Ocena potencjału energetycznego odpadów komunalnych w zależności od zastosowanej technologii ich utylizacji

Podobne dokumenty
Analiza zagrożeń emisją biogazu na terenie po zrekultywowanym składowisku odpadów komunalnych w Krośnie

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

SEMINARIUM. Produkcja energii z odpadów w technologii zgazowania Uwarunkowania prawne i technologiczne

Odpady komunalne jako źródło biogazu

Produkcja energii elektrycznej z biogazu na przykładzie zakładu Mlekoita w Wysokim Mazowieckim. mgr inż. Andrzej Pluta

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

Gaz składowiskowy jako źródło energii

Doświadczenie PGE GiEK S.A. Elektrociepłownia Kielce ze spalania biomasy w kotle OS-20

Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej

TECHNOLOGIA PLAZMOWA W ENERGETYCZNYM ZAGOSPODAROWANIU ODPADÓW

PO CO NAM TA SPALARNIA?

POTENCJAŁ WYKORZYSTANIA ODPADÓW BIODEGRADOWALNYCH NA CELE ENERGETYCZNE W WOJEWÓDZTWIE POMORSKIM

KOGENERACJA ENERGII CIEPLNEJ I ELEKTRYCZNEJ W INSTALACJACH ŚREDNIEJ WIELKOŚCI

Opłacalność energetycznego wykorzystania biogazu ze składowisk odpadów komunalnych

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

G Sprawozdanie o mocy i produkcji energii elektrycznej i ciepła elektrowni (elektrociepłowni) przemysłowej. Nr turbozespołu zainstalowana

Energia z odpadów komunalnych. Karina Michalska Radosław Ślęzak Anna Kacprzak

Streszczenie. Assesment of MSW landfill gas afluence. Wstęp.

Krajowy Plan Gospodarki Odpadami 2014

Efektywność ekonomiczna elektrociepłowni opalanych gazem ziemnym

Raport z inwentaryzacji emisji wraz z bilansem emisji CO2 z obszaru Gminy Miasto Płońsk

Spalarnia. odpadów? jak to działa? Jak działa a spalarnia

NOVAGO - informacje ogólne:

WDRAŻANIE BUDYNKÓW NIEMAL ZERO-ENERGETYCZNYCH W POLSCE

Możliwości wykorzystania potencjału biomasy odpadowej w województwie pomorskim. Anna Grapatyn Korzeniowska Gdańsk, 10 marca 2011 r.

Kocioł na biomasę z turbiną ORC

PARAMETRY FIZYKOCHEMICZNE BADANYCH PALIW Z ODPADÓW

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Ankieta do opracowania "Planu Gospodarki Niskoemisyjnej na terenie Gminy Konstancin-Jeziorna"

ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE BIOGAZU

Wyzwania w gospodarce odpadami komunalnymi w świetle strategii wyznaczonej w krajowym planie gospodarki odpadami

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Co można nazwać paliwem alternatywnym?

Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w źródłach rozproszonych (J. Paska)

Dr inż. Jacek Wereszczaka

Termomodernizacja wybranych budynków oświatowych na terenie Miasta Stołecznego Warszawy

M.o~. l/i. Liceum Ogólnokształcące im. Jana Kochanowskiego w Olecku ul. Kościuszki 29, Olecko

I. CZĘŚĆ INFORMACYJNA. Nazwa firmy. Adres. Rodzaj działalności

Proces Innowacji. Emilia den Boer Ryszard Szpadt Politechnika Wrocławska. Urząd Marszałkowski Dolnego Śląska. Wrocław, 23 listopad 2011

G 10.3 Sprawozdanie o mocy i produkcji energii elektrycznej i ciepła elektrowni (elektrociepłowni) przemysłowej

Koszt produkcji energii napędowej dla różnych sposobów jej wytwarzania. autor: Jacek Skalmierski

Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe gminy miejskiej Mielec Piotr Stańczuk

Biogaz składowiskowy jako źródło alternatywnej energii

Wojciech Piskorski Prezes Zarządu Carbon Engineering sp. z o.o. 27/09/2010 1

ANALIZA UWARUNKOWAŃ TECHNICZNO-EKONOMICZNYCH BUDOWY GAZOWYCH UKŁADÓW KOGENERACYJNYCH MAŁEJ MOCY W POLSCE. Janusz SKOREK

Ankieta do opracowania Planu Gospodarki Niskoemisyjnej (PGN) dla Gminy Lubliniec I. CZĘŚĆ INFORMACYJNA. Nazwa firmy. Adres. Rodzaj działalności

RYNEK BIOMASY W POLSCE ZINTEGROWANY SYSTEM GOSPODARKI BIODEGRADOWALNYMI. Zbigniew Grabowski Politechnika Krakowska

Wykorzystanie gazu pozasystemowego do produkcji energii elektrycznej i cieplnej na przykładzie PGNiG SA Oddział w Zielonej Górze

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

Formularz danych dotyczących przedsiębiorstwa ciepłowniczego na potrzeby opracowania "Planu Gospodarki Niskoemisyjnej dla Gminy Kudowa Zdrój"

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku

Odzysk i recykling założenia prawne. Opracowanie: Monika Rak i Mateusz Richert

Doświadczenia audytora efektywności energetycznej w procesach optymalizacji gospodarki energetycznej w przedsiębiorstwach

Energetyczne wykorzystanie odpadów z biogazowni

Jerzy Żurawski Wrocław, ul. Pełczyńska 11, tel ,

XLVIII Spotkanie Forum "Energia Efekt - Środowisko" Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej 11 października 2012 r.

Modelowanie gazowego i energetycznego potencjału składowisk odpadów komunalnych

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

Produkcja ciepła i prądu z biogazu jako alternatywa dla lokalnych ciepłowni. mgr inż. Grzegorz Drabik

ZINTEGROWANA GOSPODARKA ODPADAMI KOMUNALNYMI WOJEWÓDZTWO ŚLĄSKIE MIEJSCOWOŚĆ TŁO PRZEDSIĘWZIĘCIA

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

I Forum Dialogu Nauka - Przemysł Warszawa, 9-10 października 2017 r.

Regionalny zakład przetwarzania odpadów

Doœwiadczenia zwi¹zane z energetycznym wykorzystaniem biogazu ze sk³adowisk odpadów komunalnych

Niezależność energetyczna JSW KOKS S.A. w oparciu o posiadany gaz koksowniczy

Biogazownia utylizacyjna uzupełnieniem krajowego systemu gospodarki odpadami

G S O P S O P D O A D R A K R I K NI N SK S O K E O M

WSKAŹNIKI EMISYJNOŚCI SO 2, NO x, CO i PYŁU CAŁKOWITEGO DLA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

WSKAŹNIKI EMISYJNOŚCI CO 2 DLA ENERGII ELEKTRYCZNEJ U ODBIORCÓW KOŃCOWCH

Finansowanie infrastruktury energetycznej w Programie Operacyjnym Infrastruktura i Środowisko

PROJEKT BIOGAZOWNI W CUKROWNI P&L GLINOJECK S.A.

Perspektywy rozwoju energetycznego wykorzystania odpadów w ciepłownictwie VIII Konferencja Techniczna

Elektrociepłownie w Polsce statystyka i przykłady. Wykład 3

ZMIESZANE ODPADY KOMUNALNE ŹRÓDŁEM ENERGII ODNAWIALNEJ

Wyzwania w gospodarce odpadami komunalnymi w świetle strategii wyznaczonej w krajowym planie gospodarki odpadami

Spotkanie Eksploatatorów dotyczące wytwarzania energii w kogeneracji na Oczyszczalni Ścieków Klimzowiec.

WYMAGANIA USTAWOWE DOTYCZĄCE DEŁ CIEPŁA

Układ zgazowania RDF

Kogeneracja w Polsce: obecny stan i perspektywy rozwoju

69 Forum. Energia Efekt Środowisko

Biogazownie w Polsce alternatywa czy konieczność

Fundacja Naukowo Techniczna Gdańsk. Dr inż. Bogdan Sedler Mgr Henryk Herbut

Zał.3B. Wytyczne w zakresie określenia ilości ograniczenia lub uniknięcia emisji zanieczyszczeń do powietrza

Przyszłość ciepłownictwa systemowego w Polsce

Wprowadzenie. Paliwa z odpadów. Aleksander Sobolewski, Maria Bałazińska Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla

Rozdział 5. Kotłownie lokalne i przemysłowe

G Sprawozdanie o mocy i produkcji energii elektrycznej i ciepła elektrowni (elektrociepłowni) przemysłowej za rok 2008

Przedsiębiorstwa usług energetycznych. Biomasa Edukacja Architekci i inżynierowie Energia wiatrowa

Polityka energetyczna w UE a problemy klimatyczne Doświadczenia Polski

Innowacyjna technika grzewcza

Viessmann. Efekt ekologiczny. Dom jednorodzinny Kosmonałty 3a Wołów. Janina Nowicka Kosmonałty 3a Wołów

Kogeneracja w oparciu o źródła biomasy i biogazu

Wykorzystanie gazu ziemnego do produkcji energii elektrycznej. Grzegorz Rudnik, KrZZGi2211

Rozwiązania dla klientów przemysłowych Mała kogeneracja

Budowa układu wysokosprawnej kogeneracji w Opolu kontynuacją rozwoju kogeneracji w Grupie Kapitałowej ECO S.A. Poznań

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Wprowadzenie. Paliwa z odpadów. Aleksander Sobolewski, Maria Bałazińska Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

Urządzenie do rozkładu termicznego odpadów organicznych WGW-8 EU

Transkrypt:

NAFTA-GAZ, ROK LXIX, Nr 12 / 2013 Piotr Klimek Instytut Nafty i Gazu Państwowy Instytut Badawczy Ocena potencjału energetycznego odpadów komunalnych w zależności od zastosowanej technologii ich utylizacji Potencjał energetyczny odpadów komunalnych może zostać zagospodarowany bezpośrednio w procesach termicznej utylizacji z odzyskiem energii elektrycznej i cieplnej. Sposobem pośrednim jest wykorzystanie procesu beztlenowego rozkładu substancji organicznej zawartej w odpadach do wytwarzania biogazu, który może stanowić paliwo dla bloków energetycznych produkujących energię elektryczną i cieplną w skojarzeniu. W artykule przedstawiono ocenę procesu odzyskiwania energii z odpadów komunalnych w oparciu o porównanie dwóch systemów gospodarki odpadami. Pierwszą z analizowanych technologii jest deponowanie odpadów na składowiskach i odzyskiwanie energii z wytworzonego biogazu, a drugą termiczna utylizacja odpadów w spalarni. Na podstawie informacji o parametrach odpadów oraz danych technicznych instalacji do bezpośredniego i pośredniego energetycznego wykorzystania odpadów komunalnych przeprowadzono szacunkowe obliczenia ilości energii możliwej do pozyskania w zależności od zastosowanej technologii ich utylizacji. Słowa kluczowe: gaz, gaz składowiskowy, energia, odpady komunalne, spalanie, efektywność. Evaluation of the energy potential of municipal solid waste depending on waste treatment technology The energy potential of Municipal Solid Waste (MSW) could be used directly in thermal utilization processes like waste incineration connected to electricity and heat production. An indirect method of recovering energy from MSW based on utilizing methane generated in anaerobic processes on the landfill sites. This paper focused on the assessment the energy potential recovery from MSW based on the comparisons of two MSW treatment technologies: Waste to Energy (incineration) and landfilling of wastes. Estimation conducted in this paper shows that Waste to Energy is the most energy efficient way to recover energy from MSW. Key words: gas, landfill gas, energy, Municipal Solid Wastes, incineration, efficiency. Wprowadzenie Zwiększające się zapotrzebowanie na energię elektryczną stanowi wyzwanie dla gospodarki energetycznej, co wymusza podjęcie działań zmierzających do zapewnienia wymaganej w przyszłości ilości energii. Zgodnie z Prognozą zapotrzebowania na paliwa i energię do 2030 roku, stanowiącą załącznik nr 2 do Polityki Energetycznej Polski do 2030 roku, przewidywany wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną finalną wyniesie ok. 55% (z poziomu około 111 TWh w 2006 r. do około 172 TWh w 2030 r.) [8]. Zagwarantowanie dostaw energii elektrycznej na prognozowanym poziomie wiąże się z inwestycjami w branży energetycznej, które sprowadzą się do: rozbudowy mocy produkcyjnych, modernizacji polegającej na poprawie sprawności przetwarzania energii chemicznej paliwa na energię elektryczną, 909

NAFTA-GAZ modernizacji sieci energetycznych w celu eliminowania strat przesyłowych [5]. Dodatkowym elementem mogącym w pewnym stopniu uzupełnić wciąż rosnące zapotrzebowanie na energię jest zagospodarowanie odpadów komunalnych. Stanowią one potencjalne źródło energii, której ilość uzależniona jest od stosowanej technologii energetycznego wykorzystania odpadów. Pozyskiwanie energii z odpadów zdeponowanych na składowiskach Odzyskiwanie energii z odpadów zdeponowanych na składowiskach polega na wykorzystaniu biogazu generowanego w biochemicznym procesie beztlenowej degradacji substancji organicznej zawartej w odpadach. Rozkład materii organicznej można podzielić na wiele etapów (elementów cząstkowych), lecz ze względu na najdłuższy czas trwania oraz stabilność składu biogazu na szczególną uwagę zasługuje proces metanogenezy. Fermentacja metanowa jest zespołem beztlenowych procesów biochemicznych, w których wielkocząsteczkowe substancje organiczne (głównie węglowodany, białka i tłuszcze oraz ich związki pochodne) są rozkładane do alkoholi lub niższych kwasów organicznych, które ostatecznie są substratem w procesie wytwarzania metanu [1]. Do podstawowych składników gazu składowiskowego wytwarzanego w procesie metanogenezy należą [6]: metan: 40 65% mol/mol, dwutlenek węgla: 35 60% mol/mol. Aby pozyskać gaz ze składowiska odpadów komunalnych, konieczne jest wybudowanie instalacji składającej się z elementów odbierających gaz ze złoża odpadów (studnie pionowe, kolektory poziome doprowadzające gaz do stacji zbiorczej) oraz stacji zbiorczej (odwadniacze, dmuchawa, aparatura kontrolno-pomiarowa). Pionowe studnie odgazowujące instaluje się na składowisku metodą wiercenia udarowo-obrotowego. Odwierty o średnicy 400 460 mm sięgają spągu odpadów. Odległości pomiędzy studniami uzależnione są od indywidualnych warunków panujących na danym składowisku i zawierają się w granicy 30 50 m. W odwiertach umieszcza się perforowane filtry, a przestrzeń między nimi a ścianą odwiertu wypełnia się obsypką żwirową. W przestrzeni górnej części odwiertu umieszcza się uszczelnienie iłowe. Dodatkowo strefę przyodwiertową pokrywa się geomembraną. Tak wykonane uszczelnienie strefy przyodwiertowej zapobiega infiltracji powietrza atmosferycznego do wnętrza składowiska odpadów. Odbierany ze studni gaz składowiskowy przesyłany jest do stacji zbiorczej stanowiącej integralną część instalacji do utylizacji gazu. Zadaniem stacji zbiorczej jest odbiór gazu ze składowiska, jego oczyszczenie i przesłanie do instalacji wytwarzającej energię. Do wytwarzania energii z gazu składowiskowego najczęściej wykorzystywane są tłokowe silniki gazowe z zapłonem iskrowym, czyli silniki spalinowe o spalaniu wewnętrznym powszechnie wykorzystywane w pojazdach oraz innych maszynach. Tłokowe silniki gazowe w zasadzie są zmodyfikowanymi konstrukcjami silników średnio i wysokoobrotowych, napędzanych zwykle paliwem ciekłym. Silniki tłokowe stanowią bardzo dobre rozwiązanie w przypadku skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej (CHP). Układy CHP z tłokowymi silnikami gazowymi są stosowane najczęściej do produkcji gorącej wody. Ciepło odzyskuje się z wymiennika płaszcza silnika, wymiennika oleju oraz wymiennika spalin [3]. Pozyskiwanie energii w procesie termicznej utylizacji odpadów Wśród dostępnych procesów termicznego przekształcania odpadów komunalnych zdecydowanie dominują metody spalania. Odzysk ciepła wytworzonego w procesie spalania odpadów i jego efektywne wykorzystanie stało się już obligatoryjne. Pierwsze spalarnie odpadów powstały w Europie oraz Stanach Zjednoczonych w końcu XIX wieku. Obecnie w samej Europie istnieje kilkaset instalacji termicznej utylizacji odpadów. W 2010 roku 22% odpadów komunalnych wytworzonych w krajach Unii Europejskiej było przetwarzanych w takich zakładach (w Danii i Szwecji blisko 50%) [12]. Funkcjonowanie instalacji spalania odpadów jako elektrowni, ciepłowni bądź elektrociepłowni uwarunkowane jest lokalnymi możliwościami i potrzebami w zakresie przesyłania oraz wykorzystania produkowanej formy energii. Najbardziej sprawny termicznie i elastyczny eksploatacyjnie jest układ instalacji pracującej w skojarzeniu, to jest produkującej energię cieplną i elektryczną [9]. Nowoczesnymi, dużymi instalacjami termicznego przekształcania odpadów, które zostały wybudowane w Europie w ciągu ostatnich pięciu lat, są instalacje rusztowe [9]. Najlepsze efekty daje spalanie na rusztach posuwistozwrotnych, gdyż zapewniają one najwyższy stopień wypalenia materiału (mała zawartość niespalonych substancji organicznych w żużlu) przy jednoczesnym dobrym natlenieniu i wymieszaniu strefy spalania (niskie stężenia tlenku węgla oraz organicznych produktów niepełnego spalania w gazach 910 Nafta-Gaz, nr 12/2013

artykuły odlotowych). Dla odpadów o wartości opałowej 6 10 MJ/ kg zazwyczaj stosuje się ruszty chłodzone powietrzem (pierwotnym, przepływającym w szczelinach pomiędzy rusztowinami), zaś dla wyższych wartości opałowych (10 16 MJ/kg) stosuje się ruszty chłodzone wodą [11]. Ponad komorą spalania znajduje się pionowy kocioł, a następnie wymienniki ciepła, w których produkowana jest para i gorąca woda. Do kotła wpływają spaliny o temperaturze ponad 1000 C, natomiast gdy opuszczają ekonomizer ich temperatura wynosi ok. 200 C. Produkowana para posiada najczęściej następujące parametry: temperatura ok. 400 C i ciśnienie ok. 4 10 MPa. Para wykorzystywana jest w turbinie do produkcji energii elektrycznej. Jeżeli ma być produkowana jedynie energia elektryczna, to jest to zazwyczaj turbina kondensacyjna, zaś w przypadku pracy w skojarzeniu, jest to turbina przeciwprężna, przeciwprężno-upustowa lub kondensacyjno-upustowa [11]. Doświadczenia funkcjonujących spalarni odpadów komunalnych w Europie pokazują, że współczesna instalacja termicznego przekształcania odpadów komunalnych o wydajności ok. 240 000 Mg/rok jest w stanie dostarczyć ok. 35 40 MW energii cieplnej oraz ok. 5 8 MW energii elektrycznej [11]. Według danych zawartych w wytycznych najlepszej dostępnej techniki (BAT) z jednego megagrama odpadów komunalnych można przy pracy w układzie skojarzonym uzyskać ok. 0,4 MWh energii elektrycznej oraz ok. 6,6 GJ energii cieplnej netto [11]. Część produkowanej energii elektrycznej wykorzystywana jest na potrzeby własne instalacji. Średnio jest to 0,09 MWh/Mg spalanych odpadów, mających wartość opałową rzędu 9 MJ/kg [9]. Analiza porównawcza systemów utylizacji odpadów Określenie ilości energii możliwej do pozyskania z odpadów komunalnych wymaga przeprowadzenia obliczeń w oparciu o rzeczywiste dane pozyskane z zakładu gospodarki odpadami lub na podstawie założeń charakteryzujących odpady wytwarzane na danym terenie. Biorąc pod uwagę szacunkowy charakter badań polegających na określeniu różnic pomiędzy analizowanymi technologiami zagospodarowania odpadów, zdecydowano o wykonaniu obliczeń dla hipotetycznego miasta wytwarzającego odpady o następującej charakterystyce: masa odpadów: 100 000 Mg/rok, morfologię odpadów przedstawiono w tablicy 1. Tablica 1. Morfologia odpadów komunalnych [10] Rodzaj odpadu Udział masowy [%] Tworzywa sztuczne 20 Makulatura 16 Tekstylia 3 Odpady organiczne (spożywcze) 32 Odpady z parków i terenów zielonych 3 Drewno 2 Guma/skóra 1 Odpady inertne 23 Źródło: opracowanie własne na podstawie www.stat.gov.pl Analizując możliwości pozyskania energii z odpadów zdeponowanych na składowiskach, należy oszacować ilość wytwarzanego tam gazu. Prognozowanie produktywności gazowej składowiska jest jednym z podstawowych elementów każdego ze studiów wykonalności inwestycji energetycznego zagospodarowania gazu składowiskowego. Do obliczenia produktywności gazowej składowiska zastosowano opracowany w Instytucie Nafty i Gazu PIB program komputerowy LFG ENERGY, wykorzystujący zmodyfikowaną ukraińską wersję modelu LandGEM, który jest oparty na równaniu kinetycznym I rzędu [4]: Q LFG n 1 t 1 j 0,1 M i 2 kl 0 e 10 ktij MCF Q LFG maksymalna produktywność gazowa składowiska (CH 4 = 50%) [m 3 /rok], i okres jednego roku, n (rok, w odniesieniu do którego wykonywane są obliczenia) (pierwszy rok deponowania odpadów), j okres 0,1 roku, k szybkość wytwarzania metanu z danej frakcji odpadów [1/rok], L 0 potencjał wytwarzania metanu z danej frakcji odpadów [m 3 /Mg], M i masa odpadów stałych zdeponowanych w roku i [Mg], t ij wiek j-tej sekcji masy odpadów M i zdeponowanych w roku i, MCF współczynnik korekcyjny. O modyfikacji i zastosowaniu wersji ukraińskiej modelu LandGEM zdecydowano ze względu na zbliżone warunki klimatyczne Polski i Ukrainy. W celu określenia ilości energii możliwej do pozyskania w trakcie termicznej utylizacji odpadów przyjęto dane literaturowe dotyczące wartości opałowej poszczególnych frakcji odpadów komunalnych [2, 7]. Nafta-Gaz, nr 12/2013 911

NAFTA-GAZ Obliczenia ilości energii możliwej do pozyskania z odpadów zdeponowanych na składowisku odpadów komunalnych Odzyskanie energii z odpadów zdeponowanych na składowisku odpadów komunalnych polega na zagospodarowaniu gazu składowiskowego generowanego w procesie metanogenezy. Obliczenia wykonano na podstawie założeń przedstawionych poniżej. Założenia: a) masa odpadów oraz ich morfologia przedstawiona powyżej w charakterystyce odpadów, b) okres deponowania odpadów wynosi 10 lat, c) produktywność gazowa składowiska oszacowana została za pomocą wersji ukraińskiej modelu LandGEM, d) strumień objętości gazu odbieranego ze składowiska wynosi 55% wartości oszacowanej za pośrednictwem modelu, e) wartość opałowa gazu zawierającego 50% metanu wynosi 0,018 [GJ/m 3 ], f) energia użyteczna jest wytwarzana z gazu składowiskowego za pośrednictwem silników tłokowych o parametrach: sprawność elektryczna = 38%, sprawność cieplna = 40%, g) energia zużywana na potrzeby instalacji wynosi 10% wytwarzanej energii elektrycznej, h) energia wytwarzana jest przez okres 35 lat, począwszy od trzeciego roku funkcjonowania składowiska. Obliczenia wykonano według równania: E US = [(E R η es ) (E R μ es E ps )] + [E R η hs ] E US energia użyteczna odzyskana ze składowiska odpadów [GJ/rok], E R energia w gazie odzyskanym ze składowiska, wyrażona wzorem: E R = P R W s, P produktywność gazowa [m 3 /rok] (zmiany w czasie strumienia objętości generowanego gazu zostały uwzględnione), R współczynnik odzysku gazu ze składowiska, wynoszący 55%, W s wartość opałowa gazu składowiskowego, wynosząca 0,018 GJ/m 3, η es sprawność wytwarzania energii elektrycznej, wynosząca 38%, E ps energia zużyta na potrzeby instalacji wynosi 10% ilości wytworzonej energii elektrycznej, η hs sprawność wytwarzania energii cieplnej, wynosząca 40%. Wyniki obliczeń ilości energii możliwej do pozyskania ze składowiska odpadów przedstawiono w tablicy 2. Obliczenie ilości energii możliwej do pozyskania w przypadku spalenia odpadów komunalnych Odzyskanie energii z odpadów w spalarni sprowadza się do ich termicznej utylizacji z odzyskiem ciepła w postaci pary wodnej, która następnie kierowana jest na turbinę wytwarzającą energię elektryczną. W przypadku skojarzonego wytwarzania energii dodatkowo odzyskiwane jest ciepło. Obliczenia wykonano na podstawie założeń przedstawionych poniżej. Założenia: a) masa odpadów oraz ich morfologia przedstawiona powyżej w charakterystyce odpadów, b) wartość opałowa poszczególnych frakcji odpadów: tworzywa sztuczne: 40 GJ/Mg, makulatura: 11 GJ/Mg, tekstylia: 14 GJ/Mg, odpady organiczne (spożywcze): 3 GJ/Mg, odpady z parków i terenów zielonych: 4 GJ/Mg, drewno: 18 GJ/Mg, guma/skóra: 30 GJ/Mg, odpady inertne: 0 GJ/Mg [11], c) energia użyteczna jest wytwarzana ze sprawnością: elektryczną: 18%, cieplną: 32% [2], d) energia zużywana na potrzeby instalacji termicznej utylizacji odpadów wynosi 15% energii elektrycznej wytwarzanej w tym procesie [9], e) energia wytwarzana jest przez 10 lat. Obliczenia wykonano według równania: E UT = [(M W c η et ) (M W c η et E pt )] + [M W c η ht ] E UT energia użyteczna odzyskana w trakcie termicznej utylizacji odpadów [GJ/rok], M masa odpadów doprowadzanych do instalacji termicznej utylizacji odpadów [Mg], η et sprawność wytwarzania energii elektrycznej, wynosząca 18%, E pt energia zużyta na potrzeby instalacji termicznej utylizacji odpadów wynosi 15% ilości energii elektrycznej wytworzonej w tym procesie, 912 Nafta-Gaz, nr 12/2013

artykuły η ht sprawność wytwarzania energii cieplnej, wynosząca 32%, W c wartość opałowa odpadów, wynosząca 11,92 GJ/Mg, wyliczona według równania: W c = U pt W p + U mt W m + U tt W t + U ot W o + + U zt W z + U dt W d + W gt W g + U it W i U pt udział tworzyw sztucznych w masie odpadów [-], W p wartość opałowa tworzyw sztucznych [GJ/Mg], U mt udział makulatury w masie odpadów [-], W m wartość opałowa makulatury [GJ/Mg], U tt udział tekstyliów w masie odpadów [-], W t wartość opałowa tekstyliów [GJ/Mg], U ot udział odpadów organicznych w masie odpadów [-], W o wartość opałowa odpadów organicznych [GJ/Mg], U zt udział odpadów z terenów zielonych w masie odpadów [-], W z wartość opałowa odpadów z terenów zielonych [GJ/Mg], U dt udział drewna w masie odpadów [-], W d wartość opałowa drewna [GJ/Mg], U gt udział gumy/skóry w masie odpadów [-], W g wartość opałowa gumy/skóry [GJ/Mg], U it udział odpadów inertnych w masie odpadów [-], W i wartość opałowa odpadów inertnych [GJ/Mg]. Wyniki obliczeń ilości energii pozyskiwanej z odpadów w procesie ich termicznej utylizacji przedstawiono w tablicy 2. W ramach niniejszych badań analizowano przypadek miasta, które wytwarza rocznie 100 000 Mg odpadów, co w dziesięcioletnim okresie objętym analizą daje wartość 1 000 000 Mg. Morfologię odpadów przedstawiono w tablicy 1. Obliczenie energii w odpadach (na podstawie których przeprowadzono symulacje związane z odzyskiem energii podczas zastosowania różnych technologii gospodarki odpadami) wykonano, biorąc pod uwagę skład morfologiczny odpadów oraz wartość opałową poszczególnych frakcji. Określono wartość opałową odpadów, która wyniosła 11,92 GJ/Mg. Zakładając, że masa wytworzonych odpadów w okresie dziesięciu lat wynosi 1 000 000 Mg, a wartość opałowa odpadów jest równa 11,92 GJ/Mg, można przyjąć, że całkowita ilość energii w odpadach stanowi 11 920 000 GJ. W tablicy 2 zestawiono sumaryczną ilość energii możliwą do pozyskania z odpadów komunalnych, biorąc pod uwagę analizowane technologie gospodarki odpadami. Dodatkowo wyliczono stopień odzysku energii w zależności od zastosowanej technologii zagospodarowania odpadów. Tablica 2. Porównanie ilości energii możliwej do pozyskania z wykorzystaniem analizowanych technologii gospodarki odpadami Ilość wytworzonej energii w okresie objętym analizą Stopień odzysku energii w okresie objętym analizą [%] [GJ] Składowisko [MWh] [GJ] Spalarnia [MWh] 1 028 219 * 285 616 * 5 638 160 * 1 566 156 * 8,6 ** 47,3 ** * jest sumą energii elektrycznej i energii cieplnej przesyłanej do odbiorców. ** Stopień odzysku energii określa się jako stosunek energii użytecznej do energii całkowitej obliczonej na podstawie udziału danej frakcji w odpadach oraz wartości opałowej tej frakcji. Podsumowanie Odpady komunalne ze względu na skład morfologiczny powinny być traktowane jako potencjalne źródło energii. Wyniki przeprowadzonych obliczeń pokazują, że termiczna utylizacja odpadów jest technologią, która w sposób najbardziej efektywny pozwala na odzyskanie energii z odpadów. Argumentem przemawiającym za termiczną utylizacją odpadów jest ich morfologia, która zmienia się wraz z upływem lat. Materiały opakowaniowe stanowią coraz większą część w masie odpadów. Wzrost procentowego udziału frakcji wysokoenergetycznej (tworzywa sztuczne, papier) powoduje poprawę własności paliwowych odpadów i jednocześnie umożliwia wytwarzanie większej ilości energii. Prosimy cytować jako: Nafta-Gaz 2013, nr 12, s. 909 914 Artykuł powstał na podstawie pracy statutowej pt.: Ocena potencjału energetycznego odpadów komunalnych w zależności od zastosowanej technologii ich utylizacji. Praca INiG na zlecenie MNiSW; nr archiwalny: DK-4100-62/12, nr zlecenia: 62/SN/12. Nafta-Gaz, nr 12/2013 913

NAFTA-GAZ Literatura [1] Buraczewski G.: Fermentacja metanowa. PWN. Warszawa 1989. [2] Department for Environment Food and Rural Affairs of United Kingdom: Advanced Thermal Treatment of Municipal Solid Waste. Defra 2007. [3] Dudek J. i in.: Technologie energetycznego wykorzystania gazu skladowiskowego. Prace Naukowe INiG nr 174. Krakow 2010. [4] Dudek J.: Analiza zagrozen emisja biogazu na terenie po zrekultywowanym skladowisku odpadow komunalnych w Krosnie. Nafta-Gaz 2011, nr 8, s. 562 567. [5] Klimek P.: Optymalizacja procesu wytwarzania energii elektrycznej z gazu skladowiskowego. Monografia pod redakcją prof. dr. hab. K. Szymańskiego, Gospodarka Odpadami Komunalnymi, Koszalin 2010. [6] Klimek P.: Zatlaczanie gazu skladowiskowego do sieci dystrybucyjnej gazu ziemnego. Nafta-Gaz 2009, nr 5, s. 415 418. [7] Lorber K. E. et al.: Energetische werwertung von abfall in verbrennungsanlagen. Zeszyty Naukowe Wydzialu Budownictwa i Inzynierii Srodowiska Politechniki Koszalinskiej nr 17, Koszalin 1999. [8] Ministerstwo Gospodarki: Polityka Energetyczna Polski do 2030 r., www.mg.gov.pl/gospodarka/energetyka/polityka- +energetyczna [9] Przywarska R.: Odpady komunalne zrodlem energii odnawialnej. Recykling 2009, nr 7, s. 103 104. [10] Rocznik statystyczny Rzeczpospolitej Polskiej 2012, www. stat.gov.pl [11] Wielgosinski G.: Wybor technologii termicznego przeksztalcania odpadow komunalnych. Nowa Energia 2012, nr 1, s. 66 80. [12] www.cewep.eu Mgr inż. Piotr Klimek Asystent w Zakładzie Technologii Energii Odnawialnych. Instytut Nafty i Gazu Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków E-mail: piotr.klimek@inig.pl OFERTA ZAKŁAD TECHNOLOGII ENERGII ODNAWIALNYCH Zakres działania: prognozowanie produktywności gazowej składowisk odpadów komunalnych i ich weryfikacja poprzez testy aktywnego odgazowania; opracowanie koncepcji technologicznych instalacji do odgazowania składowisk i utylizacji biogazu wraz z doradztwem technicznym i oceną ekonomiczną energetycznego wykorzystania gazu; projektowanie i wykonawstwo instalacji odgazowania składowisk odpadów komunalnych; prowadzenie monitoringu składowisk odpadów; ocena zagrożeń powodowanych ekshalacjami metanu (złoża węglowodorów, składowiska odpadów); projektowanie instalacji automatycznego monitoringu powietrza glebowego; opracowanie raportów o oddziaływaniu na środowisko przedsięwzięć: branży górnictwa nafty i gazu, gazownictwa i gospodarki odpadami; przygotowywanie wniosków o pozwolenia zintegrowane dla składowisk odpadów oraz instalacji objętych obowiązkiem uzyskania tych pozwoleń. Kierownik: mgr inż. Joanna Zaleska-Bartosz Adres: ul. Bagrowa 1, 30-733 Kraków Telefon: 12 660-36-05, 12 653-25-12 w. 133 Fax: 12 650-77-50, 12 653-16-65 E-mail: zaleska-bartosz@inig.pl 914 Nafta-Gaz, nr 12/2013