Transcript Depóniagáz

A depóniagáz energetikai
hasznosítása
Marcsó Zoltán
A depóniagáz keletkezése
• A kommunális hulladékban lévő szerves
anyag anaerob bomlásakor keletkező gáz
• Anaerob biodegradációval jön létre
• Nagy molekulájú szerves anyagokból a
hidrolitikus baktériumok kis molekulájú
vegyületeket képeznek
• A hidrolízis végtemékei a savképző
baktériumok táplálékai
A depóniagáz keletkezése
• Végül a metanogének a savképzés
bomlástermékeit (ecetsav, hidrogén)
hasznosítják
• A szerves anyagokat metánra, széndioxidra és vízre bontják le
• A metánbaktériumok növekedésének az
előfeltétele az oxigéntől és napfénytől való
teljes elzártság
A depóniagáz összetételének
alakulása
A depóniagáz főbb komponensei
• CH4 (45-65 %) – hasznosíthatóság,
veszélyesség
• CO2 (30-50 %) – nagy fajsúly, kiszorítja az
oxigént
• N (10-20 %) – az atmoszférából jut be a
depóniagázba
• H (1-4 %)
• vízgőz
• O – metánnal reakció, öngyulladás,
robbanásveszély
• Nyomelemek
A depóniagáz főbb komponensei
• Nyomelemek – 2 csoport:
• 1. A gáz képződés melléktermékei:
kénhidrogén (H2S), ammónia (NH3), a gázképződés
kezdeti fázisában termelődő hidrogén (H2), a szerves
oxigén-, kén-, és nitrogén vegyületek.
Jellemző szag
Kénvegyületek okozta korrózió
• 2. A beszállított hulladék összetevői:
Illékony organikus anyagok, nyílt láncú, aromás és
halogén szénhidrogének, szerves szilícium
vegyületek
A depóniagáz kitermelése
• Kompresszorok, rotációs fúvók
• Az elszíváshoz a depóniatelepeken
egyenletesen elosztott gázkivételi kutak
telepítésére van szükség
• Minden kútfejben tudni kell állítani az
elszívás mértékét, mivel akkor jó az
elszívás, ha pontosan annyi gázt szívunk
el amennyi keletkezik.
A kitermelés hatása az összetételre
• A környezeti levegő alapvetően két
lehetséges úton kerülhet a gázba:
1. Gázgyűjtő és szállító rendszer
tömítetlenségein keresztül
2. A lerakótéren keresztül
• A kútfejben a légbetörés a depónia
végleges lefedéséig gyakorlatilag
elkerülhetetlen
A kitermelés hatása az összetételre
• Az elszívás során a környezeti levegőből
oxigén és nitrogén kerül a gázba
• Az oxigéntől aerob klíma jöhet létre, így nő
a CO2 szint és csökken a metántartalom
• A CO2 nagyobb aránya könnyíti a
semlegesítést
• A metántartalom az energetikai
hasznosítás határértéke alá csökkenhet
A keletkező depóniagáz
mennyiségi becslése
• A hull. lerakó lezárása után 20-30 évig is
eltarthat, és ezt 15-20 év aktív időszak
követi
• A mennyiség meghatározása fontos:
– a kibocsátás meghatározásához,
– az ártalmatlanító, hasznosító berendezések
méretezésének
• Elméleti számítások: 40–300 m3/t szemét
• Gyakorlatban: 2–3 m3/t szemét/ év
Gázprognózis modellek
• Dr. Weber / Dr. Doens gázprognózis
modell
• Rettenberger / Tabasaran gázprognózis
modell
• Stachowitz becslése
A depóniagáz energetikai
hasznosítása
A depóniagáz energetikai
hasznosítása
• Depóniagáz, mint tüzelőanyag
• Fűtőérték a metántartalomtól függ
• 50 %-os CH4 tartalom mellett a fűtőérték
~17 MJ/m3 értékre becsülhető
• További tisztítás lehetősége
• A hasznosítási lehetőségek a
hulladéklerakó környéki igényaktől, és a
jogszabályi hátterektől egyaránt függ
A depóniagáz energetikai
hasznosítása
• A hazai gazdasági és jogszabályi hátteret,
figyelembe véve a villamos energia
termelés a leggazdaságosabb
hasznosítási forma
• A villamos energia termelés mellett szól a
56/2002. (XII.29.) GKM rendelet:
– „Zöld energia”, átvétele kötelező
– Magas átvételi ár
A depóniagáz energetikai
hasznosítása
• 2007. évi LXXXVI. törvény a villamos energiáról:
– „171. § … (3) A 11. § (1) bekezdés b) pontja szerinti,
átvételi kötelezettség alá eső megújuló
energiaforrásból előállított villamos energia
legmagasabb induló átvételi ára k*24,71Ft/kWh.”
– „(4) A (3) bekezdésben meghatározott „k” tényező
értéke 2008. január l-jétől a Központi Statisztikai
Hivatal által 2007-ben utoljára közzétett, 2006 azonos
időszakához viszonyított aktuális (utolsó) éves
fogyasztói árindex értéke.”
– DÉMÁSZ 2010. október: 20,46Ft/kWh - 21,54 Ft/kWh
Hőtermelés kazánban
Hőtermelés kazánban
• A gőzt állíthatunk elő, a nagynyomású gőzt
turbinára vezethetjük, amely a gőz energiáját
mozgási energiává alakítja, ezt generátorban
villamos energiává alakíthatjuk
• Ennek a műszaki megoldásnak a hátrányai:
– a villamos energia termelésre vonatkoztatott hatásfok
alacsony: ~30%
– fajlagos beruházási költsége nagyon magas:
(~3.000 €/kW).
Energiatermelés gázmotorban
Energiatermelés gázmotorban
• Legelterjedtebb megoldás.
• A gázmotor egy dugattyús erőgép. A
főtengelyen megjelenő mozgási energiát
generátor alakítja villamos energiává.
• A kipufogógáz hőjéből gőztermelésre is
lehetőség nyílik. De ezzel csak
technológiai hőigényt tudunk kielégíteni,
gőzkörfolyamatot nem tudunk erre
alapozni.
Energiatermelés gázmotorban
• A megoldás előnyei:
– a magas villamos energia kihozatali hatásfok:
~39%
– alacsony fajlagos beruházási
költség(~480€/kW)
• (Hátránya):
– gőztermelésre csak a kipufogógázzal távozó
hő alkalmas
Gázturbinás hasznosítás
Gázturbinás hasznosítás
• A beszívott levegőt egy kompresszor
összesűríti, majd az égéstérben a sűrített
levegőben a depóniagáz elég
• A forró füstgáz egy turbinát hajt meg, a
turbina tengelyén megjelenő (forgó)
mozgási energiát generátor alakítja
villamos energiává
Gázturbinás hasznosítás
• A műszaki megoldás a hátrányai:
– a villamos energia termelésre vonatkoztatott
hatásfok alacsony: ~33%
– a depóniagáz nyomását meg kell növelni (~30
bar), hogy az égéstérbe be lehessen juttatni.
• A megoldás előnye:
– a füstgáz hőmérséklete magas, az itt távozó
hő így gőz formájában kinyerhető
Gázturbinás hasznosítás
Gázturbinás hasznosítás
• A rendelkezésre álló gőz energiája
gőzturbina-generátor gépegységben
villamos energiává alakítható
• Ezzel a műszaki megoldással akár ~65%os villamos energia kihozatali hatásfok is
elérhető, azonban hátránya a rendkívül
magas (1.800 €/kW) beruházási költség és
az, hogy egyedi tervezést igényel
Kombinált ciklusú gázturbina
Gázturbinás hasznosítás
• A gyakorlatban néhány száz kW
egységteljesítményű mikro-gázturbinákat
használnak
• Előnye: a nyomásviszony alacsony (~2-2,5), így
jelentős nyomásfokozás sem szükséges,
továbbá légcsapágyak alkalmazása miatt nincs
szükség olajhűtésre
• Hátránya: a villamos energia kihozatali hatásfok
alacsony: ~30%, és a veszteségként távozó hő,
az alacsony hőfok miatt csak forróvíz termelésre
fordítható
Turbec T100 CHP mikro gázturbina
Környezetvédelem
• Füstgáz emisszió
– A tisztítás és földgázhálózatba táplálás
kivételével elégetjük a depóniagázt
– CO2 kerül a környezetbe, ami kevésbé káros
– nem hanyagolható el a CO és NOx
kibocsátás
• Szagterhelés
– legszubjektívebb környezeti ártalmaknak
• Zajterhelés
Gazdasági megfontolás
• A kötelező ártalmatlanítás legegyszerűbb
módszere a fáklyázás
• Hasznosabb az olyan rendszer, amely az
ártalmatlanítást energetikai hasznosítás
mellett teszi
• Villamos energiát könnyű és relatív olcsó
elszállítani, a szolgáltatóknak kötelező
átvenni, jó áron: k*24,71 Ft/kWh