1
Nowoczesna biogazownia rolnicza –
przykłady niemieckich rozwi
ą
za
ń
Olaf Kujawski
EnerCess GmbH
www.enercess.de
Email: Olaf.Kujawski@enercess.de
INEKO
www.ineko.pl
1
22 listopad 2006 Pozna
ń
Spis tre
ś
ci
Wst
ę
p – produkcja energii z biogazu
Nowoczesna biogazownia – korzy
ś
ci dla rolników i
lokalnej społeczno
ś
ci
Substraty do produkcji biogazu
Składowanie, przygotowanie i dozowanie substratów
Zamkni
ę
ta komora fermentacji
Sterowanie i kontrola procesu
Produkcja energii i jej inteligentne wykorzystanie
Podsumowanie
2
2
higienizacja
> 70 °C
> 60 min
zbiornik magazynowy
na gnojowic
ę
dozownik automatyczny
zamkni
ę
ta komora
fermentacji
zamkni
ę
ta komora
fermentacji
zbiornik ko
ń
cowy na
przefermentowane substraty
biogaz
energia elektryczna
SEE
SEE – sie
ć
elektroenergetyczna
budynek
mieszkalny
budynki
gospodarcze
sie
ć
ciepłownicza
nawóz po
fermentacji
kogenerator
kosubstraty
Wst
ę
p – produkcja energii z biogazu
3
energia cieplna
higienizacja
> 70 °C
> 60 min
zbiornik magazynowy
na gnojowic
ę
dozownik automatyczny
zamkni
ę
ta komora
fermentacji
zamkni
ę
ta komora
fermentacji
zbiornik ko
ń
cowy na
przefermentowane substraty
biogaz
energia elektryczna
SEE
SEE – sie
ć
elektroenergetyczna
budynek
mieszkalny
budynki
gospodarcze
sie
ć
ciepłownicza
nawóz po
fermentacji
kogenerator
kosubstraty
Wst
ę
p – produkcja energii z biogazu
4
energia cieplna
Sterowanie !
3
Nowoczesna biogazownia
dla rolników i lokalnej społeczno
ś
ci
•
Zyski ze sprzeda
Ŝ
y energii elektrycznej i ciepła dla wła
ś
cicieli
biogazowni
•
Tani i warto
ś
ciowy nawóz dla rolników
Azot w łatwiej przyswajalnej formie NH
4
-N
Redukcja zjawiska wypalania ro
ś
lin (gnojowica)
•
Nowe miejsca pracy
•
Przychody z tytułu podatków dla lokalnej administracji
•
Redukcja emisji metanu (CH
4
) do atmosfery
•
Redukcja emisji dwutlenku w
ę
gla (CO
2
) do atmosfery
•
Redukcja emisji zapachów (np: bliskie zabudowania, obszary
chronione)
5
Korzy
ś
ci
Substraty do produkcji biogazu
- surowce odnawialne
6
Odpady z produkcji rolniczej np:
gnojowica bydl
ę
ca, gnojowica
ś
wi
ń
ska
obornik bydl
ę
cy, obornik ptasi
odpady zbo
Ŝ
owe i inne odpady ro
ś
linne
Ro
ś
liny energetyczne np:
pszenica, pszen
Ŝ
yto, kukurydza (kiszonka),
j
ę
czmie
ń
, rzepak
lucerna, trawa suda
ń
ska
ziemniak, burak pastewny
4
Odpady z przemysłu spo
Ŝ
ywczego
7
Substraty do produkcji biogazu
- kosubstraty
odpady warzyw
odpady z produkcji
Ŝ
elatyny, skrobi
odpadki chleba i ciast (np: piekarnie, cukiernie)
odpady tłuszczy i serów
wytłoki owoców i winogron
wywar gorzelniany, wysłodziny browarniane
odpady poubojowe
Inne odpady organiczne
odpady
Ŝ
ywno
ś
ci (np: stołówki, restauracje)
odpady paszy
gliceryna
Substraty do produkcji biogazu
- potencjał
Niemcy
•
Potencjał produkcji:
> 10.000 MW
17 % produkcji energii
•
Moc zainstalowana (2005):
około 500 MW
Unia europejska (EU-25)
1
•
Potencjał produkcji:
469 bilion m
3
CH
4
/a
•
Całkowita rosyjska produkcja gazu: 636 bilion m
3
CH
4
/a
Potencjał produkcji energii z biogazu (FNR, 2005):
1
EU 25: Austria, Belgia, Czechy, Cypr, Dania, Estonia, Finlandia, Francja, Niemcy, Grecja, W
ę
gry,
Irlandia, Włochy, Litwa, Łotwa, Luxemburg, Malta, Niderlandy, Polska, Portugalia,
Słowacja, Słowenia, Hiszpania, Szwecja, Wielka Brytania
8
5
Składowanie, przygotowanie i
dozowanie substratów
•
Silos przejazdowy
dozownik substratów stałych
(np: ro
ś
liny energetyczne)
•
Zbiornik magazynowy
pompa dozuj
ą
ca (np: gnojowica)
•
Hala + zbiornik magazynowy
higienizacja
pompa
dozuj
ą
ca (np: odpady spo
Ŝ
ywcze)
Automatyzacja procesu dozowania i przygotowania
substratów oznacza w praktyce:
+
mniejszy nakład pracy
+
lepsz
ą
kontrol
ę
dozowania substratów
+
ni
Ŝ
sze ryzyko destabilizacji procesu
Przykłady:
9
Zamkni
ę
ta komora fermentacji
•
Wypróbowana konstrukcja
zbiorników i materiały budowlane
niskie koszty inwestycyjne,
bezawaryjno
ść
•
Efektywne mieszanie (dwa
mieszadła w zbiorniku)
optymalny rozkład substratów w
zbiorniku, niskie koszty
eksploatacyjne
Zalety nowoczesnej techniki:
10
6
Zamkni
ę
ta komora fermentacji
•
Reaktor przepływowy dwu-zbiornikowy (2 x ZKF)
dowolne dozowanie, optymalne wykorzystanie
pojemno
ś
ci, optymalne warunki dla produkcji biogazu,
lepsza stabilno
ść
procesu
Zalety nowoczesnej techniki:
11
•
Centralna pompownia
ułatwione i optymalne
sterowanie biogazowni
ą
•
Nowoczesna technika
pomiarowa
nadzór, kontrola procesu
fermentacji
Zamkni
ę
ta komora fermentacji -
technika pomiarowa
Pomiary online
•
Zawarto
ść
komory:
sucha
pozostało
ść
,
pH,
RedOx,
temperatura,
stopie
ń
napełnienia,
czujnik
napełnienia
maksymalnego, zu
Ŝ
ycie energii (np. mieszanie)
•
Zintegrowany zbiornik biogazu: obj
ę
to
ść
gazu
•
Zasilanie kogeneratora: przepływ biogazu, monitorowanie
zagro
Ŝ
enia wybuchem, skład biogazu (CH
4
, CO
2
, O
2
, H
2
S)
Pomiary offline (mini laboratorium)
•
Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT), azot amonowy
(NH
4
-N), kwasy organiczne (ekwiwalent kwasu octowego),
kwasowo
ść
(k
s
)
12
7
Sterowanie komputerowe -
najnowszy stan techniki
Funkcje:
obsługa, kontrola,
meldowanie, raportowanie,
archiwizacja, zatwierdzanie
Centralna archiwizacja wszystkich
danych
Zdalne sterowanie i kontrola
Zapisywanie ka
Ŝ
dego „Bitu“
informacji
Sterowanie i kontrola
procesu produkcji biogazu
13
Zalety zastosowania sterowania
oraz nadzoru biogazowni
14
Zautomatyzowanie wi
ę
kszo
ś
ci procesów
•
Maksymalne wykorzystanie istniej
ą
cych potencjałów
•
Lepsza kontrola i niezawodno
ść
dla obsługi
Analiza i wizualne przedstawienie wyników pomiarów
•
Wy
Ŝ
szy stopie
ń
zrozumienia procesu produkcji biogazu
(przejrzysto
ść
)
Instrukcje oraz wsparcie przy podejmowaniu decyzji
Funkcje alarmowe i ostrzegawcze
Doradztwo (analizy naukowe)
8
Produkcja energii i jej inteligentne
wykorzystanie
15
Skojarzona produkcja energii cieplnej i elektrycznej
Maksymalne wykorzystanie energii pierwotnej
Zastosowanie wysokiej jako
ś
ci kogeneratorów
Nieprzerwana produkcja energii równie
Ŝ
przy niskiej
zawarto
ś
ci metanu
Zastosowanie najnowszych i dopasowanych do potrzeb
koncepcji wykorzystania energii cieplnej
•
Suszenie (np: trociny,
drewno, zbo
Ŝ
e)
•
Sie
ć
ciepłownicza
•
Przeno
ś
ne „akumulatory cieplne“
•
Zimno z ciepła (chłodziarka absorpcyjna)
Przykład:
Biogazownia rolnicza Lelbach
16
Substraty:
• 6 t gnojowicy
• 1,5 t
Ŝ
yta
• 29 t kiszonki kukurydzy
Rok budowy:
2005/2006
Moc elektryczna: 500 kW
(
1 MW)
Moc cieplna:
623 kW
Koszty inwestycyjne:
≈
2 mln €
9
Przykład:
Biogazownia rolnicza Lelbach
Silos przejazdowy
(9.500 m
3
)
17
Waga
Zbiornik magazynowy
na gnojowic
ę
(250 m
3
)
Przykład:
Biogazownia rolnicza Lelbach
Zamkni
ę
te komory fermentacji
(38 °C, 1.700 m
3
)
18
Budynek gospodarczy,
sterownia.
10
Suszenie trocin
Przykład:
Biogazownia rolnicza Lelbach
Zbiornik magazynwy na
pozostało
ść
pofermen-
tacyjn
ą
– nawóz (5.000 m
3
)
19
Produkcja energii z biogazu zyskuje w Europie na znaczeniu.
W Europie jak i w Polsce istnieje ogromny dotychczas
niewykorzystany potencjał produkcji energii z biogazu.
„Od rolnika do producenta energii!“:
biogaz jest bardzo
interesuj
ą
cy przede wszystkim dla obszarów wiejskich.
Zastosowanie materiałów i oprzyrz
ą
dowania wysokiej jako
ś
ci
prowadzi do
efektywnego wykorzystania zdolno
ś
ci produkcyjnej
nawet powy
Ŝ
ej
90%
(w Niemczech stopie
ń
ten wynosi
ś
rednio
około 70%).
Zastosowanie
nowoczesnej techniki pomiarowo-kontrolnej
oraz
automatyki powoduje zarówno
ułatwienia w obsłudze
jak i
zwi
ę
kszenie zysków
z produkcji energii z biogazu.
Podsumowanie
20