Využívání skládkového plynu Diplomová práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Využívání skládkového plynu Diplomová práce

Vedoucí práce:

Vypracoval:

Ing. Bohdan Stejskal, Ph.D.

Bc. Tomáš Vymazal, DiS.

Brno 2010

PROHLÁSĚNÍ

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Využívání skládkového plynu vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.

dne……………………………………………….. podpis diplomanta………………………………..

2

Rád bych touto cestou poděkoval svému vedoucímu diplomové práce Ing. Bohdanu Stejskalovi, Ph.D. za odborné vedení a podnětné rady k této práci a dále děkuji zaměstnanci firmy SITA CZ a.s. Mgr. Petru Špičákovi za poskytnutí stěžejních materiálů, spolupráci a cenné rady.

3

ABSTRAKT Náplní diplomové práce je posouzení problematiky využívání skládkového plynu. Teoretická část je zaměřena především na procesy vedoucí ke vzniku skládkového plynu, na technické řešení odplynění skládky a na možnosti využívání takto získaného bioplynu. V praktické části mé diplomové práce je analyzováno využívání skládkového plynu na skládce SOO, SNO Němčice nad Hanou. Cílem bylo statisticky vyhodnotit množství vyprodukovaného bioplynu v letech 2006 – 2009 a následně také posoudit ekonomickou situaci prodeje elektrické energie ze skládkového plynu. Projekt se doposud jeví jako ekonomicky efektivní, i když nebylo prozatím dosaženo předpokládaných hodnot. Je potřeba také přihlédnout na fakt, že z environmentálního hlediska působí projekt na životní prostředí velmi pozitivně, protože již nedochází k uvolňování skládkového plynu do ovzduší. Tato práce může být vodítkem ke sledování nejenom této skládky, ale i ostatních skládek využívajících bioplyn k energetickým účelům.

Klíčová slova bioplyn, odplynění, energetické využití, skládka, produkce

4

ABSTRACT The topic of this graduatin work is examination of problems by using of landfill gas. Theoretical part is firstly oriented at processes which are leading to rise of landfill gas, into technical results in degasification of dumping place and the possibilities of using biogas which is obtained by this way. The practical part of my graduation work consists in the analysis of using landfill gas on the dumping place S-OO2, S-NO Nemcice nad Hanou. The final point of this work was statistically to analyse quantity of produced biogas in 2006 – 2009 and in follow also to pass judgement on economic situation in business of selling electric energy from landfill gas. The project appears as economically efective till now even if it wasn’t reached by presupposed worths for now. The requirement is have a respect in to a fact too that from enviromental view point can cause the project in enviroment very positively because already has not been releasing landfill gas into the air. This work can be clue to show us how to monitor not just this dumping place but also the others dumping places which are using biogas to energy purposes.

Key words biogas, degasification, energy use, dumping place, production

5

OBSAH 1 ÚVOD ............................................................................................................................... 8 2 CÍL PRÁCE ..................................................................................................................... 9 3 SKLÁDKOVÁNÍ ODPADŮ......................................................................................... 10 3.1 Dělení skládek ........................................................................................................ 10 4 ANALÝZA VÝVINU SKLÁDKOVÉHO PLYNU..................................................... 12 4.1 Vznik skládkového plynu ........................................................................................ 12 4.2 Specifická produkce plynu...................................................................................... 14 4.3 Chemické vlastnosti skládkového plynu ................................................................. 14 5 TECHNOLOGIE ODPLYNĚNÍ SKLÁDEK ............................................................. 15 5.1 Systémy odplynění skládek ..................................................................................... 15 5.1.1 Odplyňovací systémy aktivní ........................................................................... 17 5.1.2 Odplyňovací systémy pasivní........................................................................... 19 6 KOMPONENTY ODPLYŇOVACÍCH SYSTÉMŮ.................................................. 20 6.1 Potrubí.................................................................................................................... 20 6.2 Plynosběrné věže anebo vrty .................................................................................. 20 6.3 Horizontální drenáže, kontrolní body a vsakovací jímky ....................................... 23 6.4 Kompresory ............................................................................................................ 24 7 ČASOVÝ VÝVOJ PROCESU TVORBY SKLÁDKOVÉHO PLYNU ................... 25 8 METODY VYUŽÍVÁNÍ A ZNEŠKODŇOVÁNÍ SKLÁDKOVÝCH PLYNŮ....... 26 8.1 Energetické využívání skládkového plynu .............................................................. 27 8.1.1 Přímé spalování ................................................................................................ 28 8.1.2 Kogenerace....................................................................................................... 28 8.1.3 Trigenerace....................................................................................................... 30 8.1.4 Využití skládkového plynu v dopravě.............................................................. 31 8.1.5 Využití skládkového plynu k odparu průsakových vod ................................... 31 8.1.6 Náhrada zemního plynu skládkovým plynem .................................................. 32 8.2 Zneškodňování skládkového plynu ......................................................................... 32 8.2.1 Spalování bioplynu ve vysokoteplotních hořácích (flérách)............................ 32 8.2.2 Biooxidace metanu ........................................................................................... 33 8.2.2.1 Biooxidační filtry .......................................................................................... 34 9 REAKTOROVÉ SKLÁDKY ....................................................................................... 36 10 LEGISLATIVA ........................................................................................................... 37 11 SITUACE V DANÉM REGIONU ............................................................................. 40 11.1 Stručný přehled skládek v Jihomoravském kraji .................................................. 41 6

11.2 Míra využívání skládkového plynu na skládkách JMK ........................................ 41 12 MATERIÁL A METODIKA ..................................................................................... 44 13 VÝSLEDKY A DISKUZE.......................................................................................... 45 13.1 Využití skládkového plynu na skládce S-NO, S-OO Němčice nad Hanou............ 45 13.1.1 Využívání skládkového plynu ........................................................................ 45 13.1.2 Výkup a prodej elektřiny................................................................................ 46 13.2 Technologické řešení jímání skládkového plynu skládce S-NO, S- OO Němčice nad Hanou ........................................................................................................... 46 13.2.1 Odplyňovací systém ....................................................................................... 46 13.2.2 Čerpací stanice ............................................................................................... 47 13.2.3 Motorgenerátor DAGGER CPG 300 ............................................................. 47 13.2.4 Připojení k síti odběratele............................................................................... 48 13.3 Měření produkce skládkového plynu v letech 2006 - 2009 .................................. 48 13.4 Ekonomické zhodnocení ....................................................................................... 54 14 ZÁVĚR ......................................................................................................................... 57 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ............................................................................ 59 SEZNAM OBRÁZKŮ...................................................................................................... 61 SEZNAM TABULEK ...................................................................................................... 62

7

1 ÚVOD Nejstarším a do dnešní doby nejrozšířenějším způsobem, ze současného pohledu na tuto problematiku nejméně vhodným způsobem zneškodňování tuhých komunálních odpadů je skládkování. I přes navrhovaná a realizovaná zařízení na využívání a zneškodňování odpadů, která výhledově naznačují značný pokles množství skládkovaných odpadů, je potřeba počítat s tím, že velké množství odpadů se bude ukládat stále. Ruku v ruce roste s rozvojem technologií množství vyprodukovaných odpadů, které jsou různými cestami opakovaně využívány nebo zpracovávány. Na druhou stranu ovšem končí nemalá část těchto odpadů na skládkách a je patrné, že přes veškerou snahu množství a rozmanitost produkovaných odpadů neustále roste. K dalším projevům rozvoje společnosti a technologií je kromě vzniku velkého množství odpadů také vyčerpávání zdrojů, včetně neobnovitelných zdrojů energií. Prognózy naznačují konečné vyčerpání fosilních paliv až několik desetiletí do budoucnosti, ale už tento samotný fakt zajišťuje snahu nahradit neobnovitelné zdroje obnovitelnými a zajistit tak energetickou bezpečnost. Z těchto důvodů se také výzkum snaží o nalezení hospodárnějších technologií využívající dnes dostupných zdrojů a snaží se také nalézt co možná nejvíce nových zdrojů energie. Touto cestou byl také objeven bioplyn. Jde v podstatě o vyřešení dvou problémů současné lidské společnosti – jak snahy nalezení nových zdrojů energie, tak snahy o omezení množství produkovaných odpadů. Bioplyn je velmi zajímavá surovina, vznikající jako vedlejší produkt rozkladu organicky rozložitelných odpadů. Zbavujeme se tak výhodně odpadu a navíc získáváme nový, ekologický a hlavně obnovitelný a stále se tvořící zdroj energie. Využívání skládkového plynu ze skládek komunálních odpadů má před sebou velmi slibnou budoucnost do té doby, než budou nalezeny šetrnější způsoby zneškodňování odpadů. Než ale bude společnost připravena přizpůsobit se novým technologiím v oblasti nakládání s odpady, může to trvat i několik desítek let.

8

2 CÍL PRÁCE Práce je zaměřena na možnosti perspektivního využití bioplynu ze skládky komunálního odpadu v Němčicích nad Hanou, která je provozována společností SITA CZ a.s. Cílem práce je zhodnocení množství produkovaného skládkového plynu na této skládce a statisticky srovnat roky 2006 až 2009. Cílem je také posouzení ekonomické stránky využití skládkového plynu za jednotlivá časová období.

9

3 SKLÁDKOVÁNÍ ODPADŮ Skládkování patří mezi nejstarší a dosud nejvyužívanější způsoby odstraňování odpadů. V mnoha zemích skládkování převládá s 60 až 90 % podílem. Skládkování je rozšířeno pro jeho jednoduchost postupu, využívání jednoduché techniky, nižší náklady a tak i krátkodobě hospodářskou výhodnost. Hrozbou jsou však průsakové skládkové vody, únik skleníkového plynu metanu, zápach, prašnost, nebezpečí požáru a emise mikroorganismů. Skládka představuje i po svém uzavření určité riziko. Probíhají v ní biochemické procesy a trvá také nebezpečí kontaminace podzemních i povrchových vod, proto je nutné skládku dále sledovat a kontrolovat.[2]

3.1 Dělení skládek Skládka je technické zařízení určené k ukládání předepsaných druhů odpadů. Ve vztahu k úrovni terénu se rozlišují skládky podúrovňovové, nadúrovňové, podzemní, svahové, násypové a kombinované. Z hlediska ochrany před srážkami na otevřené a zastřešené. Podle způsobu uložení odpadů na skládku jednodruhovou (tou je i oddělené skládkování více druhů odpadů na jedné skládce, odpady ale nesmí být smíchané), skládku vícedruhovou a skládku sdruženou (komunální odpad a průmyslový odpad).

Podle technického zabezpečení se skládky dělí na: 1. skupina S-inertní odpad – určená pro inertní odpady. Pro účely evidence a ohlašování odpadů a zařízení se skládky této skupiny označují S-IO 2. skupina S-nebezpečný odpad – určená pro nebezpečné odpady. Pro účely evidence a ohlašování odpadů a zařízení se skládky této skupiny označují S-NO 3. skupina S-ostatní odpad – určená pro odpady kategorie ostatní odpad. Pro účely evidence a ohlašování odpadů a zařízení se tyto skládky označují S-OO. Tato skupina se dále dělí na podskupiny: a) S-OO1 – skládky nebo sektory skládky určené pro ukládání odpadů kategorie ostatní odpad s nízkým obsahem organických biologických rozložitelných látek, a odpadů z azbestu. b) S-OO2 – skládky nebo sektory skládek určené pro ukládání odpadů kategorie ostatní odpad s nízkým obsahem organických biologických rozložitelných látek, nereaktivních nebezpečných odpadů a odpadů z azbestu.

10

c) S-OO3 – skládky nebo sektory skládek určené pro ukládání odpadů kategorie ostatní odpad včetně odpadů s podstatným obsahem organických biologicky rozložitelných látek, odpadů, které nelze hodnotit na základě jejich vodného výluhu, a odpadů z azbestu.

Odpady mohou být na skládky jednotlivých skupin přijímány pouze dle druhu a kategorie odpadu, podle jejich skutečných vlastností, podle třídy vyluhovatelnosti odpadu vodou, na základě jejich vzájemné mísitelnosti, podle obsahu škodlivin v sušině apod. Výluhová třída – je množina nejvýše přípustných hodnot koncentrací ukazatelů vybraných škodlivin v prvním vodném výluhu odpadu.

11

4 ANALÝZA VÝVINU SKLÁDKOVÉHO PLYNU Na skládkách komunálního odpadu je proces vzniku skládkového plynu popisován a sledován již několik desítek let. Nelze však obecně popsat rozvoj biometanizace ve skládce v závislosti na čase. Týká se to především starých skládek, které obsahují vysoké podíly popela a málo biologicky rozložitelných látek.

4.1 Vznik skládkového plynu Skládkovým plynem je označován plyn samovolně vznikající ve skládkách anaerobním rozkladem. Tento plyn vzniká postupnou přeměnou biologicky rozložitelného substrátu působením acidogenních a metanogenních bakterií. Aby byl ve skládce započat metanogenní proces, je nutné zajistit následující podmínky:

- zamezit přístupu kyslíku do skládky – anaerobní prostředí Těleso skládky musí být dostatečně hluboké a zhutněné. Je také nutné zabezpečit drenáže nějakou klapkou proti vniknutí kyslíku do tělesa skládky. - odpad musí být dostatečně vlhký Anaerobní rozkladné procesy nemohou v prostředí s nedostatečnou vlhkostí vůbec probíhat. Dokonce i při již započatém metanizačním procesu může dojít při ztrátě vlhkosti k jeho zastavení. Metanogenní bakterie na rozdíl od aerobních bakterií, kvasinek a hub nemohou žít na pevném povrchu. - odpad nesmí obsahovat baktericidní, nebo jiné pro bakterie toxické a inhibující látky Např. antibiotika, desinfekční látky a organické kyseliny.

Dalšími podmínkami, které mají menší význam pro rychlý rozvoj metanizačních procesů, ale nezpůsobí úplné zastavení biologických procesů jsou: - hodnota pH Optimální hodnota pH je okolo 7,5. Biologické procesy jsou inhibovány při poklesu pH pod 6,0 díky vzniku neionizovaných kyselin a při nárůstu nad pH 7,6 zvýšením koncentrace volného čpavku. -

teplota K dostatečnému prohřívání reagujících vrstev jsou vhodné hlubší skládky. V těchto

skládkách se mohou vytvořit dostatečně silná společenstva psychrofilních bakterií (rozvijí

12

se při teplotách pod 20°C). Navíc hlubší skládky jsou odolnější proti průniku vzduchu, který má mnohem horší vliv jak teplota. -

obsah živin

Obsah biologicky rozložitelných látek je samozřejmostí. Jejich správná koncentrace má ale vliv na správný chod metanizačních procesů.

Proces vzniku bioplynu probíhá ve čtyřech fázích: 1. Hydrolýza – hydrolytické mikroorganismy štěpí makromolekulární organické látky (bílkoviny, lipidy a polysacharidy) na menší molekuly (jednoduché cukry, aminokyseliny, mastné kyseliny a vodu) schopné transportu do buňky, kde probíhají další fáze. 2. Acidogeneze – produkty hydrolýzy jsou štěpeny na jednodušší látky (nižší mastné kyseliny, alkoholy, CO2, H2). 3. Acetogeneze – oxidací vyšších produktů acidogeneze dochází k tvorbě kyseliny octové, CO2, H2. 4. Metanogeneze – vznik metanu ze směsi CO2 a H2 zajišťují hydrogenotrofní a z kyseliny octové acetotrofní metanogeny.

Obr. 1 Průběh čtyřfázové fermentace dle Nordberga[13] Zdálo by se téměř samozřejmým, že novější skládky budou hluboko ve svých tělesech výborně zbaveny vzduchu, avšak nemusí to být vždy pravda. Je například zásadní chybou projektu odvodnění vnitřních výluhových vod, ponechává-li drenážní systémy u svých vyústění otevřené, neboť právě tudy vniká vzduch při změnách barometrického tlaku do tělesa skládky. Stejně chybné jsou i projekty odplynění, které ponechávají plynové 13

drenáže anebo odplyňovací věže otevřené do atmosféry. Nejen, že tudy uniká do ovzduší nezneškodněný methan, ale navíc při nárůstu tlaku vniká dovnitř drenáže vzduch.

4.2 Specifická produkce plynu Znalosti o produkci bioplynu jsou důležitým parametrem při rozhodování o systému zachytávání a využívání skládkového plynu. Potenciál skládkového plynu – specifická produkce plynu – je celkový objem plynu vyprodukovaný z určitého množství odpadu v tělese skládky. Teoreticky je možné z 1 kg organického uhlíku při normálních podmínkách získat celkový objem bioplynu v množství 1,868 m3. Tzn. že při 20% obsahu uhlíku v odpadu může vzniknout 0,360 m3 z 1kg odpadu.[1] Velkým zdrojem skládkového plynu je KO, protože z jedné tuny odpadu může vzniknout 200 – 250 m3 plynu. Specifická tvorba bioplynu pro jednotlivé látky je uvedena v tab. 1. Tab. 1 Specifická produkce bioplynu pro jednotlivé organické složky podle:[1] Dohányose Organická složka

3

-1

(v m plynu .kg )

Ehriga (v m3 plynu .kg-1)

tuky

1,19

0,42

uhlohydráty

1,62

0,57

bílkoviny

2,91

1,02

Specifická hodnota produkce bioplynu např.: - tráva 216 m3 z 1 Mg, - vegetační odpad 291 m3 z 1 Mg, - noviny 94 m3 z 1 Mg a časopisy 81 m3 z 1 Mg.

4.3 Chemické vlastnosti skládkového plynu Skládkový plyn LFG (Landfill Gas), který vzniká biodegradačními procesy v tělese skládky tvoří komplex různých plynů v závislosti na složení odpadu a stavu degradačního procesu. Základními složkami skládkového plynu jsou: metan (CH4), oxid uhličitý (CO2), dusík, kyslík, vodík, amoniak, sirovodík, halogen uhlovodíky, voda. Vlhkost se udává v hodnotách 1,57 až 1,72 % objemu plynu, relativní vlhkost dosahuje až 98%. Vlhkost je důležitým parametrem při aktivním zachytávání skládkového plynu. Z hlediska hořlavosti dělíme složky skládkového plynu na: -

Hořlavé: vodík (H2), oxid uhelnatý (CO), metan (CH4), etan (C2H6), etylen (C2H4), propan C3H8), propylen (C3H6), butan (C4H10), pentan (C5H12),

-

Nehořlavé: oxid uhličitý (CO2), dusík (N2), vodní pára (H2O), kyslík (O2), argon (A) 14

5 TECHNOLOGIE ODPLYNĚNÍ SKLÁDEK Odplyňování uzavíraných i provozovaných skládek odpadů je činnost zcela nezbytná pro bezpečnost dalšího využívání tělesa skládky i pro bezpečnost okolí a samozřejmě také pro vyloučení negativních vlivů skládky na životní prostředí. Často se za potřebou odplyňovaní promítají pouze skládky komunálních odpadů. Skládkový plyn se však může vyvíjet i ve skládkách jednodruhových, např. ve skládkách dřevních odpadů, čistírenských kalů, z rafinace tuků a podobných materiálů. [5]

5.1 Systémy odplynění skládek Pod pojmem „odplyňovací systém“ rozumíme hlavně stavebně - technická a technologická zařízení umístěna v i na tělese skládky. Volný únik plynu ze skládky se projevuje zápachem, který pochází z anaerobního rozkladu a může být příčinou vzniku požáru, popřípadě výbuchu na skládce. Nebezpečí představuje především nahromaděný plyn v uzavřených prostorech spojený s následným výbuchem. Přirozené odplynění skládky probíhá za předpokladu otevřené plochy na povrchu skládky, při kterém probíhá proces snižování koncentrace metanu vlivem cirkulace vzduchu a proces oxidace metanu. Přirozené odplynění skládky probíhá pouze, když není skládka zakryta žádným materiálem tvořícím utěsnění povrchu. Zachytávání bioplynu na skládce můžeme provádět dvěma způsoby a to: -

pasivně

-

aktivně Při pasivním zachytávání skládkového plynu se využívá vlastní tlak skládkového

plynu. Při aktivním se pomocí technických zařízení vytváří podtlak, kterým se plyn odsává.

Odplyňovací systémy lze rozdělit podle technického uspořádání na: -

vertikální – v nově vytvořených skládkách tvoří jímací studny, na starých skládkách vrty. Studny se zakládají na dně skládky a postupně se podle výšky ukládaného odpadu průběžně prodlužují (viz. kapitola 5.2). Studny jsou rozmístěny ve sponu 40 x 40m, vrty na základě výsledků čerpací zkoušky (obvykle 40 x 40 až 60 x 60 m).

-

horizontální – tvoří jímací perforované potrubí, které je uloženo v jednotlivých vodorovných rovinách. První dvě úrovně jsou nad sebou nejprve po 5 m, s přibývající výškou skládky až po 10 m. Vlastní jímací potrubí se vede navzájem rovnoběžně ve

15

vzdálenostech 20 až 30 m a v minimálním sklonu 2 % z důvodu odvodu kondenzátu. U starých skládek se vodorovné drény mohou zakládat až v konečné vrstvě tělesa skládky pod těsnící vrstvou. [2] -

Kombinované - kombinaci vertikální plynové drenáže a podpovrchové horizontální sběrné sítě je dobré propojovat horizontální drenáže přímo na hlavách vrtů, čímž vznikne možnost mnohosměrných odvodů plynu a tím je systém velmi odolný vůči lokálnímu narušení potrubí. Vzniklý systém může být použit jak pro aktivní tak i pro pasivní systémy.Na přípojných větvích je možnost regulace odběrů, protože veškerá ostatní zařízení jsou uložena pod povrchem. Tím je uveden povrch skládky k rekultivaci. Zabezpečení přístupu nepovolaných osob k zařízení, v nichž se vyskytuje hořlavý a explozně nebezpečný plyn, je nutností. Nad povrch tělesa skládky jsou vyvedeny výstupy plynu a omezený počet tzv. kontrolních bodů, kde je možné změřit vnitřní tlak plynu a jeho složení. (obr. 2)

Obr. 2 Odplyňovací systém s bázovými odtahy a celoprostorovým propojením sběrné sítě

Skládky, u nichž byl průzkumem prokázán vývin plynu, se podle intenzity tvorby plynu rozdělují do tří tříd dle normy ČSN 83 8034 (tyto normy nejsou závazné, mají jen informační charakter). V následující tabulce 2 jsou uvedeny třídy odplynění. [2]

16

Tab. 2 Doporučení odplynění skládky v závislosti na koncentraci a produkci metanu[2] Třída

Odplynění

I

Střední koncentrace CH4

Měrná produkce plynu z 1 Odplyňovací 3

3

Energetické

v hloubce [% obj.] 0,6m

mil. m odpadu [m /h]

systém

využití plynu

není nutné

<7,4

<1

žádný

žádné

II

je nutné

7,4 až 35

1 až 200

pasivní

žádné

III

je nutné

>35

>200

pasivní nebo

podmíněně

aktivní

možné

5.1.1 Odplyňovací systémy aktivní Aktivní způsob čerpání skládkového plynu je zajišťován pomocí dmychadel, systému záchytných zařízení a sběrného systému potrubí ve skládce. Aktivní systém jímání skládkového plynu se skládá (obr. 3): -

ze záchytného jímacího zařízení, které může být horizontální nebo vertikální

-

ze sběrného systému tvořícího potrubí, uzávěry, odvodnění apod.

-

z regulačního zařízení (šachet)

-

ze zařízení na vytváření podtlaku, které je spojeno se spalováním nebo čištěním plynu

Obr. 3 Aktivní způsoby zachytávání skládkového plynu[1]

17

Horizontální zachytávání je tvořeno drenážním potrubím obsypaným štěrkem, které je umístěno ve vyhloubené rýze (obr. 4).

Obr. 4 Horizontální drén[1] Sběrné drény musí být rovné a navrhnuty tak, aby zabezpečili zachytávání plynu z celé plochy skládky. Minimální sklon potrubí je 7 %. Horizontální systém zachytávání produkuje většinou skládkový plyn nižší kvality. Je to způsobeno sedáním uloženého odpadu a po zavezení může při manipulaci na tělese skládky dojít ke zvlnění drenážních trubek.

Vertikální záchytné zařízení se dělí na: -

šachtové

-

povytahované studny

-

vrtané

Plynové drenáže uvnitř tělesa skládky jsou vždy vybaveny propojovacími svody z perforovaných potrubí, anebo jsou zde instalovány odváděcí jímky na vyloučenou vodu, neboť je zde velké riziko zaplavení kondenzátem a ohrožení funkčnosti odplyňovacího systému. Aktivní systémy jsou vždy napojeny na čerpací stanici bioplynu, která zajišťuje nucený tok plynu ze skládky do uživatelského zařízení.

18

5.1.2 Odplyňovací systémy pasivní Pasivní odplyňovací systémy vypuzují plyn řízeným směrem ven ze skládky pouze jeho vlastním přetlakem. Původně byly tyto systémy navrhovány jen jako otevřené věže. Toto je však nevhodná metoda, neboť nezneškodněný plyn odchází do atmosféry a skládka se při změnách barometrického tlaku okysličuje. Mnohem vhodnější způsob je použít oxidační filtr (obr. 5) Je důležité při jeho plánování uvažovat s plochou filtru, vzdáleností mezi filtry a minimálními hodnotami součinitele filtrace vrstev skládky. Pasivní zachytávání plynu se navrhuje a posuzuje na předpokládané množství plynu. Je ovšem třeba počítat i s tím, že výskyt plynu, množství a kvalita může značně kolísat v rámci celé plochy skládky.

Obr. 5 Pasivní zachytávání skládkového plynu s oxidačním filtrem[1]

Kombinaci vertikální plynové drenáže a podpovrchové horizontální sběrné sítě je dobré propojovat horizontální drenáže přímo na hlavách vrtů, čímž vznikne možnost mnohosměrných odvodů plynu a tím je systém velmi odolný vůči lokálnímu narušení potrubí. Vzniklý systém může být použit jak pro aktivní tak i pro pasivní systémy. Na přípojných větvích je možnost regulace odběrů, protože veškerá ostatní zařízení jsou uložena pod povrchem. Tím je uveden povrch skládky k rekultivaci. Zabezpečení přístupu nepovolaných osob k zařízení, v nichž se vyskytuje hořlavý a explozně nebezpečný plyn, je nutností. Nad povrch tělesa skládky jsou vyvedeny výstupy plynu a omezený počet tzv. kontrolních bodů, kde je možné změřit vnitřní tlak plynu a jeho složení.

19

6 KOMPONENTY ODPLYŇOVACÍCH SYSTÉMŮ Technologické a stavebně technické komponenty pro odplynění skládek odpadů jsou velmi obsáhlou kapitolou.

6.1 Potrubí Propojovací potrubí, drenážní potrubí i sběrné potrubní pažnice se dnes pro skládky zhotovují téměř výlučně z polyolefinů, v naprosté většině z tzv. vysokohustotního polyetylenu (HDPE).[5]

Plynosběrná potrubí mají být z tepelně stálých plastů

s minimálním průměrem 250 mm a perforací 5 % plochy. Pro plynové drenáže se používají nejrůznější typy perforací, které jsou orientovány jinak než u vodních drenáží. Plynosběrná potrubí jsou většinou perforována tak, aby potrubní trasa vodu nevedla, ale naopak aby z ní voda co nejrychleji odtekla. Z tohoto důvodu je perforace provedena na spodní části trubky. Z tohoto důvodu musí být plynosběrná potrubí ukládána do štěrkové drenáže, která vyteklou vodu odvede od plynového potrubí pryč.

Obr. 6 Plynosběrná perforovaná potrubí[5]

6.2 Plynosběrné věže anebo vrty Základní struktura plynosběrného vertikálního prvku je již dlouho ustálená a je tvořena vrtanou anebo budovanou válcovou studnou (věží) obvodově nepaženém provedení, která je vyplněna štěrkem o zrnitosti 16 až 32 mm. V ose věže je vedena centrální sběrná pažnice pro odvod plynu. Tato pažnice je vyrobena z perforovaných trubek HDPE. Většinou se volí průměr vrtu (věže) od 800 do 1000 mm, centrální perforované sběrné

20

pažnice jsou z trub o průměrech od 160 do 315 mm. Do vrtaných studní se spouští postupně montovaná sestava o celé hloubce vrtu. Věže se zhotovují povytahováním vnějších (pracovních pažnic a postupným nastavováním pažnic plynosběrných a postupným dosýpáním štěrkem. U pažnicových systémů jsou doplněny do vnitřní struktury teleskopické díly, které udržují věž v ,,zasunuté poloze i potom, kdy skládka začne stářím sedat.

Obr. 7 Plynosběrný vrt s horním napojením[5] Na obr. 8 je vyobrazena výstroj plynosběrného vrtu s teleskopickými díly na centrální pažnici. Při stavbě plynosběrných věží je nejdůležitějším principem udržovat systém maximálně a trvale plynotěsný. Plynosběrná věž je vytvořena jako válcová výplň štěrku okolo centrální sběrné pažnice z perforovaného HDPE potrubí pro odvod plynu. Plynosběrná věž se vytvoří povytahováním vnější ocelové pažnice o průměru 1000 mm s plynotěsným víkem. Víko může být zhotoveno z plastu, protože těsní pouze tlaky v řádu nejvýše několika stovek Pa. Musí být ale zaručena dobrá těsnost po celé ploše. Tato podmínka je nutná proto, aby systémy s bázovým popřípadě mezilehlým svodem plynu mohly fungovat i během zaplňování skládky.

21

Obr. 8 Plynosběrný vrt s horním napojením s teleskopickou hlavou[5] Při stavbě věže na nově zakládané skládce se začíná na bázové izolaci nad sběrným potrubím. Na podložních prefabrikátech je ocelová pažnice postavena tak, aby nenamáhala svou hmotností drenážní potrubí. Fixace se provádí obsypem drenážním štěrkem o zrnitosti 16 až 32 mm bez vápenatých příměsí a následné fixace zajistí zasypání pracovní pažnice odpadem. Povytažená věž (vnější pažnice s víkem) je vždy prázdná, pouze s vloženou centrální pažnicí, která je chráněna krytem. Věž se doplňuje štěrkem vždy až po zavezení odpadem až po vytahovací oka. Centrální pažnice se středí a chrání zvláště před vsypáním štěrku pracovním ochranným krytem. [5] Věže jsou založeny na dně skládky na ploše cca 4x6 m. Jsou složeny z několika částí: -

pracovní ocelová pažnice

-

vnitřní perforovaná pažnice

-

štěrkové lože

-

napojení na plynovou bazální drenáž

22

6.3 Horizontální drenáže, kontrolní body a vsakovací jímky Horizontální příkopové drenáže jsou navrhovány jako podpovrchové (podizolační) plynosběrné systémy a ve většině případů se uplatňují jako součást pasivních systémů kombinovaných anebo jen horizontálních pro odplynění málo produktivních skládek. Podpovrchové drenáže jsou řešeny jako příkopové sítě s rozponem drenážních per od 8 do 15 i více metrů. Drenáž se konstruuje tak, aby zasahovala ještě do povrchu odpadů (obr. 9). [7]

Obr. 9 Příkop povrchové drenáže a napojení trubek převlečkami U skládek, které nebudou v budoucnu příliš zatěžovány pojezdem těžké techniky, lze nahradit centrální perforovaná potrubí v odplyňovacích drenážích sítí z použitých pneumatik přibližně stejných rozměrů bez disků. Pasivní odplyňovací systémy jsou navrhovány jako kompletně podpovrchové sestavy tak, aby minimálně narušovaly nově rekultivovaný povrch. Při okrajích skládek se budují kontrolní manometrické body, které slouží pro odběr a analýzu plynů. Příkopové drenáže většinou přebírají funkci celoplošných drenáží, které jsou velmi drahé díky vysoké spotřebě štěrku. Příkopová drenáž je schopna převzít tuto funkci i u relativně velmi aktivních skládek, protože plyn je odveden s malými tlakovými ztrátami a dobře průchodná drenáž neumožní lokální nárůst tlaků na takové hodnoty, které by mohly poškodit izolační vrstvy. Praxe ukázala, že v tělesech takto vybavených skládek jsou tlaky v podpovrchových vrstvách trvale hluboko pod limitem 200 Pa. [5] V místech, kde je plyn veden plnými potrubími, je nutné neustále zvažovat směr toku kondenzátu aby bylo zajištěno trvalé odvodnění potrubní trasy. V nejnižších místech potrubní trasy jsou budovány vsakovací jímky, jejichž sifonové uzávěry musí svou délkou a objemovou kapacitou respektovat používané sací podtlaky, z důvodu zabránění nasátí kondenzátu do potrubí. Nahrazením vsakovací jímky pouze úzkým sifonovým potrubím 23

dojde ke snížení nákladů, protože jsou levná, avšak jsou velmi nespolehlivá. To platí zvláště jedná-li se o sifony uložené uvnitř lože odpadu. Pro ztráty tlaku jsou velmi nebezpečné úseky plných potrubí v nichž plyn prochází stoupající trasou. Kondenzát tekoucí v protisměru vytváří vlny či záclony vzdouvané proudícím plynem a pneumatické odpory tras rychle rostou. Možným řešením je instalace svazku dlouhých tenkých trubiček na dno plynového potrubí. Pokud je takový svazek dobře fixován, umožňuje snazší protisměrný tok kondenzátu bez výrazné tvorby vln či záclon. Klíčovou otázkou dobře fungujících odplyňovacích systému je průchodnost a čistitelnost drenáží pro plyn. Drenáže velkého průměru upravené pro vstup čistících či monitorovacích ježků nezaručují úplnou a účelovou funkčnost. U drenáží voda/plyn je potřeba, aby většina profilu drenážního potrubí byla volná pro prostup plynu bez extrémních tlakových ztrát. V praxi je zcela nevhodné vyrovnávání dna příkopu anebo potrubní trasy podsypem pískem či zeminou. V případě že není dno zhutněno strojně anebo vyplněno např. betonem v místech překopávání, pak téměř jistě dojde k místním vtlačeninám, kde se vytvoří louže, jezírka až zcela uzavřené sifonové výplně. Tento jev pak zcela sníží spolehlivost odsávacího odplyňovacího systému.

6.4 Kompresory K dopravě skládkových plynu byly vyzkoušeny snad všechny typy plynových čerpadel, které přicházely v úvahu od nízkotlakých strojů až po vysokotlaké kompresory. Často jsou používány středotlaké dmychadla Rootsova typu ve dvou i tříprstém provedení a dále dmychadla desková anebo komůrková. Pro dopravu skládkových plynů se jeví jako nejvýhodnější odstředivé, vícestupňové kompresory. Objekt čerpací stanice skládkového plynu se buduje jako dočasná stavba v provedení průmyslového kontejneru. Čerpací stanice plynu je tvořena: -

strojně-technickou čerpací soustavou, plynovými čerpadly (ventilátory, dmychadla) s potrubím, kterými se odsává skládkový plyn (pod tlakem cca 50 kPa)

-

systémem měření a regulace

-

technologií pro odvodnění plynu

-

technologií pro čištění nebo jiné zpracování plynu[2]

24

7 ČASOVÝ VÝVOJ PROCESU TVORBY SKLÁDKOVÉHO PLYNU Skládka TKO představuje vlastně vsázkový reaktor s definovanou kapacitou náplně, kde intenzita reakcí postupně slábne tak, jak se vyčerpává reagující substrát. Pro hodnocení jak technologické využitelnosti plynů, tak i ekologických vlivů skládky je požadováno odhadnout s časem se měnící produkci plynu. [4] Na reagující substrát se nahlíží buď jako na formálně jednosložkový, anebo se předpokládá zastoupení více složek o různém stupni biologické odbouratelnosti. Pokud je substrát dělen na složky o různé reaktivitě, pak se používá rozdělení na 4 skupiny, a to na složky snadno, středně a obtížně rozložitelné a na složku inertní.

Organické podíly odpadu jsou rozdělovány do tří skupin: 1. snadno rozložitelný substrát s dobou rozkladu 1 rok 2. středně rozložitelný substrát s dobou rozkladu 5 let 3. obtížně rozložitelný substrát s dobou rozkladu 15 let

25

8 METODY VYUŽÍVÁNÍ A ZNEŠKODŇOVÁNÍ SKLÁDKOVÝCH PLYNŮ K dalším problémům, které se přidružili k ventilaci plynu ze skládek je jeho zápach. Zpočátku nebyl skládkový plyn spalován vůbec anebo jen na jednoduchých polních flérách, které často byli zhasnuty silnějším větrem. Okolí skládky pak bylo prostoupeno nezaměnitelným zápachem skládkového plynu. Využití nebo zneškodnění skládkového plynu plně závisí na obsahu metanu. Potřebný obsah metanu pro jeho využití nebo zneškodnění je následující: a. pro energetické využití nebo spalování v hořácích musí být obsah metanu > 25 % objemu b. pro spalování v hořácích spolu s jiným plynem musí být obsah metanu 15 – 25 % objemu c. pro čištění plynu má být obsah metanu < 25 % objemu Pokud je obsah metanu ještě nižší je potřeba volit jiný způsob zneškodnění, např. proces oxidace metanu.

Skládkový plyn lze zneškodnit a využít různými metodami, např. podle Stachowitze na obr. 10.

Obr. 10 Možnosti využití skládkového plynu podle Stachowitze[6]

26

Návrh dalšího zpracování a využití skládkového plynu se odvíjí od: -

kvality jímaného plynu (např. výhřevnost)

-

množství a doby tvorby skládkového plynu

-

účinnosti jímacího zařízení

-

možností a požadavků energetického využívání

-

hospodárnosti navrženého zachycení

Zachycený skládkový plyn lze: 1. vyčistit od škodlivých látek a vypustit do ovzduší 2. spalovat bez využití energetického potenciálu 3. energeticky využívat: - na výrobu teplé užitkové vody, páry a horké vody - na výrobu elektrické energie - na výrobu elektrické energie - jako palivo v dopravě - k odparu průsakových vod - jako náhrada za zemní plyn

8.1 Energetické využívání skládkového plynu Kvalita a množství využitelného plynu je velmi proměnné skládka od skládky a určuje se jen velmi těžko. Existuje sice hodnocení podle obecných zkušeností, ale fyzické určení je pro praktické využití velmi potřebné. Problémem je bohužel to, že fyzická ověřování jsou finančně nákladná. Ve většině publikací se kalkuluje s celkovým výtěžkem LFG – skládkového plynu (obsahujícím 50 % CH4 a 50 % CO2) v hodnotách 180 – 370 l z 1kg odpadu. Další proměnnou hodnotou je rychlost vývoje plynu. Praxe ukázala, že se plyn ve skládce tvoří menší rychlostí po mnohem delší dobu, přestože některé publikace uvádějí, že všechen plyn vznikne během prvních 7 let. Testy ukazují na rychlost tvorby LFG v rozmezí 3-14 l LFG z 1kg odpadu za rok.

[1]

Rychlost tvorby skládkového plynu úměrně klesá tomu, jak je spotřebováván substrát. Zjednodušeně lže říci, že rychlost tvorby klesá cca o 2,4% za rok. U většiny skládek se výtěžnost plynu pohybuje v rozmezí 75-85 %. Energie skládkového plynu se pohybuje v rozmezí 4 až 6 kWh z 1 m3.[1] Tato energie může být využita více technologickými způsoby, jejich účinnost je uvedená v tab. 3.

27

Tab. 3 Účinnost využití energie skládkového plynu[1] Druh energie elektrická nízko teplotní vysoko teplotní pára zemní plyn mechanická

Účinnost v % 10 – 33 30 25 – 80 25 – 80 50 10 - 33

Skládkový plyn se energeticky využívá různými způsoby, z nichž nejčastěji to je kogenerace, některé méně - přímé spalování a některé jen velmi zřídka - trigenerace. Může se využít v dopravě či k dodávkám do plynárenské sítě nebo výrobcům tepla.

8.1.1 Přímé spalování Přímé spalování je jednoduchý způsob využívání skládkového plynu. Vzniká přitom vodní pára, CO2 a další minoritní složky. Tímto způsobem vzniká jediný výstup energie a to teplo, které se dá využít např. k ohřevu teplé užitkové vody, vaření, vytápění a podobně. Tento systém je dnes stále uplatňován hlavně v rozvojových zemích. Spalování probíhá na dmychadlových nebo atmosférických hořácích. V ČR se tak spaluje především nekvalitní skládkový plyn, který vykazuje nedostatečnou kvalitu pro další uplatnění.

8.1.2 Kogenerace Pojem kogenerace znamená kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla. Základem je pohonná jednotka - pístový spalovací motor, v kterém se přeměňuje chemická energie na mechanickou a tepelnou. Z mechanické energie se prostřednictvím generátoru vyrábí elektrický proud, tepelná energie se prostřednictvím výměníků tepla používá na výrobu teplé užitkové vody apod. Teplo, které se při spalování v motoru uvolňuje, je prostřednictvím chlazení motoru, oleje a spalin efektivně využíváno a díky tomu se účinnost kogeneračních jednotek pohybuje v rozmezí 80 – 90 %.

28

Schématické znázornění využití kogenerační jednotky pro energetické účely je na obr. 11.

Obr. 11 Využití kogenerační jednotky[1] Skládkový plyn využívaný k pohonu kogenerační jednotky musí mít určité parametry: -

obsah methanu – 55 – 60 % (minimálně 50 %)

-

tlak skládkového plynu – pro spalování v kogenerační jednotce je doporučená hodnota tlaku v rozsahu 1,5 až 10 kPa

-

stálost kvality plynu (stabilní složení a tlak plynu) – je tím ovlivněn chod a emise škodlivin

-

obsah škodlivých příměsí (především sloučeniny křemíku, síry, fluoru a chloru) – tyto příměsi mohou způsobit korozi dílů sacího traktu a vnitřních dílů motoru přicházejících do styku s mazacím olejem. [11]

Kogeneračních jednotek je stále více využíváno na skládkách komunálních odpadů. Kogenerační jednotky jsou vyráběny ve velkém rozmezí výkonů, z tohoto důvodu se instaluje na konkrétní skládce nejvhodnější kogenerační jednotka, která zde může plně využít svůj výkon. Počínaje rokem 2002 prudce narostl počet provozoven, které na skládce komunálního odpadu začaly využívat kogenerační jednotku. V roce 2002 to bylo 5 skládek komunálního odpadu, ale na začátku roku 2009 to bylo již 59 provozoven po celé ČR. Stoupající tendence instalace kogeneračních jednotek na sládky komunálního odpadu ukazuje obr. 12.

29

Počet skládek využívající skládkový plyn 70

Počet provozoven

60 50 40 30 20 10 0 2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Rok instalace zařízení

Obr. 12 Počet skládek využívající skládkový plyn v letech 2002 – 2009[10] Se zvyšujícím se počtem instalovaných kogeneračních jednotek roste také instalovaný výkon při využívání skládkového plynu (obr. 13).

Celkový instalovaný výkon [MW]

Celkový instalovaný výkon při využívání skládkového plynu 25 20 15 10 5 0 2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Rok instalace zařízení

Obr. 13 Celkový instalovaný výkon při využívání skládkového plynu v letech 2002 – 2009[10] 8.1.3 Trigenerace Představuje kombinovanou výrobu elektřiny, tepla a chladu. Technologicky se pak jedná o spojení kogenerační jednotky s absorpční chladící jednotkou. To je výhodné především z pohledu provozu kogenerační jednotky, protože umožňuje využít teplo i v létě, mimo topnou sezónu, a tím dosáhnout prodloužení ročního chodu jednotky.

30

Právě snížení možnosti využití tepla z kogenerační jednotky v letních měsících vedou často k nasazení menších jednotek, než by bylo jinak vhodné. Vyrobený chlad může být využit všude tam, kde je zapotřebí klimatizace – v bankách, hotelech, obchodních a administrativních střediscích, nemocnicích, sportovních halách apod.[14] Skládkový plyn je sice k trigeneraci vhodný, ale nepatří z hlediska využívání této technologie k příliš častým alternativám.

8.1.4 Využití skládkového plynu v dopravě Zkušenosti ze zahraničí ukazují na rostoucí využití skládkového plynu v dopravě jako alternativního a obnovitelného paliva. Klasickým příkladem zavedeného využívání bioplynu v dopravě jsou skandinávské země. Je to dáno cenovou situací na jejich energetické trhu, tradicí a v některých případech dokonce i daňovou politikou. V ČR byla provedena studie na posouzení ekonomické výhodnosti využití bioplynu v dopravě. Vyplynulo z ní 2x vyšší zhodnocení bioplynu než při jeho využití pro výrobu elektřiny. Rozvoji aplikací bioplynu v dopravě v ČR brání nejen chybějící síť čerpacích stanic, ale také problematické a cenově náročné obstarávání vhodných automobilů (nákladních, osobních, ale i zemědělských strojů). Výrazně lepší vyhlídky na rychlé rozšíření aplikací bioplynu v dopravě je možné docílit ve velkých městech s rozvinutou městskou hromadnou dopravou. Hlavním předpokladem je vůle a chuť postupně obměňovat vozový park.

8.1.5 Využití skládkového plynu k odparu průsakových vod Energii skládkového plynu je možné použít i na zneškodnění průsakových vod. Způsob využití je založený na využití odpadní tepelné energie anebo elektrické energie pro nízko-tepelné odpařování ve vakuu. Tyto systémy používají elektřinu k pohonu odpařovacího ventilátoru a spotřebovávají kolem 10 kWh na m3 zpracovaného výluhu. Zpracovaný zahuštěný koncentrát v objemu ca 18 % z nátoku se vrací do skládky, kondenzát má kvalitu vyhovující pro vypouštění do vodoteče. [5]

31

8.1.6 Náhrada zemního plynu skládkovým plynem Pro získání vlastností zemního plynu ze skládkového plynu je potřeba tento plyn upravit. Obsah metanu ve skládkovém plynu je okolo 50% a pro dodávání do sítě zemního plynu musí být obsah metanu navýšen. Pro zvýšení obsahu metanu ve skládkovém plynu se používají různé technologie, ale nejčastěji to je membránová technologie.

Tab. 4 Upravený LFG na kvalitu SNG[5] Vstupní surový

Středně výhřevný

Vysokovýhřevný

plyn LFG

čistý plyn

plyn (SNG)

CO2 % obj.

36,8

37,3

2,0

N2 % obj.

1,7

1,4

2,2

CH4 % obj.

61,0

60,8

94,9

spal. Teplo (MJ/m3)

22,99

22,91

35,77

Složení

8.2 Zneškodňování skládkového plynu Zneškodňování skládkového plynu bez jeho energetického využívání lze provádět: -

v biofiltrech

-

ve vysokoteplotních hořácích (flérách)

-

v nových technických zařízeních

-

čištěním plynu

8.2.1 Spalování bioplynu ve vysokoteplotních hořácích (flérách) Spalování skládkového plynu bez využití jeho energetického potenciálu bylo dosud nejčastěji používaným způsobem zneškodňování. U tohoto typu zneškodňování je vyžadován obsah metanu minimálně 25 %. Pokud není dosaženo této hodnoty, je potřeba zabezpečit spalování s jiným plynem. Plyn není potřeba upravovat. Konstrukce hořáků (obr. 14) je navržena tak, aby bylo zabezpečeno rovnoměrné rozdělení teplot ve spalovacím prostoru, byla teplota 1200 °C, doba zdržení plynu byla min. 0.3 s a bylo zabezpečeno optimální míchání plynu a vzduchu.

32

Hořáky (fléry) se dělí na fléry otevřené (volné) a fléry uzavřené. Na otevřených volných flérách hoří plyn nad ústím roury či dýzy a nebývají zde dosaženy dobré emisní parametry. Bývají často opatřeny ochranou proti odfukování plamene ve větru. Uzavřené fléry spalují plyn ve svislých či ležatých komorách, válcového i hranolovitého tvaru za vyšších teplot a při lépe kontrolovatelných podmínkách spalování. Volné fléry emitují až 1000 mg/m3 CO, zatímco u uzavřených flér snadno docílíme i 10 mg/m3 a méně. Emise NOx lze obyčejně udržet pod hladinou 150 mg NO2/m3, u všech typů flér je však nebezpečí emisí NOx rostoucí s rostoucí teplotou. [5]

Obr. 14 Konstrukce hořáku[1]

8.2.2 Biooxidace metanu U skládek s menším potenciálem tvorby skládkového plynu (popřípadě staré skládky) je možnost použít na jeho zneškodnění biofiltry. Toto zneškodnění je zaměřené na čištění plynu a oxidaci metanu. Bakterie oxidující methan a jim příbuzná společenstva využívají pro své energetické účely stejný zdroj jako lidé topící zemním plynem. Jsou schopny spolu s metanem (rozklad metanu na oxid uhličitý a vodu) odbourat a zachytit nejen benzen a toluen, ale i další uhlovodíky a jejich kyslíkaté deriváty (alkoholy, ethery, aldehydy, ketony, karbonové kyseliny, estery) i organické látky nesoucí síru, dusík či halogeny, sulfidy, merkaptany, aminy, CS2, H2S, NH3 a částečně i chlorované uhlovodíky.[1] Výkonnost filtru a množství zpracovaného methanu záleží na tvorbě plynu, resp. na měrném zatížení aktivní plochy biofiltru.

33

Při testech oxidace methanu bylo pozorováno, že při zátěži 5 m3 CH4 na 1 m2 za hodinu bylo na pokusné vrstvě zoxidováno 30% vstupujícího množství methanu. Při malé zátěži (0,5 m3 CH4 na 1m2 za hodinu) však byla konverze methanu 100%.[5] Z laboratorních výsledků bylo zjištěno, že 10 m2 biofiltru s reakční výškou alespoň 0,8m je schopno odbourat až 40 m3 čistého methanu za hodinu. Při obsazích okolo 56%, jaké jsou časté u skládek to znamená přibližně 70 m3 LFG za hodinu.[5]

8.2.2.1 Biooxidační filtry Biooxidační filtry jsou založeny na dvou základních principech. Horní část je tvořena směsí dřevní štěpky a kompostu zajišťující vlastní biologickou oxidaci methanu i stopových příměsí. Spodní část je vyplněna nad perforovaným dnem koksem, který plní biooxidační úkoly jen sekundárně. Hlavním účelem této vrstvy je zastavit hlubší průnik vzduchu do drenážního systému po protikompresi během nárůstu barometrického tlaku (obr. 15, 16).

Obr. 15 Princip biooxidačního filtru[5]

Obr. 16 Funkce filtru při změnách tlaku[5]

34

Filtry mohou být do tělesa skládky zapuštěny různými způsoby viz obr. 17.

Obr. 17 Varianty instalace biooxidačního filtru [5] Uspořádání biofiltračního systému pro odbourávání methanu může být nejrůzněji modifikováno jako je systém typu: drenáž + filtr až k systémům s celoplošným biologicky aktivním překryvem. Pro staré skládky jsou navrhovány úpravy překryvu tak, aby srážková voda mohla odtékat z tělesa skládky, ale aby plyn volně a střídavě se vzduchem difundoval přes drenážní vrstvu viz obr. 18 .

Obr. 18 Pasivní ventilace bioplynu bočním přerušením izolace [5]

35

9 REAKTOROVÉ SKLÁDKY Reaktorové skládky mění principiálně účel skládky z prostého úložiště na biologický reaktor. Do těchto reaktorů jsou vkládány vytříděné a předupravnené odpady s cílem rychlejšího a intenzivnějšího odbourání biologicky rozložitelných látek a také s cílem rychlejší stabilizace tělesa. Předpokladem je, že se u mnohých provede jejich vytěžení a recyklace zbytkového materiálu na kompostové substráty. Pro příklad holandská firma VAM připravila projekt biologického reaktoru, který zahrnuje předzpracování odpadu mechanickou separací. Separací je z odpadu odstraněn organický podíl, který je zpracován v reaktorových skládkách biomethanizací.

Předzpracováním a tříděním se vstupní odpady dělí na tyto podíly: -

50 % RDF (refuse-derivelal fuel – sekundární palivový odpad) jako směs papíru a plastů – tato část je určena ke spálení

-

15 % recyklovatelný podíl 3 skupin: papír, plasty, železné kovy

-

35 % MSOR (mechanically separated organic residue – mechanicky oddělitelný organický odpad). Tento podíl obsahuje 40-50 % hm. vlhkosti, 25-30 % hm. inertů a 25-35 % hm. sušiny organických látek[5] Hodinová produkce bioplynu dosáhla po roce hodnot v rozmezí 150-200 m3. U projektu VAM se předpokládají reaktorové skládky o objemu 50 000-100 000 m3

v připravené vaně s izolací VLDPE fólií anebo kombinací s pískobentonitovou směsí plus fólie. Veškeré výluhy z tělesa jsou recirkulovány tak, aby se co nejvíce podpořila tvorba methanu a rozklad se urychlil. .[5]

36

10 LEGISLATIVA Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změnách některých dalších zákonů ve znění pozdějších právních předpisů Dle tohoto zákona je skládka odpadů technické zařízení určené k odstraňování odpadů jejich trvalým a řízeným uložením na zemi nebo do země. Přednost při odstraňování odpadů má vždy ten způsob, který zajistí vyšší ochranu lidského zdraví a je šetrnější k ŽP. Zákon také určuje povinnost zajistit odborné nakládání s odpady prostřednictvím odpadového hospodáře. Původci odpadů jsou ze zákona také povinni platit poplatky za ukládání odpadů na skládky v rozsahu stanoveném v tomto zákoně. Provozovatel skládky je také povinen před zahájením provozu skládky prokázat, že nemá dluhy vůči místně příslušnému finančnímu úřadu a vůči místně příslušnému celnímu úřadu a že zřídil zvláštní účet podle § 50 při provozování skládky vytvářet a vést finanční rezervu na rekultivaci, zajištění péče o skládku a asanaci po ukončení jejího provozu a zamezit negativnímu vlivu skládky na životní prostředí. Tyto činnosti musí zajistit z vlastních prostředků a prostředků finanční rezervy po dobu nejméně 30 let. Provozovatel je dále povinen vybírat poplatky za uložení odpadů na skládku a archivovat evidenci uložených odpadů po celou dobu provozu skládky a následné péče o skládku.

Zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů ve znění pozdějších právních předpisů Dle zákona je skládka stanovena jako stacionární zdroj znečištění ovzduší, protože může při technologickém procesu dojít k znečištění ovzduší při hoření nebo úletu znečišťujících látek z plochy tělesa skládky. Podle míry svého vlivu na kvalitu ovzduší se stacionární zdroje dělí na zvláště velký, velký nebo střední zdroj znečišťování ovzduší. Ze zákona dále vyplývají vlastníkovi zdroje znečišťujícího ovzduší další povinnosti.

Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých dalších zákonů ve znění pozdějších právních předpisů Při provozu skládky odpadů může dojít k ohrožení jakosti povrchových nebo podzemních vod, proto je nutné mít souhlas vodoprávního úřadu se zřizováním skládek odpadů. S touto činností souvisí povinnost jednou za šest měsíců kontrolovat a nejméně

37

jednou za pět let zkoušet těsnosti potrubí umístěného na skládce. Dle zákona je při nedodržení těchto podmínek stanovena sankce v podobě pokuty.

Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu ve znění pozdějších právních předpisů Skládka odpadů je dle stavebního zákona zařízení pro nakládání s odpady. Provozovatel tak má povinnosti spojené se stavbou skládky, stavební povolení a souhlas příslušného úřadu se stavbou.

Zákon č. 309/2006 Sb., o podmínkách ochrany zdraví při práci ve znění pozdějších právních předpisů V zákoně jsou uvedeny požadavky na pracoviště a pracovní prostředí, výrobní a pracovní prostředky a zařízení, organizaci práce a pracovní postupy a bezpečnostní značky, předcházení ohrožení zdraví a života a odborná způsobilost. Na skládce dochází k manipulaci s odpadem, který obsahuje nebezpečné složky škodlivé pro lidské zdraví. V tomto provozu je nezbytné používat pracovní pomůcky a dodržovat podmínky bezpečnosti práce.

Zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů ve znění pozdějších právních předpisů Cílem zákona je vytvořit podmínky pro naplnění indikativního cíle podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v České republice ve výši 8 % k roku 2010 a vytvořit podmínky pro další zvyšování tohoto podílu po roce 2010. Dále je v zákoně uveden tzv. zelený bonus jako finanční částka navyšující tržní cenu elektřiny a hrazená provozovatelem regionální distribuční soustavy nebo přenosové soustavy výrobci elektřiny z obnovitelných zdrojů, zohledňující snížené poškozování životního prostředí využitím obnovitelného zdroje oproti spalování fosilních paliv, druh a velikost výrobního zařízení a kvalitu dodávané elektřiny.

Vyhláška MŽP č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady Vyhláškou je dána žádost o souhlas k provozování zařízení k využívání, odstraňování, sběru nebo výkupu odpadů a žádost o souhlas k nakládání s nebezpečnými odpady, technické požadavky na zařízení a seznam odpadů při jejichž odběru nebo výkupu je provozovatel zařízení ke sběru nebo výkupu odpadů povinen vést evidenci osob, od 38

kterých odpady odebral nebo koupil. V příloze je uveden obsah provozního řádu a provozního deníku.

Vyhláška MŽP č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů V příloze je uveden Katalog odpadů a postup pro zařazování odpadů dle kategorií. Vyhláška dále stanoví Seznam nebezpečných odpadů. Na skládku komunálních odpadů se ukládají pouze odpady, které jsou uvedeny v provozním řádu skládky a jsou zařazeny do Katalogu odpadů. Nebezpečné odpady se mohou ukládat pouze na skládky, které jsou k tomuto účelu určené.

Vyhláška ERÚ 454/2008 Sb., o pravidlech trhu s elektřinou, zásadách tvorby cen za činnosti operátora trhu s elektřinou a provedení některých dalších ustanovení energetického zákona Vyhláška podporuje výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů, kombinovanou výrobu elektřiny a tepla a výrobu elektřiny z druhotných surovin. Stanovuje povinnost provozovatele takového zdroje předávat údaje o výrobě elektřiny.

39

11 SITUACE V DANÉM REGIONU V České republice bylo v roce 1991 zaevidováno 8 536 skládek. V roce 1998 bylo po uzavření nebezpečných a tzv. černých skládek evidováno 413, v roce 2008 to bylo 240 skládek, z toho 155 skládek S-OO. K 15.7.2009 je v provozu nebo splňuje nové požadavky na technické zabezpečení 126 skládek S-OO1+2+3. Obr. 19 ukazuje rozmístění skládek na území Jihomoravského kraje v roce 2010.[9]

Obr. 19 Rozmístění skládek odpadů v Jihomoravském kraji v roce 2010[9]

40

11.1 Stručný přehled skládek v Jihomoravském kraji

Tab. 5 Skládky na území Jihomoravského kraje Oprávněná osoba .A.S.A. ES Únanov, s.r.o.

Obec

Provozovna

Skupina skládky

Obec

.A.S.A. ES Únanov, s.r.o. Únanov

S-NO se sektorem S-OO3

.A.S.A. Žabčice, spol. Žabčice s r.o.

.A.S.A. Žabčice, spol. s r.o.

Žabčice

S-OO3 se sektorem S-OO1

EKOR, s.r.o.

Kyjov

EKOR, s.r.o.

Těmice u Hodonína


Fosfa akciová společnost

Břeclav

Fosfa akciová společnost Břeclav (Poštorná) S-NO

HANTÁLY a.s. HANTÁLY a.s.

Únanov

Velké Pavlovice Velké Pavlovice

HANTÁLY a.s., skládka Velké Pavlovice

S-NO

HANTÁLY a.s., skládka Velké Pavlovice

S-OO

HOUSS RECYCLING s.r.o

S-IO

HOUSS RECYCLING s.r.o

Blansko

Město Klobouky u Brna

Klobouky u MĚSTO KLOBOUKY U Klobouky u Brna Brna BRNA


Město Strážnice

Strážnice

Město Strážnice

Strážnice

S-OO3

Obec Rešice

Rešice

Obec Rešice

Rešice

S-IO

RESPONO, a.s.

Vyškov

RESPONO,a.s.,

Kozlany

S-OO3

SATESO, s.r.o.

Šlapanice

SATESO, s.r.o.

Šlapanice

S-NO

Skládka Hraničky, spol. s r.o.

Mutěnice

Skládka Hraničky, spol. s Mutěnice r.o.


STAVOS Brno, a.s.

BrnoČernovice

STAVOS Brno, a.s.

Bratčice

S-OO3

VODÁRENSKÁ AKCIOVÁ SPOLEČNOST, a.s.

VODÁRENSKÁ Brno-sever AKCIOVÁ SPOLEČNOST, a.s.

Štítary

S-OO2

Vysočany

11.2 Míra využívání skládkového plynu na skládkách JMK Skládka Únanov Instalovaný elektrický výkon [kW]: 200 Instalovaný tepelný výkon [kW]: 240 Rok zprovoznění: 2003

41

Skládka Žabčice Instalovaný elektrický výkon [kW]: 341 Instalovaný tepelný výkon [kW]: 485 Rok zprovoznění: 2004

Skládka Těmice Na skládce komunálního odpadu v katastru obce Těmice je využívána kogenerační jednotka TEDOM Cento 160 SP BIO. Jednotka je umístěna hned vedle tělesa skládky a byla spuštěna začátkem roku 2006. Jednotka je v provozu nepřetržitě celý rok. Skládka není dosud uzavřena a svodný systém skládkového plynu se bude dále rozvíjet. Počet instalovaných kogeneračních jednotek: 1 Instalovaný elektrický výkon [kW]: 142 Množství vyrobené elektřiny: 498 MWh za rok Roční úspora emisí CO2: 2449t za rok

Skládka Kozlany Kogenerační jednotka TEDOM Cento 160 SP BIO je umístěna na skládce komunálního odpadu v katastru obce Kozlany. Jednotka je umístěna hned vedle tělesa skládky a byla spuštěna začátkem roku 2007. Jednotka je v provozu nepřetržitě celý rok. Skládka není dosud uzavřena a svodný systém skládkového plynu se bude dále rozvíjet. Počet instalovaných kogeneračních jednotek: 1 Instalovaný elektrický výkon [kW]: 160 Množství vyrobené elektřiny: 457 MWh za rok Roční úspora emisí CO2: 2231t za rok

Skládka Mutěnice Na skládce komunálního odpadu v katastru obce Mutěnice je využívána kogenerační jednotka TEDOM Cento 160 SP BIO. Jednotka je umístěna hned vedle tělesa skládky a byla spuštěna začátkem roku 2006. Jednotka je v provozu nepřetržitě celý rok. Skládka není dosud uzavřena a svodný systém skládkového plynu se bude dále rozvíjet. Počet instalovaných kogeneračních jednotek: 1 Instalovaný elektrický výkon [kW]: 142 Množství vyrobené elektřiny: 618 MWh za rok Roční úspora emisí CO2: 3040t za rok 42

Skládka Hantály Kogenerační jednotka TEDOM Cento 160 SP BIO je umístěna na skládce komunálního odpadu v katastru obce Velké Pavlovice. Jednotka je umístěna hned vedle tělesa skládky a byla spuštěna začátkem roku 2007. Jednotka je v provozu nepřetržitě celý rok. Skládka není dosud uzavřena a svodný systém skládkového plynu se bude dále rozvíjet. Počet instalovaných kogeneračních jednotek: 1 Instalovaný elektrický výkon [kW]: 142 Množství vyrobené elektřiny: 409 MWh za rok Roční úspora emisí CO2: 1999t za rok

43

12 MATERIÁL A METODIKA Veškerá data, která souvisejí s energetickým využíváním skládkového plynu na skládce Němčice nad Hanou nebyla poskytnuta v plném rozsahu z důvodů ochrany dat před veřejností společností SITA CZ a.s. Podstatnou část dat jsem získal z odborného posudku vztahujícího se k projektu: Energetické využití skládkového plynu – skládka komunálních odpadů SOO, SNO Němčice nad Hanou, kterou zpracoval Doc. Ing. Josef Vejvoda, CSc. Naměřené hodnoty produkce bioplynu, výroby elektrické energie, průměrného obsahu metanu ve skládkovém plynu a hodnoty atmosférického tlaku v letech 2006, 2007, 2008 a 2009 byli získány kontinuálním měřením monitorovacího zařízení, které je uloženo v kogenerační jednotce. Veškeré tabulkové a grafické výstupy byli zpracovány a vyhodnoceny v programu Microsoft Word a Microsoft Excel 2002. Tyto výstupy byli vyhotoveny na základě aritmetických průměrů. Průměry byli spočteny pro jednotlivé měsíce a z nich vytvořen následně roční průměr. Získané hodnoty jsem si je ověřil u pana Mgr. Petra Špičáka, technicko provozního manažera společnosti SITA CZ a.s. a s jeho souhlasem uvedl.

44

13 VÝSLEDKY A DISKUZE 13.1 Využití skládkového plynu na skládce S-NO, S-OO Němčice nad Hanou Skládka komunálního odpadu v k. ú. Němčice nad Hanou je zařízením k odstraňování odpadů, tj. trvalému řízenému ukládání odpadů. Skládka S-OO a S-NO Němčice nad Hanou je založena a provozována dle platných předpisů ČSN 83 80 34. Je vybavena izolovaným dnem, odstraňováním skládkových vod a je také založen odplyňovací systém, který se sestává z 13 jímacích studní s spodním odtahem plynu. Podloží skládky je tvořeno jílem, které dosahuje až 18 m hloubky. [4] Zařízení skládky je situováno na pozemcích ve vlastnictví společnosti SITA CZ a.s., která je součástí mezinárodní skupiny SUEZ Environnement. Jde o skládku odpadů, která byla v roce 2003 zařazena do třídy III na základě monitoringu tvorby skládkového plynu dle normy ČSN 83 80 34. Skládka je tedy významným producentem plynu s možností jeho energetického využití. Množství ukládaného odpadu se pohybuje cca 30 – 50 tis. Mg ročně. Z toho je podíl komunálních odpadů 55 %. Celkový plánovaný objem skládky je cca 1 807 000 m3. Uvedený objem je stanoven po sesednutí a stabilizování celého tělesa. Skládkování je rozvrženo do 2. částí. Objem 1. části skládky (pole 1 – 7) je 505 000 m3, objem 2. části skládky (pole 8 – 19) je 1 302 000 m3.[8]

13.1.1 Využívání skládkového plynu V roce 2003 byl proveden monitoring tvorby skládkového plynu. Na jeho základě bylo zjištěno, že skládka produkuje skládkový plyn v dostatečném množství pro jeho ekonomicky efektní využití k výrobě elektrické energie. Skládka tedy byla vybavena technologickým zařízením – aktivním odplyňovacím systémem pro využívání skládkového plynu. Kogenerační jednotka je v současné době provozována smluvním partnerem. Financování projektu na kogeneraci skládkového plynu, s využitím elektrické energie bez využití tepla byla 8 800 000 Kč. Výše ročních splátek se z dostupných dokumentů nedalo zjistit. V minulých letech byl bioplyn ze skládek odpadů v ČR jen vedlejším efektem skládkování. Bylo nutné investovat do jeho jímání, ale nepřinášelo to žádný zisk, protože byl pouze spalován.

45

Obrat nastal v roce 2001, kdy začaly platit státem garantované výkupní ceny za energii z obnovitelných zdrojů. V té chvíli začalo být investování do kogeneračních jednotek ziskovou záležitostí.

13.1.2 Výkup a prodej elektřiny Oblast výkupu elektřiny z obnovitelných zdrojů je v ČR regulována řadou právních předpisů, které podporují výstavbu těchto zařízení. Ze zákona má právo být připojen k provozovateli distribuční energetické sítě každý výrobce „zelené elektřiny“. Provozovatel distribuční sítě musí taktéž vykupovat zelenou elektřinu za cenu, která je dotovaná státem a je pevně daná vždy na 1 rok dopředu Energetickým regulačním úřadem. Výrobce „zelené elektřiny“ může také využít systému tzv. zelených bonusů, kdy elektřinu prodá za tržní cenu anebo ji spotřebuje pro svou vlastní potřebu a zelený bonus získá za každou vyrobenou kWh. Výrobce elektřiny z obnovitelných zdrojů energie má právo si vybrat, zda vyrobenou elektřinu prodá, nebo využije zelený bonus. Zelený bonus: v případě že výrobce elektřiny z obnovitelných zdrojů energie, na niž se vztahuje státní podpora, nenabídl takto vyrobenou elektřinu k povinnému výkupu a prodal ji na trhu s elektřinou, je provozovatel distribuční soustavy povinný zaplatit výrobci za elektřinu zelený bonus v Kč za MWh. Dalším příjmem může být prodej emisních povolenek. Jedná se v podstatě o prodej uspořených emisí CO2.

13.2 Technologické řešení jímání skládkového plynu skládce S-NO, SOO Němčice nad Hanou 13.2.1 Odplyňovací systém V současné době má odplyňovací systém skládky v provozu 13 jímacích studen V1 až V13. Svodná síť potrubí byla původně provedena na principu se spodním odtahem, ale z důvodu zavodnění byl spodní odtah plynu nahrazen novým systémem s vrchním odtahem skládkového plynu. Studny jsou propojeny v systému 3 tras. Studny jsou propojeny perforovaným potrubím HDPE DN 110. Jednotlivá propojovací potrubí jsou svedena do čerpací stanice pomocí napojení na liniový svod HDPE DN 100/160. Veškeré horizontální sběrné drény jsou usazeny v příkopech kde jsou obsypány 46

drceným sklem z recyklace CRT obrazovek. Příkopy jsou hluboké v rozmezí 0,6 – 1,2 m. Kondenzát je zpětně odváděn pomocí trativodů zpět do tělesa skládky.

13.2.2 Čerpací stanice Areál skládky je vybaven čerpací stanicí MAEN o maximální kapacitě 300 m3/h. Samotná stanice je instalována ve standardním ocelovém samonosném kontejneru. Přes regulační klapky je plyn čerpán do sběrače a následně do objemového čerpadla (dmychadla). Stanice slouží jak k čerpání skládkového plynu, k jeho odvodnění tak i k přípravě pro využití v kogenerační jednotce. Tlak na výstupu z čerpací stanice je max. 10 kPa. Stanice má jeden společný výstup DN 80 do plynového potrubí vedoucího k motorgenerátoru. Čerpací stanice je navíc opatřena vývodem plynu např. do mobilního nouzového hořáku, pro případ čerpání skládkového plynu bez zpracování v motorgenerátoru. Množství čerpaného skládkového plynu je v současné době kolem 150 m3 za hodinu při 50 obj. % CH4. Ve stanici není pracováno s žádnými provozními náplněmi z nebezpečných nebo ropných látek, proto není nutná ochrana pro zachycení případných úniku.

13.2.3 Motorgenerátor DAGGER CPG 300 V blízkosti čerpací stanice bioplynu MAEN je nainstalován motorgenerátor DAGGER CPG 300 s motorem PERKINS 4006 – TESI se synchronním generátorem NEWAGE HC 534 C. Jednotka je umístěna v ocelovém protihlukovém kontejneru. Palivem pro motorgenerátor je plyn čerpaný ze skládky. Jednotka pracuje v nepřetržitém režimu. Její provoz je automatický a bezobslužný pomocí řídícího systému SAIA PCD. Celá jednotka je ovládána pomocí terminálu umístěného v kontejneru. Vyrobená elektřina je prodávána společnosti E.ON za státem garantovanou cenu. Teplo vznikající v motorgenerátoru není žádným způsobem využíváno. Základní parametry motorgenerátoru DAGGER CPG 300 jsou uvedeny v tab. 5.

47

Tab. 6 Parametry motorgenerátoru DAGGER CPG 300 Ukazatel

Jednotka

Zemní plyn

Bioplyn (55 % CH4)

Nm3/h

87

172

Instalovaný el. výkon

kWe

308

270

Instalovaný topný výkon

kWt

439

465

%

86

83,1

Spotřeba paliva

Účinnost

Motorgenerátor pracuje po uvedení do provozu v ustáleném téměř nepřetržitém provozu. V letech 2006 až 2008 pracovala průměrně 22 hod za den. V roce 2009 šlo pracovala již v nepřetržitém provozu. Provoz zařízení je průběžně monitorován a v případě poruchy spustí varovnou signalizaci nebo provede odstávku. To se děje např. při odpojení jednotky od sítě nebo při nedostatečném množství skládkového plynu, zejména pokud dojde k poklesu obsahu metanu v plynu. Jednotka je automaticky uvedena do provozu při zvýšení koncentrace metanu nad stavenou hranici.

13.2.4 Připojení k síti odběratele Elektrická energie vyrobená v kogenerační jednotce je vyvedena podzemními kabelovými vývody do rozvaděče stožárové trafostanice. Trafostanice je vybavena transformátorem a je připojena na nadzemní vedení vn vedení 22kV distribuční sítě E.ON. Čerpací stanice je napájena elektrickou energií z kogenerační jednotky. V případě, že by byla jednotka mimo provoz je čerpací stanice napojena na veřejnou síť. Veškerá vyrobená elektrická energie je prodána do veřejné sítě společnosti E.ON.[8]

13.3 Měření produkce skládkového plynu v letech 2006 - 2009 Produkce skládkového plynu činila za rok 2006 1 122 323 m3. Motorgenerátor byl v průběhu roku v provozu 22 hodin denně, tj. 8030 hodin za rok. Průměrná hodinová produkce skládkového plynu byla 139,76 m3 a v jednotlivých měsících se pohybovala v hodnotách od 115,51 – 158,39 m3. Průměrná obsah CH4 ve skládkovém plynu byl 45,2 %. Jednotlivé hodinové a měsíční produkce jsou uvedeny v tab. 6. a graficky znázorněny na obr. 20.

48

Tab. 7 Průměrné měsíční hodnoty produkce skládkového plynu v roce 2006 Měsíc Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec Průměrné hodnoty

Atmosférický tlak kPa 104,85 106,44 105,84 105,12 106,38 105,63 105,32 104,78 105,91 106,56 106,52 104,46

Hodinová produkce bioplynu [m3] 126,14 133,35 158,24 156,44 158,39 151,82 137,75 128,38 140,69 133,43 115,51 136,98 139,76

Měsíční produkce bioplynu [m3] 86 027 82 143 107 919 103 250 108 021 100 201 93 945 87 455 92 855 90 849 76 236 93 420

170 160 150 140 130 120 110

Pr os in ec

op ad Li st

D ub en

Sr pe n

100 Le de n

Hodinová produkce bioplynu [m3]

Rok 2006

Měsíce roku

Obr. 20 Průměrná produkce bioplynu v průběhu roku 2006

V roce 2007 činila produkce skládkového plynu 1 146 456 m3. Průměrná hodinová produkce bioplynu v tělese skládky byla 142,77 m3 a v jednotlivých měsících pohybovala od 112,36 – 168,19 m3. Došlo také k navýšení obsahu CH4 ve skládkovém plynu na 47,3 %. Průměrné měsíční hodnoty značně kolísali v průběhu roku. Z tab. 7. je patrné, že na produkci bioplynu neměl zásadní vliv atmosférický tlak.

49


Atmosférický tlak kPa 104,57 105,22 105,06 104,36 104,17 103,89 103,26 104,73 103,61 105,68 106,07 104,45

Hodinová produkce bioplynu [m3] 130,13 152,06 157,37 121,56 159,28 163,54 112,36 116,10 125,04 164,37 168,19 143,24 142,77


180 170 160 150 140 130 120 110

os in ec Pr

to pa d Li s

Sr

D ub en

pe n

100 Le de n


Rok 2007

Měsíce roku


Hodinová produkce skládkového plynu v jednotlivých měsících kolísala od 117,34 – 172,95 m3 a průměrná měsíční hodinová produkce činila 145,15 m3. Celková spotřeba kogenerační jednotky byla 1 165 545 m3. Průměrná obsah CH4 se ve skládkovém plynu pohyboval kolem 48,4 %. Produkce bioplynu mírně poklesla v zimních měsících, bylo to pravděpodobně způsobeno snížením teploty v tělese skládky.

50


Atmosférický tlak kPa 106,05 104.81 105,34 105,87 106,19 104,63 104,52 105,48 106,65 105,74 105,02 105,20

Hodinová produkce Měsíční produkce bioplynu [m3] bioplynu [m3] 136,05 92 786 160,21 98 689 141,11 96 237 162,98 107 566 167,5 114 235 172,95 114 147 161 109 802 133,74 91 210 130,2 85 932 133,06 90 747 117,34 77 444 125,66 85 700 145,15

180 170 160 150 140 130 120 110

os in ec Pr

to pa d Li s

Sr

D ub en

pe n

100 Le de n


Rok 2008

Měsíce roku

Obr. 22 Průměrná produkce bioplynu v průběhu roku 2008 Průměrná hodinová produkce skládkového plynu v roce 2009 byla přibližně stejná jako v roce 2008. Naopak celková spotřeba bioplynu v kogenerační jednotce se zvýšila o více jak 100 tis. m3. Bylo to způsobeno navýšením provozních hodin kogenerační jednotky z 22 hodin denně (8030 hodin za rok) na nepřetržitý provoz (8760 hodin za rok). Hodinová produkce bioplynu se pohybovala od 116,45 – 171,56 m3 a průměrná měsíční hodinová produkce činila 145,95 m3, obsah CH4 byl 50 %. Celková roční spotřeba byla 1 278 695 m3. Jednotlivé produkce jsou uvedeny v tab. 9. a znázorněny na obr. 23. 51

Tab. 10 Průměrné měsíční hodnoty produkce skládkového plynu v roce 2009 Atmosférický tlak Hodinová produkce kPa bioplynu [m3] Leden 105,26 145,41 Únor 104,38 150,09 Březen 105,72 158,27 Duben 105,16 147,14 Květen 104,29 164,49 Červen 104,87 171,56 Červenec 106,41 156,31 Srpen 106,49 135,63 Září 105,20 139,72 Říjen 104,07 116,45 Listopad 105,63 123,63 Prosinec 104,95 142,7 Průměrné hodnoty 145,95 Měsíc


180 170 160 150 140 130 120 110

Měsíce roku


52

os in ec Pr

to pa d Li s

Sr

D ub en

pe n

100 Le de n


Rok 2009

Měsíční produkce bioplynu [m3]

130 000 120 000 110 000 100 000 90 000 80 000 70 000 60 000 2006

2007

2008

2009

Rok

170 160 150 140 130 120 110

Li st op ad

Sr pe n

Le d

D ub en

100 en


Obr. 24 Jednotlivé měsíční produkce bioplynu v letech 2006 - 2009

Průměrné hodnoty jednotlivých měsíců

Obr. 25 Průměrné hodinové produkce bioplynu jednotlivých měsíců v letech 2006 – 2009 Z křivky na obr. 24 je patrné, že měsíční produkce bioplynu nepatrně narůstá oproti předchozím rokům. Na obr. 25 je křivka produkce ve sledovaném období proměnlivá. Důvodem jsou zde zjevně klimatické podmínky. V letních měsících dosahují hodnoty průměrné hodinové produkce maxima, naopak v zimních měsících dosahují minima. Příčiny mohou být ale různé, uvnitř skládky ovlivňují produkci především vlhkost, pH, podíl biologicky rozložitelného odpadu a jiné.

53

13.4 Ekonomické zhodnocení Při ekonomickém zhodnocení se vychází ze spotřeby plynu v m3, výnosů, nákladů a zisku z prodeje elektřiny v kWh. Výkupní cena elektřiny dodané do sítě byla v roce 2006 - 2520 Kč za 1 MWh, v roce 2007 – 2570 Kč za 1 MWh a v roce 2008 a 2009 – 2630 Kč za 1 MWh. Ekonomická vyhodnocení je uvedeno v následujících tabulkách.

Tab. 11 Výnosová stránka produkce elektrické energie z bioplynu v letech 2006 - 2009 Výnosy Dodávka elektřiny celkem

kWh

Výkupní cena za

Kč za

elektřinu

kWh

Výnos za dodání elektřiny celkem

Kč

2006

2007

2008

2009

Celkem

1 245 678

1 367 342

1 465 561

1 698 311

5 776 892

2,52

2,57

2,63

2,63

3 139 108,56

3 514 068,94

3 854 425,43

4 466 557,93

14 974 160,86

Tab. 12 Náklady na produkci elektrické energie v letech 2006 - 2009 Náklady

2006

2007

2008

2009

Celkem

m3

1 122 323

1 146 456

1 165 545

1 278 695

4 713 019

%

45,2

47,3

48,4

50

Kč

387 000

387 000

387 000

412 000

1 573 000

Provozní náklady

Kč

975 000

975 000

975 000

975 000

3 900 000

Náklady celkem

Kč

1 362 000

1 362 000

1 362 000

1 387 000

5 473 000

Spotřeba bioplynu Průměrný obsah

CH4 Náklady na energii

54

Tab. 13 Celkový zisk z prodeje elektrické energie Rok 2006 2007 2008 2009

Výnosy celkem (Kč) Náklady celkem (Kč) 3 139 108,56 1 362 000 3 514 068,94 1 362 000 3 854 425,43 1 362 000 4 466 557,93 1 387 000

Celkový zisk (Kč) 1 777 108,56 2 152 068,94 2 492 425,43 3 079 557,93 9 501 160,86

Ekonomický výsledek za rok 2006 V roce 2006 bylo dodáno do distribuční sítě společnosti E.ON 1 245 678 kWh elektrické energie. Státem garantovaná výkupní cena byla 2520 Kč za 1 MWh. Zisk z prodeje po odečtení veškerých nákladů představoval 1 777 108,56 Kč. V kogenerační jednotce bylo spotřebováno 1 122 323 m3 skládkového plynu s průměrným obsahem CH4 45,2 %.

Ekonomický výsledek za rok 2007 Společnost E.ON odkoupila v roce 2007 elektrickou energii v hodnotě 3 514 068,94 Kč což představuje po odečtení nákladů čistý zisk

2 152 068,94 Kč. Náklady se

pohybovali ve výši 1 362 000 Kč a byli to zejména náklady na obsluhu, pojištění, na nákup energií a servis. Celková spotřeba bioplynu s obsahem metanu 47,3 % v kogenerační jednotce byla 1 146 456 m3. Množství produkovaného bioplynu oproti předcházejícímu roku narostlo a současně s tím se zvýšil i obsah metanu v bioplynu.

Ekonomický výsledek za rok 2008 V roce 2008 pokračoval nárůst množství produkovaného skládkového plynu a s ním i obsahu metanu. Celkově bylo vyprodukováno 1 165 545 m3 bioplynu s obsahem metanu 48,4 %. Do sítě bylo prodáno 1 465 561 kWh elektrické energie, což přineslo zisk 2 492 425,43 Kč. Náklady zůstaly stejné jako v předchozím roce.

Ekonomický výsledek za rok 2009 Rok 2009 představoval nadprůměr v produkci skládkového plynu oproti předchozím rokům. Chod kogenerační jednotky byl přepnut na nepřetržitý chod. Při spotřebě 1 278

55

695 m3 bioplynu bylo dosaženo zisku 3 079 557,93 Kč. Garantovaná výkupní cena byla 2630 Kč za 1 MWh, což také významně ovlivnilo zisk z prodeje elektrické energie.

Ekonomické vyhodnocení provozu kogenerační jednotky v letech 2006 – 2009 Ekonomický výsledek se dá ohodnotit jako velice dobrý. Výnosy za prodej elektrické energie výrazně převyšovali provozní náklady. Ze získaných údajů byl zisk vypočten ve výši 9 501 160,86 Kč, nelze zde ale hovořit o čistém zisku, protože nebylo možné získat veškeré podklady o personálních a jiných nákladech. Do distribuční sítě bylo dodáno 5,78 MWh elektrické energie za cenu 14 974 160,86 Kč. Dle dosažených výsledků lze říci, že prostá doba návratnosti byla necelé 3 roky. Reálná doba návratnosti však bude nepatrně delší.

56

14 ZÁVĚR Je patrné, že v bioplynu se skrývá vysoký potenciál, protože se jedná o obnovitelný zdroj energie, který může být v budoucnosti při plánování a vhodném složení skládek dobrou alternativou pro náhradu neobnovitelných zdrojů energie. Kvalita skládkového plynu v letech 2006 až 2009 byla poměrně dobrá. Koncentrace metanu se pohybovala v rozmezí 45 - 50 obj. %. Nejvyšší průměrná koncentrace CH4 byla zjištěna v roce 2009. Ze zvyšování koncentrace metanu v bioplynu lze usuzovat, že již došlo k nastolení optimálních podmínek pro jeho vznik a nedochází k vnikání O2 do tělesa skládky, což by mohlo významně snižovat jeho produkci. Hodinová produkce bioplynu se ve sledovaném čtyřletém období pohybovala od 112,36 m3 do 172,95 m3. Ze získaných dat je patrné, že v zimních měsících dochází k nejnižším produkcím bioplynu. Naopak v letních měsících je dosahováno maxima. Lze také konstatovat, že se skládka nachází ve fázi rostoucí produkce bioplynu, což mě potvrdilo vyhodnocení naměřených dat. Do budoucna se počítá s nárůstem produkce bioplynu a jeho využitím pro výrobu elektrické energie. Během čtyř let bylo vyprodukováno 4 713 019 m3 bioplynu a bylo z něj vyrobeno 5 776 892 kWh elektrické energie. Skládka Němčice nad Hanou profituje tedy nejen z ukládání odpadů ale i z prodeje elektřiny. Jen samotný prodej elektřiny lze hodnotit jako velmi dobrý finanční výsledek. V případě, že by bylo prodáváno teplo a současně i emisní povolenky, tak by byl zisk ještě mnohonásobně vyšší. Prodej elektrické energie vynesl společnosti SITA CZ a.s. zisk 9 501 160,86 Kč. V současné době nedochází k využití užitečného tepla vznikajícího při výrobě elektrické energie v motorgenerátoru. Existuje ale jedna zajímavá možnost a to – čištění zasolených koncentrovaných odpadních vod použitím odparky s tepelnou kompresí. Šlo by v podstatě o instalaci odparky v prostoru skládky, která by pro odpařování odpadních vod využívala teplo z kogenerace. Další možností využití tepla by mohlo být k ohřevu teplé užitkové vody a k vytápění provozní budovy na skládce v zimních měsících. V dnešní době je snaha pomocí legislativních kroků minimalizovat množství odpadů ukládaných na skládky. Nové skládky se nebudují a stávající se v rámci možností rozšiřují. Dalším krokem je také postupné snižování biologicky rozložitelného podílu komunálního odpadu ukládaného na skládky. Tento biologicky rozložitelný podíl musí být postupně omezován v souladu s harmonogramem stanoveným v Plánu odpadového

57

hospodářství ČR a krajů. Ten stanovuje snížit tento podíl do roku 2010 na 75 %, do roku 2013 na 50 % a do roku 2020 na 35 % celkového množství (hmotnosti) biologicky rozložitelného komunálního odpadu vzniklého v roce 1995. Výrobou elektrické energie z bioplynu ve spalovacím motoru je možné nahradit část produkce elektrické energie z fosilních paliv v elektrárnách ČR, čímž dochází

ke

snižování emisí látek znečišťující ovzduší a také se tak šetří neobnovitelné zdroje surovin.

58

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 1. ČERMÁK, O., 2009: Odpadové hospodárstvo – Skládkový plyn. Slovenská technická univerzita v Bratislavě, 134 s. ISBN 978-80-227-3101-0. 2. FILIP, J. – BOŽEK, Fr. – KOTOVICOVÁ, J., 2006: Komunální odpad a skládkování. MZLU, Brno, 128 s. 3. LIBRA, J., 2005: Stavby pro odpadové hospodářství, MZLU, Brno, 141 s. ISBN 807157-861-4 4. KNÍŽEK, P., Energetický audit: Energetické využití skládkového plynu – skládka komunálních odpadů Němčice nad Hanou. Praha, září 2007 5. STRAKA, F., 2003: Bioplyn, příručka pro výuku, projekci a provoz bioplynových systémů. Říčany: GAS, s.r.o., 517 s. ISBN 80-7328-029-9. 6. STACHOWITZ W.H: CO2 – Emissionshandel fur Deponie (Schwach) gas. Abfallforschungstage, 2004, Hannover 7. SCHULZ, H. – EDER, B., 2004: Bioplyn v praxi. Ostrava – Plesná? HEL, 168 s. ISBN 80-86167-21-6 8. ŠPIČÁK, P., Provozní řád: Skládka odpadů Němčice nad Hanou. Praha. 2005. 43 s.

Internetové zdroje 9. Centrum pro hospodaření s odpady, 2009: Skládky ostatních odpadů (S-OO) na území Jihomoravského kraje, [cit. 2010-03-15]. Dostupné na: http://ceho.vuv.cz/ceho/ceho/skladky_odpadu/ 10. Energetický regulační úřad, 2009: Obnovitelné zdroje energie, [cit. 2010-03-14]. Dostupné na: http://eru.cz/ 11. TEDOM, s. r. o., 2009: Kogenerace, [cit. 2010-03-23]. Dostupné na: http://kogenerace.tedom.cz/ 12. TEDOM, s. r. o., 2009: Trigenerace, [cit. 2010-03-23]. Dostupné na: http://kogenerace.tedom.cz/o_trigeneraci/ 13. WIKIPEDIE – Otevřená encyklopedie. Čtyřfázový model anaerobní digesce dle Nordberga (1996). [cit. 2010-03-20]. Dostupné na: http://cs.wikipedia.org/wiki/metanogeneze/

59

Seznam použitých právních předpisů 14. Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů ve znění pozdějších právních předpisů 15. Zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů ve znění pozdějších právních předpisů 16. Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých dalších zákonů ve znění pozdějších právních předpisů 17. Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu ve znění pozdějších právních předpisů 18. Zákon č. 309/2006 Sb., o podmínkách ochrany zdraví při práci ve znění pozdějších právních předpisů 19. Zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů ve znění pozdějších právních předpisů 20. Vyhláška MŽP č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady 21. Vyhláška MŽP č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů 22. Vyhláška ERÚ 454/2008 Sb., o pravidlech trhu s elektřinou, zásadách tvorby cen za činnosti operátora trhu s elektřinou a provedení některých dalších ustanovení energetického zákona

60

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Průběh čtyřfázové fermentace dle Nordberga[13] .................................................... 13 Obr. 2 Odplyňovací systém s bázovými odtahy a celoprostorovým propojením sběrné sítě ................................................................................................................................ 16 Obr. 3 Aktivní způsoby zachytávání skládkového plynu[1]................................................ 17 Obr. 4 Horizontální drén[1] ................................................................................................. 18 Obr. 5 Pasivní zachytávání skládkového plynu s oxidačním filtrem[1] .............................. 19 Obr. 6 Plynosběrná perforovaná potrubí[5] ......................................................................... 20 Obr. 7 Plynosběrný vrt s horním napojením[5] ................................................................... 21 Obr. 8 Plynosběrný vrt s horním napojením s teleskopickou hlavou[5] ............................. 22 Obr. 9 Příkop povrchové drenáže a napojení trubek převlečkami ..................................... 23 Obr. 10 Možnosti využití skládkového plynu podle Stachowitze[6]................................... 26 Obr. 11 Využití kogenerační jednotky[1] ............................................................................ 29 Obr. 12 Počet skládek využívající skládkový plyn v letech 2002 – 2009[10] ..................... 30 Obr. 13 Celkový instalovaný výkon při využívání skládkového plynu v letech 2002 – 2009[10] ................................................................................................................ 30 Obr. 14 Konstrukce hořáku[1] ............................................................................................. 33 Obr. 15 Princip biooxidačního filtru[5] ............................................................................... 34 Obr. 16 Funkce filtru při změnách tlaku[5] ......................................................................... 34 Obr. 17 Varianty instalace biooxidačního filtru [5] ............................................................. 35 Obr. 18 Pasivní ventilace bioplynu bočním přerušením izolace [5] .................................... 35 Obr. 19 Rozmístění skládek odpadů v Jihomoravském kraji v roce 2010[9] ...................... 40 Obr. 20 Průměrná produkce bioplynu v průběhu roku 2006.............................................. 49 Obr. 21 Průměrná produkce bioplynu v průběhu roku 2007.............................................. 50 Obr. 22 Průměrná produkce bioplynu v průběhu roku 2008.............................................. 51 Obr. 23 Průměrná produkce bioplynu v průběhu roku 2009.............................................. 52 Obr. 24 Jednotlivé měsíční produkce bioplynu v letech 2006 - 2009................................ 53 Obr. 25 Průměrné hodinové produkce bioplynu jednotlivých měsíců............................... 53

61

SEZNAM TABULEK Tab. 1 Specifická produkce bioplynu pro jednotlivé organické složky podle[1]………….14 Tab. 2 Doporučení odplynění skládky v závislosti na koncentraci a produkci metanu[2]...17 Tab. 3 Účinnost využití energie skládkového plynu[1]……………………………………28 Tab. 4 Upravený LFG na kvalitu SNG[4]…………………………………………………32 Tab. 5 Skládky na území Jihomoravského kraje………………………………………….41 Tab. 6 Parametry motorgenerátoru DAGGER CPG 300…………………………………48 Tab. 7 Průměrné měsíční hodnoty produkce skládkového plynu v roce 2006…………...49 Tab. 8 Průměrné měsíční hodnoty produkce skládkového plynu v roce 2007…………...50 Tab. 9 Průměrné měsíční hodnoty produkce skládkového plynu v roce 2008…………...51 Tab. 10 Průměrné měsíční hodnoty produkce skládkového plynu v roce 2009………….52 Tab. 11 Výnosová stránka produkce elektrické energie v letech 2006 - 2009…………...54 Tab. 12 Náklady na produkci elektrické energie v letech 2006 – 2009…………………..54 Tab. 13 Celkový zisk z prodeje elektrické energie……………………………………….55

62

Využívání skládkového plynu Diplomová práce

Recommend Documents