BIOGÁZ HÁZI DOLGOZAT Kacz Károly részére Készítette: Szabó Miklós Árpád Gödöllő 2011 július
1. Bevezetés A dolgozatom célja, hogy egy konkrét példán keresztül megvizsgáljam a Sejtrobbantásos Economizer SE rendszert egy állati hulladékokat is felhasználó biogáz üzem esetén. A projekt Kiskunfélegyházán meglévő gazdasági társaságok hulladék kezeléséhez kapcsolódik. Fő célom a gazdaságilag legoptimálisabb rendszer és technológia kiválasztása. Az üzem alapanyag bázisa egy baromfi feldolgozó és a helyi hulladék kezelő által kiválogatott szerves lakossági hulladék feldolgozására épül. A környékben található állattartási és egyéb vágóhidak hulladékával kiegészítve. A telephely kiválasztásánál és terveknél fontos szempont a későbbi bővítési lehetőség biztosítása. A dolgozatban részletes elemzést kívánok készíteni a különböző technológiákkal elérhető gázkihozatal és beruházási költségek összehasonlítása alapján. 2. A projekt céljának, indokoltságának bemutatása A Integrál zrt. központi telepe Kiskunfélegyháza külterületének határán baromfi vágóhidat üzemeltet, a területen közvetlen közelében található a helyi szennyvíz tisztító telep, a fagyasztott sütőipari termékeket gyártó Fornetti zrt, a helyi mezőgazdasági közép iskola tangazdasága, a 15 km-es és a Regionális hulladéklerakó 12.4 km távolságra helyezkedik el Tömörkény közelében és a város 10 km-es körzetében jelentős szarvasmarha állomány található. Biogáz telep kialakítási lehetőségei
A projekt megvalósítását támogató körülmények: A felhasznált alapanyagok kizárólag másodlagos és harmadlagos biomassza alapanyagokb a szalma kivételével, így az élelmiszer ár emelkedése nem veszélyezteti a rendszer működését. Az Integrál zrt -ben keletkező állati eredetű hulladék és az integrátori rendszeren keresztül tenyésztett liba telepeken keletkező almos trágya az előírásoknak megfelelő megsemmisítése ill. elszállítása kezelése jelentős költséget képvisel. A közelben található szarvasmarha telepeken keletkező almos és hígtrágya semlegesítése megoldható. A vágóhíd és a sütőipari termékeket gyártó üzemeknek jelentős hőenergia igényére felhasználható a gázmotoroknál keletkező hőenergia A hulladéklerakóban a 2012-es évvel komposztáló lesz kialakítva és a közvetlen közelben található szennyvíztelepen is van kész kihasználatlan komposztáló A tangazdaság területén található ipari terület, melyre engedélyeztethető a rendezési terv módosítása nélkül a biogáz telep. Alapanyagok elhelyezkedése
A célok, az adottságok és lehetőségek pontos megismerése során fogalmazódtak meg, melyek rendszerét az alábbi ábra mutatja be: Az önkormányzat átfogó környezetvédelmi, vidékfejlesztési koncepcióval jelenleg nem rendelkezik, kialakítsa folyamatban van. A biogáz üzem beruházás szervesen tud beépülni a tervezetbe, mivel környezetet terhelő hulladék feldolgozásával hozzájárul az élhetőbb környezet kialakításához, részese lehet a turisztikai lehetőségeknek, továbbá a helyi oktatási intézményekkel együttműködve szemléletformáló példát mutat. Számos mezőgazdasági vállalkozással kialakított partneri viszony során olyan addicionális célok és lehetőségek fogalmazódhatnak meg, amelyek alapján a beruházás munkahelyeket teremthet, pótlólagos beruházások kiváltásával (állattartó telepek trágyatárolói) munkahelyeket őriz meg, a meglévő vállalkozásoknak kiszámítható, hosszú távú fenntartható működést biztosít. A beruházónak természetes célja egy sikeres működésen alapuló jövedelemtermelés. A jövedelmek további megújuló energiatermelő beruházásokat indukálhatnak. Nemzetgazdasági szinten is körvonalazható és megvalósítható célokat fogalmazható meg. Az üzem működésével megújuló energiát termel, amely hozzájárul a növekvő energiaigények kielégítéséhez, az import esetleges csökkentéséhez. Középtávon cél egy olyan működő üzemi modell kialakítása, amely adaptálásával azonos alapanyag ellátottságú területen - alakítható ki decentrális energiatermelés. A konkrét projekttel, illetve más projektek kialakításával hozzá járul Magyarország nemzetközi vállalásaihoz, mint például kibocsátás csökkentés, megújuló energiák részarányának növelése. Mindezen célok elérésével az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése, a klímavédelmi szemléletváltás kialakításához hozzájárul.
3. A megoldandó probléma, a fejlesztési igény bemutatása. A rendelkezésre álló alapanyagokat kiegészítve hatékonyan működő biogáz üzem működtethető, a támogatással együtt pedig gazdaságosan is, a jelentős beruházási igény miatt. A vágóhíd és a üzem meleg víz és gőzigényét a telepítésre kerülő biogáz motor/ok ki tudja elégíteni. A vágóhídi hulladék mezőgazdasági szalmával, zöld hulladékkal kiegészítve biológiai úton a telephelyen belül biológiai úton megsemmisíthető, nem kell elszállítani és a végtermékben nem jeleneik meg a megsemmisítés költsége. A másodlagos termeltetésével a helyi kistérség munkaerő megtartási képessége növelhető. A termeltetési rendszer bevezetésével más vállalkozások is jól tervezhető, folyamatos, kiszámíthat bevételhez tudnak jutni. A keletkezett fermentlé maradék és biohumusz a termelési rendszerben résztvevő zöld termelők számára értékesítésre kerülhet talajerő utánpótlás céljából. Az üzem hőigényén felüli hőenergiát a közelben lévő szociális otthon fűtésére fel lehet használni, melyről a város vezetéssel szándék nyilatkozat is aláírásra került. Jelentősen csökken a projekt gazda és esetlegesen a közvetlen közelben levő üzemek földgáz felhasználása, amely ÜHG kibocsátás csökkenést eredményez. 4. A projekt hosszú távú közvetlen és közvetett céljai és elvárt eredményei: A beruházás helyszínén ill. a közelében a szükséges alapanyag mennyiség számítások alapján egy P = 1600 kwe elektromos teljesítményű biogáz üzem létesítését teszi lehetővé. Az üzem közvetlen célja: A vágóhídi hulladék - olcsó üzemanyagként - történő felhasználásával elektromos energiát előállítani, és azt értékesíteni. Az elektromos áram termelése során melléktermékeként keletkező, önfogyasztáson felüli hőmennyiséget felhasználni és értékesíteni indokolt. Mindezzel rentábilis jövedelmező - működést lehetséges biztosítani. Közvetett célok: A beruházó hulladékgazdálkodásának hosszú távú megoldása. A gázfűtés kiváltásával az ÜHG kibocsátás jelentős csökkentése. Az eddigihez viszonyítva környezetkímélőbb tevékenységbiztosítása. Elvárt eredmények (közvetlen és közvetett): A projekt cég jövedelmezőségének biztosítása, a befektetett tőke reális időn belüli megtérülése. A beruházónál az olcsóbb fűtés, illetve a többlet árbevétel miatt a jövedelmezőség javulása. Környezeti terhelés csökkenése. Trágya, hulladék kezelésével (erjesztésével) talajerő visszapótlásban kevésbé környezet terhelő anyagot viszünk vissza. ÜHG kibocsátás csökkenés. Megújuló energiahordozóból (hulladékból) történő elektromos áram előállítás. Fűtésben földgáz kiváltás.
4. Alapanyag forrás összetétele: 1. Hagyományos mezofíl technológiával kinyerhető gázmennyiség: Alapanyag táblázat Bemenő anyagok Szubsztrát Termésho Terület Szárazanyag fajlagos biogáz Metán fajlagos CH4 szárazanyag Szárazanyag mennyiség zam t/ha igény ha kihozatal sz.a. CH4 Biogáz Fajlagos gázterm 1 t/év t/ha ha % % Nm3/toTS % Nm3CH4/toT S t/év t/év Nm3 Nm3 Nm3 CH4/tnyers szalma 4 000 5 800 88% 87% 370 57% 211 3 520 3 062 645 860 1 133 088 161 Liba trágya 0 0 8% 75% 470 60% 282 0 0 0 0 #ZÉRÓOSZTÓ! Liba trágya almos 0 0 28% 80% 570 60% 342 0 0 0 0 #ZÉRÓOSZTÓ! marha almos trágya 5 800 30% 78% 280 60% 168 1 740 1 357 228 010 380 016 39 marha hígtrágya 1 300 11% 80% 250 60% 150 143 114 17 160 28 600 13 baromfi vér 347 17% 95% 500 60% 300 59 56 16 826 28 043 48 vegyes baromfi hús 1 161 35% 90% 520 60% 312 406 366 114 054 190 090 98 állathulla 24 25% 90% 520 60% 312 6 5 1 678 2 797 70 Ívszita hulladék 139 15% 90% 520 60% 312 21 19 5 869 9 782 42 Szenyvíz iszap 512 17% 80% 500 60% 300 87 70 20 877 34 794 41 kommunális hulladék 2 500 25% 85% 600 60% 360 625 531 191 250 318 750 77 16 233 800 60% 6 607 5 581 1 241 583 2 125 960 76 152 Üzemóra/év 8160 Üzemelési nap/év 340 Karbantartás nap/év 24 Óránkénti gáz igény 261 m3 Karbantartási idő alatt Karbantartás óra/év 576 óra képződő gázmennyiség 150 068 m3 1 m3 biogáz fűtőértéke az adott CH4 mal 6 kw Tüzelőanyag teljesítmény 1 563 kw Tervezett Villamos hatásfok 40% Elektromos teljesítmény 625 kw Éves összes Tervezett Termikus hatásfok 42% Hőteljesítmény 657 kw megújuló 2 276 028 m3 összesített hatásfok 82% felhasználás Karbantartás alapanyag igénye Szubsztrát Termésho Terület Szárazanyag fajlagos biogáz Metán fajlagos CH4 Bemenő anyagok szárazanyag Szárazanyag Nm3 CH4 mennyiség zam t/ha igény ha sz.a. szalma 530 5 106 88% 87% 370 57% 211 466 406 85 539 150 068 Éves össz alapanyag 16 762 906 7 073 5 986 1 327 122 2 276 028 Nm3 Biogáz
2. Sejtrobbantásos Economizer SE rendszerrel kinyerhető gázmennyiség: Alapanyag táblázat Bemenő anyagok fajlagos Szubsztrát Termésho Terület Szárazanyag fajlagos biogáz Metán szárazanyag CH4 Szárazanyag mennyiség zam t/ha igény ha kihozatal sz.a. CH4 Biogáz Fajlagos gázterm 1 t/év t/ha ha % % Nm3/toTS % Nm3CH4 /tots t/év t/év Nm3 Nm3 Nm3 CH4/tnyers szalma 4 000 5 800 88% 87% 680 57% 388 3 520 3 062 1 186 986 2 082 432 297 Liba trágya 0 8% 75% 470 60% 282 0 0 0 0 #ZÉRÓOSZTÓ! Liba trágya almos 0 28% 80% 570 60% 342 0 0 0 0 #ZÉRÓOSZTÓ! marha almos trágya 5 800 30% 78% 580 60% 348 1 740 1 357 472 306 787 176 81 marha hígtrágya 1 300 11% 80% 250 60% 150 143 114 17 160 28 600 13 baromfi vér 347 17% 95% 670 60% 402 59 56 22 546 37 577 65 vegyes baromfi hús 1 161 35% 90% 700 60% 420 406 366 153 534 255 890 132 állathulla 24 25% 90% 700 60% 420 6 5 2 259 3 766 95 Ívszita hulladék 139 15% 90% 700 60% 420 21 19 7 901 13 168 57 Szenyvíz iszap 512 17% 80% 500 60% 300 87 70 20 877 34 794 41 kommunális hulladék 2 500 25% 85% 700 60% 420 625 531 223 125 371 875 89 16 233 800 60% 6 607 5 581 2 106 694 3 615 278 130 258 Üzemóra/év 8160 Üzemelési nap/év 340 Karbantartás nap/év 24 Óránkénti gáz igény 443 m3 Karbantartási idő alatt Karbantartás óra/év 576 óra képződő gázmennyiség 255 196 m3 1 m3 biogáz fűtőértéke az adott CH4 mal 6 kw Tüzelőanyag teljesítmény 2 658 kw Tervezett Villamos hatásfok 40% Elektromos teljesítmény 1 063 kw Éves összes Tervezett Termikus hatásfok 42% Hőteljesítmény 1 116 kw megújuló biogáz 3 870 474 m3 összesített hatásfok 82% felhasználás Karbantartás alapanyag igénye fajlagos Szubsztrát Termésho Terület Szárazanyag fajlagos biogáz Metán Bemenő anyagok szárazanyag CH4 Szárazanyag Nm3 CH4 mennyiség zam t/ha igény ha sz.a. szalma 901 5 180 88% 87% 370 57% 211 793 690 145 462 255 196 Éves össz alapanyag 17 133 7 400 6 270 2 252 156 3 870 474 Nm3 Biogáz
5. Gazdasági analízis A valós gazdasági célok és eredmények eléréséhez az üzemelés, illetve üzemrekonstrukció energetikai és gazdasági számításainál a megnövekedett biogázhozamot a többlet beruházási és üzemelési költségekkel együtt kell figyelembe venni. Az alábbi számítások alapját az előző oldalon található táblázat átlagértékei képezik. Az energetikai számításoknál a saját fogyasztási adatokat a hagyományos technológiánál mérnöki becsléssel határoztam meg, a sejtrobbantásos technológiánál a Készenlét zrt megtérülési számításában használt értékek alapján arányosítottam. Hatásfok számításhoz a villamos energiánál 40%, a hőenergia esetében 42%-t használtam, míg a villamos energia eladási árára 11 ct/kwh-t vettem fel. A gáz értékét 2,9 Ft/MJ-ban vettem figyelembe, a kapcsolódó rhd értékeket az EON weboldaláról töltöttem le. Előkezelés nélküli Sejtrobbantásos mezofil tech. technológia Különbség Villamos energia mérleg Villamos energia termelés 625 1 063 15 000 kwh/nap 25 512 kwh/nap Saját fogyasztás 807 kwh/nap 1 168 kwh/nap Nettó villamos energia termelés Bevétel villamos energiából Éves rendelkezésre állás 14 193 kwh/nap 1 561 EUR 90% 24 344 kwh/nap 2 678 EUR 90% 10 151 kwh/nap Éves bevétel villamos energiából 512 846 EUR 879 666 EUR 366 819 EUR Hőenergia mérleg Hőtermelés Termelt napi hőenergia Saját fogyasztás Nettó hőenergia Éves hőenergia (MJ) Éves megtakarítás hőenergiából Összes többlet bevétel 657 kw 1 116 kw 15 768 kwh 26 784 kwh 8 012 kwh 15 768 kwh 18 772 kwh 3 004 kwh 19 867 680 MJ/év 23 652 332 MJ 3 784 652 MJ 197 943 EUR 235 650 EUR 37 707 EUR 404 526 EUR A karbantartási költségek összehasonlításakor a különbségeket nem vettük figyelembe, mivel a hagyományos rendszereknél az aprítók illetve a feladószivattyúk generál felújítási költségei várhatóan magasabbak, mint az alternatív előkezelő egység hasonló költségtételei. 6. Összefoglalás A sejtrobbantásos technológiára épülő előkezelő egység várható beruházási költsége megközelítőleg 1.250.000. A hagyományos technológia esetén az állati eredetű hulladék miatt a szubsztrátum hőkezelése elengedhetetlen, ezért sejtrobbantásos technológia gazdaságosan választható alternatíva lehet. A megvalósítási tanulmányterveben részletes kidolgozása javasolt.
7. Irodalom jegyzék: 8. 1. K.Kacz Utilization Of Biomass as Biogas 2. Heinz Schulz Barbara Eder Biogázgyártás 3. Fodor László Készenlét zrt Összehasonlító tanulmány 4. Bai Attila Lakner Zoltán Marosvölgyi Béla- Nábráédi András A biomassza Felhasználása 9. Mellékletek EON gáz RHD díjszabás