Power generation using modular waste incineration power plant in developing countries

Abstract

Standard of living rises and amount of waste generated increases in developing countries. Population and need for energy also grows, creating opportunities for exploit modular waste incineration power plants which are small incinerators and can be located near populated areas. The modular incineration power plant enables an appropriately sized incineration plant by combining incinerator units. Waste incinerated can regionally be collected and generated energy can be recycled back to same region.

The object of the thesis is to study balancing of power generation of waste incineration plant and to find out the capital costs and operating and maintenance (O&M) costs of the plant. The aim is also to determine factors affecting balance between electricity generation and consumption in general. Pilot city of the project is Nairobi, the capital of Kenya, and the purpose is to create a model that can also be applied to other developing countries. The study is carried out based on the information from the pilot city and other related material. The literature review at the beginning of this thesis examines common incineration power plant techniques and more specifically the grate incineration technique and project implementation used in the project. The empirical study analyses factors affecting balance between electricity generation and consumption in Nairobi. Cost modelling is based on the Homer optimization program, which uses generation capacity of waste incineration power plants and adapts consumption to generation.

As the results of the thesis were obtained methods used to control the production of the waste incineration power plant and a cost model for the capital costs of the study as well as operating and maintenance costs. The cost model is created based on other similar projects and is indicative and changes according to the project implementation. In addition, the result was a study factors contributing to the balance between electricity generation and consumption in Nairobi. The review covered existing energy generation in Kenya, demand side management methods and energy storage technologies.

Kehitysmaiden elintaso nousee ja niin myös samalla syntyvän jätteen määräkin kasvaa. Väestö ja energian tarve kasvavat myös, mikä luo mahdollisuuksia hyödyntää modulaarisia jätteenpolttolaitoksia, jotka ovat pieniä polttolaitoksia ja voidaan sijoittaa lähelle asutusta. Modulaarinen polttolaitos mahdollistaa sopivan kokoisen polttolaitoksen yhdistämällä polttolaitosyksiköt. Poltettava jäte voidaan kerätä lähiympäristöstä ja tuotettu energia voidaan kierrättää takaisin samalle alueelle.

Diplomityön tavoitteena on tutkia jätteenpolttolaitoksen sähköntuotannon tasapainottamista ja selvittää laitoksen pääomakustannukset sekä käyttö- ja ylläpitokustannukset. Tavoitteena on myös määrittää yleisesti sähkön tuotannon ja kulutuksen väliseen tasapainoon vaikuttavat tekijät. Projektin pilottikaupunki on Kenian pääkaupunki Nairobi, ja tarkoituksena on luoda malli, jota voidaan soveltaa myös muihin kehitysmaihin. Tutkimus toteutetaan pilottikaupungista saatujen tietojen ja muun siihen liittyvän aineiston perusteella. Työn alun kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan yleisiä polttolaitostekniikoita sekä tarkemmin projektissa käytettyä arinapolttotekniikkaa ja projektin toteutusta. Empiirisessä tutkimuksessa analysoidaan tekijöitä, jotka vaikuttavat sähköntuotannon ja kulutuksen väliseen tasapainoon Nairobissa. Kustannusten mallintaminen perustuu Homer optimointiohjelmaan, jossa energian tuotantokapasiteettina käytetään jätteenpolttolaitosten tuotantokapasiteettia ja kulutus sovitetaan tuotantoon.

Työn tuloksina saatiin selvitys jätteenpolttolaitoksen tuotannon ohjauksessa käytettävistä menetelmistä sekä kustannusmalli tutkimusprojektin pääomakustannuksista sekä käyttö- ja ylläpitokustannuksista. Kustannusmalli on luotu muiden vastaavien projektien pohjalta ja se on suuntaa antava sekä muuttuu projektin toteutuksen mukaan. Lisäksi tuloksena saatiin selvitys Nairobin sähköntuotannon ja kulutuksen välistä tasapainoa edesauttavista tekijöistä. Tarkasteluun otettiin Kenian olemassa oleva energian tuotanto, kysynnän hallintamenetelmät sekä energian varastoiminen eri tekniikoin.