Efektivní využití bioplynu a odpadového tepla v pivovarech

Transkript

1 Efektivní využití bioplynu a odpadového tepla v pivovarech SAPPORO BREWERIES LTD. Závod Čiba, odd. technologie Kamiyama Takeshi

2 OBSAH Profil firmy Sapporo Breweries a její aktivity v oblasti životního prostředí Popis anaerobní čistírny odpadních vod v naší firmě Příklad realizace kogeneračního zařízení využívajícího plyn Ostatní zařízení využívající bioplyn palivové články na bioplyn kogenerační systém s bioplynovým motorem Budoucí úkoly

3 Profil společnosti SAPPORO BREWERIES LTD zahájení činnosti 1. září 1949 rozdělení pův. spol. a založení Nippon Breweries 1. července 2003 transformace na holdingovou společnost Základní kapitál: 10 mld. jenů Předmět činnosti: Výroba a prodej piva, nízkosladového piva a dalších lihovin v Japonsku Prodej vín a likérů a další Objem tržeb: 278,8 mld. jenů Podíl firem (divizí) v rámci Sapporo Group na tržbách: tuzemská divize alkoholických nápojů 71,6 % zahraniční divize alkolických nápojů 6,5 % divize nealkoholických nápojů 8,8 % divize restauračního stravování 6,9 % realitní divize 6,0 %

4 Korporátní environmentální politika Základní environmentální filozofie Sapporo Group se zavazuje, věrna zásadě vedení přispívat k obohacování života a relaxaci, že každý zaměstnanec bude chránit životní prostředí a aktivně se podílet na vytváření udržitelné společnosti v celém životním cyklu produktů a služeb, které v rámci činnosti svých divizí firma poskytuje. Program pro environmentální ochranu 1) Nastavit normy řízení v souladu s legislativou relevantní pro ochranu ŽP. 2) Vytvořit systém pro environmentální management a vykonávat aktivity pro ochranu ŽP. 3) Vyvíjet technologie a produkty s ohledem na životní prostředí. 4) Snažit se docílit úspor energií, zdrojů a redukce environmentální zátěže. 5) Pracovat na redukci objemu a recyklaci vedlejších produktů a odpadů. 6) Zvyšovat povědomí zaměstnanců o životním prostředí a podporovat dobrovolnou účast na environmentálních aktivitách v regionu. 7) Snažit se vytvářet zelená prostranství v rámci závodů a zkrášlovat ŽP v jejich okolí. 8) Rozvíjet externí komunikaci prostřednictvím zveřejňování informací.

5 SAPPORO BREWERIES LTD. Environmentální cíle pro období Naší snahou je v rámci životního cyklu našich produktů a služeb dosáhnout následujících cílů, abychom vyjádřili naši vděčnost za dary přírody a předali budoucím generacím udržitelné životní prostředí: Snížení environmentální zátěže v rámci životního cyklu našich výrobků snížit emise CO 2 ve všech výrobních pobočkách do roku 2015 o 60 % v porovnání s rokem 1990 udržet na 100 % snižování objemu vedlejších produktů a odpadů z výroby a jejich recyklaci atd. Snížení environmentální zátěže způsobené obchodní a kancelářskou činností Vývoj a zavádění nových technologií Snaha o zkrášlování životního prostředí a ochranu ekosystémů Vytváření lidských zdrojů schopných přispívat k ochraně životního prostředí, dialog se zákazníky výňatek

6 Hlavní aktivity v environmentálních otázkách Milníky v historii firmy z hlediska životního prostředí 1968: začátek instalace ČOV do závodů 1970: přechod na palivo s nízkým obsahem síry (z uhlí na ropu) 1973: rozvoj opatření jako je recyklace odpadního tepla nebo recirkulace a opětovné využití vody 1982: plynofikace závodů na místo doposud používaných paliv 1983: začátek zavádění absorpčních chladniček 1989: začátek zavádění anaerobních čistíren odpadních vod 1991: zřízení Oddělení pro životní prostředí (dnešní Sekce společenského prostředí) 1994: ustanovení Programu a cílů pro environmentální ochranu 1997: začátek zavádění kogeneračních systémů s plynem 1998: instalace palivového článku o výkonu 200 kw využívajícího bioplyn v závodu Čiba 1999: dosaženo 100 % recyklace vedlejších produktů a odpadů ve všech závodech; získání certifátu ISO ve všech závodech 2004: dosažení environmentálního cíle (pro energie, vodu a emise CO 2 ) (o 6 let dříve oproti plánu) nastolen nový environmentální cíl 2010: dosažení environmentálního cíle (objem emisí CO 2 ) 2011: nastavení nového střednědobého environmentálního cíle

7 Popis anaerobní čistírny odpadních vod SAPPORO BREWERIES LTD. zavedla anaerobní ČOV v 6 závodech v hlavních tuzemských výrobních pobočkách Účel zavedení anaerobních ČOV V porovnání s původními aerobními čistírnami umožňuje: velké snížení spotřeby el. energie zredukovat plochu pro instalaci zařízení snížit náklady na zpracování odpadů, protože je u nich menší výskyt kalu Vznikající bioplyn (metan) je možné zpracovat a efektivně jej využít jako paliva v podobě páry ve výrobním procesu.

8 Proces vaření piva ječmen slad chmel zrna, rýže rmutování scezení vaření usazování filtrování kvasnice kvašení dozrávání balení čistírna odpadních vod

9 odpadní voda Proces čištění odpadní vody Pivovar Čiba nádrž na odpadní vodu síto úpravná nádrž neutralizační nádrž shrnovací tlaková nádrž parní topení bioplynový kotel bioplyn CH4 odváděcí nádrž reakční nádrž kyselá nádrž aerobní ČOV

10 Anaerobní ČOV Kapacita: m 3 /den (max.) Max. generované množství plynu: 437 Nm 3 /hod. (max.)

11 Bioplynový kotel Kapacita 2 tuny/hod x 5 ks Tlak páry 1 MPa

12 Mechanizmus anaerobního čištění odpadní vody využití jako paliva pro kotel Nm 3 /hod CO 2 metan odpadní voda z procesů výroby piva voda mikroorganizmy Je možné znovu využít palivo (bioplyn). V porovnání s aerobním zpracováním (aktivní kal): snížení energie na pohon asi o 30 %, redukován přebytečný kal

13 Kapacita ČOV (závod Čiba) Anaerobní ČOV: instalovaná kapacita m 3 /den ph n out teplota nerozpuštěné částice in < 1,000mg/l out < 500mg/l (SS) přes shrnovací tlakovou nádrž biochemická spotřeba in < 3,000mg/l out < 300mg/l kyslíku (BSK) míra odstranění 90% max. generované Nm 3 /hod množství plynu

14 Kogenerační zařízení využívající plyn SAPPORO BREWERIES LTD. zavedla v hlavních výrobních pobočkách kogenerační zařízení využívající plyn (plynové motory, plynové turbíny) Účel zavedení Snížit spotřebu energie a náklady díky efektivnímu využití odpadního tepla při výrobě elektrické energie. snížení celkové spotřeby energie redukce nakupované el. energie (paušální poplatky, poplatky podle spotřeby) redukce výdajů za nákup paliva pro kotle Snížit environmentální zátěž celkové snížení zátěže v podobě odpadního plynu díky redukci použití tradičních kotlů

15 Kogenerační zařízení v SAPPORO BREWERIES LTD. závod Hokkaidó: plynový motor (845 kw) x 2 realizováno v roce 2001 jako projekt ESCO závod Sendai: plynová turbína (700 kw) x 3 realizováno v roce 2003 závod Čiba: plynová turbína (1200 kw) x 2 přemístěna v roce 2004 z původního závodu Saitama, projekt podpořený NEDO jakožto variabilní systém teplo/el.energie závod Šizuoka: plynový motor (1900 kw) x 2 realizováno v roce 2003, projekt podpořený NEDO jakožto systém využívající tepelného čerpadla Zařízení instalována ve 4 závodech z 5 hlavních pivovarů

16 V čem spočívá kogenerační systém? elektrárna energetické společnosti palivo parní turbína kogenerační systém efektivní využití energie snížení jednotky energie plynový motor ztráty odpadního tepla 60 % vypuštěné odpadní teplo ztráty z přenosu elektřiny 5 % přenos do závodu ztráty odpadního tepla 15,9 % vypuštěné odpadní teplo rekuperace odpadního tepla ztráty z přenosu elektřiny 0 % přenos do místa spotřeby vyhozená energie 65 % použitá energie 35 % vyhozená energie 15.9 % použitá energie 84.1 % V porovnání s elektrárnou je podíl využitelné energie větší.

17 Kogenerační systém (turbínový)

18 Schéma kogeneračního systému s plynovou turbínou plyn 405 Nm 3 /hod sací filtr palivový plyn 1,2 MPa spalovací jednotka s nízkými emisemi oxidů dusíku pára 2 3 tuny/hod pára (1,5 MPa) kompresor palivového plynu generátor redukce kompresor nízkotlakého stupně kompresor vysokotlakého stupně turbínový stupeň odpadní plyn soustava energetické společnosti chladící jednotka odsiřovací jednotka spotřeba (zatížení) v závodě el. energie 1,1 1,3 MW doplňování vody vstřikovaná pára 0 1 tuna/hod přehřívač páry kotel na odpadní teplo ekonomizér vstup suchý režim: celková účinnost 70,1 % efektivní energie ztráta elektřina 24,9 % 26,9 % pára 46,2 % 31,6 % chladící věž režim vstřikování páry: celková účinnost 58,8 %

19 Kogenerační systém s variabilním systémem teplo/elektřina nově vyvinutý systém využívající parní turbínu s variabilním systémem teplo/elektřina a vstřikováním páry tento systém s kapacitou 1 MW první na světě svého druhu vstřikuje max. cca 1/3 (1,0 t/hod) vznikající páry do parní turbíny umožňuje zvýšení množství generované elektřiny téměř o 20 % Tento systém flexibilně reaguje na potřebu elektřiny a tepla v závodě. Podpořeno v roce 1999 organizací NEDO v rámci Projektu pro podporu podniků zavádějících nové energie výjimečná environmentální šetrnost spalovací jednotka s nízkými emisemi NOx (metoda DLN) 35 ppm (16 % O 2 ) aplikace denitrifikačního systému max. 20 ppm (16 % O 2 )

20 Kogenerační systém (KGS) (efekt instalace zařízení) kogenerační systém využívající plynovou turbínou s variabilním systémem teplo/elektřina generátor (1220 kw) x 2 ks kotel na odpadní teplo (3000 kg/h) průtokový x 2 ks celková účinnost 71,1 % (energetická účinnost 24,9 %,účinnost rekuperace 46,2 %) před instalací po instalaci elektrická energie nakupovaná el. energie 100 % nákup KGS 40 % pára nakupovaná pára kotel na bioplyn 15 % nakupovaná pára kotel na bioplyn 10 % KGS 40 %

21 Schéma kogeneračního systému s plynovým motorem přídavná zařízení soustava energetické společnosti odpadní plyn obtok tlumič spotřeba v závodě spotřeba v závodě kogenerační jednotka deodorační a odsiřovací jednotka parní kotel na odpadní teplo 1172 kg/hod teplovodní kotel na odpadní teplo 665 MJ/hod z jednotky č. 2 ks pára (1,4 MPa) generátor 1910 kw plynový motor chladící jednotka lubrikačního oleje primární ch chladící voda tepelný výměník teplá voda pro zpětné hod získávání teplé vody z jedn. č. 2 doplnění vody (65 ) plyn palivo pro zapálení topný olej 382 Nm 3 /hod 6,9 l/hod kompresor plynu chladící jednotka vzduchu sekundární chladící voda z jedn. č. 2 do jedn. č. 2 teplá voda (85 ) doplnění vody (20 ) tepelný výměník pro ohřev vody energetická účinnost účinnost rekuperace páry teplá voda (primární chladící voda) teplá voda (sekund. chladící voda) celková účinnost 42.8% 15.7% 12.2% 13.3% 84.1% chladící věž do jedn. č. 2 absorpční tepelné čerpadlo s rekuperací tepla drenáž rekuperační jednotka

22 Formy smluv na odběr elektřiny v Japonsku Poplatky za elekřinu 1) paušální poplatek podle smlouvy 13,72 JPY/kWh předem dohodnut podle špičkového odběru výroba el. en při špičce snížení paušálního 2) poplatek podle skutečné spotřeby poplatku účtováno podle spotřebovaného množství v příslušných obdobích vysoký tarif (denní proud v létě) noční tarif (víkendy a noční proud) 6,08 JPY/kWh 10,56 JPY/kWh denní proud (doba mimo výše uvedené) nákup a výroba elekřiny

23 Výhody samostatné výroby elektřiny pomocí kogeneračního systému příklad ze závodu, kde se instaloval kogenerační systém [kw] ř před instalací kw po instalaci kw nakoupená elektřina vyrobená elektřina č. 2 vyrobená elektřina č. 1 základní spotřeba elektřiny [čas]

24 Využití tepelné energie v pivovaru množství tepla z páry množství tepla z teplé vody příklad z pivovaru, kde se instaloval kogenerační systém základní spotřeba tepelné energie č

25 Efekt snížení oxidu uhličitého díky instalaci kogeneračního systému ě Převodní ukazatel Úspora (t/ rok) ř ř plynu v kogeneračním systému ř plynu na rekuperaci tepla příklad z pivovaru, kde se instaloval kogenerační systém Pozn.: vypočtená data v době instalace označuje nárůst Roční vypouštěné množství oxidu uhličitého: sníženo o Snížení oproti stavu před instalací o 11,2 %

26 Úspora nákladů díky instalaci kogeneračního systému ř ě ř ě příklad z pivovaru, kde se instaloval kogenerační systém ě č č ř č Č ů Pozn.: vypočtená data v době instalace Roční úspora nákladů 135 mil. jenů

27 Hodnocení kogeneračního systému využívajícího plyn Umožňuje rekuperaci tepla za využití elektřiny a odpadního tepla. efektivním využitím odpadního tepla je dosaženo úspory energie spotřebovaná energie na jednotku (MJ/kL) v pivovaru snížena: o cca 4 % Efekt snížení emisí oxidu uhličitého v závislosti na způsobu výroby elektřiny energetickou společností snížena spotřeba fosilních paliv díky snížení nakupované elektřiny a rekuperací tepelné energie možné snížit emise oxidu uhličitého Efekt snížení nákladů výrazné snížení poplatků za nakupovanou elektřinu díky přehodnocení smluvně dodávané elektřiny vůči nákladu na nakupovanou elektřinu 13 jenů/kwh je náklad na výrobu elektřiny cca 3 jeny/kwh výsledný efekt úspory nákladů se však významně mění v závislosti na nákupní ceně plynu

28 Vztah příjmů/výdajů na energii a ceny paliva v kogeneračním systému využívajícím plyn č ů Klíčové: výdaje Provozovat systém co možná nejstabilněji na a energii beze zbytku využít zpětně získanou tepelnou energii cena za palivo provoz na 100 % kapacity 100 % efektivně využít generovanou elektřinu a tepelnou energii efekt úspory nákladů se snižuje při zvýšení ceny plynu náklady na údržbu jsou také důležitý prvek ů

29 Výsledek snížení emisí CO2 při výrobě piva Environmentální cíl: zamezit oteplování zeměkoule Celkové emise CO2 Míra snížení oproti roku 1990 Emise CO2 (tis. tun rok) Cíl: 86,4 Rok 2010: 79,5 Míra snížení (%) Cíl Rok a cíl

30 Systém palivových článků využívajících jako palivo bioplyn

31 Charakteristiky kogeneračního systému s palivovými články energetická účinnost a celková účinnost je vysoká nízká hlučnost a vibrace téměř žádné látky znečišťující ovzduší environmentálně adaptivní kogenerační systém

32 Schéma kogeneračního systému s palivovými články soustava energetické spol. plyn výkon článků: 200 kw spotřeba v závodě spotřeba v závodě předúprava zásobní nádrž plynu bioplyn 53 Nm3/hod. CH4: 95 % Cca 80 % energie obsažené v palivu je efektivně využito energie paliva elektrickochem. reakce chem. reakce vodík reformátor elektřina 40 % pára 41 % ztráta 19 % jednotka palivových článků chladící voda efektivní energie 81 % tepelný výstup 736 MJ/hod 60 teplá voda nádrž s teplou vodou pára teplá voda (85 ) tepelný výměník na ohřev vody

33 Efekt ze zavedení systému snížení poplatků za elektřinu efektivní využití nevyužité energie snížení emisí CO2 zlepšení životního prostředí vlastní výroba elektřiny zlepšení image podniku

34 Mechanizmus bioplynu a výroby elektřiny využívá plyn, který vzniká jakožto derivát při anaerobním zpracování odpadní vody metan: 65 70, CO2: necelých 30, podíl síry atd.: cca 0,5 v rámci předúpravy se odstraní síry atd. (odsiřovací jednotka atd.) po dosažení koncentrace metanu min. 95 % zaveden do palivových článků v reformátoru je z metanu (CH 4 ) oddělen vodík (H 2 ) v palivových článcích se spustí reakce s kyslíkem ve vzduchu a vyrábí se elektřina

35 Princip palivového článku Princip výroby elektřiny je proces obrácené elektrolýzy Elektřina se vytváří pomocí elektrochemické reakce vodíku a kyslíku Vodík se vyrábí reformací metanu. stejnosměrný proud zatížení Z vodíku se uvolní elektrony a vznikají vodíkové ionty. Vodíkové ionty reagují s kyslíkem a s proudícími elektrony a vzniká voda. Proudící elektrony vytvářejí elektrický proud. H2 elektrody (platina) H2 O2 elektrody (platina O2 (výstup cca 1,3 kw/článek) uhlík palivová elektroda (uhlík) elektrolyt (kys. fosforečná) vodík kalalyzátor (platina voda + elektrolyt (např.h2so4) voda + elektrolyt (např.h2so4) elektrolýza vody palivový článek elektroda vzduchu (uhlík) separátor vzduch (kyslík)

36 Hodnocení palivového článku využívajícího bioplyn anaerobní zpracování + palivový článek bioplyn, který vzniká při anaerobním zpracování, lze využít nejen jako páru ale i jako elektřinu. systém palivových článků vysoká celková účinnost, nízká hlučnost a vibrace, bez emisí plynů efekt ze zavedení systému snížení poplatků za elektřinu, efektivní využití nevyužité energie, snížení CO zlepšení okolních environmentálních vlastností, vlastní vyrobená elektřina, zlepšení image podniku efekt snížení nákladů je nepatrný snížení jednotky energie v pivovaru: elektřina 3 %, zpětně získaná teplá voda = palivo 2 % vůči nákladu na nakupovanou elektřinu 13 jenů/kwh je náklad na výrobu elektřiny cca 25 jenů/kwh nákladná údržba Úkolem zůstává snížení nákladů životního cyklu (LCC) zahrnujících počáteční náklady a náklady na údržbu

37 Ostatní způsoby využití bioplynu kogenerace s motorem na bioplyn bioplyn (hypotéza) 300 Nm3/hod kcal/nm3 energie páry 4 t/hod (0.98MPa) 2,880kW účinnost 96 % ztráta 4 % bioplyn (hypotéza) 300 Nm3/hod kcal/nm3 energie z elektřiny 900 kw, účinnost 35 % energie z teplé vody 650 kw, účinnost 25 % energie z páry 410 kw, účinnost 16 % ztráta 25 %

38 Budoucí úkoly nově navrhnout celkovou energetickou rovnováhu snížit množství spotřebovávané energie ve výrobních procesech vytvořit výrobní procesy tak, aby spotřebovávané množství energie bylo co nejmenší redukovat ztráty co nejvíce zredukovat výkyvy ve spotřebě ve výrobních procesech zlepšit provozní účinnost stávajících technologických zařízení s ohledem na celkovou energetickou rovnováhu zvážit zavedení nových úsporných zařízení

39 Závěr SAPPORO BREWERIES LTD. bude i nadále nabízet kvalitní produkty, aby se naši zákazníci mohli těšit z příjemného a bohatého života, a zároveň bude seriózně pracovat na úkolech souvisejících se životním prostředím. Děkuji Vám za pozornost!

40