Wydobywane ze składowisk komunalnych gazy zawierają przeciętnie: 40–65% metanu, 30–45% dwutlenku węgla, 3–18% azotu oraz 0,5–3% tlenu [1]. Gazy te wykazują wartość opałową wynoszącą około 4,5–5,0 kWh/m3.
Zgodnie z danymi doświadczalnymi dotyczącymi eksploatacji instalacji gazowych na wysypiskach komunalnych krajów Unii Europejskiej energetyczne wykorzystanie gazu uzasadnione jest wtedy, kiedy na planowanym do odgazowania wysypisku deponuje się co najmniej 100 tys. ton degradowalnych odpadów w ciągu roku. Wynika z tego, że w każdym dniu roboczym powinno być deponowane (składowane) ok. 400 ton komunalnych odpadów w okresie 250 dni roboczych w roku.
Na rysunku 1 pokazano przestrzenne (aksonometryczne) rozplanowanie podstawowych instalacji i urządzeń zespołów prądotwórczych z wykorzystaniem energii elektrycznej i cieplnej wytwarzanej w silnikach gazowych, zblokowanych z generatorami prądu na terenie wysypiska
komunalnego.
Silniki na paliwo gazowe z wysypisk
W instalacjach aktywnego odgazowania wysypisk eksploatuje się następujące silniki gazowe do napędu zespołów prądotwórczych.
Silniki gaźnikowe typu Otto
W tych silnikach biogaz tłoczony jest rurociągiem ze studni wydobywczych gazu wysypiska bezpośrednio do urządzenia gaźnikowego, gdzie wytwarzana jest mieszanka powietrzno-gazowa. Przy czym gaz wysypiskowy jest odpowiednio oczyszczony, a zasysane do gaźnika powietrze pozbawiane jest pyłu na filtrze silnika. Powstała mieszanka zasysana jest do cylindrów silnika z zapłonem iskrowym, generowanym z akumulatora. Stosuje się zwykle tłokowe silniki gazowe 4- i 2-suwowe. Silniki 2-suwowe stosowane są tylko w zakresie dużych mocy mechanicznych. Mogą być dodatkowo wspomagane gazem ziemnym, gdy gaz wysypiskowy wykazuje zmniejszone parametry wartości opałowej, np. gdy zawartość metanu w gazie jest mniejsza od 40% objętości.
Wysokoprężne silniki gazowe typu Diesel
Stosowane są przede wszystkim na dużych wysypiskach komunalnych, na których deponuje się docelowo ponad 1,5 mln ton odpadów podczas 20-letniej eksploatacji wysypiska. Porównując z silnikami Otto, zapłonowa mieszanka gazu wysypiskowego z powietrzem w silnikach Diesla nie jest spalana przy pomocy zapłonu iskrowego, tylko za pomocą wtrysku specjalnego oleju zapłonowego. Ilość tego oleju wynosi ok. 5–10% ilości normalnego oleju zapłonowego. Sprawność mechaniczna silników Diesla jest dużo wyższa od sprawności silników Otto. W przypadkach spadku jakości gazu wysypiskowego silniki Diesla przełącza się na eksploatację olejem napędowym.
Turbiny gazowe
Stosowane w energetyce cieplnej, mają ograniczone zastosowane, tylko na bardzo dużych wysypiskach o pojemności powyżej 3 mln ton OK (odpadów komunalnych), przy czym gaz wysypiskowy musi być sprężany do 15 barów. Mieszanka gazowo-powietrzna spalana jest w specjalnych komorach wysokociśnieniowych. Sprawność mechaniczna tych turbin wynosi ok. 25% i jest mniejsza od sprawności osiąganych w ww. silnikach gazowych. Poza tym turbiny wymagają ciągłej specjalistycznej konserwacji. Awaryjne wyłączanie turbin z eksploatacji zwiększa znacznie koszty wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej.
Charakterystyki techniczne wybranych biogazowych zespołów prądotwórczych
Zespół prądotwórczy „PZL-Wola” SA o mocy elektrycznej 180 kW
Stosowany jest silnik gazowy zblokowany z prądnicą. Jest to silnik sześciocylindrowyz zapłonem iskrowym, doładowany turbosprężarką z chłodnicą sprężonej mieszanki paliwowej, o pojemności skokowej 13,3 dm3. Paliwem jest gaz wysypiskowy o wartości opałowej ok. 17 MJ/m3 (50% CH4) i gaz ziemny o wartości opałowej ok. 35 MJ/m3 (zużycie gazu wysypiskowego – ok. 117 m3/h, gazu ziemnego – ok. 61 m3/h). Temperatura spalin wynosi ok. 520°C. Prądnica asynchroniczna trójfazowa o mocy 180 W, napięciu 230/400 V, współpracująca z siecią energetyczną 400/230 V, 50 Hz.
Agregat prądotwórczy typu Abd3042 L1 z kogeneracją energii z gazu wysypiskowego CES-Kraków
Wykorzystuje silnik gazowy Otto 4-suwowy z turbodoładowaniem, 12-cylindrowy z zapłonem iskrowym. Moc silnika – 335 kW, zużycie gazu wysypiskowego – 235 m3/h, minimalna wartość opałowa gazu – 4 kWh/m3, zawartość metanu w gazie 40–60% obj. Prądnica synchroniczna, zblokowana z silnikiem o mocy znamionowej 440 kVA, 50 Hz, 1500 obr./min [2], [5].
