BIOPLYN ZÍSKAVANÝ NA BÁZE ZELENEJ BIOMASY Ing. Naďa Langová,PhD. Ing. Peter Geffert
Technická univerzita Zvolen, FEVT, Katedra environmentálnej techniky ul. T.G. Masaryka 2775/24, 96053 Zvolen
Ing. Miroslav Kušnír
QEL s. r. o., Štefánikova 90, 085 01 Bardejov
BIOPLYNOVÉ STANICE Rakúsko 140, Nemecko 1400 spracovanie zámerne pestovaných rastlín (najmä kukurica a iné poľnohospodárske plodiny sú pestované so zámerom produkcie bioplynu a jeho spracovania) tuhé a kašovité odpady zo živočíšnej výroby poľnohospodárske odpady s prebytkom trávnatých hmôt Prevádzkové skúsenosti týchto farmárskych staníc nás môžu motivovať • po stránke technického riešenia • zlepšenia prevádzkových, bezpečnostných a legislatívnych predpisov
BIOPLYNOVÉ TECHNOLÓGIE
SUCHÉ KVASENIE
MOKRÉ KVASENIE
KONTINUÁLNE (spojité plnenie)
Prietokový spôsob
DISKONTINUÁLNE (nespojité plnenie)
Dávkový spôsob
Prietokový spôsob začínajúci zásobníkom
Metóda striedania zásobníkov
Prietokový spôsob končiaci zásobníkom
Zásobníkový spôsob
Premena biomasy na energiu – dve základné cesty
termochemická premena
biochemická premena
priame spaľovanie
fermentácia (alkoholové kvasenie)
pyrolýza splynovanie
anaeróbne vyhnívanie (metánové kvasenie)
FERMENTÁCIA
(alkoholové kvasenie)
ETANOL resp. METANOL
Vysokokvalitné palivo - náhrada za benzín v spaľovacích motoroch. Ako vstupná surovina sa využívajú rastliny s obsahom cukrov a škrobu – obiloviny, cukrová repa, cukrová trstina, zemiaky, kukurica, ovocie.
ANAERÓBNE VYHNÍVANIE (metánové kvasenie)
BIOPLYN
zmes metánu, oxidu uhličitého a stopových množstiev ďalších plynov. Proces vyhnívania - bez prístupu vzduchu prostredníctvom baktérií vo fermentačných reaktoroch.
KONCEPCIA BIOPLYNOVEJ STANICE dôkladná technická, organizačná a ekonomická príprava zohľadňujúc stavebné, bezpečnostné a environmentálne predpisy, koncepcia v sebe zahŕňa umiestenie a osadenia stavebných objektov (fermentor, plynojem, prípadne ďalšie skladovacie nádrže) veľkosť a umiestnenie prípravnej nádrže – s ohľadom na homogenizácia, ukladanie hnoja a pridávanie prísad vhodný výber typu bioplynovej stanice: prietokové zariadenia, zásobníkové zariadenia
KONCEPCIA BIOPLYNOVEJ STANICE Prietokové zariadenia tam, kde nie je potrebné zriadiť dodatočný skladovací priestor a kde je použitá malá nádrž (málo miesta, nízke náklady na izoláciu, energiu zavádzanú do zariadenia a investície). Ako fermentory s objemom cca 100 m3 sa používajú cisterny (väčšinou použité benzínové cisterny). Realizácia s nízkymi nákladmi. Zásobníkové zariadenia sa uplatňujú tam, kde je možné stávajúce zásobníky prebudovať na fermentory. Nevýhodou tohto systému sú vysoké náklady na izolácie a kolísajúca výroba plynu – málo plynu pri malom množstve hnoja, veľa plynu pri veľkom množstve hnoja.
Hlavným prvkom celého zariadenia je bioreaktor - fermentor (5) horizontálneho prietokového typu v ktorom prebieha proces tvorby bioplynu. Vo fermentore vyprodukovaný bioplyn sa sústreďuje v plynovom dóme (7) a odtiaľ sa odvádza potrubím do nízkotlakového suchého plynojemu (11), tvoreného špeciálnou gumovou plachtou plynotesne upevnenou na dohnívacej nádrži (10). Tu sa zachytáva aj zvyškový bioplyn uvoľňovaný zo substrátu, ktorý už opustil fermentor. Bioplyn je následne využívaný na spaľovanie v kogeneračnej jednotke (motor (14), generátor (15) a v upravenom plynovom kotly (17). Odpadové teplo sa odovzdáva vo výmenníku (16) na ďalšie využitie.
KONCEPCIA BIOPLYNOVEJ STANICE Monitorovacie a riadiace prvky, zabezpečovacia technika bioplynovej stanice Bioplynové energetické systémy majú vo fermentačných nádržiach inštalované analyzátory bioplynu, ktoré nepretržite monitorujú stav metánu, CO2 a H2S Bezprostredne po zistení zmeny kvality bioplynu sa pridávajú vhodné vyrovnávacie (regulačné) látky zvyšujúce kvalitu bioplynu Dôležitý je časový interval od zistenia kvalitatívnej zmeny bioplynu po aplikáciu prídavného prvku
KONCEPCIA BIOPLYNOVEJ STANICE Monitorovacie a riadiace prvky, zabezpečovacia technika bioplynovej stanice
DIMENZOVANIE BIOPLYN. STANICE Pre určenie koncepcie zariadenia je dôležité správne navrhnutie potrebných veľkostí jednotlivých prvkov.
1. Získavanie substrátu a objem fermentora Denná produkcia hnoja = počet zvierat . denná produkcia odpadu podľa druhu zvierat Objem fermentora = denná produkcia hnoja . stredná doba kontaktu
2. Zistenie obsahu sušiny a organickej sušiny Množstvo organickej sušiny = obsah organickej sušiny . množstvo hnojovice.
DIMENZOVANIE BIOPLYN. STANICE 3. Výpočet dennej produkcie plynu Denné množstvo bioplynu = denné množstvo organickej sušiny . špecifická produkcia bioplynu.
4. Objem zásobníka na hnojovicu Celková kapacita nádrže má vystačiť na 180 -200 dní.
5. Objem plynojemu Pri použití bioplynu na výrobu elektrickej energie má plynojem na rozdiel od využitia bioplynu na priame spaľovanie druhotný význam, pretože objem bioplynu zužitkovaného v blokovej teplárni je možné zladiť s objemom produkovaného bioplynu.
6. Určenie výkonu blokovej teplárne Pri výbere blokovej teplárne je najdôležitejšie prispôsobiť jej výkon produkcie bioplynu •
aby sa vyprodukovaný bioplyn zužitkoval pokiaľ možnosti v celom rozsahu
•
aby motory teplárne nemuseli pracovať na nepriaznivý čiastočný výkon Podľa veľkosti BPS sa volia dva typy teplární ak je agregát zladený s produkciou bioplynu tak, že pracuje 24 hodín denne, pričom postačuje aj malý objem plynojemu druhý typ - sú inštalované 2 teplárne, pričom jedna pracuje pri prevádzke 24 hodín, druhá pri špičkovom odbere elektriny
VLASTNOSTI BIOPLYNU Plyn
Jednotka
Bioplyn
Zemný plyn
Propán
Metán
Vodík
Výhrevnosť Hustota Hustota v pomere k hustote vzduchu Zapaľovacia teplota Max. rýchlosť šírenia sa plameňa vo vzduchu Rozsah zápalnej koncentr. plynu vo vzduchu
kWh/m3 kg/m3
6 1,2
10 0,7
26 2,01
10 0,72
3 0,09
0,9
0,54
1,51
0,55
0,07
°C
700
650
470
650
585
m/s
0,25
0,39
0,42
0,47
0,43
%
6-12
5-15
2-10
5-15
4-80
Tab. : Spaľovacie parametre bioplynu v porovnaní s inými horľavými plynmi (zloženie: 60% metán, 38% oxid uhličitý, 2 %-ný stopový plyny).
VYUŽITIE BIOPLYNU Energia obsiahnutá v bioplyne - čo najintenzívnejšie využívanie Pre premenu na nízkoteplotné teplo je neekonomické používať bioplyn
Vykurovanie bioplynom Používajú sa kotle s atmosferickými horákmi pre malý výkon od 10 do 30 kW. Kotle lepšie pracujú s vyrovnávacími zásobníkmi, na ktoré je napojené vykurovanie domu, vyhrievanie fermentorov, či zásobovanie TÚV, podľa možnosti aj sušenie sena a obilia Cenovo výhodnou alternatívou ku kotlu je prietokový ohrievač, ktorý pracuje s atmosferickým horákom a používa sa predovšetkým pre prípravu teplej úžitkovej vody. Rozsah výkonu sa pohybuje v rozmedzí 5 – 30 kW
VYUŽITIE BIOPLYNU Kogenerácia tepla a elektrickej energie bioplyn = palivo pre spaľovací motor poháňajúci generátor pre produkovanie elektrickej energie, odpadové teplo s chladenia motora a výfukové plyny je možné použiť pre vykurovanie
Výroba prúdu dvomi metódami 1.
Výroba je orientovaná podľa potreby – výroba prúdu sleduje potrebu, t.j. ak rastie potreba rastie aj výroba
2.
Rovnomerná výroba – motor je v prevádzke 24 hod, stále s rovnakým zaťažením. Výkon motoru je pomocou ventilu na prívod plynu nastavený tak aby sa celý objem vyrobeného plynu hneď spotreboval
VYUŽITIE BIOPLYNU Kogenerácia tepla a elektrickej energie
VYUŽITIE BIOPLYNU Možnosť predávať nadprodukciu elektrickej energie Pevné ceny elektriny vyrobenej na báze obnoviteľných foriem biopaliva sú dané výnosom Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 2/2005 – príloha č. 1 podľa prevádzkových podmienok
Cena elektriny vyrobenej v spaľovacích motoroch s palivom zemný plyn alebo zmes vzduchu metánu 2050 Sk/MWh s palivom bioplyn 2500 Sk/MWh
VYUŽITIE BIOPLYNU Využitie odpadového tepla Cieľom kogenerácie tepla a elektriny na báze bioplynu je naplno využívať nielen elektrický prúd, ale aj odpadové teplo z motorov. V zime - okrem fermentorov sa vykurujú aj obytné domy a priľahlé objekty
V lete vzniká prebytok tepla – ku každému bioplynovému motoru prináleží takzvaný núdzový chladič (lamelový výmenník tepla), aby bolo možné odpadové teplo vyfukovať do ovzdušia
VYUŽITIE BIOPLYNU Zásobovanie plynovodnej siete Škodliviny v spalinách - tvorené najmä vodnou parou a oxidom uhličitým, oxid siričitý SO2, oxidy dusíku NOx, uhľovodíky
Podiel oxidu siričitého je závislý od množstva sírovodíku v bioplyne, ktorý je dnes možné výrazne redukovať.
ZÁVER riešené ako individuálne zariadenia, navrhnuté podľa potrieb jednotlivých užívateľov
finančné prostriedky na vybudovanie bioplynovej stanice - zo štrukturálnych fondov, výška dotácií závisí od konkrétnej schémy pomoci a podmienok projektu
Ďakujeme Vám za pozornosť
