Gaz składowiskowy jako źródło energii odnawialnej. Instalacja odgazowania w Spółce NOVA w Nowym Sączu. dr inż. Józef Ciuła NOVA Spółka z o.o.

Transkrypt

1 Gaz składowiskowy jako źródło energii odnawialnej. Instalacja odgazowania w Spółce NOVA w Nowym Sączu. dr inż. Józef Ciuła NOVA Spółka z o.o.

2 Gaz składowiskowy - powstaje w procesie biologicznego rozkładu substancji organicznych zawartych w odpadach komunalnych w procesie beztlenowym, - zasadniczym składnikiem gazu jest metan 40-60%, - gaz zawiera także: 35-45% ditlenku węgla, 0-0,5% azotu, 1-2% wodoru, 0-2% tlenu oraz śladowych ilości siarkowodoru, amoniaku i tlenku węgla, - wartość opałowa gazu składowiskowego zawiera się w granicach 12 do 22 MJ/m3

3 Fazy rozkładu biologicznego substancji organicznych w składowisku. Rys. 1. Zmiany składu gazu składowiskowego w czasie [1].

4 Kontrola i monitorowanie W związku ze składem chemicznym gaz składowiskowy jest gazem niebezpiecznym dla środowiska (gaz cieplarniany) lecz także dla zdrowia człowieka wykazując działania toksyczne. Jego skład jest monitorowany oraz wyliczana jest wartość emisji niezorganizowanej w ramach Europejskiego Rejestru Uwalniania i Transferu Zanieczyszczeń (PRTR).

5 Postępowanie z gazem składowiskowym Ze względu na sposób pozyskiwania gazu ze składowiska odpadów można wyróżnić następujące systemy: - bierne: gaz pod własnym ciśnieniem jest odprowadzany ze składowiska do urządzeń unieszkodliwiających (pochodnia gazowa), - czynne: gaz odessany jest ze złoża na pomocą urządzeń ssących (ssawa gazowa). Ujęty i oczyszczony gaz składowiskowy może być wykorzystany do: - produkcji energii elektrycznej lub cieplnej, - skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła (kogeneracja), - oczyszczony i formowany jako biometan wykorzystywany w transporcie jako paliwo dla silników spalinowych, - formowany i oczyszczany przesyłany do sieci gazowej.

6 Wykorzystanie gazu składowiskowego jako źródła energii odnawialnej 1. Gaz składowiskowy jest jednym źródeł odnawialnych w grupie gazów wraz z min. gazem z oczyszczalni, biogazem rolniczym. 2. Wytwórca energii (eklektyczna, ciepło) ze źródła odnawialnego zobowiązany jest go posiadania koncesji Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki. 3. Wytworzona energia elektryczna (brutto) stanowi prawa majątkowe ( zielone certyfikaty ) które notowane są na Towarowej Giełdzie Energii. Cena na dzień r. wynosiła 144,43 zł/mwh. 4. Energia przesyłana do sieci energetycznej (netto) jest sprzedawana po cenie ustalonej przez Prezesa URE. Która w 2013 roku wynosi 201,36 zł/mwh. 5. Od ilości energii elektrycznej wykorzystanej na potrzeby własne urządzeń, wytwórca jest zobowiązany odprowadzać podatek akcyzowy. (20 zł/mwh). Nie dotyczy energii wykorzystanej do podtrzymania procesu wytwarzania tej energii.

7 Energia elektryczna wytwarzana ze źródeł odnawialnych w Polsce Rys. 2 Udział nośników energii odnawialnej w produkcji energii elektrycznej w 2011 roku [7].

8 Składowisko Rys. 3. Lokalizacja składowiska odpadów [2].

9 Instalacja pozyskiwania i unieszkodliwiania gazu składowiskowego Studnie odgazowujące Składowisko odpadów Studnie odgazowujące Stacja pozyskania i przygotowania biogazu Pochodnia gazowa Zespół Kogeneracyjny Przesył do sieci energetycznej i potrzeby własne Energia elektryczna Potrzeby własne obiektów i cele technologiczne Energia cieplna Rys. 4. Schemat instalacji odgazowania i energetycznego wykorzystania biogazu składowiskowego. Opracowanie własne.

10 Infrastruktura instalacji 1. Studnie odgazowujące: rury polietylenowych (PE-HD) o średnicy mm, perforowane: -pionowe: 27 szt. -poziome: 13 szt. 2. Rurociągi transportujące biogaz składowiskowy: około 4000 m bieżących, wykonane z rury polietylenowych (PE-HD) o średnicy 63 mm, 3. Instalacja przedmuchu wstecznego. 4. Stacja pozyskiwania i przygotowania biogazu składowiskowego (wydajność do 300m3/godz.) 5. Pochodnia gazowa do 300 m3/godz. 6. Zespół kogeneracyjny (elektrociepłownia 365 kwel. i 455 kwt.). 7. Stacja transformatorowa: 450 kva 8. Zespół opomiarowania i rozliczania energii elektrycznej oraz ciepła ( trzy liczniki czterokwadrantowe), 9.System sterowania i monitoringu on-line.

11 Studnie odgazowujące: pionowa Rys.5. Konstrukcja pionowej studni gazowej [6].

12 Studnie odgazowujące: pozioma Rys.6. Konstrukcja poziomej studni gazowej [6].

13 Stacja pozyskiwania i przygotowania biogazu

14 Stacja pozyskiwania i przygotowania biogazu

15 Zespół kogeneracyjny

16 Zespół kogeneracyjny

17 Transformator i liczniki opomiarowania energii elektrycznej

18 System sterowania i monitoringu

19 Pomiary biogazu składowiskowego 60,00 50,00 40,00 % 30,00 20,00 10,00 0,00 Miesiące CH4 CO2 O2 Liniowy (CH4) Rys.7. Procentowy skład biogazu składowiskowego w wybranej studni odgazowującej. Opracowanie własne.

20 , , Metan% Przykłady pomiarów biogazu składowiskowego w wybranych studniach 80,0 Wejście 7 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Data pomiaru Rys.8. Zawartość metanu w studni po jej wykonanie. Opracowanie własne.

21 Metan% Przykłady pomiarów biogazu składowiskowego w wybranych studniach 61,0 Wejście 2 60,5 60,0 59,5 59,0 58,5 58,0 57,5 57,0 Data pomiaru Rys.9. Studnia o dobrym potencjale metanu (stabilna). Opracowanie własne.

22 Metan % Przykłady pomiarów biogazu składowiskowego w wybranych studniach Wejście 5 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Data pomiaru Rys.10. Studnia o malejącym potencjale metanu. Opracowanie własne.

23 Metan % Zmiana wartości metanu w okresie 3 lat , , , , ,5 52 Data Rys.11. Zmiany zawartości metanu w biogazie składowiskowym w latach Opracowanie własne.

24 Wytwarzanie energii elektrycznej Tabela 1. Bilans wytworzonej energii elektrycznej w latach Rok Produkcja Sprzedaż Zużycie na potrzeby własne MWh MWh MWh % , , ,838 14, , , ,705 15, , , ,436 16,74 Razem 4330, , ,979 15,61

25 MWh Energia elektryczna w tatach Produkcja Sprzedaż Zużycie na potrzeby własne Rys.12. Bilans energii elektrycznej wytworzonej w źródle odnawialnym w latach Opracowanie własne.

26 Zużycie energii elektrycznej 5,76 % 9,18 % Sprzedaż Zużycie Inst. Zużycie ZZO 85,06 % Rys.13. Bilans energii elektrycznej wykorzystanej na potrzeby własne obiektów ZZO i EC. Opracowanie własne.

27 Odzysk ciepła Tabela 2. Bilans odzyskanego ciepła w latach Rok Produkcja Wykorzystanie na potrzeby własne GJ GJ % , , ,4 Razem ,5

28 Energetyczne wskaźniki pracy układu kogeneracyjnego Sprawność wytwarzania energii elektrycznej w skojarzeniu Sprawność wytwarzania ciepła w skojarzeniu

29 Energetyczne wskaźniki pracy układu kogeneracyjnego Sprawność całkowita elektrociepłowni (wskaźnik wykorzystania energii chemicznej paliwa): EUF Wskaźnik skojarzenia

30 Charakterystyka techniczna Tabela 3. Charakterystyka techniczna wybranych małych gazowych układów kogeneracyjnych [1].

31 Podsumowanie. 1. Inwestycja poprawiająca stan środowiska w skali lokalnej i globalnej ( zmniejszenie emisji niezorganizowanej). 2. Bezpieczeństwo w funkcjonowaniu składowiska odpadów (niebezpieczeństwo pożarów). 3. Wykorzystanie źródła odnawialnego jakim jest biogaz składowiskowy ( zielone certyfikaty ). 4. Optymalne wykorzystanie energii chemicznej zawartej w paliwie (biogaz) w wyniku zastosowania układu kogeneracji. 6. Wartość dodana w postaci wykorzystania własnej energii elektrycznej i ciepła i sprzedaży świadectw pochodzenia energii i energii do sieci. 7. Edukacja ekologiczna (wycieczki dzieci i młodzieży).

32 Plany na przyszłość 1.Dalsza rozbudowa instalacji odgazowania w obszarach składowiska gdzie nie były wykonywane wiercenia studni. 2.Rozudowa wewnętrznej sieci ciepłowniczej na terenie Zakładu Zagospodarowania Odpadów w celu zwiększenia wykorzystania ciepła z kogeneracji (zintegrowany system ogrzewania i przygotowania c.w.u. w układzie: ciepło odpadowe - kolektory słoneczne - kocioł gazowy). 3.Budowa instalacji wzbogacania metanu w perspektywie około 7 lat np.(kaskadowe moduły membranowe w przypadku spadku zawartości metanu w biogazie poniżej 45%).

33 Bibliografia 1. Skorek J., Kalina J.: Gazowe układy kogeneracyjne, Wydawnictwo Naukowo - Techniczne, Warszawa Ciuła J.: Koncepcja modelu zintegrowanej gospodarki odpadami komunalnymi w Polsce, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Zeszyt 52, nr kol. 1822, (2010), Wandrasz J., Landrat M.: Model matematyczny wytwarzania biogazu w składowisku odpadów, Ochrona Środowiska nr 2, vol. 85, 2002), Klimek A. i inni: Poradnik metodyczny w zakresie PRTR dla składowisk odpadów komunalnych, Warszawa Dokumentacja techniczna instalacji odgazowania składowiska. PHU WAGRA. Toruń Energia ze źródeł odnawialnych w 2011 roku. GUS. Warszawa 2012.

34 Dziękuje za uwagę Kontakt: NOVA Spółka z o.o. Nowy Sącz Józef Ciuła Dyrektor ds. rozwoju i energetyki odnawialnej j.ciula@nova-ns.eu tel