Energetyczne wykorzystanie biogazu w oczyszczalni ścieków. - opłacalność. mgr inŝ. Witold Płatek Poznań, 25 listopad 2010

Transkrypt

1

2 Energetyczne wykorzystanie biogazu w oczyszczalni ścieków - opłacalność mgr inŝ. Witold Płatek Poznań, 25 listopad 2010

3 Kim jesteśmy? Firma Centrum Elektroniki Stosowanej CES Sp. z o.o. działa na rynku od 18 lat. Jesteśmy firmą inŝynierską. Od początku swojej działalności wprowadzamy innowacyjne technologie i urządzenia na polski rynek. Opracowujemy analizy, projektujemy, budujemy pod klucz, dostarczamy, uruchamiamy i serwisujemy urządzenia elektro-energetyczne. Od 2000 roku zajmujemy się energetycznym wykorzystaniem biogazu W 2007 roku właściciele CES powołują firmę BIOGAZOWNIE POLSKIE

4 Czym się zajmujemy? 1. Systemy napędowe - przetwornice częstotliwości - soft starty - serwonapędy 2. Systemy zasilania - UPS-y - agregaty prądotwórcze 3. Systemy kogeneracyjne 4. Biogazownie 5. WyposaŜenie instalacji biogazowych - zbiorniki biogazu - dmuchawy - analizatory - przepływomierze - ultradźwiękowa dezintegracja osadu

5 Nasza oferta Naszym klientom oferujemy: - pomoc na etapie koncepcji - kalkulacje energetyczne - studia wykonalności - oceny oddziaływania na środowisko - projekty - inŝynierię - wykonanie instalacji pod klucz - serwis urządzeń - doradztwo

6 Przykładowe referencje

7 Referencje - kogeneracja Kilkadziesiąt urządzeń, ponad 14MW el Paliwa: Gaz ziemny Biogaz oczyszczalniany Biogaz oczyszczalniany i/lub gaz ziemny Biogaz wysypiskowy Trigeneracja W realizacji

8 Systemy kogeneracyjne

9 Bilans energetyczny konwencjonalnych systemów zasilania w porównaniu z systemami CHP 35% 55%

10 Oczyszczalnia Ścieków

11 Elektrociepłownia

12 Układ elektroenergetyczny

13 Praca wyspowa Stopnie obciąŝenia

14 Praca wyspowa łagodny rozruch Rozruch z sieci Y / Soft Start Soft-straty niskiego i średniego napięcia Moment silnika Prąd silnika Falowniki niskiego i średniego napięcia

15 MODUŁ KOGENERACYJNY TYP MB 3042 L1 Podstawowe dane: Moc elektryczna Moc cieplna Energia gazu 370 kw 426 kw 955 kw Sprawność: elektryczna 38,7% cieplna 44,7% całkowita 83,4%

16 Jak powstaje ciepło i energia elektryczna?

17 Schemat technologiczny XC 24 TZA+ P P T P/T 22 P/T 1 2 5) M TZA+ STB 21 P P P T TZA+ TI TC M TZA+ PZA- TI PI PZA- PI T P 31 P TZA TZA+ PO Zyl. 1 cyl. M Zyl. 2 Zyl. 3 cyl. cyl. TZA+ Zyl. 4 Zyl. 5 cyl. cyl. 01 Zyl. 6 cyl. 04 SC SZA+/- 03 EA+ 02 Zyl. 7 cyl. Zyl. 8 cyl. Zyl. 9 cyl. Zyl. 10 cyl. Zyl. 11 cyl. Zyl. 12 cyl. 04 EIA+/- P TZA PZA- 4) 10 LZA+ LS LZA- 17 PI PC M PDSA PZA ) 13 14

18 Aspekt finansowy

19 Oczyszczalnia ścieków Opis obiektu: - przepustowość oczyszczalni ścieków wynosi 45 tys. m 3 /dobę i odpowiada 225 tys RLM - całkowite obciąŝenie ładunkiem zanieczyszczeń wynosi 65% - roczna ilość osadów ściekowych wynosi około 12 tys. ton o uwodnieniu 75 %

20 Oczyszczalnia ścieków Zakres wykonanych prac : 1. Budowa agregatorowni 2. Przyłącza do budynku: 2.1. przyłącze ciepłownicze 2.2. przyłącza gazowe: biogazu i gazu ziemnego 2.3. przyłącze wodociągowe 2.4. przyłącze kanalizacji sanitarnej 2.5. przyłącze kanalizacji deszczowej

21 Oczyszczalnia ścieków 3. Moduły kogeneracyjne: 3.1.Moduł kogeneracji o mocy elektrycznej 370 kw i mocy cieplnej 426 kw 3.2.Moduł kogeneracji o mocy elektrycznej 192 kw i mocy cieplnej 214 kw 3.3. Sterowanie modułem oraz system monitoringu 3.4. Podwójna linia gazowa (biogaz - gaz ziemny) 4. Instalacje elektryczne + linia kablowa 200m 4x240mm 2 5. Rozruch instalacji Łączny koszt instalacji: zł

22 Przykładowe zyski z zastosowania układu kogeneracyjnego na oczyszczalni ścieków Koszty ponoszone: Sposób tradycyjny: energia elektryczna z ZE energia cieplna wytwarzana z gazu ziemnego Roczne koszty energii elektrycznej: 430 kw x 8000h x 0,30 zł = = ok zł Roczne koszty energii cieplnej: Sprawność kotła gazowego: 90% (490 kw / 0,9 ) / 6 = 91 m 3 /h 91 m 3 x 24 x 50 x 7 dni x 0,0 zł = = 0 zł Pozostała część biogazu jest spalana w pochodni. Roczne koszty związane z obsługą kotłów zł Łączne koszty energii elektrycznej i cieplnej: = zł Z wykorzystaniem kogeneracji: (jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej z biogazu) Dobrano dwa kogeneratory (192 kwel/214 kwth kwel/426 kwth) Średnia godzinowa produkcja energii będzie wynosić 430 kwel / 490 kwth przy zuŝyciu ok. 183 m 3 /h biogazu. Koszt zapotrzebowania na biogaz: 183 m 3 x x 0,00 zł) = 0,00zł Koszty rocznej obsługi serwisowej agregatów : koszt obsługi agregatów zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 430 kw x 8000 x 0,27 zł = ok zł Roczny zysk : zł zł zł = zł Koszt inwestycji wynosi ok zł, zatem prosty okres zwrotu wynosi niecałe 2 lata (1 rok i 11 mies.)

23 Kogeneracja w oparciu o biogaz Inwestycja bez dotacji zł ,00 zł zł zł ,50 zł NPV zł zł 0 zł zł rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)

24 Ultradźwiękowa dezintegracja osadu ściekowego

25 Ultradźwiękowa dezintegracja osadu ściekowego - technologia Ultradźwięki o częstotliwości powyŝej 20 khz (nie wychwytywanej przez ludzkie ucho) powodują w ośrodku ciekłym jego ciągłe przemienne rozrzedzanie i ściskanie prowadzące w rezultacie do powstania zjawiska kawitacji Powstanie i rozrost pęcherzyka gazu w rozrzedzonej strefie Rozrost pęcherzyka gazu do maksimum Zapadnięcie pod wpływam ciśnienia Implozja

26 Ultradźwiękowa dezintegracja osadu ściekowego - zastosowanie WSPOMAGANIE TLENOWEJ I BEZTLENOWEJ STABILIZACJI OSADU ŚCIEKOWEGO: zwiększenie produkcji biogazu (do 30%) skrócenie hydraulicznego czasu retencji (do 60%) redukcja objętości osadu ściekowego zmniejszenie wymaganej objętości komory fermentacyjnej usprawnienie procesu degradacji osadu poprawa zdolności odwadniania osadu OGRANICZENIE PĘCZNIENIA I PIENIENIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH POPRZEZ: zapobieganie flotacji (niszczenie bakterii nitkowatych) zwiększenie efektywności sedymentacji likwidacja pienienia w procesie fermentacji

27 Ultradźwiękowa dezintegracja osadu ściekowego - zastosowanie WSPOMAGANIE PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH W BIOGAZOWNIACH ROLNICZYCH I PRZEMYSŁOWYCH: zwiększenie produkcji biogazu polepszenie jakości biogazu (wzrost zawartości metanu) likwidacja pienienia usprawnienie mieszania w komorze fermentacyjnej (spadek lepkości substratu) wydzielanie większej ilości enzymów (rozkład celulozy)

28 Ultradźwiękowa dezintegracja osadu ściekowego Opis instalacji: 1. Dobowa produkcja biogazu 4 390m 3 (60% CH 4 ) 2. Oczyszczalnia posiada 2 moduły kogeneracyjne o mocach 1 x 192kW el i 370kW el obciąŝony w 76,5% 3. Cena urządzenia do ultradźwiękowej dezintegracji osadu ściekowego wraz z automatyką ok zł netto 4. Wzrost produkcji biogazu o ok. 20%

29 Przykładowe zyski z zastosowania ultradźwiękowej dezintegracji osadu ściekowego Koszty ponoszone: Produkcja biogazu bez dezintegracji osadu Produkcja biogazu: 4 390m 3 /d StęŜenie metanu: 60% Zastosowanie ultradźwiękowej dezintegracji osadu: Produkcja biogazu: 5 268m 3 /d (wzrost o 20%) StęŜenie metanu: 60% Moduły kogeneracyjne o mocach 192kW i 370kW pracują z obciąŝeniem 76,5% Koszty rocznej obsługi serwisowej kogeneratu: koszt obsługi agregatów zł ObniŜenie kosztów energii elektrycznej: 430kW x 8000 x 0,30 zł = zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 430 kw x 8000 x 0,27 zł = zł Razem: zł Moduły kogeneracyjne o mocach 192kW i 370kW, pracują z obciąŝeniem 92% Koszty rocznej obsługi serwisowej kogeneratu: koszt obsługi agregatu zł ObniŜenie kosztów energii elektrycznej: 516kW x 8000 x 0,30 zł = zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 516 kw x 8000 x 0,27 zł = zł Razem: zł Roczny zysk : = zł Koszt inwestycji wynosi ok zł, zatem zwróci się w ciągu ok. 2 lat i 10 mies. eksploatacji.

30 Inwestycja bez dotacji zł Przykładowe zyski z zastosowania ultradźwiękowej dezintegracji osadu ściekowego zł ,00 zł zł zł ,83 zł NPV zł zł 0 zł zł zł rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)

31 Przykładowe zyski z zastosowania ultradźwiękowej dezintegracji osadu ściekowego Nakłady inwestycyjne na modernizację obejmującą instalację dwóch modułów kogeneracyjnych o mocach: 192kW el i 214kW th 370kW el i 420kW th wraz z instalacją dwóch urządzeń do ultradźwiękowej dezintegracji osadu ściekowego wynoszą ok zł zł = zł

32 Przykładowe zyski z zastosowania układu kogeneracyjnego łącznie z dezintegracją osadu Koszty ponoszone: Sposób tradycyjny: energia elektryczna z ZE energia cieplna wytwarzana z gazu ziemnego Roczne koszty energii elektrycznej: 516 kw x 8000h x 0,30 zł = = ok zł Roczne koszty energii cieplnej: Sprawność kotła gazowego: 90% (583 kw / 0,9 ) / 6 = 108 m 3 /h 108 m 3 x 24 x 50 x 7 dni x 0,0 zł = = 0 zł Pozostała część biogazu jest spalana w pochodni. Roczne koszty związane z obsługą kotłów zł Łączne koszty energii elektrycznej i cieplnej: = zł Z wykorzystaniem kogeneracji: (jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej z biogazu) Dobrano dwa kogeneratory (192 kwel/214 kwth kwel/426 kwth) Średnia godzinowa produkcja energii będzie wynosić 516 kwel / 583 kwth przy zuŝyciu ok. 220 m 3 /h biogazu. Produkcja biogazu wspomagana poprzez ultradźwiękową dezintegrację osadu ściekowego Koszt zapotrzebowania na biogaz: 220 m 3 x x 0,00 zł) = 0,00zł Koszty rocznej obsługi serwisowej agregatów : koszt obsługi agregatów zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 516 kw x 8000 x 0,27 zł = ok zł Roczny zysk : zł zł zł = zł Koszt inwestycji wynosi ok zł, prosty okres zwrotu wynosi ok. 2 lata i 1 miesiac (25 miesięcy)

33 Inwestycja bez dotacji. Układu kogeneracyjnego łącznie z dezintegracją osadu zł zł zł ,00 zł ,33 zł zł NPV zł zł 0 zł zł zł rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)

34 D Z I Ę K U J Ę

35

36 Moduł kogeneracyjny i chiller w kontenerach PIERWSZY UKŁAD TRIGENERACYJNY W POLSCE!

37

38 Moduły CHP 2 x 345 kwe, 2 x 530 kwth, temp. wody we/wy 90/70 C Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE) Instalacja olejowa System chłodzenia awaryjnego Bezpieczna linia gazowa Instalacja spalinowa Instalacja wentylacji REFERENCJE OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW W TYCHACH Obudowy dźwiękochłonne Sterowanie modułem CHP za pomocą szafy MMC Analizator biogazu Kotłownia gazowa

39 Moduł CHP, 3-fazowy, 400V, 50Hz, 70/90 o C

40 Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE)

41 Instalacja oleju

42 System chłodzenia awaryjnego

43 Bezpieczna linia gazowa

44 Instalacja spalinowa

45 Instalacja wentylacji

46 Obudowy dźwiękochłonne

47 Sterowanie modułem CHP za pomocą szafy MMC

48 Analizator biogazu

49 Kotłownia gazowa

50 REFERENCJE OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW W RZESZOWIE Moduły CHP 2 x 345kWe, 2 x 531kWth, temp. wody we/wy 90/70 C Instalacja spalinowa Obudowy dźwiękochłonne Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE) Szafa napędów pomocniczych Instalacja olejowa System chłodzenia awaryjnego Bezpieczna linia gazowa Instalacja wentylacji

51 Układ spalinowy

52 Moduł CHP typ MB 3042 moc 345kWe / 531kWt

53 Obudowy dźwiękochłonne

54 REFERENCJE OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW W PRZEMYŚLU Moduły CHP 2 x 173kWe, 2 x 289kWth, temp. wody we/wy 90/70 C Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE) System chłodzenia awaryjnego Bezpieczna podwójna linia gazowa (biogaz/ gaz ziemny GZ-50) Szafa napędów pomocniczych Instalacja olejowa Instalacja spalinowa Obudowy dźwiękochłonne Instalacja wentylacji

55 Moduł CHP, 3-fazowy, 400V, 50Hz, 70/90 o C

56 Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE)

57 System chłodzenia awaryjnego

58 Bezpieczna linia biogaz / gaz ziemny GZ-50

59 REFERENCJE OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW KUJAWY W KRAKOWIE Moduły CHP 3 x 173kWe, 3 x 289kWth, temp. wody we/wy 90/70 C Obudowy dźwiękochłonne Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE) System chłodzenia awaryjnego Bezpieczna linia gazowa Szafa napędów pomocniczych Instalacja olejowa Instalacja spalinowa Instalacja wentylacji

60 Moduł prądotwórczy typu MBk 2876 moc 174kWe/289kWt

61 Obudowy dźwiękochłonne

62 Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE)

63 System chłodzenia awaryjnego

64 Bezpieczna linia gazowa

65 Zielone Certyfikaty

66 śółte Certyfikaty