1. Stan istniejący. Obecnie na terenie Oczyszczalni ścieków w Żywcu pracują dwa agregaty prądotwórcze tj. agregat firmy VIESSMAN typ FG 114 o mocy znamionowej 114 kw energii elektrycznej i 186 kw energii cieplnej oraz agregat firmy SOKRATHERM typ BHKW FG 189 o mocy znamionowej 189 kw energii elektrycznej i 260 kw energii cieplnej. Z uwagi na usytuowanie Żywca około 350 metrów npm. ustalono następujące optymalne parametry agregatów: - agregat firmy VIESSMAN typ FG 114 - moc energii elektrycznej 100 kw i 180 kw energii cieplnej, - agregat firmy SOKRATHERM typ BHKW FG 189 - moc energii elektrycznej 160 kw i 260 kw energii cieplnej. Agregaty te wytwarzają energię elektryczną pozwalającą pokryć zapotrzebowanie oczyszczalni ścieków na poziomie ok. 45 % oraz w znacznym stopniu na energię cieplną. Urządzenia te umieszczone są w budynku kotłowni. Agregat firmy VIESSMAN został uruchomiony w 2001 r. Obecnie przepracował on 75 000 godzin, co w przeliczeniu na średnią pracę silnika w samochodzie odpowiadałoby przejechaniu około 3,5 mln km. W okresie eksploatacji wyprodukował 5 625 000 kw energii elektrycznej. Aktualnie silnik został poddany remontowi kapitalnemu. Rys. nr 1 - agregat firmy VIESSMAN typ FG 114
Agregat firmy SOKRATHERM został uruchomiony w 2010 r. przy zadaniu pn.: Modernizacja i rozbudowa Oczyszczalni Ścieków w Żywcu. Obecnie przepracował on 26 500 godzin, wytwarzając 3 585 360 kw energii elektrycznej. Rys. nr 2 - agregat firmy SOKRATHERM typ BHKW FG 189 Gospodarka biogazem. Projekt technologiczny Modernizacji i rozbudowy oczyszczalni ścieków w Żywcu pochodzący z grudnia 2006 r. zakładał, że przy maksymalnym obciążeniu oczyszczalni ściekami (209 tys. RLM) a tym samym obciążeniu komory fermentacyjnej osadami produkcja biogazu będzie wynosiła średnio 3000 m 3 /d. W ciągu trzech pierwszych kwartałów 2013 r. maksymalne obciążenie oczyszczalni kształtowało się na poziomie około 131 tys. RLM i stanowiło to w stosunku do projektowanego obciążenia około 62%. Średnia dobowa z roku 2013 wynosiła prawie 2510 m 3 /d co stanowi już 84% wartości projektowej. W miesiącu o największej produkcji średnia ilość produkowanego biogazu osiągnęła 2782 m 3 /d czyli 92,7% wartości projektowej. Według naszych obliczeń wynika iż w 2015 r. po doprowadzeniu ścieków do oczyszczalni z pozostałych gmin oraz przez wprowadzoną przez nas inwestycję pn. Układ dezintegracji mechanicznej osadu można spodziewać się produkcji biogazu na poziomie ok. 3 400 m 3 /d. Dodatkowo zwiększają się dostawy osadów w postaci tłuszczy co wpływa na dalszy wzrost produkcji biogazu. Docelowo przewidujemy produkcję na poziomie 3 800m³/d
Rys. nr 3 kondycjoner mechaniczny (młynek) wchodzący w skład systemu dezintegracji mechanicznej osadu Biogaz jest gromadzony w zbiorniku gazu i wykorzystany jako paliwo w agregatach kogeneracyjnych wytwarzających energię elektryczną i cieplną p zainstalowanych dwóch kogeneratach. Aktualnie agregat eksploatowany od 13 lat zużywa średnio 51,5 m 3 /h, a drugie 77,7 m 3 /h. Daje to w sumie możliwość wykorzystania około 3100 m 3 biogazu na dobę. Obecnie wykorzystanie w pełni wytworzonego biogazu do produkcji energii odnawialnej staje się coraz trudniejsze. Awaria agregatów prądotwórczych lub ich przegląd wymusza spalanie cennego produktu na pochodni. Brak rezerwowego urządzenia spowodował, że w roku 2013 poprzez spalanie awaryjne na pochodni nie wykorzystano 49 929 m 3 biogazu co stanowiło ponad 5% produkowanego biogazu. Wartość ilości wyprodukowanego biogazu w następnych latach może wzrosnąć, ze względu na stopniowy wzrost obciążenia oczyszczalni ściekami poprzez podłączanie kolejnych gminnych systemów kanalizacyjnych do zlewni oczyszczalni w Żywcu w ramach programu Oczyszczanie ścieków na Żywiecczyźnie. Jeśli nie dojdzie do zainstalowania kolejnego agregatu prądotwórczego to ilość niewykorzystanego biogazu może drastycznie się zwiększyć. Reasumując, w 2015 r. średnia dobowa produkcja biogazu może osiągnąć poziom ok. 3 400 m 3 /d., a docelowo do 3800 m 3 /d. W 2013 r. do pracy agregatów, ze względu na ich awaryjność jak i prowadzenie ich przeglądów, wykorzystano w sumie 862 838 m 3 biogazu. Przy takim wykorzystaniu biogazu w 2015 r. będziemy zmuszeni spalić awaryjnie na pochodni ok. 361 162 m 3 biogazu co stanowiło będzie ok. 30% produkowanego biogazu.
2. Analiza ekonomiczna 2.1. Produkcja energii elektrycznej z agregatów w 2013 r. Zapotrzebowanie całkowite na energię elektryczną OŚ w Żywcu wynosi 3 373,978 MWh, w czym: a. produkcja energii elektrycznej w istniejących agregatach kogeneracyjnych wynosi odpowiednio: - agregat VIESSMAN typ FG 114-694,382 MWh - agregat SOKRATHERM typ BHKW FG 189-812,107 MWh Łączna ilość wyprodukowanej energii wynosi 1 506,489 MWh W przypadku zakupu w/w energii koszt poniesiony przez MPWiK wynosiłby 1 506,489 MWh x 280 zł /MWh = 421 816,92 zł. b. zakup energii elektrycznej z elektrowni wyniósł 1 867,489 MWh x 280 zł /MWh = 522 896,92 zł. 4000 3500 MWh 3000 2500 2000 1500 1000 Ogólne zapotrzebowanie energii elektrycznej na OŚ w Żywcu Zakup energii elektrycznej z elektrowni Produkcja energii elektrycznej z agregatu FG189 Produkcja energii elektrycznej z agregatu FG114 500 0 1 Wykres nr 1 obrazujący zapotrzebowanie na energię elektryczną Oczyszczalni Ścieków w Żywcu wraz z podziałem na jej pokrycie w postaci zakupu oraz produkcji własnej z agregatów Zysk z tytułu pracy agregatów przyniósł przedsiębiorstwu oszczędności w wysokości: 1 506,489 MWh (wytworzona energia) x 280 zł /MWh (wartość rynkowa) = 421 816,92 zł + sprzedaż świadectw pochodzenia z zielonej energii tj. 1 506,489 MWh x 200 zł /MWh = 301 297,80 zł. Co za 2013 r. daje łączną kwotę 723 114,72 zł. 2.2. Produkcja energii cieplnej z agregatów w 2013 r. a. produkcja energii cieplnej w istniejących agregatach kogeneracyjnych wynosi odpowiednio: - agregat VIESSMAN typ FG 114-4 499,56 GJ
- agregat SOKRATHERM typ BHKW FG 189-5 262,44 GJ Łączna ilość wyprodukowanej energii cieplnej wynosi 9 762,00 GJ Przeliczając produkcję powyższej energii cieplnej przedsiębiorstwo generuje oszczędności w porównaniu z ogrzewaniem olejem opałowym na poziomie ok. 920 tyś. złotych za 2013 r. 3. Efekt ekologiczny Dodatkowo pełne zagospodarowanie biogazu wpłynie na ochronę środowiska poprzez: a. ograniczenie spalania węgla w elektrowniach z uwagi na ograniczenie zakupu energii elektrycznej w ilości ok. 1 200 MWh rocznie. Średnia ilość energii z jednej tony węgla kamiennego wynosi 5,2 MWh. Potrzebna ilość węgla kamiennego do wytworzenia 1 200 MWh wyniesie ok. 230 ton a. Ograniczenie spalania oleju opałowego w kotłowni do produkcji energii cieplnej wykorzystywanej dla celów technologicznych i grzewczych w ilości: - podgrzewanie osadu w Komorze Fermentacyjnej WKF 420 kw - dla celów c.o. 690 kw Łącznie: 1 110 kw Produkcja ciepła poprzez istniejące agregaty 446 kw Podłączenie nowego agregatu zapewni 248 kw Ilość oleju opałowego do wytworzenia 248 kw (moc cieplna nowego agretatu) w ilości ok. 20 litrów na godzinę. Jednocześnie zakup nowego agregatu i wpięcie go w sekcję nr 3 (zgodnie z poniższym schematem) zapewni stabilną pracę przy zasilaniu wyspowym. Zasilanie to pozwoli na awaryjną pracę urządzeń które będą w stanie utrzymać odpowiedni proces oczyszczania ścieków wraz z zrzutem oczyszczonego ścieku do jeziora, względem którego oczyszczalnia leży w depresji. Położenie oczyszczalni pokazano na poniższych schematach. Dodatkowym atutem projektowanego rozwiązania będzie alternatywne paliwo doprowadzone do agregatu w postaci gazu ziemnego, który pozwoli w przypadku braku biogazu na dalszą jego pracę.
Schemat nr 1 układ ideowy wpięcia nowego agregatu do zasilania
4. Stan projektowany. Z uwagi na stan techniczny oraz ilość przepracowanych godzin agregatu firmy VIESSMAN oraz ilość produkowanego biogazu (która wskazuje tendencję wzrostową poprzez wprowadzanie nowych ścieków z poszczególnych gmin) przewiduje się zakup wraz z montażem nowego agregatu prądotwórczego o mocy znamionowej ok. 180 kw energii elektrycznej i 260 kw energii cieplnej. Inwestycja ta umożliwi całkowite wykorzystanie produkowanego biogazu, pozwoli podczas wspólnej pracy z istniejącymi urządzeniami na pokrycie ok. 70 % zużycia energii elektrycznej oczyszczalni ścieków i w 100 % zapotrzebowania na energię cieplną. Stanowił on będzie również częściową rezerwę dla obecnego układu. Projektowany agregat prądotwórczy zostanie umieszczony również w budynku kotłowni (obok istniejącego agregatu firmy SOKRATHERM) zgodnie z poniższym zdjęciem. Lokalizacja ta ułatwi podłączenie nowego urządzenia w istniejący układ zasilania biogazem, podpięcia do instalacji elektrycznej, instalacji CO oraz układu AKPiA.
Rys. nr 4 pomieszczenie w budynku kotłowni przeznaczone na lokalizację projektowanego agregatu Dodatkowo nowy agregat winien mieć możliwość pracowania na gazie ziemnym, dla zapewnienia rezerwowego zasilania wybranych urządzeń oczyszczalni ścieków w sytuacjach awaryjnych.jest to bardzo istotne z uwagi na położenie oczyszczalni w rejonie wału oddzielającego od Jeziora Żywieckiego. W tym celu należy doprowadzić do budynku kotłowni przewód z gazem ziemnym z istniejącego przyłącza Ø 160 PE znajdującego się obok budynku suszarni. Jednocześnie na nowym rurociągu gazu należy zamontować licznik gazu.