■ تولید برق و کسب اعتبار کربن از دفنگاههای زباله بخش عمومی

چکیده
دفنگاههای زباله مهمترین عامل انتشار متان در جو می¬باشند. در آمریکا 37% متان منتشره، ناشی از دفنگاهها و در جهان این نسبت به 30% بالغ می¬شود. عوامل انتشار دهنده متان عبارتند از: تولید کود شیمیایی، پالایشگاهها و استخراج نفت و گاز، فضولات دامی و...... . در پروتکل کیوتو پیش¬بینی لازم برای کاهش گازهای گلخانه¬ای منتشره از دفنگاه صورت گرفته و بیش از 30 روش محاسبه میزان انتشار اعتبار کربن برای آن به ثبت رسیده است.
شیراز بعنوان شهری پیشقدم در استحصال بیوگازبا مشارکت بخش خصوصی در سال 1385ا قدام به طراحی، نصب و راه¬اندازی نیروگاه لندفیل به ظرفیت اسمی 1065 کیلوواتی برق نمود. با توجه به توسعه دفن در محل اجرای لوله¬های افقی، احداث چاههای عمودی و استحصال گاز نیز در دستور کار قرار گرفت و در سال 1388 احداث 24 چاه به عمق 20 متر که 3 چاه برای استخراج شیرابه و گاز و 21 چاه برای استخراج گاز مورد استفاده قرار می¬گیرد، احداث گردید. همچنین قرارداد فروش اعتبار کربن با یک شرکت ایرانی-انگلیسی نیز منعقد گردید. در این مقاله ضمن بیان اهمیت موضوع استحصال گاز در دفنگاههای زباله، به بررسی فنی و اقتصادی تجربه شیراز پرداخته می¬شود. شایان ذکر است که بحث اقتصادی با نرم¬افزار Comfar صورت می¬گیرد.

معرفی پروژه
محل دفن پسماندهای شهر شیراز تا قبل از سال 1376 در محل کیان آباد بود که به دلیل همجواری با شهر و همچنین عدم رعایت استانداردهای بهداشتی و زیست محیطی محل مذکور بسته شده و به 18 کیلومتری جنوب شرقی شیراز انتقال یافت. با توجه به حجم بالای پسماندهای شهری و درصد بالای مواد فسادپذیر و رطوبت بالاتر از 50 درصد زباله در جهت جلوگیری از تخریب محیط زیست و کاهش آثار مخرب گازهای ناشی از دفن بی هوازی خصوصاً گاز متان که نزدیک به 60 درصد گازهای متشکله را شامل می شود، پروژه جمع آوری و استحصال گازهای حاصل از دفن در دستور کار شهرداری شیراز قرار گرفت.
در شهر شیراز با وسعت 140 کیلومترمربع و جمعیت بالغ بر 4/1 میلیون نفر، روزانه بیش از 950 تن پسماند عادی تولید می¬شود و سازمان مدیریت پسماند شهرداری شیراز آن را جمع آوری و به محل دفن منتقل و سپس آن را با روش مهندسی دفن می نماید. سابقه این امور از سال 1376 شروع شده که تاکنون بیش از 5/2 میلیون تن پسماند در محل فعلی دفن گردیده، مواد آلی فوق به دنبال یک رشته واکنش¬های بی¬هوازی تجزیه می¬شوند و در این فرآیند گازی پدید میاید که به بیوگاز معروف است.
این سازمان برای انجام دفن بهداشتی و مهندسی پسماندها از سال 1378 اقدام به ساماندهی و جمع آوری گازها با سیستم لوله گذاری افقی نمود که حاصل آن استحصال و سوزاندن 420 متر مکعب در ساعت گاز در سال 1380 با ترکیبات متان، دی¬اکسید کربن، نیتروژن، اکسیژن، بخار آب و گازهای دیگر بود که به مرور و با افزایش لوله¬گذاری افقی، میزان دبی گاز استحصالی افزایش یافته و در سال 1387 به 800 متر مکعب در هر ساعت رسید.
این میزان گاز چنانچه در جو رها شود باعث ایجاد اثرات نامطلوب در محیط زیست و افزایش گازهای گلخانه¬ای و خطر انفجار و آتش سوزی خودبخودی در دفنگاه زباله خواهد شد. لذا برای جلوگیری از پیامدهای زیانبار ناشی از آن با اهداف ذیل عملیات ساماندهی و جمع آوری گازها با جدیت بیشتری ادامه و احداث یک نیروگاه با ظرفیت 1065 کیلوات ساعت برق در دستور کار قرار گرفت که عملیات اجرایی آن در سال 1387شروع و در سال 1388 باتمام رسید. از آنجا که لوله¬گذاری برای استحصال گاز از وظایف سازمان بازیافت بود، در سال 1388 تصمیم بر انجام لوله¬گذاری عمودی گرفته شد و 24 چاه عمودی به عمق 20 متر و قطر 1 متر در محل دفنگاه حفر گردید. برای مدیریت شیرابه نیز 3 چاه از چاههای فوق به پمپ شیرابه مجهز گردیدند.

3- مزایای طرح
با اجرای طرح مزایای قابل توجه اقتصادی، اجتماعی، زیست محیطی و فنی برای منطقه و کشور حاصل می¬گردد. با این کار دستاوردهای ملموس زیر حاصل می¬شود:
1- استفاده از گازها برای تولید انرژی الکتریکی و فروش برق به وزارت نیرو
2-کاهش گازهای گلخانه ای در راستای پیروی از مفاد پروتکل کیوتو و فراهم سازی امکان استفاده از فروش امتیاز کاهش انتشار کربن
3- صرفه جویی در مصرف سوخت¬های فسیلی
4-کاهش بو، مگس و حشرات
5-کاهش SH2 که گازی آلاینده می¬باشد.
6-درآمد فروش برق و CDM
7-ارایه تجربه موفق به سایر شهرداریها

4- شناخت بیوگاز و چگونگی تولید و ویژگی های آن
مواد آلی موجود در پسماندهای شهری به دنبال یک رشته واکنش های بی هوازی تجزیه می شوند و در این فرآیند گازی پدید می آید که به بیوگاز معروف است. ترکیبات بنیادین آن عبارتند از متان (CH4)، دی اکسیدکربن (CO2)، نیتروژن (N2)، اکسیژن (O2)، بخار آب و گازهای دیگر. در اثر تولید تدریجی گاز، اضافه فشاری در داخل دفنگاه بوجود می آید که سبب گریز گاز از دفنگاه می گردد که به نوبه خود خطرات زیست محیطی مهمی را به دنبال دارد. اگر گاز جابجایی عرضی در خاک زیرین انجام دهد، متان خطر انفجار خواهد داشت، اما اگر به هوا آزاد شود همراه با تولید بوی زننده، احتمال آتش سوزی خودبخودی خواهد بود و بعنوان یک گاز گلخانه¬ای مشکلات خاصی به دنبال خواهد آورد. از پیامدهای زیانبار ناشی از بیوگاز عبارتند از
1- تباهی پوشش گیاهی 2- نشت گاز و احتمال آتش سوزی 3- بوی نامطبوع
4- انفجار 5- آلودگی آب 6- آلودگی هوا 7- آلودگی خاک

5- روند تولید گاز در لندفیل
تولید بیوگاز در دفنگاه بین 2 تا 6 ماه پس از دفن پسماند آغاز می شود و این تاخیر بستگی به درصد مواد آلی تجزیه پذیر در پسماند، رطوبت پسماند، ترکیب پسماند، میزان نفوذ آب به دفنگاه و دمای محیط دارد. درصد متان در گاز لندفیل اغلب پس از 6 ماه تا یکسال به حالت پایدار و یکنواخت می رسد. تولید گاز پس از مدتی در حدود 1 تا 2 سال پس از آغاز به حداکثر خود می رسد. بررسی¬ها از پتانسیل بالای تولید بیوگاز در سایت دفن زباله شیراز دارد. لذا طرح 1 مگاواتی تا 5 مگاوات قابل توسعه خواهد بود.

6- اهداف طرح
الف- ساماندهی گازهای حاصل از واکنش بی هوازی مواد آلی موجود در پسماند
ب- حفظ محیط زیست
ج- کاهش گازهای گلخانه ای
د- جایگزینی مناسب و پایداری برای سوخت های فسیلی مثل نفت و زغال سنگ
هـ- تولید انرژی الکتریسیته

7- مشخصات اولین نیروگاه برق بیوگازسوز در کشور
نیروگاه برق بیوگاز سوز سایت دفن پسماندهای شیراز شامل دو واحد موتور ژنراتور بیوگاز سوز هریک به ظرفیت نامی 600 کیلووات بوده که از طریق پست اصلی به شبکه 20 کیلووات توزیع برق شیراز متصل خواهد شد. گاز مصرفی دو نیروگاه 740 متر مکعب در ساعت می باشد. این نیروگاه در هر سال 8/7188 مگاوات ساعت برق تولید خواهد نمود.

8- مکانیسم توسعه پاک (CDM )
کشورهای عضو معاهده تغییرات آب و هوا در سال 1997 در شهر کیوتو ژاپن به اجماع پذیرفتند که انتشار گازهای گلخانه ای به گونه ای در دوره 2008 الی 2012 به میزان 5 درصد کمتر از سطح انتشار این گازها در سال 1990 برسد. به همین دلیل کشورهای با اقتصاد پیشرفته جهان مجبور به کاهش گازهای گلخانه ای با سهم متفاونی شدند. جمهوری اسلامی ایران در سال 1384 با تصویب مجلس شورای اسلامی به این پروتکل پیوست .
پروتکل کیوتو جهت حصول این کشورها به تعهدات کاهش انتشار، مکانیسم های مختلفی را تدوین نمودند که یکی از آنها مکانیسم توسعه پاک می باشد. در این مکانیسم یک کشور توسعه یافته در یک کشور در حال توسعه در جهت کاهش گازهای گلخانه ای سرمایه گذاری نموده و گواهی کاهش انتشار (-CER Certifed Emission Reductions) دریافت می نماید و به جای تعهدات خود به دبیرخانه کنوانسیون ارائه می نماید. یکی از زمینه های مناسب CDM در ایران جمع آوری گاز متان لندفیل و تولید برق می¬باشد که با توجه به خرید تضمینی برق توسط وزارت نیرو و امکان فروش گواهی کاهش انتشار CERبسیار اقتصادی می¬باشد.
9- دلایل نوآوری
جمع آوری و ساماندهی گاز لندفیل هر چند در کشورهای مختلف دنیا سال ها انجام گرفته ولی در ایران برای اولین بار در سایت دفن پسماندهای عادی شهر شیراز در سال 1380 صورت پذیرفت که هدف از اجرای این امر در معرفی طرح امده لذا اضافه بر آن باید یادآور شد که انتشار گاز و پخش آن در جو خطراتی ایجاد می نماید.
گاز جمع آوری شده در ساده ترین حالت خود می تواند سوزانده شود. در فرایند سوختن، متان به دی اکسید کربن تبدیل می شود و خطرات آن برای لایه ازون و جو کره زمین 21 برابر کاهش می یابد. بنابراین به دلایل ذیل این طرح یک طرح نو و نوآور می باشد:
1- برای اولین بار در ایران اجرا می شود.
2- یکی از مکانیسم های پروتکل کیوتو برای کاهش گازهای گلخانه ای می باشد.
3- این پروژه یک طرح کاملا زیست محیطی و مورد حمایت کشورهای عضو معاهده تغییرات آب وهوا می باشد .
4- دارای توجیه اقتصادی و راه حلی برای تامین قسمتی از هزینه های دفن پسماندها می باشد .
5- برای اولین بار جایگزینی مناسب و پایدار و تجدید پذیر برای سوخت های فسیلی مثل نفت و گاز طبیعی در ایران مورد استفاده قرار می گیرد.
6- استفاده از سرمایه ملی در جهت توسعه کشور
7- ارائه الگو برای شهرهای دیگر کشور
8- ورود ارز به کشور بدون هرگونه صادراتی از طریق فروش گواهی کاهش انتشار گازهای گلخانه ای
9- کاربردهای متفاوت و متعدد آن
10- تصویب قانون ( تبصره 2 ذیل ماده 17 آئین نامه اجرای مدیریت پسماند ها 9 مبنی بر اینکه وزارت نیرو باید برق حاصل از بازیافت را بر اساس تصویب نامه شماره 16825/ت 33188 مورخ 8/7/1384 خریداری نماید.

10- دلائل زیست محیطی
با توجه به مطالعات انجام شده بر روی گازهای جمع آوری شده در لندفیل شیراز آنالیز گازها بشرح ذیل می باشد:

جدول 1 - درصد ترکیبات اصلی گاز لندفیل شیراز
ردیف ترکیبات درصد
1 متانCH4 48-61
2 دی اکسید کربنCO2 24-30
3 نیتروژنN2 13-22
4 اکسیژن O2 0-2
5 بخار آب ناچیز
6 گازهای دیگر ناچیز

بر اساس بررسی های بعمل آمده مهمترین ترکیبات آلی غیر متانی موجود در لندفیل را زنجیره¬های خطی هالوژنی، ترکیبات حلقوی (سیکلوارگانیک)، ترکیبات معطر (آروماتیکها)، کتون¬ها، نزپن ها و الکل ها تشکیل می¬دهند در کالیفرنیا میزان انتشار ترکیبات سمی از سطح لندفیل 35 کیلوگرم در هر 1000 تن پسماند دفن شده بر آورد شده است.
لذا با اجرای طرح فعلاً از پخش هر ساعت حد اقل 800متر مکعب در جو جلوگیری می شود که حدود 60 درصد آن متان است. لذا به دلائل ذیل طرح زیست محیطی می باشد.
1- فعلاً هر ساعت از پخش حداقل 800 متر مکعب گاز لندفیل در جو جلوگیری می¬شود .
2- صدور گواهی کاهش انتشار گازهای کلخانه¬ای توسط سازمان ملل دلیلی بر زیست محیطی بودن طرح می باشد.
3- ممانعت از تباهی پوشش گیاهی اطراف سایت دفن پسماندها
4- ساماندهی شیرابه های ناشی از رطوبت موجود در پسماندها و عدم نفوذ آن در آبهای زیر زمینی و آلوده نمودن آبها
5- اجرای فضای سبز بر روی محل دفن و اطراف آن به مساحت بیش از 1200 هکتار به خاطر ساماندهی گازها و عدم پخش آن و امکان توسعه آن تا 5000 هکتار .
6- عدم بوی نامطبوع
7- عدم انفجار بر روی محل دفن
8- عدم هر گونه آتش سوزی در محل
10-عدم پخش حداقل 725/19تن CO2درسال با تبدیل گاز متان به دی اکسیدکربن

11- بررسی¬های اقتصادی
معمولاً در اجرای طرحهای مختلف، اقتصاد حرف آخر را می¬زند. این امر بویژه برای بخش خصوصی حساس و تعیین کننده است. در بررسی اقتصادی کلیه هزینه¬ها و درآمدها در نظر گرفته شده و با نرم¬افزار استاندارد و معتبر Comfar محاسبات مربوطه صورت گرفته است.
مفروضات:
جدول 2 - سرمایه¬گذاری اولیه – میلیون ریال
ردیف شرح مبلغ ردیف شرح مبلغ
 محوطه سازی 200 6 اثاثیه و تجهیزات اداری 50
2 سوله 720 7 تجهیزات کارگاهی 190
3 ژنراتور+ سیستمتصفیه گاز و CDM 11000 8 پوشش نهایی 890
4 چاهک های عمودی و لوله گذاری افقی 7000 9 شبکه برق 1000
5 تاسیسات 1000 10 هزینه های پیش بینی نشده 300
جمع کل 22260


جدول 3 - هزینه¬ها جاری- میلیون ریال در سال
ردیف شرح مبلغ ردیف شرح مبلغ
 هزینه پرسنلی 700 5 سایر هزینه ها 110
2 هزینه آب و انرژی 20 6 هزینه خرید گاز 250
3 اجاره زمین 5 7 پیش بینی نشده 400
4 هزینه تعمیرات و نگهداری 340 جمع کل 1825

جدول 4 - تولیدات نیروگاه
ردیف شرح مقدار واحد
 تولید گاز لندفیل 4000000 مترمکعب در سال
2 کاهش CO2 19.725 تن معادل CO2
3 تولید برق 8000000 کیلووات ساعت در سال
4 قیمت فروش برق 1234 ریال بر کیلووات ساعت
5 قیمت فروش هر تن CO2 9 یورو

جدول 5 - تامین مالی- میلیون ریال
ردیف شرح مبلغ- سال 1387 مبلغ- سال 1388
 تامین مالی شهرداری شیراز 2500 4000
2 آورده سرمایه گذار 3500 5778
3 وام سرمایه گذار - 8050
جمع کل 6000 17828

ﻫ- سایر مفروضات:
- نرخ تنزیل کل سرمایه گذاری : 12%
- نرخ تنزیل آورده: 17.5%
- نرخ سود بانکی: 12%
- بازپرداخت وام: از سال 1389 بمدت 5 سال و سالی یکبار
- مالیات: 25% سود خالص با معافیت 10 ساله
- عمر نیروگاه : 13 سال
- فروش CDM ده ساله
- محاسبات به نرخ سال 1388 صورت گرفته است.

12- خروجی نرم افزار کامفار
پروژه بر مبنای مفروضات بالا در نرم افزار کامفار مدلسازی مالی گردید. نتایج حاصل در جداول و نمودارها مورد تحلیل قرار گرفته است:
الف- نرخ بازگشت داخلی(IRR)
نرخ بازگشت داخلی پروژه با نرخ تنزیل 12% حدود 38% و با نرخ تنزیل 17.5% مورد انتظار سرمایه گذار حدود 42% محاسبه شده است. دلیل نزدیکی این دو نرخ این است که بخش اعظمی از سرمایه گذاری صورت گرفته بصورت آورده سرمایه گذار می¬باشد.
ب- ارزش فعلی خالص(NPV)
ارزش فعلی خالص به معنی سودخالص سرمایه گذاری به نرخ سال اجراست. این پروژه به نرخ سال 1388 بمیزان 34.89 میلیارد ریال سود خالص با نرخ تنزیل 12% نصیب سرمایه گذار خواهد نمود. این رقم برای نرخ تنزیل مورد انتظار سرمایه¬گذار 21.1 میلیارد ریال می¬باشد. در جدول زیر مورد الف و ب ارایه شده است.

جدول 6 - خالص ارزش فعلی سرمایه گذاری(NPV) و نرخ بازگشت سرمایه(IRR)



شکل 1- بهای تمام شده محصولات(ریال)

ج- سهم اقلام درآمدی
این پروژه از دو محل درآمد کسب می¬نماید. اول از محل فروش برق تولید به شبکه برق که سازمان انرژی¬های نو به نمایدگی از وزارت نیرو هزینه برق را پرداخت می¬نماید و دیگری از محل صرفه جویی در انتشار گازهای گلخانه¬ای تحت پروتکل کیوتو(CDM). در شکل زیر سهم هریک از درآمدهای مذکور ارایه شده است.همانگونه که مشاهده می¬شود درآمد فروش برق(قرمز) بیش از 3 برابر فروش CER(سبز) می¬باشد.

شکل 2- مقایسه سهم فروش برق و CER
د- جریان مالی پروژه
جریان مالی پروژه در طول احداث و بهره برداری پروژه گویای تمام هزینه¬ها و درآمدهای پروژه می¬باشد.در جدول زیر جریان مالی پروژه برای 7 سال اول شامل 2 سال احداث و 5 سال بهره¬برداری ارایه شده است. در طی این 5 سال بازپرداخت وام دریافتی نیز صورت می¬گیرد. مطابق جدول زیر درآمد طرح با بازپرداخت اقساط بانک و هزینه¬های جاری بمیزان 700 میلیون تومان می¬باشد. این رقم برای سالهای بعد افزایشی بوده و بعد از اتمام بازپرداخت اقساط وام افزایش بیشتری نیز می¬یابد.

جدول 7 - جریان مالی 7 ساله پروژه شیراز

در شکل مقایسه میان درآمد (فروش برق و CDM) با هزینه¬های پروژه صورت گرفته است. در دو سال آخر بدلیل حذف درآمد CDM ، درآمد فروش کاهش خواهد داشت.


شکل3فروش وهزینه های تولید

در جدول نیز دوره بازگشت سرمایه ارایه شده است. مطابق جدول دوره بازگشت سرمایه 5 سال می¬باشد.






جدول 8 - دوره بازگشت سرمایه


13- بحث و نتیجه گیری
احداث سیستم¬های تولید برق در لندفیل¬های موجود که دفن مناسبتری دارند(نظیر شیراز) کاملاً اقتصادی و امکان¬پذیر می¬باشد. با این کار ضمن افزایش ارزش افزوده مدیریت دفع نهایی پسماند، به حفظ محیط زیست کمک شده و از خطرات احتمالی نظیر آتش¬سوزی و انفجار نیز ممانعت بعمل می¬آید.

14- مراجع
[1] خدامرادی، محمد. ، طرح ارسالی به جشنواره سبز، 1387
[2] سازمان انرژیهای نو(سانا)، مطالعه امکان سنجی تولید برق از لندفیل شیراز، 1386
[3] سازمان مدیریت پسماند شهرداری شیراز، طرح جامع مدیریت پسماند، 1388