Opłacalność energetycznego wykorzystania biogazu ze składowisk odpadów komunalnych

Transkrypt

1 MAŁGORZATA CIUPRYK KAZIMIERZ GAJ * Opłacalność energetycznego wykorzystania biogazu ze składowisk odpadów komunalnych Wstęp Przedstawione analizy i obliczenia oparto na danych pochodzących z wrocławskich składowisk zlokalizowanych na osiedlach: Żerniki, Swojczyce i Maślice [1]. Dwa pierwsze składowiska są już zrekultywowane i wyposażone w bierne systemy odgazowania. Eksploatacja składowiska Maślice zakończona została w 1999 r. i od tego czasu trwa uzupełnianie bryły i rekultywacja. Równocześnie opracowywane są kolejne koncepcje utylizacji biogazu i zagospodarowania terenu składowiska. Tymczasem zgromadzony potencjał energetyczny z roku na rok staje się mniejszy a miliony metrów sześciennych biogazu rocznie w sposób niekontrolowany przedostają się do atmosfery. Przeprowadzona analiza ilości możliwego do pozyskania biogazu i energii dla ww. składowisk pozwoliła na określenie stopnia opłacalności inwestycji odgazowania i energetycznej utylizacji biogazu w zależności od wielkości i wieku złoża odpadów oraz okresu uruchomienia instalacji. Potencjał gazowy i energetyczny wrocławskich składowisk Obliczenia możliwej do ujęcia ilości biogazu (rys. 2) wykonano za pomocą modelu [2], wykorzystując dane zebrane w tab. 1 oraz czasowy rozkład skumulowany ilości deponowanych odpadów (rys. 1). Dane dotyczące potencjału gazowego i energetycznego analizowanych składowisk zebrano w tab. 2. Dla wszystkich składowisk przyjęto następujące założenia: * Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, pl. Grunwaldzki 9.

2 odpady składają się z trzech frakcji: łatwo rozkładalnej (40 %), średnio rozkładalnej (40 %) i trudno rozkładalnej (20 %), o czasach połowicznego/całkowitego rozkładu wynoszących odpowiednio: 4/12, 6/12 i 12/40 lat, udział odpadów komunalnych w ogólnej masie zdeponowanych odpadów: 70 %, współczynnik odzysku biogazu przy aktywnym odgazowaniu: 0,5, zawartość węgla organicznego w odpadach: 100 g/kg, zawartość metanu w biogazie: 55 % obj., średnioroczna temperatura w złożu: 288 K, współczynnik konwersji biogazu na energię elektryczną: 0,3. Roczna ilość możliwej do wyprodukowania energii elektrycznej (rys. 3) - w stosunku do roku, w którym wystąpiło maksimum produkcji biogazu - jest obecnie mniejsza w przypadku składowiska Żerniki o 92 %, Swojczyce - o 85 % i Maślice - o 48 %. Analiza ekonomiczna wykorzystania biogazu do produkcji energii elektrycznej W oparciu o dane zawarte w tab. 1 i 2, oszacowano koszty inwestycyjne i eksploatacyjne instalacji do energetycznego wykorzystania biogazu (tab. 3) oraz przeprowadzono analizę opłacalności produkcji energii elektrycznej. Podstawą oceny opłacalności był prosty czas zwrotu nakładów SPBT (Simply Pay Back Time), liczony od momentu uruchomienia inwestycji do czasu gdy suma korzyści brutto zrównoważy poniesione nakłady. W obliczeniach uwzględniono okresy, w których instalacje przynoszą zyski, tzn. różnica potencjalnych dochodów z tytułu sprzedaży energii elektrycznej oraz kosztów eksploatacyjnych i amortyzacyjnych jest dodatnia. W przypadku Żernik są to lata , Swojczyc i Maślic Do analizy przyjęto cenę sprzedaży energii elektrycznej zakładowi energetycznemu 0,22 PLN/kWh oraz założono, że na potrzeby własne zużywanych jest 10 % wyprodukowanej energii. W przypadku składowiska Żerniki całkowity dochód ze sprzedaży energii elektrycznej w ww. okresie wyniósłby: ok. 143 tys. PLN, co stanowi 12 % całkowitych kosztów inwestycyjnych. Uruchomienie instalacji na tym składowisku byłoby więc przedsięwzięciem deficytowym, niezależnie od okresu rozpoczęcia odzysku biogazu.

3 Dla składowiska Swojczyce całkowity dochód ze sprzedaży energii elektrycznej w latach wyniósłby ok. 4,2 mln PLN, czyli 150 % nakładów inwestycyjnych. Nakłady poniesione w roku 1978 zwróciłyby się po ok. 13 latach a dalszy zysk w latach wyniósłby ok. 2 mln PLN. Krótszy okres zwrotu nakładów (9 lat) dałoby uruchomienie instalacji w roku Dalszy zysk do 1998 r. to dodatkowo ok. 590 tys. PLN. Uruchomienie instalacji po 1998 r. jest przedsięwzięciem deficytowym. Prognozowana całkowita wartość energii elektrycznej wyprodukowanej na składowisku Maślice w latach wynosi ok. 20 mln PLN, tj. ok. 5 razy więcej od szacowanych nakładów. Uruchomienie instalacji w 1975 r. dałoby zwrot kosztów inwestycyjnych po ok. 24 latach (rys. 4). Dodatkowy zysk po tym okresie to ok. 5,9 mln PLN. Optymalnym okresem uruchomienia instalacji był rok 1994 (okres zwrotu 6 lat i zyski w latach na poziomie ok. 4,7 mln PLN). Za opłacalne uznać można również uruchomienie instalacji w latach Najkrótszy okres zwrotu (3 lata) przypadał w roku maksimum produkcji biogazu Przeprowadzone symulacje wykazały, że uruchomienie instalacji na tym składowisku po roku 2001 nie przyniesie zwrotu poniesionych nakładów (prognozowana wartość sprzedaży energii elektrycznej w latach wynosi ok. 2,7 mln PLN, tj. ok. 70 % nakładów inwestycyjnych). Wnioski Całkowity potencjał energii elektrycznej zawarty w odpadach zdeponowanych na wrocławskich składowiskach to ok. 170 GWh, z czego dzisiaj pozostaje ok. 13 %. Ilość możliwej do wyprodukowania energii elektrycznej, w stosunku do całkowitej potencjalnej jej ilości, jest obecnie mniejsza - w przypadku Żernik - o 94 %, Swojczyc - o 95 % i Maślic - o 82 %. Przeprowadzona analiza wskaźnika efektywności ekonomicznej (SPBT) wykazała, że za przedsięwzięcie dochodowe można uznać pozyskanie energii ze składowiska Swojczyce w latach (ok. 20 GWh) i Maślice w latach (ok. 70 GWh). Gdyby wyłączyć z analizy koszty inwestycji odgazowania i unieszkodliwiania, które stanowią ok. 50% nakładów, i odpowiednio pomniejszyć koszty amortyzacji - traktując je jako konieczność ekologiczną - to uzyskamy odpowiednio: Swojczyce (36 GWh) i Maślice (85 GWh). Bieżący rok jest więc ostatnim, w którym uruchomienie instalacji na Maślicach może zapewnić zwrot poniesionych nakładów, pod

4 warunkiem wsparcia inwestycji odgazowania i unieszkodliwiania biogazu z centralnych lub wojewódzkich funduszy ekologicznych (unieszkodliwienie biogazu - podobnie jak unieszkodliwienie odcieków - traktować można jako niezbędne działanie na rzecz ochrony środowiska, niezależnie od efektów finansowych). Natomiast decyzja o podjęciu produkcji energii z biogazu powinna być decyzją stricte komercyjną. Opłacalność inwestycji energetycznego wykorzystania biogazu można zwiększyć stosując równoczesną produkcję energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu. Warunkiem niezbędnym jest jednak istnienie zapotrzebowania na ciepło w bezpośrednim sąsiedztwie składowiska. Przy założonej cenie sprzedaży energii elektrycznej, hipotetyczne straty z tytułu niewykorzystania biogazu ze składowiska Maślice w latach wynoszą: 70 mln kwh x 0,22 PLN/kWh - 26 lat x 270 tys. PLN = 8,4 mln PLN, a biorąc pod uwagę cały okres kiedy produkcja jest dochodowa ( ) - ponad 13 mln PLN. Zwłoka w realizacji inwestycji może prowadzić zatem do wymiernych i znaczących strat gospodarczych oraz - mniej wymiernych - strat ekologicznych. Literatura [1] Gaj K., Cybulska H., Knop F., Mech J., Mendyka B., Robaszkiewicz J., Składowiska odpadów komunalnych jako źródła emisji zanieczyszczeń powietrza, Chemia i Inżynieria Ekologiczna, 6, 4, [2] Gaj K., Cybulska H., Modelowanie emisji biogazu ze składowisk odpadów komunalnych - Część 2. Algorytm obliczeniowy, Chemia i Inżynieria Ekologiczna, 9, 2-3, [3] Ciupryk M., Produkcja i utylizacja biogazu generowanego przez składowiska odpadów komunalnych w aspekcie ochrony powietrza atmosferycznego, praca dyplomowa, Polit. Wr., 1999.

5 Opłacalność energetycznego wykorzystania biogazu ze składowisk odpadów komunalnych Streszczenie Przedstawiono wyniki modelowych obliczeń potencjału gazowego i energetycznego trzech składowisk, oszacowano koszty inwestycyjne i eksploatacyjne instalacji do energetycznego wykorzystania biogazu dla tych składowisk oraz określono potencjalne straty finansowe z tytułu opóźnienia w realizacji inwestycji. Payback of energetic utilizing landfill biogas Summary Results of model computing of gas and energy potentials of three selected landfills have been presented and the investment and exploitation costs of biogas utilization installations were estimated. In conclusion some economic looses prompted of delay in investment realization have been calculated.

6 Tytuły rysunków i tabel: Rys. 1. Skumulowana ilość deponowanych odpadów Rys. 2. Prognozowana ilość ujmowanego biogazu Rys. 3. Prognozowana ilość pozyskiwanej energii elektrycznej Rys. 4. Prognozowany okres zwrotu nakładów instalacji odgazowania i energetycznego wykorzystania biogazu - składowisko Maślice Tabela 1. Dane i założenia przyjęte do obliczeń możliwej do pozyskania ilości biogazu Tabela 2. Prognozowany potencjał gazowy i energetyczny wrocławskich składowisk Tabela 3. Koszty pozyskania biogazu i produkcji energii elektrycznej (w PLN z 1999 r.), [3]