Energy, Environmental and Economic Impacts of Landfill Gas Extraction and Utilization

Кафедра теплогазоснабжения и
охраны воздушного бассейна
Доклад на тему:

«ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСТРАКЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ БИОГАЗА
С ПОЛИГОНОВ ТБО»

Судоргина М.Ю.
Гр. 2-Т-4
08.04.2010

Содержание доклада
• Актуальность вопроса
• Потенциал свалочного газа (СГ). Успешный опыт сбора и
утилизации СГ за рубежом. Проблема ТБО в России
• Механизм образования, состав СГ
• Технологическая схема экстракции (сбора), обработки
и утилизации.
• Перспективы в РФ. Пилотный проект в Московской
области
• Экономическая эффективность. «Углеродные квоты».
Примерный сметный расчет.
• Заключение
• Список источников для доклада

Актуальность вопроса
• Количество образующихся ТБО:
Сектор ЖКХ - 350-400 кг/год на 1 человека

При населении России 142 млн. человек ежегодно образуется 60
млн.т. ТБО.

• По данным Госдоклада общая площадь захоронений:
• 1995г. –14,7 тыс. га
• 2005г. – 107,4 тыс. га за 10 лет S в 7 раз

Генерация и эмиссия
Захоронение на Биохимическое свалочного газа
полигоне ТБО разложение (СН4, CO2)

Негативные воздействия свалочного газа (СГ):
• взрыво- и пожароопасен
•токсичен
•загрязнитель грунтовых вод
•«парниковый газ»

Антропогенные выбросы СН4, по
планете:
6 407 MMTCO2E
из них Россия 1,1 млн т -2,5 %.

(по данным Партерства «Метан на рынки», 2007 г.)

• По данным 5-го национального сообщения МПР РФ в секретариат РКИК ООН:

Ратификация
Киотского
протокола

Снижение
антропогенных
выбросов СН4

Эконом. выгода,
доп. ЕСВ,
привлечение
инвестиций


• Возобновляемое местное топливо
– ½ теплотворной способности природнго газа
– сравнительно низкая стоимость добычи
– стабильная генерация 20 и более лет после
закрытия полигона ТБО

Энергетический потенциал СГ

Энергетический потенциал СГ
• 1 т сухого вещ-ва ТБО -> 150-300 м3 СГ 1 га-> 200 т/год СГ

• 1 м3 СГ -> 0,5 м3 ПГ • 1 млн т СГ с влажн. 40% -> 50-60 м3 ПГ

•1 жит. н. п.-> 10-15 м 3 / год
•н.п. 100 тыс. жит. ->1 тыс. жит.
(энергия+тепло)

• 1 м3 СГ (50% по объему СН4) -> 5 кВт*ч/ м3 1 млн м3 / год -> 600 кВт
(теор. мощн. при 100%
утилизации СГ)

• «парниковый эффект»:
1 кг СГ (50% СН4) -> 2*24=48 кг CO2

Технический энергетич. потенциал
• в качестве моторного топлива -> 90-92%

• в качестве моторного топлива с выработкой эл/энергии -> 35-37%

• в качестве моторного топлива с когенерацией ->75-87% (в зав-ти от принятых ТУ)

1 млн м3 / год -> 200-220 кВт по эл/энергии
-> 220-280 кВт по тепловой энергии

макс. выработка энергии на СГ собств. нужды свалки в 2-3 раза

Экономический потенциал СГ

•Использование 50 % собранного СГ = 10 % утилизации ТБО –
вырабатывается энергия 50-60 кВт*ч/т

для сравнения:

•10 % утилизации ТБО при помощи мусоротортировочных комплексов –
потребляется энергия 25-30 кВт*ч/т

Успешный опыт зарубежных стран
Страна Объем добычи СГ, млн. куб. м/ год
США 500
Германия 400
Великобритания 200
Нидерланды 50
Франция 40
Италия 35
Дания 5
Итого: 1230 (429 тыс. т метана)

Проблема ТБО в России, первая
инвентаризация свалок
1. Sсв. > 2000 км2 + 30 млн. т ТБО ежегодно (!)

Qобщ. учт. = 865 свалок
QТБО разм. = 122,4 млн. м3 или 24,6 млн.т/год
QТБО учт. = 354 млн.т.

2. Подавляющее большинство полигонов – это санкционированные (легальные)
свалки, которые не отвечают действующим санитарным нормам:

•не имеют проекта (за искл. новых полигонов, построенных после 2000 г.).
•территории не обвалованы,
•санитарно-защитная зона не организована,
•технология складирования не,
•не подготовлено водонепроницаемое основание,
• отсутствуют противофильтрационные экраны,
•не ведется сбор и очистка фильтрата,
•не предусмотрен отвод дождевых вод,
•не организован сбор свалочного газа,
•не имеет систем мониторинга.

Распределение свалок по занимаемой площади:

Федеральный округ Кол-во свалок S > 50 га Место расположения

Центральный ФО 7 Московская область – «Икша»,
«Домодедовский», «Саларьево»,
«Щербинка», «Тимохово», «Хметьево» и г.
Ярославль – полигон «Скоково»

Приволжский ФО 7 Пенза, Пермь, Самара, Пугачев, Балашов,
Нижний Новгород, Уфа

Сибирский ФО 6 Улан-Удэ, Томск, Назарово –Красноярский
край, Славгород – Алтайский край

Северо-западный ФО 2 Ленинградская область

Уральский ФО 2 Челябинск

Южный ФО 1 Краснодар

Распределение свалок по количеству поступающих отходов:

Федеральный округ Кол-во свалок Место расположения
(QТБО учт > 250 тыс.т /год )
Центральный ФО 4 3 - Московской области – «Кучино», «Икша»,
«Жирошкино»; 1 – в г. Тула
Приволжский ФО 6 Нижний Новгород (Игумновский полигон), Казань
(Самосыровская свалка), Уфа, Ижевск, Самара
(полигон «Преображенка»), Йошкар-Ола
Сибирский ФО 3 Новокузнецк, Томск, Новосибирск

Северо-западный ФО 2 Санкт-Петербург «ПТО-3 Новоселки», Калининград

Уральский ФО 2 Челябинск, Екатеринбург («Широкоречная»)

Южный ФО 1 Ростов-на-Дону

Дальне-Восточный ФО 1 Хабаровск («Березовская»)

Распределение свалок по количеству накопленных отходов :

•Общая масса накопленных отходов на учтенных свалках составляет 354 млн.т.
• 94% отходов - на 117 свалках ( 64,5% всех отходов)

•Наиболее крупные по количеству накопленных отходов (>10 млн.т)
1) «Кучино» в Московской области,
2) «Софроны» в Перми,
3) Томский городской полигон в г. Томске,
4) свалка «Широкоречная» в Свердловской области,
5) Челябинский полигон в г. Челябинске.

• Карта свалок Ленобласти:
Санкт-Петербург
≈5 млн. м3 ТБО ежегодно,
80 % захоранивается на 3х
действ. полигонах.

ПТО-1 "Волхонский"
эмиссии метана будет
достаточно для работы тепловой
электростанции мощностью
2000 кВт в течение 20-25 лет.

Ленобласть
55 организованных свалок,
≈1 млн. м3 ТБО ежегодно.

Несмотря на сравнительно небольшие объемы захоронения отходов, получение
биогаза на ряде свалок может оказаться рентабельным из-за высокой стоимости
топлива.

Механизм образования СГ

•Процесс распада органического вещества:
Сложные органические
соединения:
4 стадии:
углеводы, белки, жиры
1) гидролиз;

Простые органические растворимые
соединения 2) кислое брожение;

Ацетаты, бутираты, спирты, 3) ацетогенная стадия;
пропинаты и т.д.

Н2, СО2 СН3СООН 4) образование метана

СН4, СО2
Упрощенное стехиометрическое уравнение:

n C6H10O5 + n H2O -------> 3n CH4 + 3n CO2

•Динамика образования свалочного газа:
анаэробное анаэробное анаэробное
аэробный образование образование Образование
режим СО2 СН4 биогаза
100 -
кислое брожение метановое брожение метановое брожение
не стабильно стабильно
N2
80 -
Состав биогаза, % об.

60 -
CH4
СО2
40 -
О2

H2
20 -

0.
0 1 2 3 1 2 3 4 5 6 10
мес. мес. мес. год года года года лет лет лет
Время (указано примерно)

•Факторы, влияющие на производство газа свалок:
•Влажность
•Температура
•Движение воды
•Наличие питательных веществ
•Показатель рН
•Концентрации токсических веществ
•Структура тела захоронения

•Комплекное влияние факторов отражено в уравнении
кинетики р-ции газообразования 1-го порядка:
Q=M*q*e-kt ,
где Q - количество биогаза (куб. м), генерированное за время t (годы);
M - масса отходов (т);
q - удельный газовый потенциал (куб. м/т);
k - константа скорости реакции газообразования (1/год).

Химический состав СГ

Макрокомпоненты СГ:
•метан (СН4) 40-70%
•диоксид углерода (СО2) 30-60%

На уровне первых процентов:
•азот (N2),
•кислород (О2),
•водород (Н2).

Микропримеси
•десятки различных орг. соединений.

Технологическая схема экстракции СГ

•2 отличных способа эксплуатации:

1) «пассивная дегазация» -
метансодержащий газ под собственным давлением отводится из тела свалки;

2) «активная дегазация» -
метансодержащий газ принудительно откачивается из тела свалки с помощью
специальных приспособлений, образующих систему дегазации.

•Устройство системы дегазации полигона ТБО:

• Коллекторы (скважины):
• обычно вертикальные
•исп. до/после закрытия свалки
•предпочительная глубина 10 м
•шаг 50-100 м
•диаметр 200-600 мм

•Типичная скважина:

1 - трубопровод для отвода газа; 2 - соединительная муфта;
3 - засыпка из щебня; 4 - тело захоронения;
5 - обсадная труба; б- направляющий элемент;
7 - газонепроницаемая крышка; 8 - штуцер для отбора газа.

•Горизонтальные коллекторы:

•прим. при новом строительстве полигона,
•дренажные перфорированные трубопроводы,
•на разных уровнях захороненных отходов,
•расстояние по горизонтали между отдельными дренажными
трубами составляет около 30 м

•Газопроводы для транспортировки СГ:

•находятся под разряжением,
•гибкое присоединение к газовому коллектору
•в узле присоединения располагаются КИП
•штуцеры для отбора проб газа
•прокладка в траншее
•уклон для предотвращения конденсата, конденсатоотводчики
•ПНД/сталь

•Пункт сбора СГ:

•у границы полигона в виде блочных
бетонных зданий
•размещение на открытой площадке
•мероприятия по взрывозащите

•Нагнетательные устройства:

•радиальные вентиляторы (до 20 кПа)
•ротационные компрессоры (до 80 кПа)

•Компрессорная установка:
•служит для повышения избыточного
давления газа

•Сжигание газа в факельной установке:
•низко-, средне- и высокотемпературные;
•устранение запахов, снижение пожаро- и
взрывоопасности на полигоне
•утилизация избыткой СГ, подаваемого
потребителю
•энергетический потенциал обычно не исп-ся

Обработка СГ для дальнейшего
использования
•Основные требования к очистке газа :

•отделение влаги и взвешенных частиц;
•удаление сероводорода;
•удаление галогенсодержащих соединений;
•удаление углекислого газа;
•компримирование или сжижение (при использовании в качестве
горючего для транспортных средств).

Утилизация СГ.
Центр тяжести :

получение
электроэнергии и
производство тепла для
нужд отопления
помещений и
технологических нужд
путем сжигания в
топочных устройствах.

Утилизация СГ.
•Перспективные варианты использования газа свалок:

•сушка шлама очистных сооружений;
•рециклинг строительных отходов и синтетических материалов;
•обработка фильтрата полигонов ТБО;
•термическое обезвреживание отходов.

Перспективы добычи и утилизации СГ
в РФ.
•ЗАО "Фирма Геополис" ,1988 год. г. Москва, специалисты
ВНИИГеосистем.

•1994 -2006 совместное российско-голландским предприятие, участник
международной инженерно - консалтинговой группы «Гронтмай»
•1995-2003 член Международной Ассоциации Твердых Отходов (ISWA).
•с 2006 ЗАО "Фирма Геополис" выходит из группы «Гронтмай» и становится
независимой компанией.

•пилотные проекты по сбору и утилизации биогаза в РФ. ТЭ сравнение

Перспективы добычи и утилизации
свалочного газа в РФ.
•Технико-экономические показатели типовых объектов
по произв-ву эл/энергии из СГ по добыче СГ
Масса свалочного Мощность Инвестиции + Накопленная Мощность Инвестиции + Накопленная
тела (млн. т) объекта экспл. затраты прибыль объекта экспл. затраты прибыль
(MW) (млн. руб.) (млн. руб.) (м3/час) (млн. руб.) (млн. руб.)
≥2,5 ≥2,6 ≥12300 ≥25000 ≥2000 ≥12300 ≥12000
2,5-1,0 2,60-1,04 12300-10350 25000-10000 2000-800 8400-4000 12000-6000
1,0-0,5 1,04-0,52 10350-5200 10000-5000 800-400 4000-2000 6000-3000
≤0,5 ≤0,52 ≤5200 ≤5000 ≤400 ≤2000 ≤3000

Прибыль рассчитана без учета налогов и коэффициента дисконтирования.

Классификация свалок РФ
Масса свалочного тела (млн. т) Кол-во объектов в России
Несколько сотен
≥2,5 ≥20 «жиснеспособных»
2,5-1,0 90 объектов
1,0-0,5 400
≤0,5 800

Пилотный проект по экстракции и
утилизации СГ на полигонах Моск. обл.
«Санитарное захоронение с рекуперацией энергии на территории
Московской области», янв. 1994

•2 полигона:
«Дашковка» Серпуховский р-н
«Каргашино» Мытищинский р-н

•Комплекс подготовительных работ:

• полевые газогеохимические исследования с целью определения
продуктивности свалочной толщи;
•разведочное бурение с целью определения мощности свалочного тела и
его параметризации;
•топографическая съемка масштаба 1:500.

•В результате исследований :
•оценены биогазовые потенциалы исследованных объектов,
• определены скорости образования биогаза,
•возможные объемы газодобычи (для типичного полигона S=5 - 7 га; ср. мощность
отходов 10 - 12 м)

•Утилизация в форме электроэнергии:
Системы газодобычи:

• скважины;
•газопроводы;
•компрессорные станции , поставленные голландской фирмой «Гронтмай»,
обеспечивающие подачу газа к мотор-генераторам, находящимся в
непосредственной близости от полигонов ТБО.

Собранная информация:

•о площади сбора биогаза единичной скважиной,
•об эффективности перекрытия ТБО грунтовым экраном,
•о режимах добычи биогаза в различных погодных условиях.

•Итоги, 2009:

•обе установки (Серпухов, Мытищи) функционируют в опытно-
промышленном режиме, вырабатывая по 80 кВт/ч электроэнергии каждая
•1 м3 -> 1.3 - 1.5 кВт электроэнергии, т.е. от 260 до 300 кВтэ/в час со всего
полигона, ≈2500 Мвтэ/ год
•потенциальный доход от эксплуатации одной биогазовой установки на
типичном полигоне МО может составить около 1,2 млрд. руб.
•опыт может быть использован при дальнейшем внедрении и
тиражировании данной технологии на существующих и будущих полигонах в
России

•Исп-е произведенной электроэнергии
целесообразно:
•для собственных нужд предприятия
эксплуатирующего полигон ТБО,
• производства энергоемкой продукции хозспособом
(н-р, производства рассады цветов или овощей в
теплицах)

Экономическая эффективность.
Киотский протокол
•1 кВт уст. эл. мощности = 1550-2250 $ , (н-р, в США тариф 0,03/ кВт ч)
•реализация ЕСВ или «углеродные кредиты» в рамках ПСО
•средний срок окупаемости проекта для производства электроэнергии
8-10лет, а с учетом продажи ЕСВ менее 4-х лет

Киотский протокол

Пример сметного расчета на 1га, 2009г.

Заключение

Свалочный газ:
•виновник возникновения «парникового эффекта»;
•выгодный энергоноситель

Выгоды сбор и утилизации свалочного газа:
•сокращение ЕСВ
•доп. углеродные кредиты
•улучшение состояния воздушного бассейна
•снижение риска для здоровья человека
•создание новых рабочих мест
•развитие экономики, эфф. энергоснабжения в удаленных частях страны

Список источников для доклада

http://www.methanetomarkets.org

http://minenergo.gov.ru

http://www.epa.gov

http://aenergy.ru

http://www.epa.gov/lmop/index.html

http://climatechange.ru/
http://www.eprussia.ru/

http://www.solidwaste.ru/ http://www.ecoinfo.ru/

Спасибо за Ваше внимание! 

Energy, Environmental and Economic Impacts of Landfill Gas Extraction and Utilization

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Energy, Environmental and Economic Impacts of Landfill Gas Extraction and Utilization

Similar to Energy, Environmental and Economic Impacts of Landfill Gas Extraction and Utilization (20)

Energy, Environmental and Economic Impacts of Landfill Gas Extraction and Utilization