Energie opwekken met minder energieverbruik

Vanaf het moment van de ingebruikname in 1974 heeft de afvalwaterzuiveringsfaciliteit van Echallens in het Zwitserse kanton Vaud stroom opgewekt uit de herwinning van biogas. In mei 2020 werden twee oude oliegesmeerde zuigercompressors, die gebruikt werden om de slurrie in de vergister te mengen, vervangen door een MINK klauwencompressor van Busch Vacuum Solutions. Dit maakte het mogelijk dat het vereiste vermogen voor dit proces met 40 procent verminderd kon worden. Voor de directeur van de zuiveringsfaciliteit betekent dit dat hij minder stroom kwijt is om stroom te produceren.

De zuiveringsfaciliteit in Echallens wordt beheerd door de gemeente Echallens, niet ver van Lausanne, de hoofdstad van Vaud, en behandelt afvalwater van de steden Echallens, Montilliez en Villars-le-Terroir. De faciliteit was ontworpen voor een bevolking van 10.000 - een vermogenslimiet die ruim overschreden is. De plannen van het kanton voor de regio Echallens Haut Talent omvatten de consolidatie van afvalwaterzuivering tegen het jaar 2025, in een poging om deze operaties in de toekomst energiezuiniger te maken. De plannen hopen ook de behandeling van microverontreinigers te verbeteren. In de toekomst moet de zuiveringsfaciliteit in Echallens alle andere plaatselijke rioolwaterzuiveringsfaciliteiten vervangen en vervolgens het afvalwater van in totaal negen van de gemeentes in het district behandelen. Om dit waar te maken, moet de capaciteit van Echallens worden uitgebreid tot een populatie-equivalent van 26.000.

In 2019 is er al een nieuwe cogeneratie-unit (afb. 1) gebouwd op het terrein van de zuiveringsfaciliteit, die een jaarlijks volume van 150.000 kilowattuur aan stroom uit de biogasinstallatie opwekt. Het warme water dat wordt herwonnen uit de cogeneratie-unit wordt hoofdzakelijk gebruikt voor de eigen behoeften van de faciliteit, bijvoorbeeld om de slurrie in de vergister op te warmen of het verwarmen van binnenruimtes. Om het proces van terugwinning van biogas (afb. 2) uit de vergister tegelijkertijd energiezuiniger te maken, is er een beslissing genomen voor optimalisatie van de circulatie van biogas in de vergister, die een volume van 350 kubieke meter heeft. Een deel van het biogas dat wordt gegenereerd in de vergister wordt teruggevoerd naar de slurrie. Voor dit doel wordt het biogas uit het bovenste gedeelte van de vergister gezogen, gecomprimeerd met een compressor en teruggevoerd naar de slurrie onderin de vergister. Het biogas stroomt door de slurrie en verzamelt zich vervolgens opnieuw bovenin de vergister, waar het door een leiding naar een gastank wordt gevoerd als een tijdelijk reservoir. Vanuit de gastank stroomt het biogas vervolgens rechtstreeks naar de congeneratie-unit. Deze werkt momenteel 20 uur per dag en wordt alleen 's avonds een paar uur uitgeschakeld.

Het proces van biogascirculatie heeft de volgende voordelen: 1. De geconcentreerde slurrie wordt in de vergister opgewarmd tot 38° Celsius. Het verzadigen van de slurrie met biogas helpt ervoor te zorgen dat de warmte evenredig wordt verspreid. 2. Het mengen van de slurrie helpt ook de ophoping en verdikking van afzettingen onderin de vergister te voorkomen. 3. Het opstijgen van de gasbellen door de slurrie verbetert het microbiologische afbraakproces in de slurrie, wat uiteindelijk leidt tot een hogere gasopbrengst. 4. De circulatie van biogas door de slurrie betekent ook dat het niet mechanisch gemengd hoeft te worden.

In 1974 werden twee zuigercompressors geïnstalleerd om het biogas in de slurrie te mengen, waarvan één zuiger ontworpen werd als overtallig om het proces voort te kunnen zetten als de andere compressor stil zou komen te staan. In de praktijk bleek echter dat het vermogen van één compressor niet voldoende was, dus beide compressors waren constant in bedrijf en er was geen capaciteit achter de hand. Beide compressors waren voorzien van een motor met een nominale stroom van 6,7 kilowatt.

Deze compressor is ATEX-gecertificeerd (II 2G IIB3 T3 (i)/II 3G IIB3 T4(o)), wat betekent dat vlamdovers overbodig zijn. Daarnaast is het uitgerust met een frequentieregelaar, zodat de volumestroom nauwkeurig kan worden aangepast aan de behoeften in de vergister.

MINK klauwencompressors comprimeren biogas zonder gebruik van olie. Dit wordt mogelijk gemaakt door het contactvrije werkingsprincipe van de compressor, wat betekent dat de interne bewegende delen niet met elkaar of de behuizing in contact komen. Als gevolg hoeft de olie niet vervangen te worden, in tegenstelling tot de oliegesmeerde zuigercompressors die dit tweemaal per jaar nodig hadden. Aangezien de 4,5 liter olie van elke compressor in contact kwam met het biogas, moest de oude olie overeenkomstig afgevoerd worden. MINK klauwencompressors hebben een interne tandwielkast. Deze bevat 0,85 liter tandwielkastolie. Busch beveelt een olievervanging aan na niet meer dan 20.000 bedrijfsuren en een jaarlijkse visuele inspectie om de conditie en oliehoeveelheid te controleren als voorzorgsmaatregel.

De operator merkte ook een aanvullend voordeel op tijdens de eerste maanden van gebruik: