Τα βιοκαύσιμα και ο αναπτυξιακός τους ρόλος για τη βιομηχανία και τον αγροτικό τομέα ΤΕΕ - Τμήμα Κεντρικής Μακεδονίας Δυνατότητες Περιβαλλοντικής και Ενεργειακής Αξιοποίησης Βιοαερίου Από Αστικά Στερεά Απορρίμματα Κωνσταντίνος Βεργανελάκης, Διευθυντής Λειτουργίας ΒΕΑΛ ΑΕ
Η συσσώρευση των Αστικών Στερεών Απορριμμάτων επιπτώσεις Αύξηση πληθυσμού σε συνδυασμό με την συγκέντρωση του σε αστικά κέντρα δίνει περιορισμένες δυνατότητες εξεύρεσης χώρων διάθεσης. Προσωρινές λύσεις ανεξέλεγκτη διάθεση απορριμμάτων-προβλήματα Επικέντρωση των δραστηριοτήτων αντιμετώπισης των επιπτώσεων στα υγρά (στραγγίσματα) και αέρια (βιοαέριο) απόβλητα υποβάθμιση του περιβάλλοντος
Η συσσώρευση των Αστικών Στερεών Απορριμμάτων leachate Παραγωγή υγρών αποβλήτων (στραγγίσματα) Ρύπανση υδροφόρου ορίζοντα Μείωση αποθεμάτων πόσιμου νερού Επιτακτική ανάγκη κατασκευής ΧΥΤΑ για την συλλογή τους
Η συσσώρευση των Αστικών Στερεών Απορριμμάτων landfill gas Έκλυση βιοαερίου στις χωματερές / ΧΥΤΑ Ορισμός: Είναι το προϊόν του αναερόβιου μεταβολισμού από την μικροβιολογική αποσύνθεση των εναποθημένων απορριμμάτων. Το προϊόν αυτό βρίσκεται σε αέρια φάση Κίνδυνοι πυρκαγιών και εκρήξεων (Παράδειγμα 10/3/2003 Άνω Λιόσια) Συμμετοχή στο φαινόμενο του θερμοκηπίου (το μεθάνιο που περιέχεται στο βιοαέριο είναι 21 φορές πιο ενεργό από το διοξείδιο του άνθρακα)
Η συσσώρευση των Αστικών Στερεών Απορριμμάτων Η λύση ΧΥΤΑ Κατασκευή κυττάρου Χώμα, διαμόρφωση Αργιλικός φραγμός 50cm (3*17) Μεμβράνη 2mm / Γεωύφασμα για προστασία μεμβράνης Άμμος / Χαλίκι ή κομμάτια λάστιχο
Σχηματικό διάγραμμα αξιοποίησης βιοαερίου Φρεάτιο άντλησης Πρωτεύον οριζόντιο δίκτυο Δευτερεύον οριζόντιο δίκτυο Gas collection pipe Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος Ventilator and filter unit Επεξεργασίααφύγρανση βιοαερίου Generating set Transformer
Άντληση βιοαερίου (Ι)
Άντληση βιοαερίου (ΙΙ) Υπόγειο δίκτυο Βιοαέριο σε υποπίεση (κενό) Προστασία από άνθρωπο + φύση Συνολικό μήκος πάνω από 30km Υποχρεωτική συλλογή (μέσω κατάλληλου δικτύου) και ελεγχόμενη καύση του βιοαερίου (σε ειδικούς πυρσούς)
Εκμετάλλευση Βιοαερίου (Ι) 1.000.000 tn απορριμμάτων με 50% ζυμώσιμα δίνουν 1MW για 10 χρόνια. (Ανω Λιόσια ~2.000.000tn/year) 1tn απορριμμάτων με 50% ζυμώσιμα δίνει 6-10m 3 μεθανίου για 10 χρόνια. Βαθμός ανάκτησης από ΧΥΤΑ = 75% Παραγωγή μεταβλητή, ανάλογα με την πάροδο του χρόνου
Εκμετάλλευση Βιοαερίου (ΙΙ) Στόχος μέχρι και φάση V, 10χρόνια Στόχος μέχρι και φάση VI, 30χρόνια
Το έργο στον ΧΔΑ Άνω Λιοσίων
Μ.Ε.Κ. (11*1,26MW + 4*2,43MW)
ΒΕΑΛ ΑΕ Λειτουργία σταθμού συμπαραγωγής & βιολογικού σταθμού επεξεργασίας στραγγισμάτων
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Καύσιμο (Ι) Για την καύση απαιτείται μίγμα αερίου / αέρα Χαρακτηριστικά μεγέθη του καυσίμου αερίου είναι: Η θερμογόνος δύναμη (κατώτερη) ~ 5-6kWh/Nm 3 [Φυσικό αέριο~10 kwh/nm 3 ] Η αντοχή σε κρουστική καύση Η σύσταση του βιοαερίου Ο Αριθμός Μεθανίου (ΜΖ) χαρακτηρίζει την αντοχή κρουστικής καύσης του αερίου & προσδιορίζει την βασική διαμόρφωση κινητήρα
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Καύσιμο (ΙΙ) Παράγοντες που επηρεάζουν τον αριθμό μεθανίου Περιεκτικότητα σε μεθάνιο ο πιο σημαντικός παράγοντας Περιεκτικότητα σε υδρογόνο ύπαρξή του μειώνει τον ΜΖ Υψηλά επίπεδα σε υδρογονάνθρακες δημιουργούν αστάθεια, κρουστική καύση Αδρανές διοξείδιο του άνθρακα & άζωτο δεν λαμβάνουν ενεργό ρόλο στην διαδικασία καύσης και αυξάνουν τον ΜΖ & ελαττώνουν την τάση για προανάφλεξη Δειγματοληψία βιοαερίου και ανάλυση σύστασης: Αποφασιστικής σημασίας Για κατασκευή & εξοπλισμό Επηρεάζει ιδιότητες λειτουργίας Συχνότητα βλαβών Διάρκεια ζωής κινητήρα αερίου
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Καύσιμο (ΙΙΙ) ΔΕΙΓΜΑ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Μεθάνιο Διοξείδιο του Άνθρακα Άζωτο Οξυγόνο Ιχνοστοιχεία & συνοδ. ύλες ΥΓΡΑΣΙΑ ΣΚΟΝΗ Ενώσεις αλογόνων (halogens) Αμμωνία Ολικό θείο, χλώριο, φθόριο Ενώσεις πυριτίου Υδρογονάνθρακές
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Δειγματοληψία βιοαερίου (Ι) Προτιμότερο στην πλευρά υπερπίεσης του αερίου (high pressure side) Tedlar = Polyvinylfluoride Τυπική μέτρηση σύστασης βιοαερίου (2/8/2004) Παράμετρος Μονάδα Αποτέλεσμα Μεθάνιο Διοξείδιο Άνθρακα Οξυγόνο Άζωτο Υδρογόνο Ολικό Θείο Υδρόθειο Χλώριο Φθόριο Πυρίτιο Ατμοί ελαίων (HC C>5) % % % % % Mg/Nm 3 Mg/Nm 3 Mg/Nm 3 Mg/Nm 3 Mg/Nm 3 Mg/Nm 3 59,2 36 <0,1 4,5 <0,1 <2 <10 18,2 <2 <1 28
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Δειγματοληψία βιοαερίου (ΙΙ) Από τους πιο σημαντικούς παράγοντες λειτουργίας και συντήρησης η ύπαρξη πυριτίου μέσω οργανικών ενώσεων του πυριτίου (siloxans) που εμφανίζονται στα Α.Σ.Α. σε καλλυντικά, απορρυπαντικά, αντιαφριστικά Αντιδρούν κατά την διάρκεια της θερμικής επεξεργασίας όπως οι οργανικές ενώσεις Μηχανισμός: C + O 2 CO 2 R-Si +O 2 SiO 2 = άμμος 5 mg/m 3 πυριτίου παράγουν 10,7mg/m 3 SiO 2 250 m 3 /hr βιοαερίου παράγουν (ανά ημέρα) περίπου 65gr SiO 2 Αυτό αντιστοιχεί π.χ. στο βάρος μιας σοκολάτας (ανά ημέρα)
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Λιπαντικά (Ι) Λιπαντικά χρησιμοποιούνται για λίπανση, ψύξη, στεγανοποίηση και καθαρισμό του κινητήρα Συγκεκριμένη λίστα με λιπαντικά / ανακύκλωση χρησ. λιπαντικών Παράγοντες που επηρεάζουν την κατάσταση του λιπαντικού Το λιπαντικό για την συγκεκριμένη εφαρμογή είναι ορυκτό (mineral) με πρόσθετα όπως: αντιοξειδωτικά, αντιδιαβρωτικά, πρόσθετα κατά της φθοράς των μηχανικών μερών, αντιαφριστικά, καθαριστικά με αλκαλικά μέσα Αυξημένο κόστος λόγω ιδιάζουσας μορφής καυσίμου
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Λιπαντικά (ΙΙ) Σημαντικός παράγοντας η ουδετεροποιήση των όξινων προϊόντων (neutralisation of acidic products) επιθετικό βιοαέριο Ασβέστιο στις επικαθίσεις από πρόσθετα λαδιού (κυρίως), προσμίξεις σκόνης (δευτερευούσης σημασίας) Σημαντικός παράγοντας επίσης η περιεκτικότητα του λιπαντικού σε θειική τέφρα Υψηλή περιεκτικότητα (~1%) εξαιρετικά ανθεκτικό πολλές ώρες λειτουργίας αλλά επιβλαβές για τον κινητήρα (δημιουργία επικαθίσεων) Χαμηλή περιεκτικότητα (<0,5%) καθαρός κινητήρας αλλά χρειάζεται ελάχιστη αναλογία τέφρας για να επιτυγχάνεται ξηρά λειτουργία στις βαλβίδες εξαγωγής ειδάλλως υποχώρηση βαλβίδων (valve recession) + λίγες ώρες λειτουργίας
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Λιπαντικά (ΙΙΙ) Επιτακτική ανάγκη συχνής δειγματοληψίας 100hrs λειτουργίας για όλες τις ΜΕΚ 75hrs λειτουργίας για καινούρια ή overhauled μηχανή
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Βλάβες προβλήματα συντήρησης
Λειτουργία σταθμού αξιοποίησης βιοαερίου (I) Εμπειρία στην μακρόχρονη χρήση του εξοπλισμού (μηχανών, δικτύου συλλογής, βοηθητικών συστημάτων, συμπυκνωτών) Προγραμματισμός συντήρησης για την αύξηση της διαθεσιμότητας του σταθμού Η/Π Επιλογή κατάλληλου προσωπικού
Λειτουργία σταθμού αξιοποίησης βιοαερίου (II) Εκπαίδευση προσωπικού / Τήρηση κανόνων ασφάλειας και υγιεινής Βέλτιστη ρύθμιση (ποιότητα / ποσότητα) του δικτύου αναρρόφησης εβδομαδιαία μηνιαία
Εφαρμογή Ανάκτησης Θερμότητας
Εφαρμογή εξάτμισης στραγγισμάτων (Ι) 1MWthαπό κάθε ΜΕΚ (2,4MWel) συνολικά 4 MWth Ανεβαίνει ο συνολικός βαθμός απόδοσης! (56,3% από 40,5%el)
Βιολογικός σταθμός επεξεργασίας στραγγισμάτων Από τον ΧΥΤΑ βαρυτικά ~600m 3 ανά ημέρα Δεξαμενή αερισμού Δεξαμενή εξισορρόπησης 2 μονάδες αντίστροφης όσμωσης 4 εξατμιστές Αντλιοστάσια, βοηθητικές δεξαμενές κτλ.
Εφαρμογή εξάτμισης στραγγισμάτων (IΙ) Στραγγίσματα Προεπεξεργασία 60% permeate 40% brine Υπέρθερμος ατμός μεγάλης ξηρότητας Μονάδα εξάτμισης Υπόλλειμμα 10% (λάσπη( λάσπη) Νερό άρδευσης 90% Αναπλήρωση απωλειών Εναλλάκτης νερού νερού Επιστροφή συμπυκνωμάτων για προθέρμανση Σταθμός συμπαραγωγής Αν αρχικά 400m 3 / day 160 m 3 / day(εξατμιστές) 14 m 3 λάσπη (99% καθαρό) Σημειωτέον ότι 400m 3 /day νερού αντιστοιχεί στο υδραυλικό φορτίο για 1600 κάτοικους
Ποιότητα καθαρισμού στραγγισμάτων
Σχόλια / Συμπεράσματα (Ι) Για την κατασκευή του σταθμού συμπαραγωγής Ανω Λιοσίων Μηχανισμοί κινήτρων Συνεργασία με landfill operator (ΕΣΔΚΝΑ) Εγγυημένη τιμή πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας Γραφειοκρατικά εμπόδια και μη προβλέψιμες καθυστερήσεις Για την λειτουργία του σταθμού συμπαραγωγής Ανω Λιοσίων Ο σταθμός συμπαραγωγής στο Χ.Δ.Α. Α. Λιοσίων, εγκατεστημένης ισχύος 13,8MW e, λειτουργεί από το 2001 με μέση διαθεσιμότητα > 85%. Τους τελευταίους 2 μήνες τέθηκαν σε λειτουργία και οι 4 νέες μονάδες που ανέβασαν την εγκατεστημένη ισχύ ~24 MW e Ανάγκη διατήρησης της βέλτιστης ισορροπίας παραγωγής κατανάλωσης βιοαερίου. Παράβλεψη ή αδιαφορία μπορεί να καταστρέψει το έργο. Οι εκπομπές των αερίων ρυπαντών είναι χαμηλότερες και από τα όρια που τέθηκαν από το Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ. (Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων).
Σχόλια / Συμπεράσματα (II) Κατασκευή σταθμού συμπαραγωγής / παράμετροι Απαραίτητη προϋπόθεση ύπαρξη ΧΥΤΑ Ρεαλιστική μελέτη / εκτίμηση υφιστάμενου πεδίου βιοαερίου Διαβρωτική φύση αερίου-υγρασία (ανάγκη προεπεξεργασίας) Αντιμετώπιση υψηλών / χαμηλών θερμοκρασιών περιβάλλοντος / σκόνης Διαθεσιμότητα οικονομικών πόρων υψηλό αρχικό κόστος (ΒΕΑΛ ύψος επένδυσης ~32εκ ευρώ)
Σχόλια / Συμπεράσματα (ΙΙΙ) Το κίνητρο είναι το κέρδος από την πώληση της ενέργειας αλλά αν δεν συνεκτιμηθούν όλοι οι προηγούμενοι παράγοντες τότε είναι μια ακριβή επένδυση με μεγάλο ρίσκο Τέλος από τα 2 απόβλητα με την εκμετάλλευση του ενός βγάζουμε ενεργειακό κέρδος με την πώληση ηλ. ενέργειας & χρήση της θερμικής ενέργειας για να επεξεργαστούμε το άλλο απόβλητο. Διπλό ενεργειακό + περιβαλλοντικό κέρδος!