Small-Scale Anaerobic Digestion plants in dairy farms A Market Research in Portugal and Eastern USA

Abstract

Abstract Anaerobic Digestion (AD) plants have gained a considerable amount of interest in the past decades and are being recognized as a solution to diversify energy sources while enhancing manure management in dairy farms. The biogas produced by AD plants can be used to produce heat and electricity via Combined Heat and Power (CHP) plants, injected in national gas grids to replace natural gas after up-grading or in fuel cells to produce electricity. The economical viability of such installations still lacks overall attention, and companies like Biolectric are therefore willing to further investigate the markets. This thesis aims to provide a well structured opinion on two markets, Portugal and the East Coast of United States of America (USA). Starting with a literature review to define all the concepts required for the research, the thesis then describes energy markets, required paperwork and applicable investment support. Additionally, two distinct case studies help estimating financial results obtained by the installation of an AD plant in both markets. In Portugal, a case study was persued at a 879 cows dairy farm called Agro ABA located in Campelos, Torres Vedras. The case study was complemented by the measurement of the power curve at the farm, to understand the energy needs, and help choosing the most suited AD plant for the farm. In the USA, a case study was build from scratch in the state of Vermont. Overall, the Small-Scale Anaerobic Digestion (SSAD) plant by Biolectric would provide farmers with a great 5 to 13 years payback period solution, that is not much affected by neither the discount rate or the inflation rate chosen in the project. Even though both markets widely differ in sizes, Portugal benefits from higher governmental support, with a softer legislation, while the USA is trying to make renewable energy projects interesting at scale but lacks permitting simplification and suffers from much higher maintenance costs. The recommendation is therefore to consider growing in Portugal, and, for the USA, further investigate the potential of partnering up with local companies to sell Biolectric plants.

Instalações de Digestão Anaeróbia (DA) têm ganhado um interesse considerável nas últimas décadas, vindo a ser reconhecidas como uma solução na diversificação das fontes energéticas ao passo que valoriza a gestão de estrume em explorações leiteiras. O biogás obtido a partir da DA pode ser utilizado na produção de calor e eletricidade através de centrais de cogeração, nas células de combustìvel para a produção de eletricidade ou injetado na rede de gás nacional, substituindo o gás natural. A viabilidade económica destas instalações ainda carece de atenção global, e empresas como a Biolectric estão dispostas a investigar melhor estes mercados. Essa tese tem o objetivo de fornecer um estudo estruturado do potêncial dessas instalações em dois mercados: Portugal e a Costa Leste dos USA. Iniciando com uma revisão da literatura para definir os conceitos utilizados, o estudo descreve os mercados de energia, a documentação necessária e apoio a investimentos aplicáveis para cada uma das regiões estudadas. Além disso, dois casos de estudo foram realizados de forma a serem obtidos valores reais de resultados financeiros para potenciais instalações. Em Portugal, um caso de estudo foi conduzido na Agro ABA, uma vacaria leiteira com 879 vacas, localizada nos Campelos, Torres Vedras. Mediu-se, ainda, a curva de potência da vacaria, de forma a caracterizar as necessidades energéticas e ajudar na escolha da instalação mais adequada. Nos USA, um caso de estudo fictício foi desenvolvido para o estado de Vermont. Em geral, a instalação SSAD da Biolectric proporcionaria aos agricultores um período de retorno de investimento de 5 a 13 anos, o qual não é fortemente afetado pela taxa de desconto ou pela taxa de inflação escolhida. Apesar da diferença de dimensão dos mercados, Portugal beneficia de um maior apoio governamental, com uma legislação mais flexível, enquanto os USA estão a tornar os projetos de energia renovável interessantes em escala, mas carecem de simplificação no licenciamento e sofrem com custos de manutenção mais elevados. A recomendação, portanto, é considerar a expansão para Portugal e, nos USA, deve ser investigado cuidadosamente a possibilidade de crescimento de parcerias entre empresas locais e a Biolectric.