Oczyszczanie i uszlachetnianie biogazu do jakości gazu ziemnego

Transkrypt

1 Zakład Odnawialnych Zasobów Energii Oczyszczanie i uszlachetnianie biogazu do jakości gazu ziemnego Barbara Smerkowska Konferencja Nowy system gospodarki odpadami komunalnymi Kraków lutego 2012

2 Składnik Biogaz Biometan Gaz ziemny Metan 45-70% 94-99,9% 93-98% Ditlenek węgla 25-40% 0,1-4% 1% Azot <3% <3% 1% Tlen <2% <1% - Wodór ślady ślady - Siarkowodór do ppm <10 ppm - Amoniak ślady ślady - Etan - - <3% Propan - - <2% Siloksany ślady - - Źródło: F. Hofmann, Ecofys, prezentacja SBGF 2

3 Technologie uszlachetniania Technologia Warunki procesu Zawartość metanu po procesie Straty metanu Skruber wodny Adsorpcja ciśnieniowa (PSA) Skruber organiczny Absorpcja chemiczna Separacja kriogeniczna Separacja membranowa Ciśnieniowa absorpcja CO 2 w wodzie Adsorpcja CO 2 pod ciśnieniem na węglu aktywnym Ciśnieniowa absorpcja CO 2 w rozpuszczalniku organicznym Chemiczna reakcja CO 2 z roztworem amin; proces bezciśnieniowy, wysoka temp. Sprężanie i chłodzenie w kilku etapach; CO 2 oddzielany w postaci ciekłej Permeacja molekuł gazowych pod ciśnieniem 98 ± 1% 1 2% > 96% 3 10% > 96% 2 4% 99 99,4% < 0,1% 94 98% 0,5% > 95% ok. 2% 3

4 Porównanie wybranych technol. uszlachetniania Technologia Zapotrzebowanie na media Odzysk ciepła Instalacja wstępnego odsiarczania Uwagi Skruber wodny (WS) Energia elektryczna + woda Tak Nie (powyżej ppm) Najczęściej stosowana, ciśnienie 6-10 bar Absorpcja chemiczna (Am) Energia elektryczna + roztwory amin + ciepło Tak, znaczny Tak Najwyższy stopień usunięcia CO 2 Możliwość zwiększenia wydajności układu Adsorpcja ciśnieniowa (PSA) Energia elektryczna + adsorbent Tak często stosowana, ciśnienie 3-7 bar Separacja kriogeniczna (Cryo) Energia elektryczna Tak Nie (powyżej ppm) Instalacja bezobsługowa, możliwość sprzedaży ciekłego CO2, można prowadzić proces dalej do uzyskania LBM (liquified biomethane) 4

5 Elementy instalacji System odsiarczania i osuszania biogazu Instalacja do usuwania ditlenku węgla ze strumienia biogazu Stacja kontrolno-pomiarowa instalacji Układ nawaniania gazu Moduł sprężania biometanu do ciśnienia odpowiadającego ciśnieniu w sieci (w zależności od technologii uszlachetniania ciśnienie na wyjściu z instalacji może wynosić od 1 do 27 bar) Przyłącze do sieci gazowej Układ pomiarowo-rozliczeniowy 5

6 Koszty uszlachetniania biogazu (1) mln PLN Koszty inwestycyjne Nm Nm3 0 WS1 WS2 Am1 Am2 Cryo Koszty inwestycyjne uwzględniają: Wybrane technologie uszlachetniania prace ziemne, koszt instalacji wraz z transportem, posadowieniem, odbiorem i rozruchem oraz dodatkową instalację odsiarczania i nawaniania 6

7 Koszty uszlachetniania biogazu (2) mln PLN 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Koszty operacyjne WS1 WS2 Am1 Am2 Cryo Wybrane technologie uszlachetniania 500 Nm Nm3 7

8 Koszty uszlachetniania biogazu (3) Jednostkowe koszty operacyjne: Ca. 0,29-0,33 PLN/Nm3 BM* (500 Nm 3 /h BG**) Ca. 0,19-0,26 PLN/Nm3 BM* (1200 Nm 3 /h BG**) Ca PLN/MWh (500 Nm 3 /h BG**) Ca PLN/MWh (1200 Nm 3 /h BG**) Jednostkowe koszty uszlachetniania: ok. 0,60-0,73 PLN/Nm 3 BM (500 Nm 3 /h BG) ok. 0,37-0,48 PLN/Nm 3 BM (1200 Nm 3 /h BG) *BM biometan (~98% CH 4 ) **BG surowy biogaz Jednostkowe koszty uszlachetniania są bardzo zależne od skali instalacji! 8

9 Koszty uszlachetniania biogazu (4) Małe instalacje: Fińska technologia Technologia wodna (ciśn. 150 bar) Wydajność instalacji: Nm 3 /h (BG) Zawartość metanu w gazie wyjściowym: 95% CH 4 ±2% Mała kontenerowa zabudowa Koszty inwestycji (instalacja uszlachetniania, magazyn gazu oraz dystrybutor) ~320 tys (ok. 1,4 mln PLN) Zdjęcie: Metener Polska technologia (brak instalacji referencyjnych) wodna (ciśn. 10 bar) Wydajność instalacji: 200 Nm3/h (BG) Wstępne odsiarczanie biogazu Koszty inwestycji ~900 tys (ok. 3,6-4 mln PLN) Koszt jednostkowy uszlachetniania szacowany na 0,33 PLN/Nm 3 BM 9

10 REGULACJE PRAWNE: WPROWADZANIE DO GAZOWEJ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ PRODUKCJA BIOGAZU JAKO BIOPALIWA (NA CELE TRANSPORTOWE) 10

11 Warunki wprowadzania biogazu rolniczego do sieci gazowej: Ustawa Prawo energetyczne w obecnym brzmieniu Wytwarzany biogaz musi spełniać definicję biogazu rolniczego (brak koncesji, wymagany wpis do rejestru ARR) System wsparcia w postaci praw majątkowych do świadectw pochodzenia ( brązowe certyfikaty ) Ilość wytworzonego/wprowadzonego do sieci biogazu przelicza się na ekwiwalentną ilość energii el. wytworzonej w OZE Obowiązek przyłączenia do sieci zainteresowanych podmiotów i zawarcia umowy o przyłączenie, jeżeli istnieją techniczne i ekonomiczne warunki przyłączenia do sieci Obowiązek odbioru przez operatora systemu gazowego biogazu rolniczego wytworzonego w instalacjach podłączonych bezpośrednio do jego sieci, pod warunkiem spełnienia określonych parametrów jakościowych Brak ceny gwarantowanej zakupu biogazu przez operatora sieci gazowej 11

12 Kwestia biogazu rolniczego Biogaz rolniczy (Ustawa Prawo energetyczne): paliwo gazowe otrzymywane w procesie fermentacji metanowej surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej, z wyłączeniem gazu pozyskanego z surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów Projekt Ustawy o odnawialnych źródłach energii ( z dn ): Prezes ARR będzie miał obowiązek do 30 listopada każdego roku, ogłaszać wykaz surowców, o których mowa w definicji biogazu rolniczego na rok następny. Intencją ustawodawcy jest sprecyzowanie jaki rodzaj biogazu można uznać za biogaz rolniczy. 12

13 Parametry biogazu wprowadzanego do sieci gazowej Brak norm krajowych dotyczących jakości biogazu oraz systemu kontroli jakości Parametry jakościowe ustalane przez Operatora Sieci Dystrybucyjnej (OSD) w warunkach przyłączenia na podstawie tzw. instrukcji ruchu i eksploatacji sieci dystrybucyjnej (IRiESD) W przypadku niespełnienia wymogów (ciśnienie, jakość paliwa) OSD może wstrzymać odbiór paliwa gazowego, a nawet wypowiedzieć umowę dystrybucyjną Parametry jakościowe* dla paliwa gazowego wprowadzanego i transportowanego w systemie dystrybucyjnym OSD: Ciepło spalania min. 38,0 MJ/m 3 Źródło: IRiESD Wielkopolskiej Spółki Gazownictwa Sp. z o.o. 13

14 Nadchodzące zmiany pakiet ustaw energetycznych Projekt Ustawy o odnawialnych źródłach energii z dnia r. Świadectwo pochodzenia (ŚP) wydaje się m.in. dla biogazu rolniczego lub energii elektrycznej wytworzonej z biogazu rolniczego (art. 27 ust. 2) ŚP wraz z określonym współczynnikiem korekcyjnym przysługują przez okres kolejnych 15 lat (ale współczynniki mogą być zmieniane co 3 lata) Dla źródeł wykorzystujących biogaz MG proponuje współczynniki: - 1,7 do 100kW zainstalowanej mocy elektrycznej (mikroinstalacja) - 1,4 >100 kw do 1 MW - 1,25 >1MW (tylko biogaz rolniczy) 14

15 Biogaz jako biopaliwo obecne ramy prawne i proponowane zmiany Ustawa o biokomponentach i biopaliwach ciekłych (Dz.U. 2006, Nr 169, Poz. 1199): Biogaz ( gaz pozyskany z biomasy ) jest biopaliwem ciekłym, ale nie jest zaliczany do biokomponentów Zagadnienia jakościowe oraz obowiązkowa certyfikacja jakościowa obecnie regulowane jedynie dla 2 biokomponentów (bioetanol, FAME) Wymagana koncesja Brak systemu wsparcia pełna konkurencja z rynkiem CNG Projekt założeń do projektu ustawy o zmianie ustawy o biokomponentach i biopaliwach ciekłych Biogaz uznany będzie i za biopaliwo ciekłe i za biokomponent Biokomponenty ciekłe wytworzone z odpadów i pozostałości będą zaliczane podwójnie do wypełnienia NCW Wdrożenie certyfikacji według kryteriów zrównoważonego rozwoju (implementacja dyrektywy 2009/28/WE) 15

16 Porównanie przychodów Biogazownia utylizacyjna przetwarzająca odpady biodegradowalne (około 40 tys. Mg/rok) Porównanie dwóch rozwiązań: (i) Wtłaczanie do sieci gazowej oraz (ii) Produkcja energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu (układ CHP) 16

17 Założenia: Roczna produkcja surowego biogazu (BG): 4,161 mln m 3 Cena sprzedaży biometanu do sieci gazowej: 0,85 PLN/Nm 3 Cena sprzedaży energii elektrycznej do sieci elektroenergetycznej: 197 PLN/MWh Cena certyfikatu zielonego/brązowego: 274,92 PLN Układ uszlachetniania biogazu pracować będzie 8322 h, wytwarzając Nm 3 biometanu rocznie (98% CH 4 ), co w przeliczeniu na ekwiwalentną ilość energii elektrycznej daje wartość około MWh według wzoru: gdzie: m ilość partii biogazu o jednakowych parametrach jakościowych M ilość biogazu wprowadzonego do sieci dystrybucyjnej gazowej (m 3 ) r rzeczywista wartość opałowa biogazu (MJ/m 3 ); (dla obliczeń przyjęta na poziomie ~ 34 MJ/m 3 ) η referencyjna wartość sprawności dla wytwarzania rozdzielonego energii elektrycznej w jednostce zużywającej biogaz rolniczy (η = 52,5%). Uwaga! W obliczeniach założono, że ciepło do ogrzewania komór fermentacyjnych nie będzie pozyskiwane ze spalania biogazu pozyskanego w tej instalacji W przypadku układu CHP nie uwzględniono przychodów ze sprzedaży ciepła 17

18 Wyniki analizy Przeznaczenie biogazu Roczna produkcja surowego biogazu (mln m 3 ) Roczny czas pracy układu w pełnym obciążeniu Ilość wytworzonej energii el. rocznie (MWh) Roczny przychód z tytułu sprzedaży biometanu/energii elektrycznej (PLN) Produkcja biometanu w celu wtłoczenia do sieci gazowej dystrybucyjnej Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu (układ CHP) 4,161 4, (95%) (91%) Roczny przychód z tytulu sprzedaży brązowych/ zielonych certyfikatów Przychody łącznie Wyższe możliwe przychody mają rekompensować większe ryzyko związane z inwestycją, w tym przede wszystkim wyższe koszty inwestycyjne, brak polskich instalacji referencyjnych oraz znacznie bardziej restrykcyjne wymagania w stosunku do jakości biogazu. 18

19 Podsumowanie Przesłankami do uszlachetniania biogazu mogą być: Brak odbiorców ciepła Bliskość sieci dystrybucyjnej gazowej lub dużego odbiorcy zainteresowanego substytutem gazu ziemnego Wybór technologii uszlachetniania należy zawsze rozważyć w oparciu o szczególne warunki danej lokalizacji oraz przeznaczenie biometanu (w Europie jest kilkunastu dostawców technologii uszlachetniania) Koszty inwestycyjne dla dużych instalacji CHP i produkujących biometan do sieci są zbliżone 19

20 Dziękuję za uwagę Barbara Smerkowska