Prace przedprojektowe w zakresie przedsięwzięcia pn.: Produkcja biogazu i recykling składników
odżywczych z odpadów organicznych w Zabrzu
Wisła, luty 2014 1
PLAN PREZENTACJI:
• SAVONA PROJECT Sp. z o.o. - wykonawca prac przedprojektowych
• Cel i zakres prac przedprojektowych
• Aktualny stan zaawansowania prac
• Analiza dostępnych substratów – wstępne wyniki
• Zagadnienia problemowe
2
3
SAVONA PROJECT Sp. z o.o.
WYKONAWCA PRAC PRZEDPROJEKTOWYCH
PODSTAWOWE FAKTY:
• Firma konsultingowa i inżynieryjna,
• Na rynku od 2008 roku,
• Forma prawna: Spółka z ograniczoną działalnością,
• Doświadczenie w branży: udział w przygotowaniu kilkudziesięciu projektów związanych z gospodarką odpadową lub osadową oraz energetyką na terenie Polski.
Poprzez efektywne rozwiązania służące ochronie środowiska i poszanowaniu energii, pomagamy naszym
Klientom osiągać założone cele
4
DZIEDZINA (obszar działania):
5
•Instalacje (ITPOK, MBT,inne instalacje termicznego przekształcania);•Systemy gospodarowania odpadami w gminachi regionach
•Instalacje (ITPOK, MBT,inne instalacje termicznego przekształcania);•Systemy gospodarowania odpadami w gminachi regionach
•Instalacje stabilizacji OŚ z możliwością wykorzystania biogazu;•Zakłądy termicznegoprzekształcania OŚ;•Instalacje suszenia OŚ
•Instalacje stabilizacji OŚ z możliwością wykorzystania biogazu;•Zakłądy termicznegoprzekształcania OŚ;•Instalacje suszenia OŚ
•Skojarzona produkcja energii elektrycznej i ciepła
•Skojarzona produkcja energii elektrycznej i ciepła
•Biogazownie komunalne, rolnicze i przemysłowe;•Instalacje kogeneracyjne -spalanie biomasy;•Farmy wiatrowei fotowoltaiczne
•Biogazownie komunalne, rolnicze i przemysłowe;•Instalacje kogeneracyjne -spalanie biomasy;•Farmy wiatrowei fotowoltaiczne
6
ZAKRES DZIAŁANIA:
7
CEL I ZAKRES PRAC PRZEDPROJEKTOWYCH ORAZ
AKTUALNY STAN ZAAWANSOWANIA PRAC
Celem prac przedprojektowych jest przygotowanie koncepcji biogazowni MOSiR w Zabrzu
ZAKRES PRAC PRZEDPROJEKTOWYCH:
• Ocena lokalizacji przedsięwzięcia
• Analiza istniejącej infrastruktury
• Istniejące i planowane zagospodarowanie terenu
• Dokumentacja geologiczna i hydrogeologiczna
• Analiza opcji technologicznych
• Program funkcjonalno-użytkowy
• Uzyskanie decyzji o uwarunkowaniach środowiskowych.
8
ZAAWANSOWANIE PRAC PRZEDPROJEKTOWYCH:
• Opracowana karta informacyjna przedsięwzięcia zawierająca:
– Ocenę lokalizacji przedsięwzięcia
– Analizę istniejącej infrastruktury
– Istniejące i planowane zagospodarowanie terenu
• Opracowany projekt robót geologicznych
• Analiza dostępnych substratów
• Zapytania ofertowe i oferty technologiczne
• Procedury administracyjne:
– Złożony wniosek o wydanie „decyzji środowiskowej”
– Złożony wniosek o zatwierdzenie projektu robót geologicznych
9
LOKALIZACJA:
Legenda:
1. Istniejące Miejskie Składowisko Odpadów Komunalnych;
2. Teren planowanej inwestycji;
3. Regionalna Instalacja Przetwarzania Odpadów Komunalnych w Zabrzu.
10
Istniejąca infrastruktura elektroenergetyczna:•Linia wysokie napięcia 110 kV,•Stacja energetyczna SN/nN 6/0,4kV.
Istniejąca infrastruktura gazowa: •Sieć Polskiej Spółki Gazownictwa Oddział w Zabrzu - gazociąg stalowy DN 400 pracujący pod ciśnieniem roboczym do 2,8 bar.
Istniejąca infrastruktura wodociągowa:•Sieć Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów - istniejący punkt odbioru wody pn: „ul. Cmentarna – wysypisko”.
INFRASTRUKTURA:
11
PLANOWANE OPCJE WYKORZYSTANIA BIOGAZU:
12
Biogazowania - Produkcja biogazu
Biogazowania - Produkcja biogazu
Oczyszczanie
Spalanie - Produkcja energii
elektrycznej i cieplnej
Wzbogacanie biogazu do biometanu
Wtłaczanie biometanu do sieci gazowej
Biometan jako paliwo w pojazdach
SCHEMAT IDEOWY PLANOWANEJ BIOGAZOWNI:
13
Jednostkakogeneracyjna CHP "mała" lub kocioł
Eksport biogazu do sieci gazowej
OPCJA 2
Energia cieplna i elektryczna na potrzeby własne biogazowni
Jednostkakogeneracyjna CHP "mała" lub kocioł
Wykorzystanie biogazu w trznsporcie (CNG)
OPCJA 1
Jednostkakogeneracyjna CHP "duża"Eksport energii
elektrycznej do sieci
OPCJA 3
Węzeł sterylizacji
Substraty wymagające sterylizacji
Substraty nie wymagające sterylizacji
SUBSTRATY DO PROCESU
OPCJE WYKORZYSTANIA PRODUKTÓW PROCESU
Zbiornik buforowy + separatorPrzepompownia Zbiornik pofermentacyjny/laguna
ZAGOSPODAROWANIE POZOSTAŁOŚCI
Zawrót wody procesowej
Wykorzystanie nawozowe/rekultywacja
Wywóz na oczyszczalnię ścieków
Zbiornik uśredniający i/lub hydrolizer
Fermentator pierwotny(i ewentualnie wtórny)
PROCES PRODUKCJI BIOGAZU
Uszlachetnianie biogazu
Pochodnia awaryjna
14
ANALIZA DOSTĘPNYCH SUBSTRATÓW – WSTĘPNE WYNIKI
15
WYJŚCIOWY POTENCJAŁ SUBSTRATÓW – 224 700 Mg/r:
METODYKA OPTYMALIZACJI MIXU SUBSTRATÓW DLA OSIĄGNIĘCIA ZAŁOŻONEJ MOCY BIOGAZOWNI 1 MWel:
•I etap selekcji – ocena następujących kryteriów:
– Potencjał produkcyjny,
– Efektywność ekonomiczna,
– Zawartość wody i substancji organicznych,
– Ryzyko procesowe i uciążliwości związane z transportem,
•II etap selekcji – mix substratów generujących przychód „na bramie”,
•III etap selekcji – uzupełnienie mixu substratami generującymi koszty „na bramie”.
16
POTENCJAŁ PRODUKCYJNY SUBSTRATÓW [MWel]:
17
PRODUKCJA ENERGII W CHP:
• Czas pracy biogazowni – 8 760 h/rok
• Dyspozycyjność CHP – 90% czasu pracy biogazowni
• Sprawność wytwarzania energii elektrycznej - 39%
• Zawartość metanu w biogazie – 59%
POTENCJAŁ PRODUKCYJNY WSZYSTKICH SUBSTRATÓW WYRAŻONY JAKO MOC ELEKTRYCZNA CHP 4,3 MWel
ZAŁOŻONA WIELKOŚĆ BIOGAZOWNI – 1 MWel
Ocena substratów wg założonych kryteriów
18
EFEKTYWNOŚĆ EKONOMICZNA POTENCJALNYCH SUBSTRATÓW „NA BRAMIE”:
•Ceny za odbiór odpadów;
•Koszty pozyskania substratów;
•Koszty transportowe;
•Jednostkowy wskaźnik produkcji biogazu [m3/Mg].
19
EFEKTYWNOŚĆ EKONOMICZNA SUBSTRATÓW [PLN/m3BIOGAZU]:
20
I ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
21
Substrat
Potencjał produkcyjny
Efektywność ekonomiczna „na bramie”
Zawartość wody i substancji organicznej
Ryzyko procesowe i uciążliwości
transportowe
Kwalifikacja
"-/0/+" "-/0/+" "-/0/+" "-/0/+" "TAK/NIE"
Przeterminowana żywność + + + + TAK
Flaki, pierze, krew + + 0 - NIE
Resztki warzyw - + + + TAK
Odpady kuchenne 1 TAK
Odpady kuchenne 2 TAK
Odpady kuchenne 3 TAK
Przepalony olej - 0 - - NIE
Gnojowica świnska + - + + TAK
Serwatka + - + 0 NIE
Odpady poubojowe - + + - NIE
Obornik ptasi, kurzy 1+ - 0 - NIE
Obornik ptasi, kurzy 2Padlina kurza, padlina, odpady kat. 2 i 3
- + + - NIE
Padłe indyki - + + - NIE
Odpady poubojowe i osady z oczyszczalni
+ + + - TAK
Wytłoki browarnicze + - + + TAK
Obornik świński - - 0 - NIE
Stary chleb, odpady piekarnicze
0 0 + + TAK
Ciastka i ciasto - 0 + + NIE
Odseparowana tkanka tłuszczowa
0 + - 0 NIE
Obornik koński - - 0 - NIE
SUBSTRATY WYBRANE DO II ETAPU:
SUBSTRATY WYSELEKCJONOWANE DO II ETAPU WRAZ Z ICH POTENCJAŁEM PRODUKCYJNYM:
22
SubstratPotencjał produkcyjny
kWel
Przeterminowana żywność, resztki warzyw, odpady kuchenne 1-3 280
Stary chleb, odpady piekarnicze 71
Odpady poubojowe i osady z oczyszczalni 238
Wytłoki browarnicze 1 833Gnojowica świńska 721
Suma 3 143
Potencjał substratów generujących przychód ‚na bramie” – 588 kWel
Potencjał substratów generujących koszt „na bramie” – 2 555 kWel
II ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
Optymalizacji składu substratów dokonywano w 3 wariantach symulacyjnych.
W wariancie 1:
23
• W pierwszej kolejności do mixu substratowego przyjęto substraty i odpady generujące przychód „na bramie”
• Dla bezpieczeństwa w modelu biznesowym założono wykorzystanie 50% potencjału masowego w/w substratów
MOC ELEKTRYCZNA CHP OSIĄGANA Z W/W SUBTRATÓW WYNOSI:
0,3 MWel
SPOŚRÓD SUBSTRATÓW GENERUJĄCYCH KOSZT „NA BRAMIE” (GNOJOWICA ŚWIŃSKA, WYTŁOKI BROWARNICZE)
NALEŻY DOBRAĆ ILOŚĆ UMOŻLIWIAJĄCĄ OSIĄGNIĘCIE MOCY 0,7 MWel
SPOŚRÓD SUBSTRATÓW GENERUJĄCYCH KOSZT „NA BRAMIE” (GNOJOWICA ŚWIŃSKA, WYTŁOKI BROWARNICZE)
NALEŻY DOBRAĆ ILOŚĆ UMOŻLIWIAJĄCĄ OSIĄGNIĘCIE MOCY 0,7 MWel
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
24
W wariancie 1 symulacji przyjęto następujące założenia:
•W pierwszej kolejności założono uzupełnienie strumienia wytłokami browarniczymi, które charakteryzują się wyższą niż gnojowica efektywnością ekonomiczną „na bramie”.
•Uzupełnienie strumienia gnojowicą przyjęto w takiej proporcji aby uzyskać na wejściu do biogazowni zawartość suchej masy około 20%.
•Gnojowica będzie stanowić główne źródło wody procesowej, która dodatkowo jest recyrkulowana w instalacji biogazowni.
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
25
Substrat
Ilość substratów
Procent suchej masy
poszczególnych substratów
Jednostkowe wskaźniki produkcji biogazu
Wielkość produkcji biogazu
Jednostkowe koszty "na
bramie"
Roczne koszty "na bramie"
Moc elektryczna
Mg/rok % m3/Mg m3/rok PLN/Mg PLN/rok kWel
Przeterminowana żywność 2 338 27,0% 110 257 202 200 467 640 67
Resztki warzyw 54 25,0% 60 3 240 100 5 400 1
Odpady kuchenne 1 1 427 18,0% 190 271 149 100 142 710 71
Odpady kuchenne 2 2 15,6% 150 270 100 180 0,1
Odpady kuchenne 3 18 14,4% 120 2 160 100 1 800 1
Gnojowica świńska 18 360 6,6% 30 550 800 -35 -642 600 144
Odpady poubojowe i osady z oczyszczalni
3 240 30,0% 140 453 600 200 648 000 119
Wytłoki browarnicze 18 350 30,0% 140 2 569 000 -150 -2 752 500 673
Stary chleb, odpady piekarnicze
174 27,0% 780 135 720 100 17 400 36
Suma 43 963 4 243 141 -2 111 970 1 111
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
26
Biogazownia 1 MW –roczne ilości substratów w Mg
Biogazownia 1 MW –udział w produkcji energii
WARIANT 1
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
27
Spostrzeżenia dla konfiguracji wsadu w wariancie 1:
•Substraty generujące koszt „na bramie” stanowią około 83 % masowego strumienia substratów biogazowni.
•Substraty generujące koszt „na bramie” są źródłem około 73 % wyprodukowanego biogazu i energii.
•Źródłem wody dla biogazowni jest jeden z w/w substratów – gnojowica. W związku z tym jej ilość wynika głównie z zamiaru zapewnienia odpowiedniego stężenia suchej masy na wejściu. Udział w strumieniu masowym wynosi około 42% natomiast udział w wytwarzaniu energii to około 13%.
•Najistotniejszym substratem, warunkująca wielkość produkcji energii są wytłoki browarnicze (60% udziału w wytwarzaniu energii). Jest to substrat planowany do pozyskania od jednego dostawcy co w istotny sposób zwiększa ryzyko biznesowe przedsięwzięcia – brak dywersyfikacji.
Alternatywnie dokonano symulacji pracy biogazowni przy założeniach - wariant 2:
•Wykorzystanie 50% potencjału masowego substratów generujących przychód „na bramie”.
•Uzupełnienie wsadu substratami kosztotwórczymi do mocy 0,5 MWel przy zachowaniu stężenia suchej masy około 20% na wejściu poprzez zastosowanie gnojowicy.
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
28
Biogazownia 0,5 MW –roczne ilości substratów w Mg
Biogazownia 0,5 MW – udział w produkcji energii
WARIANT 2
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
29
Przeprowadzona symulacja w wariancie 2 pozwala na następujące spostrzeżenia:
•Substraty generujące koszt „na bramie” stanowią około 66 % masowego strumienia substratów biogazowni.
•Substraty generujące koszt „na bramie” są źródłem około 47 % wyprodukowanego biogazu i energii.
•Źródłem wody dla biogazowni jest jeden z w/w substratów – gnojowica. Jej udział w strumieniu masowym wynosi 43%, w produkcji energii 13%.
•Udział w produkcji energii z wytłoków browarniczych zmniejszył się z ponad 60-ciu do 34%.
•Koszt wyprodukowania biogazu „na bramie” jest dodatni co oznacza przychód w tym punkcie bilansowym.
Kolejna symulacja – wariant 3a, została dokonana przy założeniu pracy jednostki 0,5 MWel i wykorzystaniu potencjału rynkowego substratów przychodowych na poziomie 85%.
Dodatkowo założono zakup jedynie gnojowicy jako źródła wody przy jednoczesnej rezygnacji z wytłoków.
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
30
Biogazownia 0,5 MW –roczne ilości substratów w Mg
Biogazownia 0,5 MW –udział w produkcji energii
WARIANT 3a
III ETAP SELEKCJI SUBSTRATÓW:
31
Przeprowadzona symulacja w wariancie 3a pozwala na następujące spostrzeżenia:
•Substratem generującym koszt „na bramie” jest gnojowica stanowiąca około 36 % masowego strumienia substratów biogazowni i mająca około 10-cio procentowy udział w wytwarzaniu energii.
•Koszt wyprodukowania biogazu „na bramie” jest mocno dodatni co oznacza przychód w tym punkcie bilansowym.
•Źródłem wody dla biogazowni jest gnojowica, która może zostać zastąpiona (w całości lub części) przez wodę wodociągową i obiegową.
Powyższe stwierdzenie stanowiło podstawę do obliczeń bilansowych w wariancie 3b, przy następujących założeniach:
•Cena wody wodociągowej – 5,0 PLN/m3
•Ilość wody – 7 344 m3/rok co pozwala uzyskać zawartość suchej masy na poziomie ok. 18%
•Zakup 1 500 Mg/rok wytłoków browarniczych (7% strumienia masowego i 10% udziału w produkcji energii)
W wyniku symulacji dla wariantu 3b uzyskano moc 0,5 MWel przy cenie 1 m3 biogazu „na bramie” wynoszącej 0,91 PLN
ZAGADNIENIA PROBLEMOWE:
32
• Przy założeniu „bezpiecznego” poziomu wykorzystania substratów generujących przychód „na bramie” – 50%, uzupełnienie wsadu do mocy 1 MWel wymaga dobrania znacznych ilości substratów kosztotwórczych, w efekcie czego:
o znaczna część wyprodukowanej energii (60%) zależy od kupowanych od jednego dostawcy wytłoków browarniczych co niesie ze sobą ryzyko zapewnienia dostaw w okresie eksploatacji biogazowni,
o koszt wyprodukowania 1 m3 biogazu liczony wg kosztów pozyskania substratów jest ujemny i wynosi -0,50 PLN/m3
• Dla w/w poziomu pozyskania substratów (50% potencjału rynkowego) wartym rozważenia jest uzupełnienie wsadu do wielkości biogazowni 0,5 MWel.
• Moc 0,5 MWel może zostać wygenerowana przy zastosowaniu substratów generujących przychód przy założeniu wykorzystania ich potencjału rynkowego na poziomie 85%. Opłacalność takiego przedsięwzięcia wyrażona jako koszt 1 m3 biogazu „na bramie” będzie zdecydowanie wyższa.
• Jako źródło wody i substrat stabilizujący proces można wykorzystywać gnojowicę lub uzyskiwać odpowiednie uwodnienie poprzez dodanie wody wodociągowej i uzupełnienie substratów poprzez np. zakup wytłoków.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘDZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
Biuro w Krakowieul. Ludwinowska 7/830-331 Krakówtel. 12 398 18 71 fax. 12 398 18 72 GSM 669 926 800e-mail: [email protected]
SAVONA PROJECT Sp. z o.o.ul. Słowackiego 33-3733-100 Tarnówtel. 14 636 10 21 tel. 14 656 45 40 do 43 fax. 14 636 10 22 GSM 607 906 800e-mail: [email protected]
33
Top Related