Energetyczne wykorzystanie biogazu w oczyszczalni ścieków - opłacalność mgr inŝ. Witold Płatek Poznań, 25 listopad 2010
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
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
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
Przykładowe referencje
Referencje - kogeneracja Kilkadziesiąt urządzeń, ponad 14MW el Paliwa: Gaz ziemny Biogaz oczyszczalniany Biogaz oczyszczalniany i/lub gaz ziemny Biogaz wysypiskowy Trigeneracja W realizacji
Systemy kogeneracyjne
Bilans energetyczny konwencjonalnych systemów zasilania w porównaniu z systemami CHP 35% 55%
Oczyszczalnia Ścieków
Elektrociepłownia
Układ elektroenergetyczny
Praca wyspowa Stopnie obciąŝenia
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
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%
Jak powstaje ciepło i energia elektryczna?
Schemat technologiczny XC 24 TZA+ P P T P/T 22 P/T 1 2 5) M 23 22 20 29 TZA+ STB 21 P P P T TZA+ TI 29 28 TC M 27 25 26 33 TZA+ PZA- TI PI PZA- PI T P 31 P TZA+ 32 07 TZA+ PO 06 02 05 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+ 08 09 PZA- 4) 10 LZA+ LS LZA- 17 PI 11 12 PC M 19 18 15 PDSA PZA- 16 1 2 5) 13 14
Aspekt finansowy
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 %
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
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: 3 460 000 zł
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. 1 032 000 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 20 000 zł Łączne koszty energii elektrycznej i cieplnej: 1 032 000 + 20 000 = 1 052 000 zł Z wykorzystaniem kogeneracji: (jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej z biogazu) Dobrano dwa kogeneratory (192 kwel/214 kwth + 370 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 8 000 x 0,00 zł) = 0,00zł Koszty rocznej obsługi serwisowej agregatów : koszt obsługi agregatów - 200 000 zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 430 kw x 8000 x 0,27 zł = ok. 929 000zł Roczny zysk : 1 052 000 zł + 929 000 zł 200 000 zł = 1 781 000 zł Koszt inwestycji wynosi ok.3 460 000 zł, zatem prosty okres zwrotu wynosi niecałe 2 lata (1 rok i 11 mies.)
Kogeneracja w oparciu o biogaz Inwestycja bez dotacji. 25 000 000 zł 23 255 000,00 zł 20 000 000 zł 15 000 000 zł 14 033 364,50 zł NPV 10 000 000 zł 5 000 000 zł 0 zł -5 000 000 zł 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)
Ultradźwiękowa dezintegracja osadu ściekowego
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
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
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)
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. 1 120 000 zł netto 4. Wzrost produkcji biogazu o ok. 20%
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 - 200 000 zł ObniŜenie kosztów energii elektrycznej: 430kW x 8000 x 0,30 zł = 1 032 000 zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 430 kw x 8000 x 0,27 zł = 929 000 zł Razem: 1 961 000 zł Moduły kogeneracyjne o mocach 192kW i 370kW, pracują z obciąŝeniem 92% Koszty rocznej obsługi serwisowej kogeneratu: koszt obsługi agregatu - 200 000 zł ObniŜenie kosztów energii elektrycznej: 516kW x 8000 x 0,30 zł = 1 238 000 zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 516 kw x 8000 x 0,27 zł = 1 115 000 zł Razem: 2 353 000 zł Roczny zysk : 2 353 000 1 961 000 = 392 000 zł Koszt inwestycji wynosi ok. 1 120 000 zł, zatem zwróci się w ciągu ok. 2 lat i 10 mies. eksploatacji.
Inwestycja bez dotacji. 6 000 000 zł Przykładowe zyski z zastosowania ultradźwiękowej dezintegracji osadu ściekowego 5 000 000 zł 4 760 000,00 zł 4 000 000 zł 3 000 000 zł 2 750 597,83 zł NPV 2 000 000 zł 1 000 000 zł 0 zł 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15-1 000 000 zł -2 000 000 zł rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)
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. 3 460 000 zł + 1 120 000 zł = 4 580 000 zł
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. 1 238 000 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 20 000 zł Łączne koszty energii elektrycznej i cieplnej: 1 238 000 + 20 000 = 1 258 000 zł Z wykorzystaniem kogeneracji: (jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej z biogazu) Dobrano dwa kogeneratory (192 kwel/214 kwth + 370 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 8 000 x 0,00 zł) = 0,00zł Koszty rocznej obsługi serwisowej agregatów : koszt obsługi agregatów - 200 000 zł SprzedaŜ zielonych certyfikatów: 516 kw x 8000 x 0,27 zł = ok. 1 115 000zł Roczny zysk : 1 258 000 zł + 1 115 000 zł 200 000 zł = 2 173 000 zł Koszt inwestycji wynosi ok. 4 580 000 zł, prosty okres zwrotu wynosi ok. 2 lata i 1 miesiac (25 miesięcy)
Inwestycja bez dotacji. Układu kogeneracyjnego łącznie z dezintegracją osadu 30 000 000 zł 25 000 000 zł 20 000 000 zł 28 015 000,00 zł 16 783 962,33 zł 15 000 000 zł NPV 10 000 000 zł 5 000 000 zł 0 zł -5 000 000 zł -10 000 000 zł 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 rok inwestycji zysk prosty (i=0) zysk NPV (i=6%)
D Z I Ę K U J Ę
Moduł kogeneracyjny i chiller w kontenerach PIERWSZY UKŁAD TRIGENERACYJNY W POLSCE!
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
Moduł CHP, 3-fazowy, 400V, 50Hz, 70/90 o C
Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE)
Instalacja oleju
System chłodzenia awaryjnego
Bezpieczna linia gazowa
Instalacja spalinowa
Instalacja wentylacji
Obudowy dźwiękochłonne
Sterowanie modułem CHP za pomocą szafy MMC
Analizator biogazu
Kotłownia gazowa
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
Układ spalinowy
Moduł CHP typ MB 3042 moc 345kWe / 531kWt
Obudowy dźwiękochłonne
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
Moduł CHP, 3-fazowy, 400V, 50Hz, 70/90 o C
Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE)
System chłodzenia awaryjnego
Bezpieczna linia biogaz / gaz ziemny GZ-50
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
Moduł prądotwórczy typu MBk 2876 moc 174kWe/289kWt
Obudowy dźwiękochłonne
Szafa energetyczna (połączenie z siecią ZE)
System chłodzenia awaryjnego
Bezpieczna linia gazowa
Zielone Certyfikaty
śółte Certyfikaty