Τα βιοκαύσιµα και ο αναπτυξιακός τους ρόλος για τη βιοµηχανία και τον αγροτικό τοµέα ΤΕΕ - Τµήµα Κεντρικής Μακεδονίας υνατότητες Περιβαλλοντικής και Ενεργειακής Αξιοποίησης Βιοαερίου Από Αστικά Στερεά Απορρίµµατα Κωνσταντίνος Βεργανελάκης, ιευθυντής 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 ευτερεύον 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 υπο πίεση (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 δίνουν1mw για 10 χρόνια. (Ανω Λιόσια ~2.000.000tn/year) 1tn απορριµµάτων µε 50% ζυµώσιµα δίνει6-10m 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 Χ Α 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: Ηθερµογόνος 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 οπιοσηµαντικός 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 ειγµατοληψία βιοαερίου και ανάλυση σύστασης: Αποφασιστικής σηµασίας Για κατασκευή & εξοπλισµό Επηρεάζει ιδιότητες λειτουργίας Συχνότητα βλαβών ιάρκεια ζωής κινητήρα αερίου
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. Καύσιµο (ΙΙΙ) ΕΙΓΜΑ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Μεθάνιο ιοξείδιο του Άνθρακα Άζωτο Οξυγόνο Ιχνοστοιχεία & συνοδ. ύλες ΥΓΡΑΣΙΑ ΣΚΟΝΗ Ενώσεις αλογόνων (halogens) Αµµωνία Ολικό θείο, χλώριο, φθόριο Ενώσεις πυριτίου Υδρογονάνθρακές
Λειτουργία Μ.Ε.Κ. ειγµατοληψία βιοαερίου (Ι) Προτιµότερο στην πλευρά υπερπίεσης του αερίου (high pressure side) Tedlar = Polyvinylfluoride Τυπική µέτρηση σύστασης βιοαερίου (2/8/2004) Παράµετρος Μονάδα Αποτέλεσµα Μεθάνιο ιοξείδιο 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. ειγµατοληψία 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) 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 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
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 εξαµενή αερισµού εξαµενή 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 (ΕΣ ΚΝΑ) Εγγυηµένη τιµή πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας Γραφειοκρατικά εµπόδια και µη προβλέψιµες καθυστερήσεις Για την λειτουργία του σταθµού συµπαραγωγής Ανω Λιοσίων Οσταθµός συµπαραγωγής στο Χ..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. Ε. (Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων).
Σχόλια / Συµπεράσµατα (II) Κατασκευή σταθµού συµπαραγωγής / παράµετροι Απαραίτητη προϋπόθεση ύπαρξη ΧΥΤΑ Ρεαλιστική µελέτη / εκτίµηση υφιστάµενου πεδίου βιοαερίου ιαβρωτική φύση αερίου-υγρασία (ανάγκη προεπεξεργασίας) Αντιµετώπιση υψηλών / χαµηλών θερµοκρασιών περιβάλλοντος / σκόνης ιαθεσιµότητα 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 τηνεκµετάλλευση του ενός βγάζουµε ενεργειακό κέρδος µε την πώληση ηλ. ενέργειας & χρήση της θερµικής ενέργειας για να επεξεργαστούµε το άλλο απόβλητο. ιπλό ενεργειακό + περιβαλλοντικό κέρδος!