Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu Číslo 7 Monotematické číslo věnované problematice bioplynu Duben 1999

Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu Číslo 7

Monotematické číslo věnované problematice bioplynu

Duben 1999

Odborná prohlídka bioplynových stanic na biomasu v Německu Účastníci zájezdu a současně autoři příspěvku: Ing. Sergej Usťak, CSc., Ing. Jaroslav Váňa, CSc., Ing. Roman Honzík, Ing. Antonín Slejška Nevládní nezisková organizace CZ- Biom české sdružení pro biomasu se sídlem, Drnovská 507, Praha 6-Ruzyně sdružuje odbornou veřejnost zabývající se využitím obnovitelných surovinových a energetických zdrojů. Jednou ze sekcí vytvořených v této organizaci je poradenské a informační středis-

ko v Chomutově. To si klade za cíl shromažďování informací o využití obnovitelných surovin a energií a popularizaci tohoto netradičního odvětví. Z mnoha cizích pramenů byl registrován nebývalý zájem o biologický odpad využitelný pro výrobu bioplynu.

Jak to vypadá s bioplynem v Německé spolkové republice ve skutečnosti a nejen z literárních zdrojů mohli pracovníci poradenského střediska spolu s odborníky na bioplyn zjistit díky grantu, který organizace CZ-Biom obdržela na základě výběrového řízení od nadace Partnerství z Brna. Cílem této nadace (obdobný program pod společným názvem The Environmental Partnership for Central Europe pracuje také na Slovensku, v Maďarsku a Polsku) je podporovat účast veřejnosti na řešení problémů životního prostředí. Nadace poskytuje menší granty, zajišťuje nejrůznější soustředění, stáže a technickou pomoc neziskovým organizacím. Odborné prohlídky bioplynových stanic v Německu se zúčastnili čtyři odborníci na tuto problematiku z Výzkumného ústavu rostlinné výroby (VÚRV), kteří jsou současně členy nevládní neziskové organizace CZ-BIOM. Jména účastníků jsou uvedena v seznamu autorů tohoto příspěvku. Odjezd byl původně naplánován na konec února, ale díky kalamitním povětrnostním podmínkám byl na přání našeho partnera pana Dipl.-Ing. Köttnera, tajemníka svazu provozovatelů bioplynových stanic v Německu, přesunut na poslední březnový týden, kdy se již počasí umoudřilo, což přispělo k úspěšnému průběhu naší odborné cesty.

V následujících kapitolách se pokusíme stručně předvést čtenářům alespoň část z velkého množství informací získaných během této cesty. Upozorňujeme, že jednotlivé kapitoly nejsou seřazeny podle chronologie, ale tematicky. 1. Odborný svaz Bioplyn se sídlem na zemědělské škole Hohenlohe Kirchberg-Weckelweiler (Fachverband Biogas e. V.) Zemědělská škola v Hohenlohe se již 6 let zabývá ekologickým vzděláváním dospělých. V roce 1992 vznikl z podnětu školy svaz sdružující inženýry i zemědělce a zabývající se výrobou bioplynu. Začí-

1

BIOM – Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu nal se 14 členy. Nyní má 650 členů, z čehož je 80 konstruktérů či dodavatelů bioplynových zařízení. Ostatní členové jsou vědci, studenti, farmáři apod. Svaz je financován z členských příspěvků a pořádání seminářů a exkurzí. Úkolem svazu je podporovat přenos teorie do praxe, zabezpečovat propagaci výroby bioplynu, shromažďovat a rozšiřovat informace o této problematice. V Německu je v současné době kolem 600 bioplynových reaktorů, jejichž umístění znázorňuje schéma č. 1, z toho 27 zpracovává více než 100 tun odpadu ročně. Z uvedeného schématu je patrné, že

ne všechny spolkové země věnují stejnou pozornost principům hospodaření zužitkovávajícím odpadní suroviny, mezi něž zemědělský odpad i tříděný biologický odpad bezesporu patří. Největší rozvoj dosáhlo biozplynování v Bavorsku. O intenzifikaci rozvoje bioplynového odvětví v Německu v posledních letech svědčí fakt, že jenom v roce 1998 bylo postaveno 150 nových stanic, což činí čtvrtinu celkového počtu stanic. Z technologických způsobů výroby bioplynu převažuje kofermentace zemědělských a potravinářských odpadů spolu s kejdou.

Schéma 1: Umístění bioplynových stanic ve spolkových zemích SRN V rozporu s našimi původními představami o nemožnosti existence bioplynových stanic v podmínkách mírného klimatického pásma bez dotací státu je fakt, že většina bioplynových stanic byla v posledních letech postavena bez vysokých investičních dotací, pouze z vlastních nebo úvěrových prostředků. Často se sdruží skupina sedláků, kteří si společně postaví bioplynovou stanici. Velikost budovaných bioplynových stanic se pohybuje v širokém rozmezí. Např. ve Widmuntu postavilo sdružení 67 farmářů jednu z největších bioplynových stanic zpracovávající 130.000 tun materiálu ročně. Stanice vyrábí 1,8 MW elektrického proudu. Stavba přišla na 21 mil. DM. Toto je největší zemědělská bioplynová stanice v SRN. Pro tuto stanici jsou sváženy zemědělské odpady ze 7 kilome-

2

trového okruhu, což zvyšuje náklady na dopravu a logistiku. V okolí stanice je vytvořena decentralizovaná energetická síť. Teplem a elektřinou zásobuje i místní kasárny. Problémem je však nedořešená regulace, která způsobuje nadměrnou produkci páchnoucích plynů, v důsledku čehož se v současné době uvažuje o jejím uzavření. Na opačném konci této škály je nejmenší bioplynová stanice, která byla projektována pouze pro 6 velkých dobytčích jednotek a produkuje pouhých 12 kW energie. To byl pilotní projekt dotovaný státem. Dle zkušeností německého svazu bioplynových stanic, nezávisí ekonomika bioplynových stanic toliko na jejich velikosti, nýbrž především na původním konceptu, technologii a realizačním provedení. Část bioplynových stanic, zejména z dřívější výstavby, BIOM číslo 7, duben 1999

BIOM – Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu vyžaduje pro zajištění své rentability poskytnutí provozních dotací ve výši 10-30 %. Při poskytnutí provozních dotací je rozdíl, zda jde o průmyslové či zemědělské stanice, neboť německý zákon o využití alternativní energie zvýhodňuje pouze čistě zemědělské stanice, čímž znevýhodňuje kofermentaci např. s bioodpadem. Proto jsou selské stanice konstruovány tak, aby si vystačily s vlastními odpady a nemusely provozovat kofermentaci. Tyto a jiné finanční potíže vedou k zavádění čím dál tím jednodušších řešení (přechod od technologií high-tech k tzv. farm-tech). Při uplatňování kofermentace odpadů je ale možné získat finanční prostředky jako poplatek za jejich odebrání a likvidaci. U odpadů z potravinářských výrob a kuchyňských odpadů, které je nutné podle německých předpisů před fermentací tepelně zpracovat (hygienizovat) jsou na hranici ekonomické stability minimální poplatky 50 DM za tunu. Před několika lety bylo za zneškodňování odpadů poskytováno provozovateli až 200 DM za tunu zneškodněného odpadu, což vedlo podle Dipl.-Ing. Kraemera k značnému konkurenčnímu boji při výstavbě bioplynových stanic určených ke zneškodňování biologických komunálních odpadů. Důsledkem tohoto boje jsou ceny vstupujícího materiálu na hranici rentability provozu a snaha o co největší úspory na výstavbě takových stanic. Během naší prohlídky bioplynových stanic v Německu jsme byli dosti překvapeni jednoduchostí a efektivností řešení některých problémů biozplynování v rámci technologie farm-tech. Například velké problémy činí v bioplynu přítomný zdraví nebezpečný a korozně agresivní sirovodík (H2S), na jehož odstranění existují složitá technická řešení. V Německu se odstranění sirovodíku z bioplynu provádí jednoduchou metodou, a to průběžným přidáváním 3 – 5 objemových % vzduchu do bioreaktoru, což zajistí oxidaci H2S, ale nenaruší produkci metanu CH4. Rovněž recirkulace procesní tekutiny je všude používána. Někde používají zařízení pro fixaci dusíku, jehož nasazení závisí na ekonomice. Fermentovaná kejda je vždy ihned po fermentaci rozvážena na pole. Rovněž s technologicky náročným čistěním bioplynu si v Německu nedělají starosti. Surový bioplyn je rovnou spalován pomocí dieselových motorů, které slouží jako základ kogenerační jednotky, za přídavku 10 % nafty, která kompenzuje negativní vlastnosti nečištěného bioplynu. Motor pohání asynchronní elektromotor, který produkuje elektřinu. Chlazením motoru je získávána teplá voda pro ohřev

BIOM číslo 7, duben 1999

samotného bioreaktoru (cca 1/3) a obytných nebo hospodářských budov. Bioplyn je možné spalovat rovněž v benzinovém motoru, ale tento postup vyžaduje předběžné čištění bioplynu. Teoreticky se rovněž uvažuje o Stirlingově motoru či palivových článcích. Obsah metanu v bioplynu by neměl klesnout pod 55%, jelikož pak vznikají problémy při spalování. Obvykle se pohybuje mezi 60 – 70%. Výtěžnost bioplynu z rostlin závisí na jeho energetickém obsahu vyjádřeném ve škrobových jednotkách. V Německu zatím existuje pouze jedno zařízení, které biozplynuje samotnou trávu. Je to modelový bioreaktor ve Triesdorfu. Teploty v bioreaktorech se obvykle pohybují mezi 30 – 40°C. S teplotou se zvyšují náklady na teplo a snižuje se stabilita procesu. Většinou se používají dvoustupňové procesy. Doba fermentace bývá kolem 30 dní. Pak se ještě nechává materiál dozrát pod fólií. Maximální obsah sušiny materiálu je 14%, ale existují i technologie pracující až s 30% sušinou. Bioreaktory se většinou staví z betonu a oceli. Dříve se využívalo pouze teplo, ale dnes mají všechny bioplynové stanice kogeneraci. Elektřinu mají v prvé řadě pro vlastní použití, ale co nespotřebují dodávají do sítě. To má výhody zejména v letních měsících, kdy není pro teplo velké využití. Rovněž ve filozofii výstavby bioplynových stanic došlo k posunu, zatímco dříve byly stanice projektovány tak, aby odpady byly zpracovávány pouze pomocí zařízení, které již zemědělec má nebo které si může sám vyrobit, dnes se spíše uplatňují standardizované díly a prefabrikáty, které je možné doplňovat již použitým zařízením, např. starý motor je možné přestavět a zabudovat do kogenerační jednotky, což sice významně sníží náklady, ale životnost takovéto jednotky bývá poměrně krátká. Nově koupené motory mají navíc zajištěný servis. Kvalita procesu výroby bioplynu se velmi zvýšila, o čemž svědčí například úsilí svazu o povolení hnojení fermentovanou kejdou v pásmech hygienické ochrany vod. Díky nové zemědělské politice EU, jejíž koncept je uveden v Agendě 2000, klesla cena obilí pod 200 DM za tunu, takže zemědělci raději vyrábějí energii než obilí. Při pěstování energetických plodin navíc dostanou útlumovou dotaci a cenu energie mají garantovanou. Energetické rostliny pak mohou přidávat do svých bioplynových reaktorů, např. ve formě siláže, čímž si zvýší produkci bioplynu. Narážejí však na odpor monopolních výrobců energie, kteří se snaží zrušit tuto garanci. Hlavním argumen-

3

BIOM – Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu tem zemědělců však je, že do ceny neobnovitelných zdrojů energie nejsou započteny všechny externality jako jsou náklady na rekultivace, škody způsobené skleníkovým efektem apod. Po jejich započítání by byly naopak levnější obnovitelné energie (i oproti jaderné energii). Svaz vypracoval normy (doporučení) pro bezpečnost bioplynových zařízení, jež byly uznány svazem zemědělců, který kontroluje jejich dodržování. Když nejsou plněny, svaz zemědělců nepovolí provoz. Jelikož přísnost norem velmi zdražovala anaerobní digesci, došlo k jejich zmírnění. Jejich plnění i přes to zaručuje bezpečnost provozu. Např. malé bioplynové stanice nemusí splňovat některá kritéria

určená pro průmyslové stanice, jelikož nepracují s přetlakem. Cena „domácky“ vyrobeného bioreaktoru se pohybuje mezi 500 – 1.500 DM na 1 velkou dobytčí jednotku. U bioreaktoru postaveného na klíč to je 1.500 – 2.500 DM. Cena 2.500 DM je na hranici ekonomické rentability. Závěrem jednání byla dohoda o spolupráci německého svazu bioplynových stanic a CZ BIOM v oblasti biozplynování, včetně společných aktivit a pravidelných setkání.

.

2. Kombinované aerobní a anaerobní zpracování bioodpadu a tříděného organického odpadu v bioplynové stanici Teugn. Cílem kombinovaného aerobního a anaerobního zpracování separovaných bioodpadů a organických odpadů je dosažení co nejvyšší výtěže energie se současnou optimalizací produkce kompo-

stu. Na této stanici (viz foto 1-2) je prováděna anaerobní digesce bioodpadu, kterého se zpracovává až 26.000 tun ročně, kompostování odpadů z údržby zeleně, tekutých odpadů ze zemědělství a štěpkování odpadního dřeva, které je pak dodáváno do spaloven pro energetické využití.

Foto 1: Pohled na novou bioplynovou stanici v Teugnu u Regensburku

4

BIOM číslo 7, duben 1999

BIOM – Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu

Foto 2: Pohled na bioplynovou stanici kombinovanou s kompostárnou Pro anaerobní digesci je svážen separovaný odpad ze tří okresů Ingolstadt, Kehlheim a Regensburg. Větší firmy za likvidaci bioodpadů

platí, kdežto fyzické osoby – obyvatelé přilehlých obcí mají tuto možnost zdarma v rámci paušálních obecních poplatků (viz foto 3).

Foto 3: Svoz bioodpadu na kompostárnu v Teugnu obyvateli přilehlých obcí Kompostování začíná zakládkou (čelní nakladač) – smícháním jednotlivých surovin a navršením čerstvého kompostu do figury. Výroba kompostu trvá přibližně ¾ roku podle vlhkosti a klimatických podmí-


nek. Během této doby je prováděno 5-6 překopávek (čelní nakladač), vždy poté co teplota klesne pod 4050°C. Po překopávkách stoupne teplota většinou až na 70°C. Hotový kompost je proséván na válcovém sítě (Doppstadt, průměr oka 15-100 mm dle použité-

5

BIOM – Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu ho síta), hrubší frakce je využívána jako mulč a jemná frakce pro květinové substráty, které jsou vyráběny ve specializované míchárně, kam dodává

své komposty 27 kompostáren. Z míchárny se do závodu vrací zabalený kompost, který je zde prodáván (viz foto 4).

Foto 4: Výsledný produkt kompostování bioodpadu a fermentovaného substrátu je připraven k distribuci maloodběratelům Hlavním substrátem pro anaerobní digesci je u zdroje tříděný bioodpad, který je v třídící hale (foto 5) drcen a homogenizován, pásovým magnetem zbaven kovů a válcovým sítem rozdělen na jemnou a hrubou frakci. Hrubá frakce je na ručně dotřiďována (foto 6). Jsou z ní odtřiďovány plasty, kovy a nedegradovatelný podíl, zbylý hrubý bioodpad se

vrací na počátek technologické linky. Na ruční třídírně pracují 2-3 dělníci. Plasty jsou společně s nedegradovatelným podílem spalovány, kovy jsou dávány do starého železa. Vzduch z třídírny je odsáván do biofiltru, v němž jsou biodegradovány zapáchající organické látky. Biofiltr je plněn kompostem vyráběným v rámci tamního kompostování.

Foto 5: Třídící linka na separovaný bioodpad ( Bitonne), bioplynová stanice v Teugnu

6



Foto 6: Hala pro ruční třídění na třídící lince separovaného bioodpadu v Teugnu. Výsledný produkt po biofermentaci (viz foto 7) je vyvážen na pole jako organické hnojivo nebo dokompostován ve směsi s rostlinným materiálem na přilehlé kompostárně. Kompost je odebírán zemědělci nebo balen a dodáván maloodběratelům jako kvalitní organické hnojivo. Projektantem bioplynové stanice v Teugnu u Regensburku byla firma T.B.W. se sídlem ve Frankfurtu, která používala při výstavbě této bioplynové stanice i technologie uplatňované v zemích třetího světa. Na následujícím schématu č. 2 je znázorněna funkce bioplynové stanice zpracovávající tříděný biologický odpad z komunální sféry. K jemnému podílu bioodpadu jsou přidávány odpady z potravinářského průmyslu – např. tuky a kuchyňské odpady, které jsou po dobu 30 minut při teplotě 70°C zbavovány choroboplodných zárodků. Bioodpad je míchán s vratnou procesní vodou, která je používána několikrát - při každém oběhu se přidává pouze 10 % čisté vody.

Foto 7: Výstup fermentovaného odpadu z bioplynového reaktoru


7

Anaerobní digesce je dvoustupňová. Bioplyn vzniká ve dvou nádržích s integrovanými plynojemy při různých teplotách. Teplota v první nádrži je 37°C a ve druhé nádrži 55°C. Obě nádrže jsou vytápěny teplem vznikajícím při spalování bioplynu, v létě je potřeba vyhřívání minimální díky izolaci z 50 cm polyuretanové pěny. Doba fermentace je 2*14 dní (v

každé nádrži dva týdny). Denní produkce bioplynu se 3 pohybuje od 3500 do 4000 m . Produkovaná elektrická energie je zčásti využívána pro vlastní potřebu cca 25 % a zbytek je dodáván do sítě. Tepelná energie je využívána na vytápění provozních budov a fermentorů.

Schéma 2: Funkční diagram bioplynové stanice v Teugnu u Regensburku Po 28 dnech je stabilizovaná hmota odvodněna, procesní voda je využívána pro ředění vsádky komunálního bioodpadu a pevný podíl je uložen v aerobních podmínkách, kde dozrává po dobu asi 6 týdnů. V průběhu dozrávání se substrát zahřívá a probíhá jeho dozrávání. Výsledný kompost, který obsahuje minimum balastních látek (sklo, plasty, kovy) a není nadlimitně kontaminován těžkými kovy, je dodáván zemědělcům na hnojení polí. Vyprodukovaný bioplyn se ochlazuje, suší a spaluje v kogenerační jednotce (3 přestavěné dieselové motory). Při spalování se přidává 5-10 % nafty kvůli mazání a chlazení. Teplo z výfukových plynů je pomocí tepelného výměníku zužitkováno k ohřevu teplé vody. V době naší návštěvy dosahovala výroba elektřiny následujících hodnot: 1. kogenerační jednotka produkovala 169 kW elektrické energie,

2. kogenerační jednotka 153 kW elektrické energie. Vlastní spotřeba elektrické energie se pohybovala od 80 do 90 kW. Celý proces výroby bioplynu je řízen pomocí centrálního počítače. Na monitoru jsou zobrazovány veškeré motory a regulační prvky, které jsou regulovány buď automaticky, nebo je možné i manuální nastavení v případě nestandardních surovin. Pořizovací náklady na tuto stanici činily asi 5 mil. DM bez dotací (ze státní podpory byla hrazena pouze expertní a poradenská činnost). Prodejní cena kWh elektrické energie je u každé bioplynové stanice různá, závisí na množství produkované elektrické energie, na smluvních podmínkách a na druhu zpracovávaného odpadu. Zde byla prodejní cena jedné kWh smluvně sjednána na 18 feniků. Společná ae-

8

BIOM – Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu robní a anaerobní stabilizace odpadů snižuje provozní i investiční náklady. Vyrobený bioplyn je možné použít k nahrazení energií použitých ke kompostování za přístupu vzduchu (na 1 t bioodpadu je třeba 50 až 100 kWh). Vysoké teploty při výrobě bioply-

nu z bioodpadu zajišťují zdravotní nezávadnost substrátu. Kombinace aerobního a anaerobního kompostování je možnou cestou od odpadového k bezodpadovému hospodářství.

.

3. Bioplynová stanice Dietrichsdorf (Högl Kompost) Na této bioplynové stanici (foto 8) se zpracovávají 4 tuny bioodpadu separovaného u zdroje a zbytků z potravinářského průmyslu a supermarketů (mimo jiné odpadní tuky a fritovací oleje) za hodinu.

Ročně to dělá 9.000 tun bioodpadu a 4.100 tun odpadů ze zpracování bachorů. Roční kapacita závodu je však 15 – 16 tisíc tun.

Foto 8: Bioplynová stanice Dietrichsdorf (Högl Kompost) Do závodu jsou přiváženy popelnice s bioodpadem, které jsou po vyprázdnění myty. Bioodpad je sbírán ve sto kilometrovém okruhu. Třídění je plně mechanizováno. Kvalita třídění je prý vyšší než při ručním dotřiďování, ale menší přesnost třídění (více dobrého materiálu odchází do spalovny). Vzduch z třídírny je odsáván do biofiltru. V rámci třídění je bioodpad rozemlet, promíchán, odpískován (hydrocyklon), zbaven kovů (pásový magnet) a nakonec i papíru a plastů (česlo). Písek se využije při stavbě silnic, těžké části se deponují a plasty a papíry se spalují. K bioodpadu je přidáván hygienizovaný odpad z potravinového průmyslu. Podmínkou hygienizace je zahřátí materiálu o maximální velikosti 30mm na


70°C na ½ hod. Poté je bioodpad smíchán půl na půl s vodou a je dopraven do bioreaktoru, kde se zdrží 10-12 dní při 37-40°C (delší doba by nebyla ekono3 mická). Bioreaktor má objem 1.630 m a je míchán pomocí bioplynu. Z 1 tuny materiálu o vlhkosti 603 70% je vyprodukováno 80-100 m bioplynu obsahujícího 60 – 65% CH4. V závodu nemají žádný plynojem. Bioplyn je vháněn přímo do kogeneračních motorů s tepelnými výměníky pro zužitkování odpadního tepla výfukových plynů. Je-li vysoká produkce bioplynu, tak je přidán jeden motor (celkem mají tři motory). Při spalování je přidáváno 5-10% nafty. 1/3 elektřiny je využívána přímo v závodu, zbytek je dodáván do rozvodné sítě.

9

Materiál vycházející z bioreaktoru je odvodňován. Voda je recirkulována, pouze 5-10% je pouště3 no do aerobní čističky o objemu 1000 m . Vyčištěná voda je dále používána, aktivní kal z čističky je přidáván k substrátu jdoucímu do bioreaktoru. Odvodněný materiál je dokompostováván společně s odpady z údržby zeleně. Kompostování začíná smícháním surovin, homogenizací a zakládkou. V průběhu 2-3 měsíčního kompostování je prováděno několik překopávek podle teploty kompostovaného materiálu. S těžkými kovy nemají problémy. Hotový kompost je používán pro hnojení polí, v zahradnictví či pro výrobu substrátů. Závod pracuje v dvousměnném provozu. Na jedné směně jsou 2-3 pracovníci. Celý proces je řízen počítačem. Hlavní zisk je tvořen ze zpracování

odpadu. Závod dostává 100-200 DM za odebrání (a zpracování) 1 tuny odpadu. Z prodeje elektřiny získává 14 feniků za 1 kWh (za 90% vyrobených z bioplynu, za 10% z motorové nafty dostávají pouze 6 feniků/kWh). V době naší návštěvy právě probíhala údržba dvou kogeneračních jednotek, a tak bylo produkováno pouze 70 kW, přebytečný plyn byl bez užitku spalován. Investiční náklady na pořízení činily 10 – 15 mil. DM, stavba byla financována zcela ve vlastní režii kromě konzultační a poradenské činnosti. Bohužel na této bioplynové stanici jsme dostali zákaz fotografování technologických prvků, i když jsme zde „prolezli“ všechno možné včetně samotných bioplynových věží, z kterých jsme vyfotili alespoň přilehlou kompostárnu (foto č. 9.)

Foto 9: Pohled z věží bioplynového reaktoru na přilehlou kompostárnu .

4. Zemědělské bioplynové stanice Předchozí dvě bioplynové stanice jsou velkými podniky průmyslového typu. Pro nás jsou však, z hlediska aplikace v podmínkách České republiky,

zajímavější spíše malé zemědělské stanice, zejména typu farm-tech. Takovou typickou stanicí je bioplynová stanice v Lindleinu (foto 10-11).

10


Foto 10: Umístění bioplynového reaktoru v nevyužívané kůlně (stanice Lindlein)

Foto 11: Stejný bioplynový reaktor stanice Lindlein z jiné perspektivy Na následujícím schématu číslo tři je znázorněn princip jednoduché bioplynové stanice s využitím takzvaných farm-tech technologií. Stanice v Lindleinu je na zemědělské usedlosti a zpracovává exkrementy z 20 velkých dobytčích jednotek. Stanice sestává ze dvou bioplynových nádrží jedné vytápěné a druhé nevytápěné. Bioplyn je zachycován v balonovém plynojemu a spalován v kogenerační jednotce o výkonu 11 kW (foto 12).


Bioplyn je spalován v období špiček až do vyčerpání zásoby plynu v plynojemu asi 5 hodin. Část elektrické energie slouží k pohonu strojů a zařízení (dojicí zařízení, okružní pila, šrotovník) a část (asi 60%) je odváděna do sítě. Chladící kapalina předává teplo motoru a výfukových plynů do tepelného výměníku, který vytápí bioreaktor a obytné budovy. Bioreaktor je míchán dvakrát denně (ráno a večer).

11


Schéma 3: Funkční schéma bioplynové stanice v Lindleinu Celkové pořizovací náklady na tuto bioplynovou jednotku činily asi 90 000 DM, vlastní kogenerační zařízení pak 15 000 DM. Veškerá elektroinstalace a rozvody tepla stály přibližně 10 000 DM. Nej-

vyšší byla cena výstavby betonových vyhnívacích 3 nádrží, kdy náklady na 1m bioreaktoru dosahovaly 100 DM.

Foto 12: Vznětový motor (Opel) a asynchronní elektromotor jako alternátor stanice Lindlein

12



Obdobná byla konstrukce dalších navštívených stanic produkujících bioplyn z komunálních či zemědělských odpadů. Ve většině případů byl díky německému zákonu o odběru elektrické energie zajištěn její bezproblémový odběr do sítě při nadbytečné produkci. Závěrem se zmíníme o tom, že i při německé přesnosti a dodržování pořádku může docházet k znevýhodňování malovýrobců elektrické energie.

Jednalo se o zemědělskou bioplynovou stanici ve Windischbuchu (foto 13-16) kde byla prováděna kofermentace exkrementů z 80 dobytčích jednotek s odpadem z potravinářské výroby (s tukem). Denně 3 zpracovávají 2-3 m tuku. Poměr kejda/tuk je 3/2. Fermentace probíhá ve 2 ležatých reaktorech (l = 15m, r = 2m). Bioplyn je zachycován v balonovém 3 plynojemu o objemu 100 m . Produkce bioplynu je 60 3 m /hod. Kogenerační jednotky pracují nepřetržitě, produkují 45 kW elektrické energie.

Foto 13 : Bioplynová stanice Windischbuch - pohled na nově vybudovanou trafostanici.

Foto 14: Diskuse nad otevřenou kejdovou jímkou, bioplynová stanice Windischbuch


13

Když přišlo hospodářství s nápadem vybudovat bioplynovou stanici dostaly od rozvodných závodů souhlas s podmínkou, že musí na svoje náklady položit kabelovou přípojku až k místní trafostanici, která byla vzdálená od farmy ležící na okraji obce asi 800 m. Po položení kabelového rozvodu ještě před kolaudací stavby dospěly rozvodné závody k rozhodnutí, že kabelová přípojka je nedostačující a je nutné opět na vlastní náklady vystavět trafostanici při

objektu bioplynové stanice. I tento vážný problém se farmáři podařilo překonat. Poslední obtíž, kterou si rozvodné závody vymyslely, bylo zařazení farmy jako zvláštního odběratele elektrické energie, což způsobuje, že pokud chtějí odebírat proud ze sítě, musí platit 3-4 násobnou cenu oproti běžnému uživateli. Majitelé stanice silně pociťují snahu velkých energetických závodů potlačit malé výrobce energie.

Foto 15 : Bioplynová stanice Windischbuch - pohled na jímku fermentovaného materiálu.

Foto 16 : Bioplynová stanice Windischbuch – výstavba nového vyhřívaného bioreaktoru. I přes tyto problémy budují nový vyhřívaný bioreaktor (foto 16), aby dosáhli optimálního využití odpadu i odpadního tepla. Prodloužení potřebné

doby fermentace je způsobeno vysokým přídavkem tuku. Nový bioreaktor bude betonový s dřevěným zastřešením a balonovým plynojemem. Materiál bu-

14

BIOM – Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu de do reaktoru vstupovat spodem. Tepelná izolace je z umělé hmoty Styrodur. Míchání bude prováděno 3 míchadlem. Objem reaktoru bude 450 – 500 m , cena samotného reaktoru 55.000 DM, včetně ostat-

ních zařízení 100.000 DM. Očekávaná životnost je 20 – 30 let. Investice by se měla vrátit během 10 – 12 let.

.

5. Velkokapacitní bioplynová stanice ke zpracování kejdy hospodářských zvířat v Oberlungwitz Výstavba bioplynových stanic se rozšířila i do východních zemí Německa. Příkladem jsou následující dvě stanice. První z nich je velkokapacitní stanice na zpracování kejdy. Popisovaná bioplynová stanice byla uvedena do provozu v roce 1994 a nachází se v Oberlungwitz na zemědělském družstvu o výměře 2395, 5 ha a s 950 kusy dojnic, které jsou spolu s telaty a jalovicemi umístěny na mléčné farmě. Vlastní bioplynová stanice sestává ze dvou betonových fer3 mentorů, každý o objemu 1150 m se stěnovým a podlahovým vytápěním. Tepelná izolace je provedena 80 mm silnou vrstvou polystyrénové pěny. Jako zásobníky produkovaného bioplynu slouží dva plas3 tové plynojemy o celkovém objemu 800 m . Anaerobní fermentace probíhá v mezofilní oblasti při teplotě 36 °C. Všechna zařízení jsou řízena pomocí centrálního počítače automaticky s možnou ruční korekcí. Produkovaný bioplyn je spalován v kogenerační jednotce a produkovaná elektrická energie je využívána na vlastní farmě a rovněž odevzdávána do

energetické sítě. Instalovaný termický výkon činí 350 kW a výkon elektrický 220 kW. Teplo je využíváno z části k vytápění fermentorů a část je využita pro vytápění provozních zařízení. Pořizovací náklady na tuto bioplynovou stanici dosahovaly výše 3 003 627 DM a byly hrazeny z 38 % z dotačních podpor. Zemská sasská vláda poskytla 692 960 DM a částka ve výši 460 000 DM byla hrazena z příspěvků EU. Zbytek financí ve výši 1 850 667 DM poskytl provozovatel z vlastních zdrojů. Ekonomika provozu je počítána z pořizovacích nákladů a výnosů, které závisí především na produkci energie. Životnost bioplynové stanice je podle 7 % odpisových sazeb stanovena na 16 let. Výpočty ukazují, že bez pořizovací dotační podpory ve výši 38 % by tato stanice nepracovala se ziskem. Je patrné, že při 3 % úrokové míře a poskytnutých investičních dotacích a plném provozu dosáhne tato stanice amortizace za 9, 6 roku. V ročních výnosech existují značné rezervy, které mohou být v budoucnosti managementem bioplynové stanice využity pro zvýšení výnosů.

.

6. Bioplynová stanice Hirschfelde pro anaerobní fermentaci tekutých organických odpadů Jedná se o modelovou stanici využívající postup fermentace vyvinutý firmou Bi Utec. Kapacita tohoto zařízení je 5000 tun ročně (foto 17) . Tato stanice slouží ke zpracovávání především tekutých potravinářských a zemědělských odpadů, obsahů lapolů a částečně i k anaerobní stabilizaci odpadů z řeznictví a masozpracujících závodů. Tento odpad je hygienizován po dobu 1/2 hodiny při teplotě minimálně 70°C. Svážený materiál je shromažďován v jímce, kde je homogenizován a je z něj odstraňován nefermentovatelný odpad (kov, plasty, sklo, písek atd.). Z jímky je promíchaný materiál dopravován do první nádrže, kde probíhá hydrolýza substrátu. Tento fermentor je temperován a dochází zde ke štěpení substrátu a tvorbě organických kyselin. Hydrolyzovaný


substrát je přečerpán do fermentoru, ve kterém probíhá vlastní proces metanogeneze. Zde jsou produkty hydrolýzy štěpeny a vytváří se bioplyn, který díky konstrukci reaktoru míchá substrát a zabraňuje vzniku plovoucích vrstev. Metanogeneze probíhá v mezofilní oblasti při teplotě 35°C. Fermentovaný materiál je pomocí šnekového lisu frakcionován, pevná fáze s obsahem 25 % sušiny je vhodná jako surovina pro výrobu kompostu a tekutá fáze je opět anaerobně čištěna. Zde dochází také ke tvorbě bioplynu, který zvyšuje celkovou výtěžnost tohoto zařízení. Produkovaný bioplyn obsahuje 65 až 70% metanu a 30 až 35% CO2. Výhřevnost bioplynu kolísá od 6,5 3 do 7 kWh/m . Při spalování v kogenerační jednotce je asi 30% energie využito k produkci elektrické energie a asi 50% je zužitkováno k tvorbě energie tepelné.

15


Foto 17: Bioplynová stanice Hirschfelde pro zpracování tekutých organických odpadů Závěrem několik technických parametrů této bioplynové stanice: 

roční kapacita

5000 t tekutého odpadu o sušině 10 % = 14 t bioodpadů denně.



produkce bioplynu z

535 m bioplynu na t sušiny při 10 % sušině 53 m na tunu odpadu



energetická výtěžnost

53 m



elektrická účinnost

32%

110 kWh



tepelná účinnost

50%

172 kWh



cena za 1 kWh energie

0,153 DM / kWh



vlastní spotřeba energie

690 kWh / den při venkovní teplotě 20°C

3

3

3

344 kWh

.

Celkové závěry: Výroba bioplynu jako způsob využití biologicky odbouratelných zemědělských a potravinářských odpadů nabyla v Německu v posledních letech obrovského rozšíření. Jenom za rok 1998 bylo vybudováno cca 150 nových bioplynových stanic, což činí 1/4 celkového počtu. Z technologického hlediska se v Německu zaměřili na výstavbu technologicky jednoduchých a investičně nenáročných bioplynových stanic (tzv.farm-tech systém). Prakticky všechny nové stanice realizují kogenerační systém zužitková-

ní bioplynu pro výrobu tepla a elektřiny, jejichž přebytek díky příznivé německé legislativě s výhodou prodávají do rozvodné sítě. U nás je problematika bioplynu doposud spíše opomíjena, zatímco v SRN neustále nabývá na významu. Úkolem naší organizace CZ-Biom je díky navázané spolupráci s odborným svazem producentů bioplynu podporovat a prezentovat tento způsob využití obnovitelných energetických zdrojů v České republice mezi které bioplyn bezesporu patří.

BIOM č.7, duben-1999. Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu Interní tisk: CZ-BIOM. Zodpovědný redaktor 7. čísla: Ing. Sergej Usťak, CSc., Informační a poradenské středisko v Chomutově. Kontaktujte nás: tel. 0396/ 271 97; fax 0396/ 62 82 41 kl. 522; E-mail: [email protected]; Tento časopis též najdete na naše webové strance http://www.vurv.cz/czbiom/

16





Odborný časopis o biomase a informační zpravodaj Českého sdružení pro biomasu Číslo 7 Monotematické číslo věnované problematice bioplynu Duben 1999

Recommend Documents