenčních a energetických plodin (tzn. ozdobnice, schavnat, lesknice a jiné trávy). Třetím je LR dendromasy (štěpky) z výmladkových plantáží RRD, který je kombinací předchozích dvou řetězců. Jednotlivé řetězce se liší vstupními vlastnostmi biomasy, technologiemi, aktivitami, dobou realizace a částečně vlastní logistikou (aktivitami). Tab. 1: Zdroje a typy pevných biopaliv z lokální biomasy definující možné logistické řetězce (LR) Zdroj biomasy Produkt Využití, zpracování 1. Lesní porosty Dřevní štěpka O2, TP CZT, příp. peletárny 2. Lesní porosty Palivové dřevo, Individuální vytápění 3. Výmladkové plantáže RRD Dřevní štěpka O1, TP CZT, příp. peletárny 4. Výmladkové plantáže RRD Palivové dřevo Individuální vytápění 5. Plantáže energetických plodin Sláma O1, AP CZT, příp. peletárny 6. Trvalé travní porosty Seno (suché) O2, AP CZT, příp. peletárny 7. Porosty obilnin a řepky olejka Sláma zbytková (suchá) O2 CZT, příp. peletárny O2, O1 druhy biomasy pro energetické využití dle vyhlášky č. 482/2005 Sb. (reziduální, cíleně pěstovaná) TB tvarovaná biopaliva z dendromasy třídy A1-2 (lokální pelety, brikety) AP tzv. agropelety (bez definice vlastností příp. třída B) CZT centrální zásobování teplem (výtopna, teplárna) Logistické řetězce lokální biomasa pevná biopaliva se obvykle skládají z následujících základních aktivit: 1. sklizeň (jedno- nebo vícefázová), 2. transport na odvozní místo, 3. skladování surové biomasy, 4. úprava / transformace biopaliva, 5. skladování biopaliva nebo upravené biomasy, 6. transport k uživateli. Nejkratší LR (2 3 aktivity) jsou při využití málo upravených forem biopaliv (štěpky, balíkovaná sláma / seno) a složitější LR jsou u více transformovaných biopaliv (tvarovaná biopaliva jako pelety, brikety, mikrobrikety atd.). Ztráty biomasy (hmotnosti, energie) v definovaných aktivitách a logistických řetězcích různých forem biomasy se skládají z: - Ztrát sklizňových - Ztrát transportem - Ztrát skladováním (chemické procesy a schnutí) 15

16 Velikosti uvedených hmotnostních a energetických ztrát jsou popsány v dalším textu (pro jednotlivé logistické řetězce) Základní parametry lokální biomasy Vlastnosti čerstvě sklizené (surové) biomasy jsou jedním ze zásadních vstupů do výpočtů konkurenceschopnosti. Jedná se zejména o výnosy biomasy, energetický obsah (pro danou vlhkost), vliv skladování na energetický obsah. V tabulkách níže jsou typické hodnoty těchto parametrů zjištěné na základě empirických parametrů z testování lokální biomasy a jejích zdrojů ve výzkumných projektech autorského týmu a aktualizované pro toto metodiku. Tab. 2 Průměrné očekávané výnosy biomasy (v sušině) energetických plodin na zemědělské půdě v pěstebních oblastech vylišených dle typologie pozemků Pěstební oblasti RRD Ozdobnice Schavnat Lesknice (vhodnost dle bonity pozemků) [t (suš).ha -1 ] PO 6 (optimální) 14, PO 5 (velmi příznivá) 12,0 10,0-6,00 PO 4 (nadprůměrně příznivá) 10,0 8,0 8,0 5,00 PO 3 (příznivá) 7,5 6,0 6,0 4,00 PO 2 (málo příznivá) 5,5-5,0 3,00 PO 1 (nepříznivá) 3,0 2,0 3,0 2,00 PO 0 (nevhodná) Zdroj: Havlíčková et al (2010) aktualizováno 2017, VÚKOZ, v. v. i.; Některé oblasti nebyly vylišeny z důvodu nedostatku informací (empirických dat) a neekonomických výnosů. Tab. 3: Průměrné očekávané výnosy hlavního produktu vybraných konvenčních plodin (zrna, sena TTP) na zemědělské půdě v pěstebních oblastech vylišených dle typologie pozemků Pěstební oblasti Pšenice oz. Řepka oz. Ječmen slad. TTP (vhodnost dle bonity pozemků) [t (suš).ha -1 ] PO 6 (optimální) 6,0-5,0 9,0 PO 5 (velmi příznivá) 5,0 5,0 4,0 8,0 PO 4 (nadprůměrně příznivá) 4,0 4,0 3,0 7,0 PO 3 (příznivá) 3,0 3,0 2,0 6,0 PO 2 (málo příznivá) 2,0 2,0 5,0 PO 1 (nepříznivá) - - 4,0 PO 0 (nevhodná) - - 3,0 Zdroj: Kolektiv (1990); Němec et al (2002) aktualizováno 2017, VÚKOZ, v. v. i.; Některé oblasti nejsou vylišeny z důvodu nedostatku informací resp. neekonomických výnosů (empirických dat). U řepky a obilnin je potřeba dopočíst výnos slámy podle koeficientu. Tab. 4: Průměrné výhřevnost čerstvé a suché biomasy z lokálních zdrojů Biomasa Vlhkost sklizňová Odchylka* Výhřevnost čerstvé biomasy (q sur.) Výhřevnost sušiny 100 % (q suš.) Odchylka* % GJ(sur)/t ± GJ(sur)/t GJ/t suš. ± GJ(suš)/t Sláma obilnin % 14,80 0,78 17,15 0,43 Sláma řepková % 15,11 1,17 17,05 0,20 Rychle rostoucí dřeviny % 7,35 1,45 18,39 0,36 Ozdobnice % 13,60 4,04 17,61 0,20 Lesknice a jiné traviny % 12,89 3,83 16,72 0,48 Schavnat % 13,52 0,94 16,34 0,51 Lesní težební zbytky % 7,77 2,04 17,99 0,37 *odchylka daná rozdílem spalného tepla hořlaviny a sušiny Zdroj: Havlíčková et al (2010) aktualizováno 2017, VÚKOZ, v. v. i.; 16

17 Tab. 5: Typické parametry biomasy z lokálních zdrojů při dlouhodobém skladování Formy biomasy Objemová hmotnost Vlhkost (při volném sklad. 1 sezonu) Výhřevnost (dle změny vlhkosti skladováním) [kg/m 3 ] [%] [MJ/kg] Dřevní štěpka Lesní těž. zbytky ,0 7,7 Dřevní štěpka RRD (čerstvá) ,4 12,3 Sláma obilná ,8 16,2 Sláma řepková ,38 15,9 Sláma ozdobnice ,7 16,4 Sláma schavnat ,6 13,8 Sláma lesknice rákosovitá ,3 16,0 Zdroj: Dle Havlíčková et al (2010) aktualizováno 2017, VÚKOZ, v. v. i.; Ukázka logistického řetězce: Výmladková plantáž RRD dřevní štěpka pro CZT Výmladkové plantáže RRD (topolů a vrb) se sklízejí opakovaně v tzv. velmi krátkém obmýtí, které se v našich podmínkách pohybuje mezi 3 6 roky. Z hlediska krizových situací je výhodné, že je možné je sklízet kdykoliv, ale nejvhodnější je zimní období, kdy je kvalita biomasy pro přímé spalování nejvhodnější (obsah vody v štěpce je nejnižší). Vhodné je také sklízet, když je půda suchá nebo zamrzlá a mechanizace nemá problémy s pohybem. V zásadě existují dva technologické postupy pro sklizně výmladkových plantáží RRD a s nimi související logistické řetězce. Jednofázová sklizeň (LR 1): Řezačka s adaptérem pro RRD Tento způsob využívá většinou samojízdné, ale i tažené sklízecí stroje schopné okamžité výroby dřevní štěpky nebo jemnější řezanky přímo na poli (viz obrázek). Ta má vyšší vlhkost, ale je snadněji manipulovatelná a dopravovatelná. Pro spalování vlhké štěpky jsou vhodná velká topeniště nad 1 MW. V zahraničí jsou k dispozici výkonné speciální sklízecí stroje. Při sklizni RRD se s úspěchem uplatňuje kooperace několika pěstitelů v oblasti, kteří mohou vytvořit sdružení za účelem efektivního využívání sklízecích strojů. V jiných případech provádí sklizeň sdružením i jednotlivým zemědělcům kontraktačně subjekt, který takový stroj vlastní. Speciální sklízecí stroje se vyplatí pro velké energetické nebo pěstitelské celky, kde se velké pořizovací náklady rozloží na větší počet provozních hodin stroje. Vícefázová sklizeň (LR 2) (Manuální sklizeň, snopkování a štěpkování ) Jednoduché přídavné zařízení na traktor nebo specializovaný sklízecí stroj podřezává kmeny RRD ve zvolené výšce nad zemí. Na menších rozlohách je pro sklizeň možno použít křovinořez a motorovou pilu. Následně stroj nebo manuální pracovníci kmeny a větve snesou na hromady nebo do snopků, které se ponechají na plantáži. Po částečném vyschnutí na vzduchu (3 6 měsíců) jsou snopky štěpkovány mobilním štěpkovačem. Štěpka je dostatečně suchá (20 30 %), energeticky velmi vydatná a je vhodná i pro spalování v topeništích s nižším až středním výkonem. Tento způsob je náročnější na manipulaci, ale stroje jsou jednodušší (univerzální). 17

18 Schéma 3: Ukázka dvou variant logistického řetězce lokální biomasy Výmladková plantáž RRD dřevní štěpka pro CZT včetně příslušných aktivit: Jednofázová sklizeň (Plantáž RRD Odvozní místo CZT ) a vícefázová sklizeň (Plantáž RRD Snopky kmenů CZT) Celkové ztráty energetického obsahu při sklizni a odvozu z pole lze odhadnout na cca 5 %. Ztráty energetického obsahu při skladování jsou významně ovlivněny způsobem skladování (volná plocha, zastřešená plocha, výška hromady apod.). Při předpokladu skladování štěpky na volné zpevněné ploše lze odhadnout ztráty energetického obsahu na cca 10 % za rok Ukázka logistického řetězce: Sláma energetických plodin sláma pro CZT Zdroje biomasy tohoto typu LR jsou nedřevnaté energetické plodiny druhé generace (ozdobnice, schavnat a lesknice a jiné trávy). Aktivity logistického řetězce: Sklizeň Sklizeň plodin žacími stroji (seno, sláma) nebo řezačkami (řezanka). Ponechání biomasy na poli pro snížení vlhkosti nebo odvoz velkokapacitními návěsy do meziskladu - obvykle limitován na cca 2 km (vzhledem k nákladům na přepravu nestlačeného materiálu). Alternativně úprava slámy přímo na poli viz dále. Úprava při/po sklizni Sláma se buď lisuje (balíkuje) nebo zpracovává na řezanku. Stlačené stébelniny jsou vhodnější pro přepravu na delší vzdálenosti. Sběrací lisy vyrábějí hranaté a válcové balíky vhodné do tepláren: i) válcové balíky průměr 1,8 m, obsah až 3 m 3 (120 kg.m -3 ), hmotnost kg; ii) hranaté balíky hustota balíku 150 kg.m -3, hmotnost kg. Svinovací lisy vyrábějí rotační balíky vhodné pro menší řešení: větší hustota balíku (350 kg.m -3 ), menší hmotnost balíku (20 50 kg). Transport z pole do meziskladu (stohu), kotelny nebo peletárny/briketárny Transformace slámy: pelety a brikety. Výroba agropelet (slamnatých, smíšených) má potenciál při nedostatku dřevní biomasy, ale omezení využití z důvodu palivářských parametrů a požadavků tzv. ekodesignu nových kotlů. 18

19 Schéma 4: Logistický řetězec reziduální a cíleně pěstované slámy (obilní, řepková) Transport z pole (balíky) nebo meziskladu (řezanka) Úprava slámy z pole do formy pelet a briket. Výroba agropelet vzhledem k nedostatku dřevní biomasy a nižší ceně má rostoucí tendenci. Celkové ztráty energetického obsahu při sklizni a odvozu z pole lze odhadnout na cca 3 %. Ztráty energetického obsahu při skladování jsou významně ovlivněny způsobem skladování (volná plocha, zastřešená plocha, překrytí fólií, atd.). Při předpokladu skladování na volné zpevněné ploše v balících (stoh) lze odhadnout ztráty energetického obsahu na cca 7 % za rok Minimální cena surové biomasy energetických plodin Pro odhad spodní ceny, za kterou by byli farmáři ochotni biomasu pěstovat a prodávat, se využije metodika tzv. minimální ceny. Pro každou energetickou plodinu je vytvořen referenční ekonomický model, který odráží všechny procesy nutné pro realizaci záměru pěstování energetické biomasy v celém životním cyklu (tj. od přípravy projektu, přes přípravu a založení plantáže, následně přes pěstování a sklízení biomasy až po likvidaci plantáže a navrácení pozemku do původní podoby). Jednotlivé procesy jsou uskutečňovány dostupnými a vhodnými agrotechnologiemi a jsou oceněny v aktuálních tržních cenách. Detaily o tvorbě ekonomických modelů pro energetické plodiny lze nalézt např. v [22,23]. Společné údaje použité pro výpočet minimálních cen pěstované biomasy: Doba životnosti plantáží: 22 let pro RRD, 10 let pro ostatní energetické plodiny Zahrnuta doprava na vzdálenost 10 km z pole do místa skladování. Dlouhodobá očekávaná inflace: 2 % Nominální diskont: 10 % Daňová sazba: 19 % SAPS: ve výši pro rok 2016 Pro výpočet minimální ceny biomasy jsou použity výnosové křivky biomasy, kdy jsou uvažovány pouze výnosy bez extrémních hodnot, ať už velmi vysokých či velmi nízkých výnosů biomasy. V případě RRD, lesknice a ozdobnice se předpokládá zimní sklizeň (leden až počátek března). Uvažované sklizňové vlhkosti pro výpočty jsou 52,5 % pro RRD, 20 % pro lesknici a ozdobnici a 15 % pro schavnat. 19