Smaller Default Larger

Mikrobiogazownie

Jak działa typowa biogazownia?

Większość obecnie eksploatowanych w Polsce instalacji biogazowni rolniczych wykorzystuje fermentację mokrą, zachodzącą w warunkach mezofilowych (w temp ok. 37°C), proces jest zazwyczaj jednoetapowy a wytworzony biogaz jest następnie przetwarzany najczęściej na energię elektryczną i ciepło w agregatach kogeneracyjnych.

(tu wstawić schemat)

 

Pozyskanie i przygotowanie substratów

Substraty stałe lub ciekłe dostarczane są do punktu przyjęć odpadów. Surowce płynne i półpłynne można przechowywać w zbiorniku żelbetowym, natomiast substraty o mniejszym uwodnieniu (np. kiszonki) mogą być składowane w pryzmach pod przykryciem foliowym lub w silosach. Następnie substraty są transportowane do zbiornika wstępnego, służącego do magazynowania surowców - stałe za pomocą podajnika a płynne przepompowywane. Biomasa przed zastosowaniem w procesie powinna być rozdrobniona za pomocą maceratora (rozdrabniacza), dzięki czemu uzyskuje się jednorodny materiał wsadowy.

więcej...

W niektórych instalacjach stosowany jest zbiornik wstępnego mieszania, służący do przygotowania wsadu do komory na kolejną dobę. Ze zbiornika mieszania biomasa jest przepompowywana w sposób ciągły, półciągły lub porcjami do komory fermentacyjnej (fermentora), w której zachodzi beztlenowy proces rozkładu substancji organicznych, którego jednym z elementów jest produkcja biogazu. Reaktor powinien być szczelny i dobrze izolowany termicznie, aby ograniczyć straty ciepła procesowego oraz wyposażony w systemy: grzewczy, mieszania oraz odprowadzania przefermentowanej masy. Ponadto komory powinny być zaopatrzone w detektor i wyłapywacz piany, ujęcie gazu, rurociągi przelewowe, miernik poziomu cieczy oraz zawory bezpieczeństwa. Układ mieszania stanowią zazwyczaj mieszadła mechaniczne, które mogą być wspomagane przez pompy hydrauliczne. Mieszanie hydrauliczne polega na wtłaczaniu skompresowanego biogazu do zbiornika, co powoduje powstawanie pęcherzyków gazu, wymuszających mieszanie zawartości komory fermentacyjnej. Podgrzewanie materiału wsadowego, które odbywa się za pomocą wymienników ciepła, zapewnia stabilną temperaturę procesu. Jeżeli wymagane jest rozcieńczenie biomasy, materiał wsadowy może być podgrzewany również przez dodawanie gnojowicy, podgrzewanej ciepłem pochodzącym z agregatu kogeneracyjnego CHP lub z odzysku ze spalin.

end faq

 

Zbiorniki biogazu

Do przechowywania biogazu służą zbiorniki mokre, instalowane bezpośrednio nad komorą fermentacji lub zbiorniki suche, które stanowią oddzielne konstrukcje, do przechowywania gazu do momentu odbioru paliwa lub jego wykorzystania na cele energetyczne.

więcej...

Zbiorniki na biogaz wytwarzane są z tworzyw sztucznych i zazwyczaj mają kształt balonu lub poduszki. Powinny być wyposażone w hydrauliczne i elektryczne zabezpieczenia przed występowaniem nagłych różnic ciśnienia, zabezpieczenia konstrukcyjne przed zniszczeniem, dmuchawę (sprężarkę) do transportu biogazu, ciśnieniomierze, licznik do pomiaru ilości biogazu oraz zabezpieczenia bhp i przeciwpożarowe (pochodnię do spalania nadwyżek biogazu i przerywacz płomienia, który zapobiega przedostaniu się ognia do wnętrza instalacji).

end faq

 

Instalacja do oczyszczania biogazu

Przed wykorzystaniem na cele energetyczne biogaz powinien być oczyszczony z domieszek (np. siarkowodoru), które powodują korozję i uszkodzenia rurociągów oraz urządzeń do produkcji energii.

więcej...

Stężenie siarkowodoru, które w surowym biogazie może osiągać 3 000 ppm, należy zredukować do poziomu poniżej 700 ppm, np. poprzez przepuszczanie biogazu przez złoże biologiczne z dodatkiem powietrza lub przez zbiornik wypełniony rudą darniową. Do oczyszczania biogazu wykorzystuje się również kolumny filtracyjne ze związkami żelaza oraz z węglem aktywnym. Parę wodną można usunąć z biogazu przez zastosowanie odwadniaczy.

end faq

 

Agregat kogeneracyjny

Dzięki zastosowaniu agregatu kogeneracyjnego do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła (CHP) całkowita sprawność układu dochodzi do 80–85%. Sprawność pozyskania energii elektrycznej w najnowszych dużych agregatach mieści się w granicach 30–40%, a sprawność cieplna 40–44%. Dla małych biogazowni sprawność elektryczna wynosi 25-33%, natomiast cieplna jest zwykle wyższa niż 50%. Współczynniki sprawności zwiększają się zazwyczaj wraz ze wzrostem elektrycznej mocy instalacji.

 

Infrastruktura elektroenergetyczna

Małe biogazownie rolnicze można podłączyć do infrastruktury SN (zalecane) lub nn. Przyjmuje się, że do 40 kWel mocy zainstalowanej mała biogazownia może być przyłączona bez większych problemów do sieci niskiego napięcia, pod warunkiem że jest zlokalizowana w niewielkiej odległości od stacji transformatorowej SN/nn.

 

Ciepłociągi

Jeżeli w najbliższym sąsiedztwie biogazowni możliwy jest odbiór ciepła (np. przez osiedle mieszkaniowe), należy rozważyć możliwość budowy ciepłociągu. Jest to rozwiązanie kosztowne, a jego opłacalność zależy od: wielkości sprzedaży ciepła, rytmiczności odbioru (sezonowości) oraz odległości od najbliższych odbiorców.

 

Gazociągi

Jeżeli odległość do potencjalnych odbiorców ciepła jest zbyt duża, realizacja ciepłociągu może okazać się rozwiązaniem nierentownym, natomiast biogaz można przesyłać także do miejsca lokalnego zapotrzebowania gazociągiem, co jest rozwiązaniem tańszym i umożliwia przetwarzanie biogazu na energię elektryczną i ciepło bezpośrednio u odbiorców końcowych.

 

Obróbka, przechowywanie i wykorzystanie masy pofermentacyjnej

Zbiorniki i laguny do przechowywania osadu

Masa pofermentacyjna może być wykorzystywana tylko w określonych przez ustawodawcę terminach; istnieje zakaz wylewania/rozrzucania jej na pola od 30 listopada do 1 marca, co powoduje konieczność jej magazynowania w zbiornikach lub lagunach przez okres 4–6 miesięcy. Laguny – zbiorniki ziemne wyłożone membraną – są rozwiązaniem tańszym, ale zajmują większą powierzchnię. Zbiorniki żelbetowe stosuje się w przypadku, gdy brakuje terenu do przechowywania masy pofermentacyjnej w lagunach. W zbiornikach lub lagunach proces fermentacji zachodzi nadal, choć z mniejszą wydajnością, dlatego powinny być one szczelnie zamknięte lub zakryte, dzięki czemu całkowitą produkcję biogazu można zwiększyć o 3–4 %. Zbiorniki na masę pofermentacyjną, w których jest odzyskiwany dodatkowy biogaz, nazywa się komorami wtórnej fermentacji.

Instalacja do rozdział frakcji osadu

Rozdział faz osadu do wykorzystania jako nawóz na frakcje stałą i mokrą, może okazać się niezbędny ze względu na potrzebę zmniejszenia objętości zbiorników do ich przechowywania. Rozdział frakcji odbywa się za pomocą metod fizycznych (sedymentacja, suszenie w szklarniach, filtracja membranowa), mechanicznych (wirówki, prasy) lub termiczno-ciśnieniowych (odparowanie). Wybór technologii przechowywania i przygotowania masy pofermentacyjnej jako nawozu naturalnego musi być zgodny z opinią (decyzją) środowiskową i pozwoleniem na budowę.

Nawożenie

W procesie fermentacji powstają biogaz oraz masa pofermentacyjna, która może być wykorzystana do nawożenia. Nawóz najlepiej jest wykorzystać na polach własnych, można go również przekazać nieodpłatnie okolicznym rolnikom. Aby sprzedawać wytworzony nawóz, trzeba spełnić szereg kryteriów, przeprowadzić badania i uzyskać specjalne pozwolenia. Przefermentowaną biomasę najlepiej jest wtryskiwać bezpośrednio do gruntu specjalistyczną maszyną rolniczą; nie traci ona wtedy w kontakcie z powietrzem niektórych właściwości nawozowych.

Nadzór sterowanie i monitoring procesu

W większości instalacji kontrola nad wydajnością oraz ciągłością procesu fermentacji jest zapewniona za pomocą systemu czujników oraz aparatury pomiarowej. Monitoring i automatyzacja ciągu technologicznego umożliwiają efektywne zarządzanie pracą biogazowni i kontrolę wszystkich procesów. Biogazownia powinna być wyposażona w:

  • system sterowania – napędy rozdrabniacza, maceratora, podajnika, mieszadeł w komorze fermentacyjnej oraz pomp do przepompowywania substratów;
  • aparaturę kontrolno-pomiarową, umożliwiającą ciągłą kontrolę podstawowych wskaźników poprawności procesu technologicznego, takich jak: rodzaj oraz ilości materiału wsadowego, napełnienie, temperatura, wartość pH, ilość i skład biogazu, powstawanie piany, system wczesnego ostrzegania przed niebezpieczeństwem wybuchu. Należy monitorować także parametry będące indykatorami nieprawidłowości pracy biogazowni, takie jak: zawartość lotnych kwasów tłuszczowych, potencjał REDOX, oraz zawartość amoniaku (NH3).

Przyjmuje się, że w zależności od rodzaju instalacji oraz jej wielkości kontrolę nad przebiegiem procesu powinno sprawować od kilku do kilkunastu osób, co jest związane z koniecznością zarzadzania, nadzoru nad procesem, załadunku substratów oraz zagospodarowania masy pofermentacyjnej.

end faq

 

Jakie są rodzaje biogazowni?

Biogazownie rolnicze są instalacjami, w których może być pozyskiwany biogaz z surowców oraz produktów ubocznych rolnictwa i przemysłu rolno-spożywczego m.in. z nawozów naturalnych (np. gnojowica, obornik), odpadów z produkcji rolnej (odpady zbożowe, odpady z produkcji pasz), lub celowych upraw energetycznych (np. kukurydza, rzepak, lucerna) i innych. Technologia biogazowni może się różnić w zależności od źródła pochodzenia i właściwości stosowanych odpadów (zawartość suchej masy organicznej, zawartość tłuszczy) oraz warunków prowadzenia procesu, proces wytwarzania biogazu może odbywać się w następujących rodzajach instalacji zróżnicowanych pod kątem poniższych parametrów:

 

Z uwagi na wielkość instalacji:

mikrobiogazownie

– zminiaturyzowane biogazownie, dostosowane do wielkości indywidualnych gospodarstw rolnych i utylizacji odpadów z bieżącej produkcji, instalacje o elektrycznej mocy zainstalowanej, dochodzącej wg. różnych definicji do 50 lub 150 kW, przeważnie wykorzystujące gotowe moduły kontenerowe, o uproszczonej konstrukcji i strukturze wsadu (gł. gnojowica i kiszonka kukurydzy).

duże biogazownie

– zlokalizowane zwykle przy wielkoobszarowych gospodarstwach rolnych, zakładach przetwórstwa spożywczego, gorzelniach lub ubojniach, zwykle wykorzystują kofermentację kilku substratów, zazwyczaj są to instalacje o bardziej złożonej konstrukcji i technologii o mocy od 1 MW do kilkunastu MW.

end faq

 

Z uwagi na rodzaj stosowanych substratów:

biogazownie oparte na wsadzie z roślin energetycznych

(NAWARO – z niem. NachwachsendeRohstofe) rozpowszechnione gł. w Niemczech z dominującym udziałem roślin energetycznych we wsadzie (często powyżej 50 %), zwłaszcza zbóż (gł. kukurydzy), ziemniaków, buraków oraz roślin oleistych pod postacią kiszonek, zielonek, słomy, nasion, bulw lub liści.

scentralizowane biogazownie komunalno-utylizacyjne

- rozpowszechnione gł. w Danii, scentralizowane instalacje odbierające odpady organiczne z kilku gmin, których głównym substratem jest gnojowica, uzupełniania odpadami organicznymi, np. z przetwórstwa rolno-spożywczego oraz odpadami komunalnymi.

end faq

 

Z uwagi na temperaturę i dynamikę procesu:

biogazownie wykorzystujące fermentację mezofilową

– proces w zakresie temperatur 32-42 °C w czasie ok 30 dni, stabilna technologia pozwalająca na przetworzenie większości łatwo rozkładalnych substratów, jest stosowana przez ok. 85% instalacji działających w Niemczech.

biogazownie wykorzystujące fermentację termofilową

–proces prowadzony w temperaturze ok. 52-57 °C przez 15-20 dni, rozwiązanie stosowane w przypadku przeróbki odpadów o wysokiej zawartości tłuszczy (np. odpady zwierzęce), większa dynamika reakcji biochemicznych wpływa na skrócenie czasu retencji, co pozwala na zmniejszenie pojemności komór fermentacyjnych.

end faq

 

Z uwagi na zawartość suchej masy:

biogazownie wykorzystujące w procesie technologicznym fermentację suchą

– technologia pozawala na przetwarzanie wsadu o zawartości suchej masy 16-40%, czyli powyżej wartości granicznej pozwalającej na zapewnienie pompowalności substratów, zwykle instalacje są zaopatrzone w kilka kontenerowych komór fermentacyjnych, w których proces fermentacji zachodzi poprzez zraszanie składowanej biomasy perkolatem (wodą procesową), technologia ta zapewnia wysoka zawartość metanu w biogazieprzekraczającą zwykle 60%.

biogazownie wykorzystujące w procesie technologicznym fermentację mokrą

– fermentacjamieszaniny odpadów o zawartości do 16% suchej masy, co zapewnia możliwość pompowania jak również efektywnego mieszania w trakcie procesu, jest to standardowe rozwiązanie w większości działających biogazowni rolniczych.

end faq

 

Z uwagi na sposób wykorzystania energii:

biogazownie wykorzystujące w wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w kogeneracji

– biogazownie zaopatrzone w agregat kogeneracyjny doskojarzonego wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła, energia elektryczna jest sprzedawana do sieci elektroenergetycznej a ciepło odzyskiwane za pomocą wymienników ciepła jest wykorzystywane na cele technologiczne lub inne potrzeby lokalne odbiorców zewnętrznych.

biogazownia wykorzystująca zatłaczanie uszlachetnionego biometanu do sieci gazowej

– zapewnia zwiększenie efektywności wykorzystania gazu w przypadku braku możliwości wykorzystania ciepła na miejscu.

end faq

 

Koszty i opłacalność biogazowni rolniczych

Analiza danych z rynków wybranych krajów Unii Europejskiej wykazuje bardzo silną zależność wysokości jednostkowych nakładów inwestycyjnych od wielkości biogazowni. Jednostkowe nakłady inwestycyjne dla biogazowni o mocy do 500 kWelmaleją logarytmicznie wraz ze wzrostem mocy zainstalowanej.

Według analiz instytutu Energetyki Odnawialnej budowa biogazowni o mocy 100 kWel wymaga w krajach UE nakładów sięgających 2,8 mln PLN. Dane z rynku krajowego świadczą o tym, że w polskich warunkach, przy wykorzystaniu krajowych komponentów oraz dostawców technologii inwestycję taką można zrealizować ponosząc wydatki rzędu 1,6 mln PLN. Ok. 20-30% nakładów inwestycyjnych stanowią koszty zakupu samego agregatu kogeneracyjnego.

Pierwsi polscy dostawcy technologii oraz wykonawcy mikrobiogazowni, w związku z naborem wniosków do programu PROW na działanie 3.11, przedstawili ofertę na przygotowanie inwestycji o mocy 60 kWel po cenie ok. 1 mln PLN.

Głównym elementem analizy rentowności, który decyduje o opłacalności inwestycji, jest bilans kosztów operacyjnych/finansowych i przychodów. Czas po którym bilans jest dodatni nazywamy okresem zwrotu inwestycji a inwestycja jest wówczas opłacalna.

Najważniejszą pozycją kosztów małej biogazowni są nakłady inwestycyjne, które zazwyczaj, w przeliczeniu na jednostkę mocy zainstalowanej, rosną wraz ze zmniejszeniem skali/wielkości inwestycji. W praktyce, jeśli pominąć koszty pozyskania kapitału na budowę biogazowni, analizę opłacalności można przeprowadzić na podstawie porównania rocznych kosztów (w których nakład inwestycyjny reprezentuje amortyzacja) i rocznych przychodów.

 

Biogazownie rolnicze w rolnictwie

Wysoko oceniany potencjał produkcji biogazu rolniczego w Polsce, jest możliwy do wykorzystania w szczególności przy aktywizacji drobnych inwestorów i budowy małych instalacji, zlokalizowanych przy średnich i większych gospodarstwach rolnych. Nad rozwojem technologii mikrobiogazowni kontenerowych o uproszczonej technologii i spopularyzowaniem jej na szerszą skalę pracują już obecnie środowiska naukowo – badawcze, samorządy oraz koncerny energetyczne, jednak powodzenie tych wysiłków będzie zależeć w największym stopniu od wysokości wsparcia eksploatacyjnego oraz uproszczeń proceduralnych dla mikroinstalacji, które mają się znaleźć w planowanej Ustawie o Odnawialnych Źródłach Energii.

Najlepsze warunki dla realizacji inwestycji biogazowni posiadają lokalizacje w gospodarstwach >100 ha, planujących wykorzystanie, jako wsadu do biogazowni, mieszaniny nawozów naturalnych uzupełnionych dodatkiem roślin energetycznych do 50% wartości energetycznej wsadu. Wyniki analiz prowadzonych przez Instytut Energetyki Odnawialnej wykazują, że program wsparcia dla mikrobiogazowni powinien w szczególności być skierowany do właścicieli gospodarstw o areale powyżej 100 ha, posiadających obsadę zwierząt hodowlanych min. 100 DJP, które posiadają realne szanse realizacji inwestycji. Mogą być to gospodarstwa pojedyncze lub zagregowane o sumarycznym areale lub pogłowiu zwierząt jak wyżej.

dokumenty/energia_w_gosp_rolnym/schemat_biogazowni.png

Źródło: Xergi AS

 

Korzyści z zastosowania biogazowni rolniczych

  • uporządkowanie gospodarki odpadowej w gospodarstwach rolnych (m.in. gnojowica, obornik);
  • produkcja energii elektrycznej i ciepła w bezpiecznej i bezodpadowej technologii. W procesie, oprócz biogazu, powstaje osad pofermentacyjny, który może być wykorzystywany jako nawóz naturalny;
  • ograniczenie ilości składowanych odpadów, wpływające na zmniejszenie
    • emisji gazów cieplarnianych, przede wszystkim metanu (którego oddziaływanie na zmiany klimatu jest 21 razy wyższe niż dwutlenku węgla), uwalnianego do atmosfery w procesie naturalnej fermentacji;
    • presji na środowisko związanej z zanieczyszczeniem wód i gleb;
  • wartość opałowa porównywalna z wartością opałową węgla kamiennego;
  • wysoka sprawność wytwarzania energii elektrycznej z biogazu może sięgać nawet 90% (w systemach skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła);
  • tworzenie nowych, lokalnych miejsc pracy (również dla dostawców surowca) w wyniku rozwoju rynku biogazu. Dodatkowo wspiera on rozwój gospodarczy i zwiększa konkrecyjność obszarów rolniczych;
  • zmniejszenie zależności od importu paliw gazowych oraz dywersyfikacja źródeł energii, tj. poprawa bezpieczeństwa energetycznego kraju.

Blog OZERISE

  • Komentarz Grzegorza Wiśniewskiego do podpisanej przez Prezydenta RP nowelizacji ustawy OZE
    2017-08-18 07:44:31

    Czytaj więcej...

  • W Niemczech ogłoszono nowy program dotacji dla sieci ciepłowniczej czwartej generacji
    2017-08-08 08:54:32

    Czytaj więcej...

  • Obejrzyj film „Punkt krytyczny. Energia odNowa” na kanale youtube
    2017-07-20 07:26:58

    Czytaj więcej...

Newsletter

captcha

Kontakt

Instytut Energetyki Odnawialnej
ul. Mokotowska 4/6
00-641 Warszawa

Telefon:
+48 22 825 46 52
+48 22 875 86 78

Fax:
+48 22 875 86 78

E-mail:
Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Polityka plików cookies