Свалочный газ

Не смотря на то, что захоронение твердых бытовых отходов (ТБО) в Европейском союзе запрещено и сокращается во многих странах мира, большинство отходов по-прежнему размещается на полигонах ТБО во многих странах. Мусор на полигонах ТБО обычно разлагается при анаэробном процессе в свалочный газ, в результате чего образуется в основном метан CH4 (40–60% свалочного газа) и углекислый газ СО2– (60–40% свалочного газа). Содержание метана достаточно высоко, что представляет возможность использования его в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания или газовых турбинах для производства электрической и тепловой энергии.

Свалочный газ имеет запах, горюч, а также является парниковым газом, который в 21 раз сильнее разрушает озоновый слой, чем углекислый газ. Свалочный газ представляет собой серьезную опасность для здоровья человека, экологии и возгорания или взрыва на полигоне ТБО.

Следовательно, дегазация полигонов ТБО и сжигание свалочного газа является обязательным в Европейском союзе. Если нет прямого использования газа, такого как производство электроэнергии или тепла, свалочный газ сжигается на факеле.

Использование свалочного газа

Производство электрической и тепловой энергии

В зависимости от состава мусора и эксплуатации, полигон ТБО может выделять разное количество газа. Хорошо эксплуатируемый полигон ТБО, на который ежегодно поступает 100 000 тонн ТБО (принятых примерно у полумиллиона жителей) и имеющий 1 000 000 тонн ТБО, может выделять достаточно газа для работы газового двигателя мощностью 1МВт, который может вырабатывать около 8 000 МВтч электроэнергии в год. С тарифом на электроэнергию, например, 100$ за МВтч, годовой доход составит 0,8млн долларов США.

При достаточно высоких тарифах на электроэнергию свалочный газ часто используется для производства электроэнергии в газовых двигателях или турбинах. КПД турбин и двигателей составляет около 30% и 40% соответственно, а остальная энергия, выделяемая при сгорании, — это тепловая энергия в виде выхлопных газов, обычно с температурой около 600°C. Поэтому наиболее эффективным использованием свалочного газа является производство электроэнергии с регенерацией тепла, например, для центрального отопления, производственных нужд или там, где тепло может быть использовано для испарения нежелательного фильтрата на полигоне ТБО.

Испарение фильтрата

Не только свалочный газ создает экологические проблемы на полигоне ТБО, но и фильтрат, который образуется при попадании дождевой воды в тело полигона ТБО, поглощая все возможные токсичные вещества. Фильтрат может просочиться в грунтовые воды или реки. Сбор фильтрата — это только одна часть решения, тогда как очистка или иная обработка фильтрата — вторая часть. Часто фильтрат очищается с помощью обратного осмоса, но для этого требуется дорогое оборудование и большое количество электроэнергии, что делает очистку дорогостоящей. У компании «Вирео Энерджи» и ее основного акционера Scandsib Holdings Ltd есть техническое решение использования выхлопных газов для испарения фильтрата. После испарения фильтрата остаются твердые частицы, которые можно собирать и безопасно хранить.

Производство электроэнергии из свалочного газа от А до Я

Компания «Вирео Энерджи» имеет хороший опыт строительства и эксплуатации объектов по производству электроэнергии из свалочного газа. Мы стремимся использовать этот опыт вместе с местными партнерами на любом рынке. Ниже описаны соответствующие этапы создания стоимости.

1. Техническая оценка

Одним из наиболее важных аспектов проекта по производству электроэнергии из свалочного газа является правильная оценка потенциала газа на полигоне ТБО. Для этой цели используются теоретические модели, в которых учитывается множество факторов, включая количество отходов на полигоне ТБО, количество отходов, ежегодно вывозимых на полигон ТБО, методы захоронения отходов, состав отходов и так далее. Тем не менее, теоретическая модель идеально сочетается с процедурой тестовой откачки газа в коммерческих инвестиционных проектах. Поэтому желательно провести тестовую откачку газа на полигоне ТБО на протяжении минимум  2-3 месяцев. В коммерческих проектах для производства электроэнергии для максимальной точности «Вирео Энерджи» также привлекает ведущих европейских экспертов по свалочному газу.

2. Выбор технологии добычи газа

Компания «Вирео Энерджи» применяла различные подходы к системам добычи газа и поэтому имеет реалистичный и объективный взгляд на выбор технологий добычи газа. Мы выделяем две основные технологии — традиционную и новую.

Традиционная технология добычи свалочного газа

Традиционная технология выполняется путем бурения скважин (диаметром 300–1000мм) в тело полигона ТБО на расстоянии 20–50 метров друг о друга. В середине скважины установлена ​​перфорированная пластиковая труба диаметром около 160мм, а расстояние между трубой и стенками скважины заполнено щебнем.

Газовая скважина соединена с газопроводами (часто диаметром 90-110мм). Газопроводы подключены к одной или нескольким коллекторным станциям, что позволяет оператору измерять состав газа в каждой скважине и регулировать поток газа для оптимальной работы газовой скважины. Если содержание метана становится ниже 50%, то необходимо уменьшить поток газа в газовой скважине. И наоборот, можно увеличить поток газа в газовой скважине, если содержание метана выше 50%.

К коллекторной станции подсоединен один газопровод, который ведет к газокомпрессорной станции, которая чаще всего расположена рядом с телом полигона. Компрессор газо-компрессорной станции преобразует вакуумное давление в положительное давление, необходимое для питания двигателя внутреннего сгорания или турбины (см. далее в разделе «Производство электроэнергии»).

По пути следования свалочного газа от газовой скважины до двигателя для защиты оборудования устанавливаются конденсатосборники для сбора конденсата, который находится в свалочном газе.

Новая технология добычи свалочного газа

За последние десять лет появилась новая технология добычи свалочного газа, запатентованная голландской компанией Trisoplast и проданная голландской компании Multriwell. Технология полностью отличается от традиционной, так как по этой технологии на полигоне ТБО устанавливаются газопроницаемые фильтры каждые 2–3 метра. Каждый фильтр связан с фильтром, который устанавливается на слой песка на полигоне ТБО. Фильтры подключены к газовым трубам, которые подключены к компрессору.

Существует разница между традиционной и новой технологией:

— традиционная технология требует меньшей подготовки полигона ТБО, в то время как новая система требует, чтобы поверхность полигона ТБО была тщательно выровнена и покрыта герметичным слоем. Последнее также усложняет продолжение захоронения отходов после внедрения новой системы, тогда как с традиционной системой это проще;

— новая система обычно добывает в 2–6 раз больше газа из полигона ТБО, но она также более затратна для полигона ТБО, чем традиционная система, и, следовательно, себестоимость для данного количества свалочного газа в час может быть схожей между новой системой сбора газа и традиционной.

При выборе технологии добычи газа для получения наиболее экономичного решения необходимо руководствоваться комплексным подходом, который  основывается на нескольких факторах.

3. Выбор технологии производства электроэнергии

Электроэнергия из свалочного газа может вырабатываться как в двигателях внутреннего сгорания с коэффициентом полезного действия около 40%, так и в газовых турбинах с коэффициентом полезного действия до 30%. Газовые турбины традиционно применялись в более крупных проектах мощностью                 3МВт или более, поскольку они более универсальны. Например, в Беларуси  двигатель с самой минимальной мощностью — всего 170 кВт.

Двигатели внутреннего сгорания

Компания «Вирео Энерджи» имеет опыт работы с ведущими производителями газовых двигателей: Caterpillar (MWM) и Jenbacher.

Газовые турбины

Газовые турбины, как правило, предназначались для более крупного проекта (3МВт и более) из-за относительно более высоких инвестиционных затрат на установленный эффект. Тем не менее, компания «Вирео Энерджи» подписала соглашение с очень перспективной российской компанией по производству турбин (in2rbo), которая собирается выпускать турбины мощностью 1МВт. Из-за значительно более низких эксплуатационных затрат на турбины это может стать революцией в производстве электроэнергии из биогаза и свалочного газа, и мы планируем установить первую турбину в России в середине 2019 года.

4. Подключение к электросети

Подключение маломощного энергоблока часто может стать проблемой с административной точки зрения в зависимости от местного законодательства и нормативных актов. Компания «Вирео Энерджи» имеет большой опыт работы с местными электрическими сетями и успешно подключила проекты к электросети в России, Польше и Беларуси.

5. Развитие бизнеса

При реализации проекта по преобразованию отходов в электроэнергию можно столкнуться не только с техническими решениями, но и с организационными вопросами: операторы полигонов ТБО, городские власти и другие разрешительные органы. Для снижения административных рисков важно, чтобы договорные отношения были согласованы и оформлены договорными соглашениями. Компания «Вирео Энерджи» имеет большую базу данных соглашений, заключенных на протяжении многих лет, которые обеспечивают прочную основу для каждого отдельного случая.

6. Эксплуатация систем добычи газа и двигателей

«Вирео Энерджи» имеет опытную техническую команду, которая с 2012 обслуживает установки в Беларуси и может проводить обучение для заинтересованных организаций.

Система добычи газа

После установки на полигоне ТБО системы преобразования отходов в электроэнергию, она очень скоро станет неэффективной при неправильной эксплуатации, независимо от того, насколько хорошо она построена. Основные действия по поддержанию системы извлечения газа в хорошем состоянии включают тщательное регулирование каждой газовой скважины, чтобы не перегружать данную скважину или участок, что в противном случае может привести к постоянному уменьшению газообразующей способности отходов. Профессиональная эксплуатация газовой системы скважины также включает в себя тщательное удаление конденсата из системы, а также ремонт (при необходимости), продление вертикальных газовых скважин для добычи большего количества газа. С точки зрения безопасности, тщательный контроль, например, CO (окись углерода) имеет важное значение, так как высокое содержание CO может указывать на внутренние пожары на полигоне ТБО, и в этом случае газовая скважина должна быть закрыта или, по крайней мере, поток газа уменьшен.

Эксплуатация двигателей

Газовые двигатели требуют планового технического обслуживания, а также  внепланового технического обслуживания и ремонта. Чем более качественно техническая команда проводит техническое обслуживание, тем меньше требуется незапланированного обслуживания и ремонт. В Беларуси время работы установок «Вирео Энерджи» достигает примерно 98% (что означает, что двигатели работают 98% времени) благодаря исключительной дисциплине в области технического обслуживания и ремонта. Все техническое обслуживания выполняется  собственной эксплуатационной командой, а поставщики двигателя выполняют только некоторые более сложные работы. У «Вирео Энерджи» есть своя рентабельная внутренняя эксплуатационная команда и возможность обучать новых инженеров и операторов.