POTENCIÁLNÍ ENERGIE PŘI MECHANICKOBIOLOGICKÉ ÚPRAVĚ ZBYTKOVÉHO ODPADU (MBÚ) -STATUS QUO A POTENCIÁL OPTIMALIZACE Klaus Fricke, Thomas Turk a Rainer Wallmann
Haushaltsabfälle 2006
14
14,2
Verwertung (getrennt gesammelte Abfälle) erfasste Haushaltsabfälle 2006: 37,4 Mio. Mg/a
12 10 8 6,1
6 4 2
4,2 2,4
4,3 2,0
2,5 0,9
0,3
Ha us m ül l in cl.
0,1
0,2
st of fe
ol z
Ku ns t
H
le M et al
PP K
G es ch äf ts Ab m ül fä l Sp lle e au rrm s ül de l rB io to nn G e rü na bf ge äl m le isc he G Ve la s rp ac ku ng en
0
0,1
Te xt ilie n so ns tig e
Abfallmasse [Mio. Mg/a]
16
Beseitigung
Zdroj: Statistisches Bundesamt (2008)
Vstupní materiál /objem 2006 zdroje: Statistisches Bundesamt (2008), bvse (2008)
Angeninput / Aufkommenn [Mio. Mg/a]
20 16,8
Summe Anlageninput / Aufkommen 2006: 54 Mio. Mg/a
2)
15 11,4
10
8,6
8,0 5,6
5
3,6 *
0 PP KVe rw er tu ng
1)
LV Pun d
am m ve rw er tu ng
1)
Kl är sc hl
un g Ve rg är
Al th ol zv er we rtu ng
/K om po st ie ru ng
in tig un g Be se i
Be se itig un g
in
M BA
M VA
1)
* Mg TS unbehandelt 1) 2)
Aufkommen 2006
um Doppelberücksichtigungen "bereinigt"
Teoretický potenciál energie Das theoretische Energiepotenzial der aufgeführten Abfälle beträgt insgesamt 540 bis 650 PJ/a.
Energiepotenzial [PJ/a]
200 159,6
160
Dies entspricht 3,9 bis 4,6 % des gesamten Primärenergieverbrauchs in Deutschland (ca. 13.900 PJ/a).
120
151,9
104,0 68,5
80 54,0
53,2
40
Kl är sc hl am m ve rw er tu LV ng Pun d PP KVe rw er tu ng
un g Ve rg är
Al th ol zv er we rtu ng
/K om po st ie ru ng
in tig un g Be se i
Be se itig un g
in
M BA
M VA
0
Dispozice sekundární energie „2006“ theoretisches Potenzial [PJ/a]
200
160
Die Sekundärenergiebereitstellung "2006" beträgt für die aufgeführten Abfälle insgesamt ca. 157 PJ/a (ca. 53 PJ Strom und ca. 104 PJ genutzter Wärme).
120
104,0 71,8
80
68,5
54,0
53,2
39,8
40
19,2
13,5
9,0
er tu ng PP KVe rw
LV Pun d
Ve rg är
un g
tig un g Be se i
Kl är sc hl
in
/K om po st ie ru ng
M BA
M VA in tig un g
am m ve rw er tu ng
3,4
0
Be se i
151,9
Dies entspricht ca. 1,7 % des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland (ca. 9.400 PJ/a).
Al th ol zv er we rtu ng
Energiebereitstellung [PJ/a]
159,6
Sekundärenergiebereitstellung "2006" [PJ/a]
Efektivita dispozice sekundární energie „2006“ Energetická efektivita (%) elektřina Likvidace ve spalovnách
(využité) teplo
celkem
10,0
35,0
45,0
Likvidace v MBA
7,4
28,8
36,1
Recyklace boioodpadu1)
5,2
1,1
6,3
Recyklace dřeva
19,1
19,1
38,3
Recyklace čist. kalů
12,0
7,8
19,8
1,2
4,7
5,9
8,9
17,6
26,5
Obaly a PPK1) celkem 1) Nejsou
zohledněny úspory energie z látkového využití
12 Anlagen
1 Anlage
• Biogas
7
Návrhy na optimalizaci pro zvýšení energetické efektivity mechanicko-biologického procesu Řízení toku materiálu Řízení procesu Úprava odpadního vzduchu Využití energie
Řízení toku materiálu
Způsob využití Látkové využití • Materiálové využití • Surovinové využití • Biologické využití (kompostace, bioplyn)
Energetické využití: •Tepelné využití se počítá k energetickému využití - stupeň využití paliva 21% - stupeň využití paliva 45% - stupeň využití paliva 76%
Papír, lepenka, karton (PPK) Nový papír z dřevěné vlákniny (severský původ) 39 MJ/kg spotř. energiekum Recyklovaný papír (D) Výhřevná hodnota papíru
Úspora energie oproti novému papíru:
15 MJ/kg spotř. energiekum 13,2 MJ/kg
24 MJ/kg
Úspora energie při látkovém využití versus energetické využití – příklad: PPK
Úspora energie při látkovém využití versus energetické využití – příklad: LD-PE
Úspora energie – použití sekundárních versus primárních surovin
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika - Separovaný sběr: intenzifikace a flexibilizace tříděného sběru - MBÚ: integrace separační techniky PPK a umělých hmot, zvýšení výkonu separace železných a neželezných kovů Ruční technologie třídění
Automatické technologie třídění
MBÚ
Pevný komunální odpad
Drcení
Síta
120 mm
> 120 mm
Sekundární palivo Fe
25 - 45 %
Hu= 11 – 12,500 MJ/Mg
< 120 mm Fe
Biologické zpracování aerobní/anaerobní
Další mechanické zpracování
Železné kovy 2-4%
Redukce organického materiálu, vody 25 - 30 % Sekundární palivo 5 - 10 %
Hu = 12 – 13,500 MJ/Mg
Filtrovaný materiál Vrstva oxidovaného metanu Deponie 20 - 45 % TOC < 18 %
Řízení procesu
Integrace anaerobního stupně Nm³ Biogas/Mg Vergärungsinput, normiert auf 60 % CH4 800
700
600
eingesetzte Vergärungsverfahren: - 1 Nassvergärung - 4 Trockenvergärungen (davon 2 Teilstrom- und 2 Vollstromvergärungen)
500
400
bezogen auf den Anlageninput: im Mittel 45 Nm³/Mg Anlageninput (9 bis 65 Nm³/Mg)
300 434
200
100 126
239
0 Nm³/Mg FS
Nm³/Mg TS
• Střední hodnota 45 Nm3/Mg, medián 60 Nm3/Mg • Poloautomatická zařízení do 96 Nm3/Mg
Nm³/Mg oTS
Potenciální energie k dispozice v anaerobním stupni Výroba bioplynu
Výhřevná složka
Potenciální tepelná a elektrická
(Nm³/Mg na
(kWh/Mg na
energie k dispozici (kWh/Mg na
vstupu*)
vstupu)
vstupu**) ** Stupeň účinnosti tepelné elektrárny 37 % elektrický
* Normováno na 60 % CH4
43 % tepelný
60 Nm³/Mg
357 kWh/Mg
133kWhelktr.
155 kWhtherm.
(9-65)
(55- 393)
(20 -145)
(24 -167)
Výdaje a zisky energie ve sledovaných MBÚ kWh je Mg Anlageninput (Mittelwert mit Min- und Max-Wert in Klammern)
Ertrag HWR-Verwertung 1)
Aufwand
Strom
Gas (RTO)
Diesel
Wärme
Strom
Wärme
Ertrag Biogasverwertung 2)
Strom
oder 37 (25-59)
56 (25-98)
11 (5-21)
-
MBA mit Vergärung
45 (28-57)
52 (22-88)
11 (5-21)
20 3) (10-30)
MBS
81 (45-112)
82 (38-110)
4 (2-9)
MBA ohne Vergärung
1)
-
Wärme und
320 (200-480)
1.200 (7501.800)
400 (320-520)
1.500 (1.2001.950)
-
-
133 99 (20-145)
155 115 (24-167)
-
-
Brennstoffausnutzungsgrad: 20 % elektrisch oder 75 % thermisch (alternativ zueinander) bei vollst. Biogasverwertung im BHKW; Wirkungsgrad: 37 % elektrisch und 43% thermisch (additiv zueinander) 3) nach Wallmann und Fricke (2002) 2)
Potenciální podíl primární energie Potenciální podíl primární energie (% vstup zařízení včetně provozní spotřeby jako ekvivalent primární energie) % na vstupu (střední hodnoty) Střední provozní spotřeba MBA/MBS (proud/plyn/naftal)
120
Bioplyn (n=5)
100 100
2
při 60 Nm³/Mg (medián): 13 % při 65 Nm³/Mg (Max. hodnota): 14 %
98
80
72 72
13
60
59
40
72
59
MBÚ s kvašením
MBÚ bez kvašení 20
vstup odpadu
HWR (n=17)
HWR (n=3)
Vstup do zařízení
MBÚ
MBS
0
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika Integrace anaerobního stupně •Zvýšení výnosů pomocí optimalizace anaerobního stupně - faktor 1,3 •Vyšší stupeň využití o např. sušení zbytkového odpadu, štěpky, kalů apod. o napájení sítě zemního plynu (nutná úprava plynu, rentabilní od cca 25.000 Mg/a) •Úspory energie o Biofilter místo RTO - cca 50 až 80 kWhelektr. ze 130 kWhelektr.
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika
Integrace anaerobního stupně • Úspory energie : o Zkrácení doby tlení AT4 na <10 místo 5 mg O2/g TS (limit oxidace metanu) o Redukce objemu krytu obecně až AT4 < 20 mg O2/g TS
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika Zvýšení frakce pro energetické využití •Modifikace úpravy a přípravy před a po biologickém stupni •Sušení
Fotografie: Gallenkemper
Shrnutí a závěry Optimalizační podněty pro zvýšení energetické efektivity v procesech MBÚ: Intenzifikace látkového využití -Separovaný sběr: Intenzifikace a flexibilizace systémů separovaného sběru se zaměřením na papír/lepenku/karton (PPK) a umělé hmoty (PE) -MBÚ: Integrace třídicí techniky zaměřením na PPK, umělé hmoty a kovy
Shrnutí a závěry Integrace kvasného stupně − Zvýšení výnosu optimalizací anaerobního stupně - faktor 1,3 Vyšší stupeň využití o např. sušení zbytkového odpadu, štěpky, kalů apod. o napájení sítě zemního plynu − Úspory energie o Biofilter místo RTO o Zkrácení doby tlení o Redukce objemu krytu Zvýšení frakce pro energetické využití
