Depóniagáz kinyerése és energetikai hasznosítása a dél-alföldi régióban

Átírás

1 Szegedi Energiagazdálkodási Konferencia SZENERG 2017 Depóniagáz kinyerése és energetikai hasznosítása a dél-alföldi régióban Dr. Molnár Tamás Géza Ph.D főiskolai docens SZTE Mérnöki Kar Műszaki Intézet

2 Bevezetés A szilárd települési hulladékban található szerves anyag bomlásakor keletkező gázt hívjuk depóniagáznak. Helyesen művelt és lezárt lerakóhely lényegében egy természetes nagy térfogatú bioreaktornak fogható fel ahol anaerob körülmények dominálnak A települési hulladékok bomlásából keletkező biogáz problémakörével azóta foglalkoznak behatóan, mióta kimutatható, hogy földünkön a természetes és antropogén metán, szén-dioxid kibocsátás hozzájárul, az un. üvegházhatás jelenség kialakulásához.

3 Üvegházhatást okozó gázok hatása a környezetünkre GWP (Global Warming Potencial) - a globális felmelegedési potenciál, azt mutatja meg, hogy az adott időtartamban a vizsgált gáz azonos tömegű széndioxidhoz képest milyen mértékű üvegházhatást fejt ki Depóniagázok szerepe hazánk légszennyező anyag kibocsátásában Depóniagázok CO 2 egyenértéke

4 A lerakóban keletkező depóniagáz mennyisége A depóniagáz keletkezése egy sajátos lebomlási görbét ad, melynek vége gyakran a lerakóhely lezárása utáni évig is eltart. Mennyiség alakulását két lépcsőben lehet számítani: a szerves hulladékrész elméleti bomlásából a tényleges mérések alapján mért értékekből Elméleti számítások szerint a hulladék összetétel függvényében m 3 /t depóniagáz keletkezik évente a hulladéklerakó telepen. A ténylegesen kinyerhető gázmennyiség ennél kevesebb 2-3m 3 /t depóniagáz nyerhető ki. Ténylegesen kinyerhető gázmennyiség

5 Depóniagáz minőségi paraméterei Fő komponensek Metán CH térfogat % Szén-dioxid / CO térfogat % csökkenti a gáz fűtőértékét etán C 2 H 6 0,01 térfogat % Nitrogén (semleges) / N 2 0,45 térfogat % csökkenti a gáz fűtőértékét Oxigén (robbanásveszély) / O 2 0,13 térfogat % korróziós hatás+vízgőz kén-hidrogén / H 2 S 0,90 térfogat % korróziós hatás ammónia / NH 3 csökkenti a gáz fűtőértékét hidrogén / H 2 biztonságtechnikai kockázat illékony zsírsavak, merkaptánok ppm műanyag alkatrészek Depóniagáz hasznosítás jövőbeni lehetőségeinek összefoglalása A depóniagáz összetétele függ a depónia korától, lerakott anyagok összetételétől, és a környezeti viszonyoktól, kitermelés technológiájától.

6 A hódmezővásárhelyi kommunális hulladéklerakó elhelyezkedése és helyszínrajza ANYAG ÉS MÓDSZER VIZSGÁLATOK HELYE ÉS IDŐPONTJA A vizsgálataimat az A S A Hódmezővásárhely Köztisztasági Kft tulajdonát képző kommunális szilárd hulladéklerakóján (01957/1 hrsz) végzetem közötti időszakban., 40 db gázkút esetében. A hulladéklerakó teljes kapacitása 3,9 millió m 3 hulladék, ami várhatóan 50 évre biztosítja Hódmezővásárhely és térségének hulladékainak elhelyezését, 20 ha területen került kialakításra, a depóniák végső magassága elérheti a 30 m.

7 Vertikális gázkinyerő kutak háromszöges elrendezése Az aktív rendszer a lerakó peremén és a lerakóban hálózatosan elhelyezett csövekből áll. A csövek lehetnek függőleges vagy vízszintes elhelyezésűek. Az egyes kutakat és csöveket egy fővezeték köti össze, amelynek a végén egy kompresszor van, ezzel hozzák létre a fővezetékben a vákuumot. Amikor a vákuum létrejön, kialakul egy hatásterület, amely a kutakkal behálózott területre terjed ki.

8 DEPÓNIAGÁZ ELLENÖRZŐ ÉS MÉRÉSI RENDSZER ELHELYEZKEDÉSE Depóniagáz ellenőrző és kinyerő rendszer általános felépítése és mérési pontok elhelyezkedése

9 Villamos energia termelés depóniagázból Egy blokk névleges villamos teljesítménye Generátorok névleges feszültsége Első ütemben megépülő blokkok száma:2 db Második ütemben megépülő blokkok száma 1db Teljes kiépítettség esetén a termelt villamos teljesítmény A megtermelt villamos energiából elfogyasztásra kerül A kiadott villamos teljesítmény az első ütemben: A kiadott villamos teljesítmény a második ütem után: A blokkok állásakor vételezett önfogyasztás: 160 kw 400 V 320 kw 160 kw 480 kw /3 blokk max. 10 kw. 300 kw 450 kw 10 kw Kogenerációs erőmű adatai Évente Gázfelhasználás m 3 /óra 45,5 Összhatásfok % 85 Számított éves üzemeltetési időtartam % nap Számított napi üzemeltetési időtartam óra óra Gázfelhasználás m 3 /nap m3 Bruttó villamos energia kwh/nap kwh Értékesíthető villamos energia kwh/nap kwh

10 Kogenerációs erőmű energiafolyam-diagramja Veszteség 1,5 % Tüzelőanyaggal bevezetett energia: 100 % Mechanikai energia: 36 % GENERÁTOR Q ü Hő (füstgáz+hűtővíz+olaj) 62,5 % Hűtővíz+ olaj 26 % Vízhűtésű turbótöltő Füstgáz 10 % 36,5 % FÜS TGÁZ HŐCS ERÉLŐ Sugárzási veszteség 1,5 % A gázmotorok energetikai hatékonyságának jellemzésére a következő összefüggést alkalmazhatjuk, melynek értéke 0,75..0,93 között változhat. FE P GM Q Q ü GM Veszteség 0,3 % P GM Villamos energia 34,5 % HŰTŐVÍZ HŐCS ERÉLŐ Q GM Hasznosítható hő 58,2 % Veszteségek 4 % A fajlagos villamosenergia-termelés értéke gázmotorokban a összefüggéssel írható le, melynek értéke 0,6 és 1,1 között. P GM : gázmotor mechanikai teljesítménye [kw], Q GM : hasznosítható hő [kw], Q Ü : tüzelőanyag bevezetett energia [kwh] G/G P Q GM GM A villamos hatásfoka meghatározása a gázmotoros hasznosítás esetében, értéke 0,28-0,46, a berendezés teljesítményétől függően. GM P Q GM ü

11 A gázmotoros mérőrendszer elvi felépítése Emmiszio mérés Térfogatáram mérő PC A gázmotor hűtőrendszere és a kialakított mérési helyek Kenőolaj hőcserélő T v - Hűtővíz E - térfogatáram-mérő

12 A hőenergia hasznosítása a hulladéklerakó telepen Az éves tüzelőanyag mennyiségének kiszámításánál figyelembe kell venni évi fűtési órák száma a meteorológiai statisztika alapján (4200 h/év) napi fűtési órák aránya a 24 órához (hazai időjárási és életviteli adatok alapján) 60 % A hódmezővásárhelyi telepen az éves üzemeltetési óraszám: 4370 h A szociális épület éves hőszükséglete: Q = ,74 MJ/év Az épületben elhelyezett kazán hatásfoka 85 % (GB-Ganz típus) Biogáz fűtőértéke: H biogáz = 23,4 MJ/m 3 m η k Q H biogáz ,74 MJ/év 3 0,85 23,4 MJ/m 8526,9854 m 3 /év Földgáz fűtőrtéke: H 28,08-32 MJ/m földgáz 3 m η k Q H földgáz ,74 MJ/év 0,85 28,08 MJ/év 7105,8211m 3 /év

13 depóniagáz mennyisége [m 3 /h] Január Február Március Április Május Június Július Augusztus Szeptember Október November December depóniagáz mennyiség [m3] depóniagáz metántartalom [%] Depóniagáz mennyiségi és minőségi paramétereinek változása a villamos energia termelésre vizsgálat eredményei 30000, , ,00 depóniagáz mennyisége [m3] depóniagáz metántartalma [%] 56,00 54,00 52,00 50,00 Hónap Depóniagáz energiatart. [MJ] Villamos energia [MWh] Depóniagáz CH 4 [%] Depóniagáz mennyisége [m 3 /hó] Január ,16 53, ,41 Február ,15 53, ,41 Március ,93 47, , , , ,00 48,00 46,00 44,00 42,00 Április ,66 49, ,23 Május ,07 54, ,25 Június ,99 53, ,36 0,00 40,00 Július ,84 49, ,35 Augusztus ,51 51, ,18 Szeptember ,27 46, , , , ,00 Október ,97 46, ,56 November ,03 46, ,25 December ,17 48, ,35 Összesen ,62 447,75 49, , , ,00 y = 503,35x ,2 R 2 = 0, ,00 0,00 44,00 46,00 48,00 50,00 52,00 54,00 56,00 depóniagáz metántartalma [%] A depóniagáz metántartalmának változása és a mennyiségi paraméterekre a következő egyenlettel írható le.: y =503,35x -2716,2 az R 2 = 0,2646,ahol a korrelációs együtthatóértéke r=0,51.

14 Január Február Március Április Május Június Július Augusztus Szeptember Október November December értékesített villamosenergia [MWh] depóniagáz mennyisége [m 3 /hó] értékesített villamosenergia [MWh] Január Február Március Április Május Június Július Augusztus Szeptember Október November December értékesített villamos energia [MWh] depóniagáz metántartalma [%] értékesített villamosenergia [MWh] Villamos energia termelés és depóniagáz mennyisége és minősége között vizsgálat eredménye értékesített villamos energia [MWh] depóniagáz metántartalma [%] 50,00 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 56,00 54,00 52,00 50,00 48,00 46,00 44,00 42,00 40,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 y = 0,8263x - 4,0699 R 2 = 0, ,00 46,00 48,00 50,00 52,00 54,00 56,00 depóniagáz metántartalma [%] y =0,8263x - 4,0699 az R 2 = 0,2634, a korrelációs együttható értéke r=0,51 értékesített villamosenergia [MWh] depóniagáz mennyisége [m3] 50,00 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, , , , , ,00 45,00 40,00 35,00 y = 0,0016x + 0,3323 R 2 = 0, ,00 25,00 20,00 15, depóniagáz mennyisége [m 3 ] y =0,0016x +0,3323 az R2 = 0,9997, a korrelációs együttható értéke r=0,99

15 Depóniagáz hasznosítási módszerek ÖSSZEFOGLALÁS Elégetés gázfáklyában (ártalmatlanítás) Elégetéses hőtermelés kazánban (melegvíz, gőz) Energiatermelés gázmotorban (ko-, trigeneráció) Energiatermelés mikro-turbinában Felhasználás közlekedési eszközökben Felhasználás tüzelőanyag cellában Földgáz hálózatban való hasznosítás

16 KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET VISZONTLÁTÁSRA