Potenciál skládkového plynu pre kombinovanú výrobu elektriny a tepla v SR

Transkript

1 7. Medzinárodná konferencia ENEF 2006, Sekcia 3: Výroba elektriny a tepla na báze zdrojov obnoviteľných foriem energie (ZOFE) , Hotel Kaskády Potenciál skládkového plynu pre kombinovanú výrobu elektriny a tepla v SR Jozef Víglaský, Peter Geffert, Naďa Langová Katedra environmentálnej techniky Fakulta environmentálnej a výrobnej techniky Technická univerzita vo Zvolene

2 ZNEŠKODŇOVANIE ODPADOV K optimálnym spôsobom zneškodňovania odpadov z aspektu technického, ekonomického, ale aj ochrany životného prostredia sa radí: recyklácia anásledné využitie materiálových hodnôt odpadov ich priamym spracovaním, spaľovanie odpadov a využitie ich energetickej hodnoty, skládkovanie a zamedzenie škodlivému pôsobeniu odpadov, ktoré v dohľadnej dobe už nemožno využiť.

3 ZLOŽENIE KOMUNÁLNEHO ODPADU NA SLOVENSKU ( 2005 ) bioodpad 28,2 % minerálny odpad 17,5 % papier 14,7 % kov 9,0 % zvyškový odpad 8,9 % plasty 7,5 % sklo 6,0 % textil 3,8 % koža aguma 2,1 % drevo 1,3 % problémové látky 1,0 % papier; 14,7% minerálny odpad; 17,5% kov; 9,0% zvyškový odpad; 8,9% bio odpad; 28,2% plasty; 7,5% sklo; 6,0% textil; 3,8% koža a guma; 2,1% drevo; 1,3% problémové látky; 1,0%

4 Skládkový plyn Je to plyn vznikajúci samovoľne v skládkach anaeróbnym rozkladom (vyhnívanie bez prístupu kyslíka - vzduchu). Pomocou kyslíka, resp. i bez pomoci kyslíka prebiehajú vskládke aeróbne a anaeróbne procesy. Anaeróbny rozklad je proces využívaný na produkciu metánu z pevného a kvapalného odpadu.

5 ODPLYŇOVACIE SYSTÉMY odplynenie skládky má zabrániť hromadeniu skládkového plynu, systémy odplynenia skládok sú vzásade dvojakého druhu: a) pasívne systémy b) aktívne systémy súčasťou odplyňovacích systémov sú zberné potrubia tvorené drenážami, ktoré sú vedené vodorovne a zvislo.

6

7 BIODEGRADÁCIA ORGANICKÉHO ODPADU prebieha v 5 tich fázach

8 ANAERÓBNY ROZKLAD Anaeróbny rozklad (vyhnívanie), je proces využívaný na produkciu metánu z pevného a kvapalného odpadu. produkcia metánu je rozdelená do troch krokov: I. krok transformácia vysokomolekulárnych zložiek na zložky vhodné tak pre zásobu uhlíka, ako aj pre zdroj energie, prostredníctvom enzýmov. II. krok bakteriálna konverzia zložiek, ktoré sú výsledkom prvého kroku na identifikovateľné nízkomolekulárne prechodné zložky. III. Krok bakteriálna konverzia prechodných zložiek na jednoduché zložky a produkty ako sú metán (CH 4 )a oxid uhličitý (CO 2 ).

9 ANALÝZA SKLÁDKOVÉHO PLYNU Skládkový plyn obsahuje približne 10 až 45 % metánu. Skládkové plyny sa vzájomne líšia: variabilitou pomeru CH 4 : CO 2, druhom a množstvom stopových prímesí. Obsah stopových prímesí: je vzhľadom k množstvu metánu a oxidu uhličitého zanedbateľný, ich hladinu je treba sledovať pre ich negatívne vplyvy na životné prostredie. Kvalita a výhrevnosť (od 5,5 MJ/m 3 ažpo 23 MJ/m 3... ZP: MJ/m3) plynu sa mení podľa jednotlivých skládok.

10 ZNEŠKODŇOVANIE A VYUŽITIE SKLÁDKOVÉHO PLYNU Vprípadoch, kedy je produkcia plynu taká nízka alebo kvalita plynu taká zlá, že nemožno vznikajúci plyn zmysluplne využiť, je tento plyn iba zneškodňovaný. najefektívnejší spôsob zneškodňovania je využitie biofiltrov Energetické využitie skládkového plynu v komunálnej energetike spaľovaním: v motoroch kogeneračných jednotiek, vprispôsobených horákoch, vo vápenkách, v tehliarenských peciach.

11 ENERGETICKÉ VYUŽITIE SKLÁDKOVÉHO PLYNU Vzávislosti na zložení skládkového plynu a jeho tvorby na skládke sa tento môže v komunálnej energetike využívať: priamo bez akejkoľvek úpravy, vzmesi so zemným plynom alebo iným palivom, po úprave a vyčistení, keď sa využíva len čistý metán.

12 KOGENERAČNÉ JEDNOTKY sú elektrické zdrojové agregáty založené najmä na plynových alebo dieselových motoroch so sústavou výmenníkov tepla na súčasnú výrobu elektrickej energie a tepla:

13 KOGENERAČNÉ JEDNOTKY Výhody : budujú sa priamo u spotrebiteľov tepla a elektriny, čím odpadajú straty v diaľkových sieťach a u elektriny aj v transformátoroch, vysoké využitie paliva (cca %), úspora primárnej energie až o40 % azníženie emisií oproti adekvátnemu zariadeniu spaľujúcemu vykurovací olej až o60 %, zníženie nákladov na výrobu energie. Kogeneračné jednotky môžu pracovať nezávisle od elektrickej siete rozvodných závodov, slúžia aj ako záložný zdroj a zabezpečujú dodávku elektrickej energie i v čase výpadku siete.

14 KOGENERAČNÉ JEDNOTKY do energetického systému sa zaraďujú dvoma základnými spôsobmi: 1. primárne na pokrytie vlastnej spotreby elektriny, 2. primárne na výrobu tepla. Najlepšie ekonomické ukazovatele využívania kogeneračnej jednotky sú pri celoročnej spotrebe elektriny a tepla.

15 KOGENERAČNÉ JEDNOTKY Výhody : budujú sa priamo u spotrebiteľov tepla a elektriny, čím odpadajú straty v diaľkových sieťach a u elektriny aj v transformátoroch, vysoké využitie paliva (cca %), úspora primárnej energie až o40 % azníženie emisií oproti adekvátnemu zariadeniu spaľujúcemu vykurovací olej až o60 %, zníženie nákladov na výrobu energie. Kogeneračné jednotky môžu pracovať nezávisle od elektrickej siete rozvodných závodov, slúžia aj ako záložný zdroj a zabezpečujú dodávku elektrickej energie i v čase výpadku siete.

16

17

18

19 Ko.

20

21

22

23 VÝBER A CHARAKTERISTIKA SKLÁDKY ODPADU Predmetom sledovania bola skládka komunálnych odpadov KÚDELNÍK vspišskej Novej Vsi, ktorá sa skladá zdvoch častí KÚDELNÍK I a KÚDELNÍK II. V júni 2004 boli: na časti KÚDELNÍK I odvŕtaný jeden odplyňovací vrt, na časti KÚDELNÍK II odvŕtané tri odplyňovacie vrty, do prevádzky uvedené odplyňovacie zariadenie WS READY 300.

24 SKLÁDKA KÚDELNÍK sledované obdobie od nábehu do sledované zložky: CH 4 CO 2 O 2 celkový počet meraní: 57 počet sledovaných vrtov: 3 január 2005: mechanické poškodenie potrubia z časti KÚDELNÍK I metóda spracovania výsledkov: program STATISTICA V 5.0

25 ŠTATISTICKÉ VYHODNOTENIE VRTU č.1 Correlations (GEFFERT.STA 6v*110c) METAN CO2 O2 VYHR

26 ŠTATISTICKÉ VYHODNOTENIE VRTU č.1 nárast koncentrácie metánu vskládkovom plyne je: na 89 % sprevádzaný nárastom koncentrácie CO2 na 73 % sprevádzaný poklesom koncentrácie kyslíka nárast koncentrácie oxidu uhličitého vskládkovom plyne je: na 83 % sprevádzaný poklesom koncentrácie kyslíka závislosti medzi sledovanými zložkami skládkového plynu metán, CO2, kyslík sú pri vrte č. 1 spomedzi všetkých vrtov štatisticky najvýznamnejšie z predchádzajúceho vyhodnotenia vyplýva, že vrt č. 1 odčerpáva skládkový plyn z časti telesa skládky, kde prebiehajú iba anaeróbne procesy

27 CHARAKTERISTIKA SKLÁDKOVÉHO PLYNU prietok [m 3 ] priemernáhodnota obsahu CH 4 [%] vskládkovom plyne KII/1 KII/2 KII/6 Ø KII výhrevnosť [MJ/m 3 ] 45 53,65 60,37 53,25 55,76 19, ,52 33,45 45,58 45,51 14, Categorized Plot for Variable: METAN Dvojfaktorová analýza rozptylu pre posúdenie významnosti rozdielu v priemernom obsahu CH 4 50 METAN ľavá časť obsah CH 4 pri prietoku 45 m 3 /h POD: POD: 1 ±1.96*Std. Err. ±1.00*Std. Err. Mean pravá časť obsah CH 4 pri prietoku 60 m 3 /h V

28 ŠTATISTICKÁ ANALÝZA VRTOV SKLÁDKOVÉHO PLYNU Na základe štatistického vyhodnotenia možno konštatovať: štatisticky veľmi významná priama závislosť zložiek metánu a oxidu uhličitého pri vrte potvrdzuje príčinnú súvislosť pri ich vzniku v reakcii anaeróbneho rozkladu organických zložiek v komunálnom odpade. ZMENA PRIETOKU nemala štatisticky významný vplyv na percentuálny obsah metánu: pri vrte č. 1 mierny nárast o 3,87 %, kštatisticky veľmi významnému poklesu obsahu metánu došlo: pri vrte č. 6 ohodnotu 7,67 %, pri vrte č. 2 ohodnotu 26,92 %, vrt KII/2 (č.2) sa nachádza najbližšie k neprekrytej časti telesa skládky, kde sa komunálny odpad stále ukladá, z čoho možno predpokladať, že odčerpávaním skládkového plynu dochádza k nasávaniu falošného vzduchu, nasávanie falošného vzduchu umožňuje priebeh aeróbnych procesov, čo negatívne vplýva na tvorbu CH 4 a CO 2.

29 NÁVRH KOGENERAČNEJ JEDNOTKY PRE VYUŽITIE SKLÁDKOVÉHO PLYNU NA SKLÁDKE KÚDELNÍK Pre sledovanú skládku komunálneho odpadu KÚDELNÍK, na ktorej sa tvorí skládkový plyn s priemerným obsahom metánu 45,51 % pri prietoku 60 m 3 /h pre energetické zhodnocovanie tohto skládkového plynu bola vybraná kogeneračnú jednotku 146 NTS Cento T 100 SP BIO CON.

30

31 PRIPOJENIE KOGENERAČNEJ JEDNOTKY DO SYSTÉMU

32 ZÁVERY - 1 skládkový plyn (LFG) vzniká anaeróbnymi procesmi vo vnútri telesa skládky, množstvo metánu vskládkovom plyne sa pohybuje okolo 50 %, únik skládkového plynu zo skládky má negatívny vplyv na okolie a ovzdušie (1t CH4 21 t CO2), a preto ho treba eliminovať,

33 ZÁVERY - 2 jednou z možností zneškodňovania skládkového plynu je jeho zachytávanie a energetické využitie v kogeneračných jednotkách, pre vzorovú skládku komunálneho odpadu KÚDELNÍK vspišskej Novej Vsi, na ktorú sa ročne uloží ton komunálneho odpadu, bola navrhnutá - kogeneračná jednotka 146 NTS Cento T100 SP BIO CON podľa zjednodušeného ekonomického hodnotenia by sa navrhnutá kogeneračná jednotka splatila do 6 rokov (v ďalšom období by produkovala zisk).

34 Ď A K U J E M V Á M Z A P O Z O R N O S Ť! Kontakt: Jozef Víglaský Technická univerzita vo Zvolene T. G. Masaryka 24, Zvolen Tel. afax: ; viglasky@vsld.tuzvo.sk