Bioplynové stanice
Zpracování biomasy fermentací
Biomasa je materiál biologického původu, vhodný k energetickému využití. Jedním ze způsobů využití biomasy je její transformace do podoby tuhých, kapalných nebo plynných biopaliv a následné použití těchto paliv v klasických elektrárnách nebo kombinovaných výrobnách elektrické energie a tepla.
Biomasa může mít podobu organických odpadů, které podléhají procesům fermentace. Jde o tuhé komunální odpady uložené na řízených skládkách, odpadní vody a kaly z čistíren odpadních vod, nebo odpady z živočišné a potravinářské výroby. Tyto druhy biomasy lze přeměnit na bioplyn pomocí řízeného procesu fermentace. Bioplyn, podobně jako zemní plyn, může být pak použit na vytápění, nebo na výrobu elektřiny a tepla v kogeneračních jednotkách.
Látky vznikající v živočišné výrobě (kejda z chovu vepřů, slamnatý kravský hnůj, odpady ze zpracování zvířat a potravinářské výroby) se zpracovávají ve vyhnívacích reaktorech bioplynových stanic. Anaerobními fermentačními procesy bez přístupu vzduchu jsou tyto látky přetvářeny v kvalitní organická hnojiva a bioplyn.
V čistírnách odpadních vod a v upravených skládkách komunálního odpadu může být taky produkováno bioplynu podobné palivo, které nese označení skládkový plyn.
Bioplyn a bioplynové stanice
Bioplyn je jedním z plynných biopaliv, hořlavých látek vhodných k energetickému využití. Mezi tyto látky patří také dřevoplyn a vodík.
Bioplyn je směs převážně metanu (40 až 75 %) a oxidu uhličitého (25 až 55 %). Z energeticky významných složek bioplynu je kromě metanu důležitý ještě vodík, no jeho obsah se pohybuje jen kolem 1 %. Naopak složky bioplynu jako sirovodík a čpavek jsou nežádoucí a měli by být z bioplynu odstraněny před jeho použitím, aby nepůsobily agresivně na zařízení.
Bioplyn lze produkovat v bioplynových stanicích pomocí známého procesu fermentace. Organické materiály jsou uzavřeny a utěsněny v anaerobních vyhnívacích nádržích (fermentorech) bez přístupu vzduchu. Pomalu se z nich působením anaerobních bakterií uvolňuje a odebírá bioplyn s vysokým obsahem metanu. Bočním produktem procesu je také teplo, většinou v podobě horké vody. Po ukončení procesu fermentace zůstává ze vstupních materiálů digestát, jehož pevná složka může být opětovně využita v zemědělství jako kvalitní organické hnojivo podobné kompostu.
Vzniklý bioplyn se dále čistí od nežádoucích příměsí, suší a využívá k topení nebo výrobě elektřiny. Nejčastěji se používá jako palivo v stacionárních kogeneračních jednotkách, možné je však i jeho použití jako palivo v upravených spalovacích motorech dopravních prostředků.
Určitým typem bioplynové stanice je i upravená a řízená skládka organických odpadů, ze které je možné jímat skládkový plyn. Odpad ve spodních vrstvách skládky je stlačován hmotností nových horních vrstev a bez přístupu vzduchu podléhá rozkladu anaerobními bakteriemi.
Bioplynové stanice Číčov
Palivo – energetické plodiny v podobě travní senáže a kukuřičné siláže – jsou skladovány po celý rok, kejda se dováží z blízkého chovu skotu. Bioplynová stanice zpracuje 55 tun surovin denně, tj. cca 20 000 tun ročně.
Plynojem na metan má objem 1 000 m3, nádrže na kal více než 2 000 m3, celá bioplynová elektrárna zaujímá plochu 10 000 m2. Elektřinu a teplo vyrábí plynová kogenerační jednotka. Předpokládaný počet provozních hodin: 7 750 hodin ročně, elektrická účinnost: 40,4 %.
Prohlédněme si detailně jednotlivé části:
- Nádrž na kejdu je válcová nádoba s nepropustnými základy z dvouvrstvého betonu a s železobetonovými stěnami o tloušťce 0,16 m. Má vnitřní průměr 5,6 m, výšku 4,2 m a objem 104 m3. Betonový strop o tloušťce 0,3 m odolá tlaku 3,5 kN/m2.
- Míchadlo uvnitř nádrže je ocelové a dlouhé 4,5 m. Může se pohybovat rychlostí 340 otáček za minutu. Je nastavovatelné zvnějšku, je možné ho vyjmout pro údržbu a opravu bez nutnosti zásahu uvnitř.
- Nádrž na přípravu biomasy a dávkování je z extrémně odolného materiálu (pozinkovaná ocel). Její výška je 5 m, objem je 50 m3 a minimální dávkovací kapacita je 1 t / 5 min. Dávkování probíhá automaticky v pravidelných intervalech po celý den, povolená objemová hustota materiálu je do 0,55 t/m³. Nádrž je osazená dvěma míchacími šrouby s ostrými okraji pro drcení a homogenizaci materiálu, šnekový dopravník pohání elektromotor.
- Fermentační nádrž je válcová nádoba z vyztuženého betonu s tepelnou izolací a zvýšenou odolností k síranům. Výška vnější stěny je 5,8 m, vnitřní průměr 13,9 m, objem 870 m3. Nádrž je dimenzovaná na povolenou vnitřní teplotu 50 °C a přetlak do 1 kPa. Je vyhřívaná přívodem tepelného média v izolované trubce. Má tepelně izolované jak základy, tak 0,2 m silný strop. Ve stěnách jsou průchodky pro míchací zařízení, inspekční okénka a odběr vzorků plynu.
- Pádlový míchací mechanismus fermentační nádrže tvoří ocelový mixer s 1,4 m dlouhými lopatami na centrálním sloupu. Plynotěsná průchodka stropem umožňuje výměnu míchadla bez nutnosti vypuštění obsahu nádrže. V závislosti na substrátu může pracovat rychlostí od 8 do 16 otáček za minutu.
- Post-fermentační nádrž s integrovaným plynojemem je z vyztuženého betonu, má tloušťku stěny 0,16 m, vnitřní průměr 21,4 m, výšku vnější stěny 5,8 m a objem 2,088 m3. Je opatřená průchodkami pro míchadla, inspekčním vstupem, drenážním systémem a systémem kontroly úniků. Míchací mechanismus je zde obdobný jako ve fermentačním tanku.
- Dvoumembránový plynojem o objemu 1 020 m3 tvoří charakteristickou kopuli. Membrána je vyrobena z materiálu odolávajícího teplotám −30 °C až +70 °C a tlaku ± 0,2 kPa, vnější povrch odolá teplotě až +80 °C a vrstvě sněhu 50 kg/m2 a je odolný proti UV záření a vodě.
- Zásobník na digestát a vypouštění digestátu je další betonovou nádobou, kterou v bioplynové stanici uvidíme. Digestát je biomasa, která zbude po fermentaci. Téměř nepáchne a odebírá se k použití na pole jako hnojivo. Zásobník zajišťuje kapacitu digestátu na 180 dní. Má vnitřní průměr 22,3 m, výšku stěny 5,8 m, tloušťku stěny 0,18 m a objem 2 280 m3.
- Kogenerační jednotka s plynovým motorem vyrábí elektřinu a teplo. Dvanáctiválcový motor o elektrickém výkonu 526 kW vyrobila firma Jenbacher. Jeho elektrická účinnost je 40,4 %, tepelná účinnost 42,5 ± 8 %. Kogenerační jednotka je vybavena senzory pro teplotu a tlak vody a oleje a systémem sušení vstupujícího plynu vychlazováním.
- Transformační stanice zajišťuje vyvedení elektřiny do distribuční sítě včetně potřebných měřicích a ochranných opatření. Je to v podstatě kompaktní elektrická rozvodna s transformátorem 0,4 kV / 20 kV, 630 kVA, izolace elektrických zařízení je zajištěna hexafluoridem síry.
Ve výjimečných situacích je potřeba zlikvidovat přebytek plynu vyvíjeného ve fermentoru. K tomu slouží tzv. Flare – tryska z nerez oceli pro bezpečnostní spalování přebytečného plynu. Spaluje plyn v množství 150–250 m3/h, je vysoká 4,8 m.
Bioplynová stanice je opatřena ještě mnoha dalšími technologiemi, např. čerpadly kejdy a substrátů, kabely vnějších instalací (jsou odolné proti UV záření), systémem ochran proti přepětí, proti blesku, krátkým spojením v elektrických částech, uzemněním, protipožární ochranou a signalizací, detekcí a vážením vstupů, měřením hladin, teplot a tlaků, měřením výšky pěny ve fermentační nádrži atd.
Centralizované řízení stanice pomocí PLC (programmable logic controller) pracuje v systému Windows, takže uživatel si může libovolně upravit, ukládat a vyhodnocovat provozní data a údaje z měřicích míst. Řídicí systém je zálohovaný bateriemi pro případ výpadku elektřiny.
Projdi si bioplynovou stanici Číčov prostřednictvím virtuální prohlídky