Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Biogas is a gaseous fuel, rich in methane, produced through a biological route in an anaerobic digester. A gas engine generates combined heat and power, which can be used at the farm to reduce energy cost. The process also generates a digestate, with better utilization of nutrient compared to cattle manure.

The aim of this study is to analyze the profitability of a farm-scale biogas plant for combined heat and power (CHP) at Wapnö. Wapnö is an agriculture company located in the southern part of Sweden. Today there are about 1000 dairy cows, 1600 hectare of farmland and a dairy plant. Nearly half of the farmland is organicly cultivated. The substrates for the digester are produced at Wapnö and are calculated to 30 000 ton of liquid manure, 300 ton of ley crops and 70 ton of milk.

The method in this study is based on the Net Present Value model. An investment calculation has been made over 20 years. Three different areas have been analyzed; energy, cash crop farming, cost of labor and maintenance. The discounted sum from all areas has been compared with the total investment cost.

The total investment cost for a turnkey biogas plant is calculated to 11, 6 *10 6 SEK. The internal rate of return is 2,7 percent when the heat is excluded. There are great opportunities to use the heat from the CHP for pasteurization of milk in the dairy plant. This would reduce the electricity costs and get a positive net present value. Including a 30 percent subsidy the investment generates a higher net present value and the modified pay-off period will be 10,3 years.

The analysis also shows that the efficiency from the gas engine is important for the internal rate of return. If the efficiency of electricity production increases from 34 to 38 percent, the gas engine generates more electricity per year. This improvement in efficiency doubles the internal rate of return.

Ur miljösynpunkt är produktion av förnyelsebar energi ett alternativ till att delvis ersätta
fossila bränslen och minska luftföroreningarna. Vid rötning av stallgödsel och andra substrat
kan metan utvinnas vilket via en gasmotor vidareförädlas till värme och el. Dessutom erhålles
rötrester som är ett något mer effektivt kvävegödselmedel än stallgödsel vilket därmed
förbättrar växternas kväveutnyttjande. Samtidigt minskar risken för amoniakavgång och
nitratläckage.
Syftet med föreliggande studie är att utifrån ett företagsekonomiskt perspektiv analysera de
ekonomiska förutsättningarna i att investera i gårdsbaserad biogasproduktion för kraftvärme
på lantbruksföretaget Wapnö. Företaget består av flera verksamhetsgrenar där mjölk är en
huvudgren. Driftsinriktningen på gården är mjölkkor, eget gårdsmejeri, skog och växtodling. I
dag finns det 1000 kor på gården men ambitionen är att år 2010 skall besättningen uppgå till
1400 mjölkkor. Företaget brukar ungefär 1600 hektar åkermark där knappt hälften av
jordbruksarealen odlas ekologiskt.
Studien grundas på de resurser och förutsättningar som idag finns tillgängliga på Wapnö.
Detta innebär att analysen endast beaktar substrat som produceras på gården i form av
stallgödsel, spillmjölk och grovfoderspill.
Modellen grundas på nuvärdesmetoden där samtliga betalningsströmmar från respektive
modul diskonteras till år noll. Tre olika moduler (Energi, Växtodling samt Drifts- och
underhållskostnader) utvecklas för att analysera de ekonomiska konsekvenserna inom
respektive modul. Kostnaden för grundinvesteringen har beräknats utifrån information från en
återförsäljare i Tyskland.
Grundinvesteringens kostnad beräknas uppgå till 11,6 miljoner kronor. Vid ett
investeringsalternativ där enbart el utnyttjas och överskottsvärmen kyls bort, erhålls en
avkastning på det investerade kapitalet med 2,7 procentenheter.
Investeringsalternativ Grundalternativ 30% Stöd
Värme till
Mejeri
30% Stöd + Värme
till Mejeri
Investeringskostnad Kr 11 612 000 8 128 400 11 832 000 8 282 400
Nuvärde (6% kalkylränta) Kr -2 864 921 618 679 1 423 396 4 972 996
Internränta % 2,7 6,94 7,44 12,78
Återbetalningstid (enkel) År 15,6 12,4 11,9 7,1
Återbetalningstid (modifierad) År >20 17,1 16 10,3
Analysen visar att Wapnö bör undersöka möjligheterna att utnyttja överskottsvärmen som
bildas i samband med biogasproduktionen. Det är inte företagsekonomiskt försvarbart att kyla
bort överskottsvärmen eftersom denna kan utnyttjas till att ytterligare reducera företagets
elkonsumtion. Det bästa alternativet är att utnyttja värmen i mejeriet vid pastörisering av
mjölk. Eftersom denna process löper dygnet runt kan kontinuerlig avsättning av värmen
erhållas. I kombination med ett 30 procentigt investeringstöd är investeringen återbetald efter
cirka 10 år och således ett förhållandevis lönsamt projekt.