Skojarzona instalacja agregatu kogeneracyjnego i pomp ciepła w oczyszczalni ścieków w Żywcu
Projekt pt. "Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii do produkcji energii elektrycznej i ogrzewania obiektów Oczyszczalni Ścieków w Żywcu" został w całości opracowany i zrealizowany "pod klucz" przez naszą firmę partnerską BSP Electronic s.c.. Projekt wygrał konkurs "Nasza gmina chroni klimat", zorganizowany przez Instytut Na Rzecz Ekorozwoju w kategorii wniosków o najbardziej oryginalnych rozwiązaniach, a Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Żywcu otrzymało w nagrodę dotację w wysokości 30 % kosztów realizacji inwestycji z Fundacji EkoFundusz (wartość przedsięwzięcia wyniosła nieco ponad 1 mln zł). Ogłoszenie wyników nastąpiło w styczniu 2001 r. Celem projektu było wykorzystanie odnawialnych źródeł energii dla potrzeb podgrzewania osadów ściekowych i ogrzewania obiektów oczyszczalni ścieków oraz do produkcji energii elektrycznej, a przez to wyeliminowanie spalania węgla dla celów ciepłowniczych na terenie oczyszczalni oraz częściowa redukcja zakupu energii elektrycznej zużywanej przez urządzenia technologiczne, a wytwarzanej w elektrociepłowniach zawodowych. Projekt został zrealizowany poprzez montaż agregatu kogeneracyjnego zasilanego biogazem oraz montaż pomp ciepła, dla których dolnym źródłem ciepła są ścieki surowe wpływające do oczyszczalni.
 
Instalacja została uruchomiona i oddana do eksploatacji 20 grudnia 2001 r. Więcej szczegółowych informacji znajduje się w poniższym artykule, którego autorem jest dr inż. Adolf Mirowski (Dział Małej Energetyki firmy Viessmann).
Energetyka w oczyszczalni ścieków.
Analiza wszystkich możliwości, jakie występują na oczyszczalni z fermentacją osadów ściekowych wskazuje na to, że w takim obiekcie istnieje bardzo wysokie prawdopodobieństwo wytworzenia ciepła i energii elektrycznej na miejscu bez konieczności zakupu tych mediów na zewnątrz. Pierwsze tego typu rozwiązanie zastosowano w Oczyszczalni Ścieków w Żywcu, co zostało opisane w treści niniejszego artykułu.
Lokalizacja oczyszczalni.
Miejska Oczyszczalnia Ścieków zlokalizowana jest w północnej części miasta Żywca. Od strony północnej ograniczona jest wałami cofkowymi zbiornika wody w Tresnej, a od strony południowo-zachodniej graniczy z terenami przepompowni ścieków wód infiltracyjnych. Teren oczyszczalni jest własnością MPWiK Żywiec.
Podstawowym zadaniem oczyszczalni ścieków jest ochrona Jeziora Żywieckiego. Ten akwen stanowi największy zbiornik w kaskadzie rzeki Soły, której najniższy zbiornik - w Czańcu jest miejscem poboru wody dla aglomeracji Śląskiej, dla miasta Bielska-Białej i przyległych miejscowości.
Oczyszczalnia ścieków jest odbiorcą ścieków z terenów objętych szczególną ochroną jakimi są tereny Żywieckiego Parku Krajobrazowego. Stąd też oczyszczalnia została włączona do Programu kompleksowej ochrony wód Jeziora Żywieckiego. W ramach tego programu do oczyszczalni sprowadzone zostały ścieki z Gminy Świnna (strefa ochrony ujęcia wody dla miasta Żywca), Gminy Radziechowy-Wieprz (strefa ochrony ujęcia wody dla Zakładów Piwowarskich) oraz częściowo z terenów Gminy Lipowa.
W latach 1992-1996 oczyszczalnia ścieków została zmodernizowana i rozbudowana w celu dostosowania parametrów oczyszczonych ścieków do nowych wymogów. W 1997 roku obiekt otrzymał wyróżnienie Prezesa Zarządu Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w konkursie na najlepiej pracującą oczyszczalnię ścieków komunalnych realizowaną z udziałem środków NFOŚ zakończoną w latach 1994-1996 r.
Nieodłącznym produktem procesu oczyszczania ścieków są osady ściekowe. Przeróbka osadów następuje w dwustopniowej fermentacji mezofilowej w wydzielonych komorach fermentacyjnych. Do WKF-ów doprowadzane są osady po sedymentacji w osadnikach wstępnych, wyflotowane w odtłuszczowniku tłuszcze, osad chemiczny powstały podczas chemicznego strącania fosforu oraz osad nadmierny powstały w procesach biologicznego oczyszczania, który przed wprowadzeniem do WKF-ów zostaje dodatkowo zagęszczony na zagęszczarce sitowo-taśmowej. Przefermentowany osad poddawany jest procesowi odwadniania na wirówce dekantacyjnej, a następnie jest on wywożony z terenu oczyszczalni. Wytworzony osad ma duże właściwości nawozowe, może być wykorzystywany rolniczo oraz przyrodniczo. Obecnie w pełni jest wykorzystywany do rekultywacji terenów poprzemysłowych na terenie Górnego Śląska.
Skojarzenie - rozwiązania systemowe.
Określenie skojarzenie (kogeneracja) zostało już przyjęte w środowisku energetycznym. Niniejsze pojęcie odnosi się zazwyczaj do małych i średnich rozproszonych zespołów elektrociepłowniczych. Firma Viessmann proponuje rozszerzenie tego terminu na bardziej złożone rozwiązania systemowe bazujące także na innych oferowanych urządzeniach. Schemat blokowy takiego rozwiązania zamieszczono na rysunku poniżej.
Wytworzone ciepło w kotłowni i elektrociepłowni Vitobloc podawane jest do systemu grzewczego. Jak pokazują kalkulacje ekonomiczne korzystnie jest przeznaczyć 100 % wytworzonego biogazu na pracę elektrociepłowni. Wskutek takiego harmonogramu pracy w okresie zimowym wystąpić może konieczność uruchomienia kotłowni i tym samym zakup paliw zewnętrznych jak olej opałowy lub gaz ziemny. W takiej sytuacji można wyłączyć elektrociepłownię i przeznaczyć biogaz do spalenia w kotłowni. Innym rozwiązaniem proponowanym w oczyszczalni jest zastosowanie pomp ciepła, których dolne źródło ciepła stanowią napływające ścieki. Ich temperatura w okresie zimowym waha się średnio pomiędzy 11 - 14 st.C, w okresie silnych mrozów spada do ok. 8 st.C. Taki zakres temperatur stanowi wręcz doskonałe i niewyczerpalne dolne źródło pomp ciepła. Energia elektryczna do zasilania pomp pochodzi z elektrociepłowni biogazowej lub z sieci elektrycznej. Harmonogram pracy pompy ciepła można tak ustalić, że w przypadku zasilania z sieci zewnętrznej wybiera się te okresy, w których cena energii elektrycznej jest najbardziej korzystna. Elektrociepłownia biogazowa winna zaś pracować na pewno w tych okresach, kiedy koszt zakupu energii elektrycznej jest najwyższy.
Skojarzenie - aplikacja praktyczna.
Powstający podczas procesu fermentacji mezofilowej biogaz magazynowany jest w zbiorniku gazu. Zainstalowany agregat prądotwórczy Vitobloc FG114 firmy Viessmann wykorzystuje biogaz do wytwarzania energii elektrycznej (max 109 kW) i ciepła (max 186 kW).
Urządzenie Vitobloc wyposażone jest w generator synchroniczny, współpracujący bez zarzutów z zewnętrzną siecią elektryczną w trakcie pracy równoległej. Praca agregatu kontrolowana jest poprzez ciągły pomiar zużycia biogazu, wytworzonej mocy cieplnej i elektrycznej. Wytworzoną energią elektryczną zasila się część urządzeń oczyszczalni. Ciepło powstałe z chłodzenia silnika agregatu wykorzystuje się do ogrzewania komór fermentacyjnych oraz obiektów technologicznych oczyszczalni. Biogaz może być również spalany w dwóch zainstalowanych kotłach gazowych. W przypadkach awaryjnych biogaz może być spalany na pochodni.
Dodatkową ilość ciepła potrzebną do ogrzania obiektów socjalnych uzyskuje się ze ścieków poprzez dwie pompy ciepła Cetus 80R. Urządzenia zainstalowane są w pompowni ścieków. W okresie letnim dolny wymiennik pompy ciepła wykorzystuje się do chłodzenia agregatu prądotwórczego przez oddawanie nadmiaru ciepła do przepływających przez oczyszczalnię ścieków.
Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii: biogazu i ciepła zawartego w ściekach do produkcji energii elektrycznej i cieplnej było możliwe dzięki wygraniu przez MPWiK Żywiec konkursu "Nasza Gmina chroni klimat" w roku 2000. Uzyskane w ten sposób rekomendacje do 30 % finansowego wsparcia projektu przez EKOFUNDUSZ oraz pożyczki udzielonej przez Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska w Katowicach pozwoliły na realizację tej szczególnej inwestycji.
Podsumowanie.
Przedstawiony powyżej system energetyczny jest szczegółowo "opomiarowany", co pozwala na jego dokładny monitoring. Dzięki temu znana jest dokładna struktura wytworzenia ciepła i energii elektrycznej w analizowanym obiekcie jakim jest oczyszczalnia w Żywcu. Na podstawie wyników pomiaru sporządzono diagram za okres 15.01 - 29.09.2002, który został przedstawiony poniżej. Ilustruje on procentowy udział wytworzenia ciepła przez zainstalowane urządzenia.
Jak wynika z powyższego diagramu paliwo zewnętrzne (lekki olej opałowy) stanowi znikomy udział w strukturze wytworzonego ciepła. Potwierdziły się zatem założenia autorów takiej koncepcji rozwiązania układu skojarzonego, w której uniknięto kosztów zakupu paliwa komercyjnego. Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że obecnie trwa rozbudowa oczyszczalni, co pozwoli na znaczny wzrost produkcji biogazu. Można być zatem przekonanym o całkowitym wyeliminowaniu pracy kotłowni na oleju opałowym. Jednakże nie można całkowicie zrezygnować z paliwa komercyjnego z uwagi na nieprzewidziane okoliczności jak awaria, zakłócenia w produkcji biogazu itp.
Pracujący na biogazie zespół elektrociepłowniczy stanowi także istotny udział w zaopatrzeniu energii elektrycznej. Po zwiększeniu wydajności biogazu zostanie zagwarantowana jego ciągła praca przy obciążeniu znamionowym.
Roczna obserwacja potwierdzała dużą niezawodność zastosowanego skojarzenia, które zostało szczegółowo opracowane i zweryfikowane w praktyce. Szereg jego rozwiązań chronionych jest przez prawo autorskie.
|
