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, szén-dioxidra 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 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 Szagterhelés Zajterhelés 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