Biogáz betáplálása a gázhálózatba

Energiatermelés, -átalakítás, -szállítás és -szolgáltatás

BME OMIKK

ENERGIAELLÁTÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG VILÁGSZERTE 45. k. 11. sz. 2006. p. 50–58.


Biogáz betáplálása a gázhálózatba Ma már kiérlelt és bevált műszaki megoldások vannak a biogáz tisztítására, metánkoncentrációjának fokozására. Az így kezelt gáz mind gépjárművek meghajtására, mind a kommunális gázhálózatba való betáplálásra alkalmas. Noha a technológia már rendelkezésre áll, még a biogáz termelésében élenjáró országokban (Svédország és Svájc) is csak egy töredéke kerül a gázhálózatba.

Tárgyszavak: biogáz; gázhálózat; metán.

A megújuló energiákról szóló német törvény

se biogázzal hajtott motor-generátor egységek-

(Erneubare Energiegesetz, EEG) legutóbbi

kel. Az 1. ábra tanúsága szerint mind a létesít-

módosítása megemelte a megújuló energiahor-

mények száma, mind az összteljesítmény üte-

dozókból előállított villamos energia átvételi

mesen növekszik. A törvény által hosszú távon

árát, illetve annak a különböző, az állam által

garantált átvételi ár a biomassza sokféle fel-

támogatandónak ítélt jellemzőivel kapcsolatos

használási lehetősége közül a villamos energia

felárait. Ez további lökést adott a megújuló

termelése és hálózatba való betáplálása irányá-

energiahordozók felhasználásának. Nem kivé-

ba tolja el a fejlődést. Gazdaságossági szem-

tel ez alól a biomassza felhasználása sem.

pontból ezzel jelenleg csak a kizárólagos hőelőállítás veheti fel a versenyt olyan helyeken, ahol egyszerre van lehetőség biogáz előál-

A biogáz jelentősége

lítására, és ugyanakkor egész évben nagyjából egyenletes igény van a hőenergiára. Ez a kettős

A biomassza legjelentősebb alkalmazási terüle-

feltétel csak ipari üzemekben, például papírgyá-

te Németországban a villamos energia termelé-

rakban és élelmiszeripari üzemekben áll fenn.

50


létesítmények száma összesen

teljesítmény összesen 500

2000

2010

1500

1760

1608

341 300

1360 1000

2230 400

247

1043 850

49 0 1999. dec.

190

160

500 78

200

teljesítmény, MWe

létesítmények száma, db

2500

100

111

0 2000. dec.

2001. dec.

2002. dec.

2003. dec.

2004. dec.

1. ábra A biogázra alapozott villamosenergia-termelés Németországban

Ha csak villamos energiát állítanak elő a bio-

a biogáz betáplálása a földgázt szállító helyi

gázból, akkor a villamos hatásfok kb. 40%,

gázhálózatba, mivel a felhasználás helye gyak-

és ez egyben az egész felhasználás eredő ha-

ran eltér a termelésétől, illetve a gáznak jóval

tásfoka is, így a biogáz energiájának nagyob-

nagyobb az energiasűrűsége, mint a nyers-

bik része hulladékhőként veszendőbe megy.

anyagáénak, ezért gazdaságosabb a gáz szállí-

Mivel a biomassza általában decentralizált

tása. Ehhez azonban először elő kell a gázt

módon keletkezik, a hulladékhő felhasználása,

készíteni, mivel összetétele jelentősen eltér a

a kapcsolt villamosenergia- és hőtermelés

földgázétól.

(KHV) általában nem valósítható meg gazdaságosan.

A biogáz kezelése Más felhasználási módok is szóba jöhetnek a biogázt illetően. Sokfelé, elsősorban a harma-

Amint azt az 1. táblázat szemlélteti, mind a

dik világban használják elégetve főzésre, illet-

biogáz, mind az ún. csatornagáz (a szennyvíz-

ve vízmelegítésre. Több fejlett országban, el-

ből természetes úton kiváló gáz) elsősorban

sősorban Svédországban és Svájcban használ-

szén-dioxidból sokkal többet tartalmaz, mint a

ják a biogázt teherautók, illetve autóbuszok

földgáz.

meghajtására. További igen érdekes alternatíva

51


1. táblázat A biogáz, a csatornagáz és a földgáz összetétele Biogáz

Csatornagáz

Földgáz

Metán

50–70%

60–70%

93–98%

Szén-dioxid

25–40%

30–40%

1%

Nitrogén

<3%

4%

1%

Oxigén

<2%

1%

–

Hidrogén

nyomokban

nyomokban

–

Kénhidrogén

max. 4000 ppm

max. 1000 ppm

–

Ammónia

nyomokban

nyomokban

–

Etán

–

–

<3%

Propán

–

–

Siloxan

nyomokban

<2%

<6 mg/m

3

–

Annak, hogy a biogázt be lehessen táplálni a

1. a biogáz szén-dioxidjának adszorbeálása

helyi gázhálózatba, előfeltétele az összetétel

aktív szénen vagy molekuláris szűrőn, nagy

megváltoztatása, elsősorban a szén-dioxid ki-

nyomás (kb. 10 bar) mellett; 2. nyomáscsökkentés és a biogáz átvezetése a

vonása. A gázfogyasztók ugyanis teljes joggal

következő kolonnába (ahol újra az 1. lépés

igényt tartanak az állandó minőségre.

következik be), környezeti levegővel való átöblítés mellett;

A biogáz kezelésének két módszere kristályo-

3. a szén-dioxid deszorpciója az aktív szénből

sodott ki mostanra, elsősorban a Svédországban,

Franciaországban,

Hollandiában

vagy molekuláris szűrőből, szintén környe-

és

zeti levegővel való átöblítés mellett;

Svájcban lefolytatott kutatások és üzemi kísér-

4. a nyomás növelése és biogáz bevezeté-

letek nyomán.

se, előkészítendő a következő ciklus 1. lépését.

A nyomásváltoztatásos adszorpció Ennél a leginkább elterjedt eljárásnál (2. ábra)

A 97%-ot meghaladó metánkoncentráció el-

a biológiai mosóban elvégzett kéntelenítés

éréséhez adott biogázmennyiségre a ciklust

után a következő négy lépés ciklikus lefolyta-

legalább kétszer le kell futtatni.

tása során zajlik le a reakció:

52


biológiai mosó

sűrítő

tiszta gáz kénhidrogén eltávolítása PSA 1

bioreaktor fermentáló

kénleválasztó

PSA 2

PSA3

PSA 4

kondicionálás szennyvíz hulladék gáz kondenzátum

levegő

vákuumszivattyú

impregnálás

2. ábra A nyomásváltoztatásos adszorpciós eljárás sémája

tiszta gáz szárítás

abszorpió

szűrő vízszivattyú hűtés

fermentáló

deszorpció 2

sűrítő

deszorpció 1

bioszűrő

leválasztó

CO2-ben dús gáz

levegőfúvóberendezés

3. ábra A nagynyomású átmosás vízzel

eljárásnál előzetes kéntelenítés nélkül 10 bar

Nagynyomású átmosás vízzel

nyomásra sűrítik, és abszorpciós kolonnába A másik eljárás a nagynyomású átmosás vízzel

vezetik a biogázt. A kolonna kavicságyas reak-

(3. ábra). Ez azt használja ki, hogy változó

torként van kiképezve, a gáz alulról fölfelé

nyomás esetén a metán és a szén-dioxid kü-

áramlik benne, felülről lefelé ellenáramban 5–

lönböző módon oldódik a vízben. Ennél az

25 oC hőmérsékletű víz halad. A szén-dioxid 53


és a kén-hidrogén feloldódik a vízben, a gázban

lyen alkalmazzák a másik eljárást. A biogáz

levő esetleges por és mikroorganizmusok szin-

előállításához

tén. A megtisztított gáz fönt hagyja el a kolon-

szennyvíztisztítók hulladékát használják fel,

nát, a metántartalom egy lépésben 97–98%-ra

szerepet kapnak a vágóhidak, illetve a cukor-

nő. A folyamat jellege miatt a gázba kerülő

ipar és a burgonyafeldolgozás maradványai is.

vízgőzt ezután ki kell kondenzáltatni. A mosó-

A szelektíven gyűjtött kommunális hulladék

vízből többszöri nyomáscsökkentéssel lehet az

csak néhány helyen szolgáltatja a nyersanya-

elnyelt gázokat felszabadítani. Az első lépésben

got. A gázhálózatba való betáplálásnál nem-

még annyi metán van az így kinyert gázban,

csak a kis szén-dioxid-tartalom, hanem a föld-

amit érdemes a nyers gázhoz visszavezetni.

gázét elérő fűtőérték is megvalósítandó cél,

a

létesítmények

felénél

a

ezért a kezelés után propángázt is kevernek a A két vázlatosan ismertetett módszer igen

biogázhoz (az északi-tengeri földgázlelőhelyek

megbízható az üzemeltetés szempontjából.

magas fűtőértékű terméke képezi a viszonyítá-

További lehetőségek a kémiai adszorpció és

si alapot). A svéd állam főként a jogi szabá-

abszorpció, a membrános gázleválasztás és a

lyozás hiánya, illetve kuszasága miatt nem

kriogén gázleválasztás.

támogatja a biogáz termelését és felhasználását, ezért sokféle felhasználási mód alakult ki, de a villamos energia termelése alig kap szere-

Üzemi tapasztalatok

pet. Gyakori eset az, hogy a termelés környékén többféle módon alkalmazzák az előállított

A továbbiak azon országok tapasztalatait fog-

gázt, a domináns összetevő a gépjárművek

lalják össze, ahol már kiterjedten, több éve

hajtógázaként való értékesítés. A gázüzemek

üzemszerűen működnek biogázkezelő létesít-

néhány kilométeres helyi vezetékeken keresz-

mények, akár a hálózatba táplálás, akár a fűtő-

tül látják el a környék „gáztankolóhelyeit”. Az

érték fokozása céljából.

országban 50 olyan benzinkút található, ahol gázt lehet tankolni, ezek felében biogázt árul-

A legtöbb tapasztalatot Svédországban gyűj-

nak, a másik felében pedig földgázt. Kb. 4700

tötték, ahol jelenleg kereken 20 biogázkezelő

gépkocsi üzemel gázzal, ezek egy része városi

üzem működik. Ezek közül kettőben táplálják

autóbusz. A helyi közösségek – felismerve a

be a végterméket a gázhálózatba. A két emlí-

környezet kímélésének fontosságát – a gáz-

tett technológia közül itt a vízzel végzett nagy-

üzemű autók beszerzésének többletköltségeit

nyomású átmosás dominál, csak néhány he-

felerészben átvállalják. 54


A legnagyobb biogázüzem a Stockholm mel-

szédos „gáztankolóhelyen” értékesítik a kör-

letti Henriksdalban működik. A főváros kom-

nyék 70 gázüzemű autója tulajdonosainak,

munális szennyvizének tisztításakor keletkező

illetve itt tankol az üzem saját 20 hulladék-

hulladékból anaerob rothasztás révén termelik

gyűjtő és 4 egyéb teherautója is. A kezelt gáz

a gázt. A felhasználás többféle módon valósul

fennmaradó részét közepes nyomáson betáp-

meg: három környező távfűtőmű kazánjaiban

lálják a kommunális gázhálózatba.

elégetve (6,9 MWth), négy távfűtőmű összesen 700 kWe nagyságú saját villamos teljesítmény-

Svédországban kialakult a biogáz kezeléséhez

igényének fedezésével, valamint 600 Nm3/h

és elosztásához szükséges berendezések gyár-

mennyiségben tisztítva-kezelve. A kezeléshez

tása is, ami a moduláris konstrukcióknak kö-

a nagynyomású vízzel való átmosás technoló-

szönhetően a kis szériák ellenére gazdaságos-

giáját használják, a tisztított (sőt szagosított)

nak mondható. A berendezések teljesen auto-

gázt a helyi „gáztankolóhelyen”, egy 3 km

matizáltak, a tapasztalatok szerint a megbízha-

távolságban levő buszgarázs hasonló üzem-

tóságukkal nincs probléma.

anyag-állomásán értékesítik, valamint betáplálják egy közeli lakónegyed gázhálózatába.

A másik élenjáró ország Svájc, ahol kb. tíz éve

Az üzem 2003 óta zavartalanul és minden

alkalmazzák az eljárásokat. 2005 tavaszán a

érintett teljes megelégedésére működik, továb-

kis országban hat ilyen üzem működött, főként

bi 800 Nm3/h kezelési kapacitás beruházása

szelektíven gyűjtött háztartási szemetet, zöld

folyamatban van. Helsingborg-Filborna bio-

hulladékot és éttermi hulladékokat használnak

gázüzeme más jellemzők mellett működik, a

kiinduló anyagként. A hat létesítmény közül

kísérleti üzem 1996 óta, az iparszerű üzem

négyben helyben állítják elő a gázt biomasszá-

2003 óta. A kiindulási anyag itt élelmiszeripari

ból, kettőben pedig csak a tisztítást és kezelést

hulladék, a keletkező biogáz metántartalma

végzik. Két üzemben a végterméket betáplál-

80%. A megtermelt gáz nagyobbik részét a

ják a gázhálózatba, további felvevőpiacot je-

szintén helyi szemétlerakóban keletkező gáz-

lent a 14 „természetes gáztankolóhely”, vagyis

zal keverve távfűtésre és ezzel kombinált

biogázt a gázzal működő autók felhasználónak

villamosenergia-termelésre használják, össze-

árusító „benzinkút” (egyébként 57 olyan ben-

sen kb. 2 MW villamos és 7,1 MW hőtel-

zinkút van az országban, ahol gázt, zömmel

jesítményt előállítva. 350 Nm3/h mennyiségű

földgázt lehet tankolni). A hálózatba táplálás

biogázt a nyomásváltoztatásos adszorpció

koncepciójának sikeréhez nagyban hozzájárult

módszerével kezelik, ennek egy részét a szom-

a világos feltételek, korrekt szerződések rend55


szere, amely a létesítmények gyártóinak és

energia átvételi árát és az egyes tényezők miat-

üzemeltetőinek, illetve a közművek üzemelte-

ti felárakat, amennyiben azt betáplálják a vil-

tőinek együttműködését szabályozza. Jó példa

lamos hálózatba. Ez azt okozza, hogy várható-

a gázkezelésre Otelfingen üzeme, ahol évi

an a jövőben is a biogáz felhasználásának leg-

10 000 tonna zöld hulladékot és éttermi mara-

fontosabb módja a villamos energia termelése

dékot gázosítanak el. A fekvő elrendezésű

lesz, amely kapcsolt hőenergia-termeléssel

reaktorban naponta kb. 5 000 m3 biogázt állí-

kiegészítve magas hatásfokot tesz lehetővé.

tanak elő. Egy 50 Nm3/h kapacitású, a nyomásváltoztatásos adszorpció elvén működő

Ugyanakkor ma már kiérlelt és bevált műszaki

berendezésben a termelődő biogáz egy részét

megoldások vannak a biogáz tisztítására, me-

tisztítják és kezelik, a kezelt gázt a közeli

tánkoncentrációjának fokozására. Az így kezelt

„gáztankolóhelyen” értékesítik. Ez azonban

gáz mind gépjárművek meghajtására, mind a

nem veszi fel a teljes megtermelt gázmennyi-

kommunális gázhálózatba való betáplálásra

séget, ezért a fennmaradó gázt kezelés nélkül

alkalmas. Noha a technológia már rendelkezés-

elégetik két közeli távfűtőműben, ahol mini

re áll, még a biogáz termelésében élenjáró or-

villamos erőmű is működik 190 kWe és 90

szágokban (Svédország és Svájc) is a biogáznak

kWe névleges teljesítménnyel.

csak egy töredéke kerül a gázhálózatba. Ennek lehet az is oka, hogy igen sok gazdasági szerep-

Németországban biogáz kezelésére egyetlen

lőnek (a biohulladék előállítója, a gázt előállító

kísérleti üzemet építettek meg. Számos ez irá-

üzem, a gázt kezelő létesítmény, a gázhálózat

nyú projektet menet közben leállítottak, két

üzemeltetője és a gáz fogyasztói) kell együtt-

kezdeményezés pedig még a tervezési fázisban

működnie a zökkenőmentes működéshez. Min-

elhalt.

den bizonnyal fontos ok az is, hogy a megoldást egyik európai országban sem kezeli a kormányzat kiemelten, nincs rá állami támogatás.

Összefoglaló következtetések A kőolaj tartósnak ígérkező magas ára ugyanA jelenleg érvényes körülmények között, első-

akkor a biogáz versenyképességét állami tá-

sorban megújuló energiákról szóló törvény

mogatás nélkül is megalapozza, illetve előrelá-

alapján a biogáz gazdaságosan előállítható és

tó helyi önkormányzatok pótolhatják a hiányzó

felhasználható. A törvény 20 évre garantálja a

állami gondoskodást. A biogáz tisztítás utáni

megújuló energiaforrásokra alapozott villamos

felhasználása gépkocsikban és a kommunális 56


gázhálózatok

fogyasztóinak

Irodalom

háztartásaiban

olyan alternatívát kínál a termelőknek, amely [1] Scholwin,

(Németországban) a támogatások garantálásá-

F.;

Hoffmann,

F.;

Plättner,

A.:

Einspeisung von Biogas in Erdgasnetze. = VDI-

nak törvényben előírt határideje után is lehető-

Berichte, 2006. 1929. sz. h. n. p. 109–122.

vé teszi a termelt mennyiség gazdaságos értékesítését.

[2] A

Német

Biogáz

Szövetség

portálja.

=

http://www.biogas.org

Összeállította: Kis Miklós

Röviden… Rendszerüzemzavar Európában – tények és tanulságok A 2006. november 4-én bekövetkezett, Európa jelentős részét érintő áramellátási zavar elemzése nemcsak az okok feltárása, hanem a hasonló események jövőbeli bekövetkezési esélyének csökkentése miatt is rendkívül fontos. Bár a részletes elemzés hosszabb időt vesz igénybe, néhány alapvető megállapítás azonban már az eseményt követően is megtehető. A Magyar Villamos Művek Zrt. és leányvállalata, a nemzeti nagyfeszültségű hálózatot tulajdonló MAVIR ZRt. ezért a következők szerint foglalta össze az események első elemzését. A tények November 4-én este 22 óra 10 perc körül az észak-német távvezetékrendszerben üzemzavar történt (az első elemzések szerint ennek kiváltó oka az volt, hogy az Ems folyó fölött átívelő nagyfeszültségű távvezetéket lekapcsolták, hogy egy hajó balesetmentes áthaladását lehetővé tegyék – az üzemeltető E.ON szerint a dolog tervszerűen történt, és korábban rendszeresen így jártak el), ami dominó-effektussal több távvezeték kikapcsolódásához vezetett. Ennek eredményeként az európai villamosenergia-rendszer kezdetben kettő, majd három részre szakadt. A kezdeti rendszerbomlás két részre vágta Németországot, Ausztriát. A nyugati rész Belgiummal, Hollandiával, Spanyolországgal, Portugáliával, Olaszországgal és Szlovéniával, a keleti rész a CENTREL országokkal (Lengyelországgal, Csehországgal, Szlovákiával, Magyarországgal), ukrán szigettel és kezdetben a délkelet-európai országokkal maradt szinkronban. Miután a Németország északi részén lévő szélerőművek a keleti részben maradtak, a nyugati részben az igény lényegesen meghaladta a betáplálást. Ennek következményeként a frekvencia gyorsan csökkenni kezdett egészen 49 Hz-ig. Az automatikus terheléskorlátozó rendszerek az UCTE előírásoknak megfelelően azonnal működésbe léptek, és ennek eredményeként fogyasztók millióit kapcsolták le a hálózatról. A keleti részrendszerben – ennek maradt része a magyar hálózat is – a túltermelés gyors frekvencianövekedést eredményezett, amelynek eredményeként 50,4 Hz-re növekedett a frekvencia. Ez több magyarországi erőműben a frekvencianövekedés elleni védelem működését indította, ami a közüzemi nagykereskedő mérlegkörében is több termelő, a Csepeli Erőmű, Újpesti Erőmű, Kelenföldi Erőmű leállását eredményezte. Mivel ekkor viszont a termelés már kisebb lett az igénynél, a nemzeti rendszerirányító, a MAVIR ZRt. a

57


hazai teljesítményegyensúly helyreállítása érdekében mindhárom rendelkezésre álló szekunder tartalék gázturbina indítását kezdeményezte, ami rövid időn belül sikeresen meg is történt. A keleti rész német területén az üzemzavart követően jelentkező többlet betáplálás hálózati lengést is elindított, amelynek eredményeként a horvát, szerb, román irányú távvezetékek kikapcsolódtak, így a délkeleteurópai rendszer levált a keleti részrendszerről, és így a kontinentális UCTE hálózat három részre szakadt. A rendszerbomlás Magyarországon csak jelentéktelen nagyságú, mintegy 1500 kWh fogyasztói korlátozást okozott, mintegy 20–30 perc időtartamra. Nyugat-Európában viszont körülbelül másfél órába tellett, mire helyreállt az ellátás, de egyes hírek szerint néhány helyen napok kellettek a normális üzemelés beindításához. A tanulságok Az üzemzavar elemzése és a végleges szakmai következtetések levonása, a hasonló események bekövetkezési valószínűségének minimalizálása nyilvánvalóan hosszabb időt igényel (és lapunkban helyt kívánunk adni az ez irányú tanulmányoknak), de néhány tényre már most is érdemes a figyelmet felhívni: A magyar villamosenergia-rendszer és a magyar rendszerirányítás jól vizsgázott azzal, hogy a máshol jelentős fogyasztói kikapcsolódással járó üzemzavart minimalizálni tudta. Ebben meghatározó szerepe van azoknak a nagyarányú fejlesztéseknek, amelyeket a magyar átviteli hálózaton, a nemzetközi összeköttetéseken az elmúlt időszakban az MVM és a MAVIR elvégzett. Más országokkal szemben Magyarország folyamatosan jelentős, évente 20 Mrd Ft-ot megközelítő nagyságrendű összegeket költ az átviteli rendszer és a kapcsolódó infrastruktúra szinten tartására, fejlesztésére. A magyar erőfeszítések ugyanakkor csak részben tudják minimalizálni a hasonló üzemzavarok veszélyét, ugyanis a szabályozhatatlan szélerőművek nagy tömegű rendszerbe állítását egyrészt nem tudta követni a kiegyenlítésüket végző erőművek bővítése, másrészt azokat ki is szorítják a rendszerből. Emiatt az arányában csökkenő kiegyenlítő kapacitás a gyors állapotváltozásokra nem tud megfelelően reagálni, és könnyen bekövetkezhetnek nagyobb kiterjedésű üzemzavarok. Nagyon fontos lenne az egységesülő európai belső villamosenergia-piac műszaki és kereskedelmi feltételeinek folyamatos figyelemmel kísérése (a magyar ipari miniszter által is sürgetett) európai energetikai felügyeleti központ megalapításával, amely rámutathatna a nemzetközi együttműködést fenyegető, és ezért nemzetközi megoldást igénylő problémákra. Ezáltal elkerülhető lenne, hogy a csak összehangoltan üzemeltethető, egymásra lényeges hatást gyakorló részrendszerek fejlesztése elkülönült érdekek mentén, mások kockázatait is indokolatlanul növelve történjen. A viszonylag erős nemzetközi összeköttetések hátterében esetenként gyenge belső hálózatok állnak, amelyek bármilyen túlterhelődés esetén könnyen részekre eshetnek. Különösen kedvezőtlen ebből a szempontból az osztrák nagyfeszültségű hálózat helyzete, amely már programszerűen felkészül az Észak- és DélAusztria közötti szükségszerű belső hálózatbontásokra. A nagykereskedelmi áramlások miatt rendszeresen előfordul, hogy az ellátásbiztonság szempontjából szükségszerű „n-1 elvet” a szomszédos országokban a hálózat nem képes garantálni, azaz bármelyik vezetékszakasz kikapcsolódása nagyobb kiterjedésű üzemzavarokhoz vezethet (egyébként a láncreakciót kiváltó német intézkedésnél is sérült ez az elv …). (MVMT-MAVIR sajtóközlemény, www.eon.de)

58

Biogáz betáplálása a gázhálózatba

Recommend Documents