Rozdział 1

1.
Stan istniejący.
Obecnie na terenie Oczyszczalni ścieków w Żywcu pracują dwa agregaty prądotwórcze tj.
agregat firmy VIESSMAN typ FG 114 o mocy znamionowej 114 kW energii elektrycznej i
186 kW energii cieplnej oraz agregat firmy SOKRATHERM typ BHKW FG 189 o mocy
znamionowej 189 kW energii elektrycznej i 260 kW energii cieplnej. Z uwagi na usytuowanie
Żywca około 350 metrów npm. ustalono następujące optymalne parametry agregatów:
- agregat firmy VIESSMAN typ FG 114 - moc energii elektrycznej 100 kW i 180 kW energii
cieplnej,
- agregat firmy SOKRATHERM typ BHKW FG 189 - moc energii elektrycznej 160 kW
i 260 kW energii cieplnej.
Agregaty te wytwarzają energię elektryczną pozwalającą pokryć zapotrzebowanie
oczyszczalni ścieków na poziomie ok. 45 % oraz w znacznym stopniu na energię cieplną.
Urządzenia te umieszczone są w budynku kotłowni.
Agregat firmy VIESSMAN został uruchomiony w 2001 r. Obecnie przepracował on 75 000
godzin, co w przeliczeniu na średnią pracę silnika w samochodzie odpowiadałoby
przejechaniu około 3,5 mln km. W okresie eksploatacji wyprodukował 5 625 000 kW energii
elektrycznej. Aktualnie silnik został poddany remontowi kapitalnemu.
Rys. nr 1 - agregat firmy VIESSMAN typ FG 114
Agregat firmy SOKRATHERM został uruchomiony w 2010 r. przy zadaniu pn.:
„Modernizacja i rozbudowa Oczyszczalni Ścieków w Żywcu”. Obecnie przepracował on
26 500 godzin, wytwarzając 3 585 360 kW energii elektrycznej.
Rys. nr 2 - agregat firmy SOKRATHERM typ BHKW FG 189
Gospodarka biogazem.
Projekt technologiczny „Modernizacji i rozbudowy oczyszczalni ścieków w Żywcu”
pochodzący z grudnia 2006 r. zakładał, że przy maksymalnym obciążeniu oczyszczalni
ściekami (209 tys. RLM) a tym samym obciążeniu komory fermentacyjnej osadami produkcja
biogazu będzie wynosiła średnio 3000 m3/d. W ciągu trzech pierwszych kwartałów 2013 r.
maksymalne obciążenie oczyszczalni kształtowało się na poziomie około 131 tys. RLM
i stanowiło to w stosunku do projektowanego obciążenia około 62%. Średnia dobowa z roku
2013 wynosiła prawie 2510 m3/d co stanowi już 84% wartości projektowej. W miesiącu
o największej produkcji średnia ilość produkowanego biogazu osiągnęła 2782 m3/d czyli
92,7% wartości projektowej. Według naszych obliczeń wynika iż w 2015 r.
po
doprowadzeniu ścieków do oczyszczalni z pozostałych gmin oraz przez wprowadzoną przez
nas inwestycję pn. „Układ dezintegracji mechanicznej osadu” można spodziewać się
produkcji biogazu na poziomie ok. 3 400 m3/d. Dodatkowo zwiększają się dostawy osadów w
postaci tłuszczy co wpływa na dalszy wzrost produkcji biogazu. Docelowo przewidujemy
produkcję na poziomie 3 800m³/d
Rys. nr 3 – kondycjoner mechaniczny (młynek) wchodzący w skład systemu dezintegracji mechanicznej osadu
Biogaz jest gromadzony w zbiorniku gazu i wykorzystany jako paliwo w agregatach
kogeneracyjnych wytwarzających energię elektryczną i cieplną p zainstalowanych dwóch
kogeneratach. Aktualnie agregat eksploatowany od 13 lat zużywa średnio 51,5 m3/h, a drugie
77,7 m3/h. Daje to w sumie możliwość wykorzystania około 3100 m3 biogazu na dobę.
Obecnie wykorzystanie w pełni wytworzonego biogazu do produkcji energii odnawialnej
staje się coraz trudniejsze. Awaria agregatów prądotwórczych lub ich przegląd wymusza
spalanie cennego produktu na pochodni. Brak rezerwowego urządzenia spowodował, że w
roku 2013 poprzez spalanie awaryjne na pochodni nie wykorzystano 49 929 m3 biogazu – co
stanowiło ponad 5% produkowanego biogazu.
Wartość ilości wyprodukowanego biogazu w następnych latach może wzrosnąć, ze
względu na stopniowy wzrost obciążenia oczyszczalni ściekami poprzez podłączanie
kolejnych gminnych systemów kanalizacyjnych do zlewni oczyszczalni w Żywcu w ramach
programu „Oczyszczanie ścieków na Żywiecczyźnie”. Jeśli nie dojdzie do zainstalowania
kolejnego agregatu prądotwórczego to ilość niewykorzystanego biogazu może drastycznie się
zwiększyć.
Reasumując, w 2015 r. średnia dobowa produkcja biogazu może osiągnąć poziom ok.
3 400 m3/d., a docelowo do 3800 m3/d. W 2013 r. do pracy agregatów, ze względu na ich
awaryjność jak i prowadzenie ich przeglądów, wykorzystano w sumie 862 838 m3 biogazu.
Przy takim wykorzystaniu biogazu w 2015 r. będziemy zmuszeni spalić awaryjnie na
pochodni ok. 361 162 m3 biogazu – co stanowiło będzie ok. 30% produkowanego biogazu.
2.
Analiza ekonomiczna
2.1. Produkcja energii elektrycznej z agregatów w 2013 r.
Zapotrzebowanie całkowite na energię elektryczną OŚ w Żywcu wynosi – 3 373,978 MWh,
w czym:
a. produkcja energii elektrycznej w istniejących agregatach kogeneracyjnych wynosi
odpowiednio:
- agregat VIESSMAN typ FG 114
- 694,382 MWh
- agregat SOKRATHERM typ BHKW FG 189 - 812,107 MWh
Łączna ilość wyprodukowanej energii wynosi – 1 506,489 MWh
W przypadku
zakupu w/w energii koszt poniesiony przez MPWiK wynosiłby
1 506,489 MWh x 280 zł /MWh = 421 816,92 zł.
b. zakup energii elektrycznej z elektrowni wyniósł 1 867,489 MWh x 280 zł /MWh =
522 896,92 zł.
4000
3500
3000
Ogólne zapotrzebowanie energii
elektrycznej na OŚ w Żywcu
MWh
2500
Zakup energii elektrycznej z
elektrowni
2000
Produkcja energii elektrycznej z
agregatu FG189
1500
Produkcja energii elektrycznej z
agregatu FG114
1000
500
0
1
Wykres nr 1 obrazujący zapotrzebowanie na energię elektryczną Oczyszczalni Ścieków w Żywcu
wraz z podziałem na jej pokrycie w postaci zakupu oraz produkcji własnej z agregatów
Zysk z tytułu pracy agregatów przyniósł przedsiębiorstwu oszczędności w wysokości:
1 506,489 MWh (wytworzona energia) x 280 zł /MWh (wartość rynkowa) = 421 816,92 zł
+ sprzedaż świadectw pochodzenia z zielonej energii tj. 1 506,489 MWh x 200 zł /MWh =
301 297,80 zł. Co za 2013 r. daje łączną kwotę 723 114,72 zł.
2.2. Produkcja energii cieplnej z agregatów w 2013 r.
a. produkcja energii cieplnej w istniejących agregatach kogeneracyjnych wynosi
odpowiednio:
- agregat VIESSMAN typ FG 114
- 4 499,56 GJ
- agregat SOKRATHERM typ BHKW FG 189
Łączna ilość wyprodukowanej energii cieplnej wynosi
- 5 262,44 GJ
– 9 762,00 GJ
Przeliczając produkcję powyższej energii cieplnej przedsiębiorstwo generuje oszczędności
w porównaniu z ogrzewaniem olejem opałowym na poziomie ok. 920 tyś. złotych za 2013 r.
3. Efekt ekologiczny
Dodatkowo pełne zagospodarowanie biogazu wpłynie na ochronę środowiska poprzez:
a.
ograniczenie spalania węgla w elektrowniach z uwagi na ograniczenie zakupu
energii elektrycznej w ilości ok. 1 200 MWh rocznie.
Średnia ilość energii z jednej tony węgla kamiennego wynosi 5,2 MWh.
Potrzebna ilość węgla kamiennego do wytworzenia 1 200 MWh wyniesie ok.
230 ton
a.
Ograniczenie spalania oleju opałowego w kotłowni do produkcji energii cieplnej
wykorzystywanej dla celów technologicznych i grzewczych w ilości:
- podgrzewanie osadu w Komorze Fermentacyjnej WKF – 420 kW
- dla celów c.o. – 690 kW
Łącznie: 1 110 kW
Produkcja ciepła poprzez istniejące agregaty – 446 kW
Podłączenie nowego agregatu zapewni – 248 kW
Ilość oleju opałowego do wytworzenia 248 kW (moc cieplna nowego agretatu)
w ilości ok. 20 litrów na godzinę.
Jednocześnie zakup nowego agregatu i wpięcie go w sekcję nr 3 (zgodnie z poniższym
schematem) zapewni stabilną pracę przy zasilaniu wyspowym. Zasilanie to pozwoli na
awaryjną pracę urządzeń które będą w stanie utrzymać odpowiedni proces oczyszczania
ścieków wraz z zrzutem oczyszczonego ścieku do jeziora, względem którego oczyszczalnia
leży w depresji. Położenie oczyszczalni pokazano na poniższych schematach.
Dodatkowym atutem projektowanego rozwiązania będzie alternatywne paliwo doprowadzone
do agregatu w postaci gazu ziemnego, który pozwoli w przypadku braku biogazu na dalszą
jego pracę.
Schemat nr 1 – układ ideowy wpięcia nowego agregatu do zasilania
4. Stan projektowany.
Z uwagi na stan techniczny oraz ilość przepracowanych godzin agregatu firmy
VIESSMAN oraz ilość produkowanego biogazu (która wskazuje tendencję wzrostową
poprzez wprowadzanie nowych ścieków z poszczególnych gmin) przewiduje się zakup wraz
z montażem nowego agregatu prądotwórczego o mocy znamionowej ok. 180 kW energii
elektrycznej i 260 kW energii cieplnej. Inwestycja ta umożliwi całkowite wykorzystanie
produkowanego biogazu, pozwoli podczas wspólnej pracy z istniejącymi urządzeniami na
pokrycie ok. 70 % zużycia energii elektrycznej oczyszczalni ścieków i w 100 %
zapotrzebowania na energię cieplną. Stanowił on będzie również częściową rezerwę dla
obecnego układu. Projektowany agregat prądotwórczy zostanie umieszczony również
w budynku kotłowni (obok istniejącego agregatu firmy SOKRATHERM) – zgodnie z
poniższym zdjęciem. Lokalizacja ta ułatwi podłączenie nowego urządzenia w istniejący układ
zasilania biogazem, podpięcia do instalacji elektrycznej, instalacji CO oraz układu AKPiA.
Rys. nr 4 – pomieszczenie w budynku kotłowni przeznaczone na lokalizację projektowanego agregatu
Dodatkowo nowy agregat winien mieć możliwość pracowania na gazie ziemnym, dla
zapewnienia rezerwowego zasilania wybranych urządzeń oczyszczalni ścieków w sytuacjach
awaryjnych.jest to bardzo istotne z uwagi na położenie oczyszczalni w rejonie wału
oddzielającego od Jeziora Żywieckiego. W tym celu należy doprowadzić do budynku
kotłowni przewód z gazem ziemnym z istniejącego przyłącza Ø 160 PE znajdującego się obok
budynku suszarni. Jednocześnie na nowym rurociągu gazu należy zamontować licznik gazu.