Vlastnosti realizace projektu výstavby bioplynové stanice Baytsuri v regionu Belgorod

V souvislosti s rostoucí poptávkou po alternativních zdrojích energie a potřebou snižování emisí skleníkových plynů se bioplynové stanice stávají stále aktuálnějším a žádanějším řešením. Co je to ale bioplynová stanice a jaké jsou její základní principy fungování?

Základy bioplynových stanic

Bioplynová stanice je technologické zařízení určené k výrobě bioplynu z organického odpadu. Tento proces se nazývá anaerobní fermentace nebo anaerobní rozklad.

Hlavními složkami bioplynu jsou metan (CH4) a oxid uhličitý (CO2). Je známo, že metan má vysokou energetickou hodnotu a lze jej použít jako palivo.

Výhody a aplikace

• Šetrné k životnímu prostředí: Bioplynové stanice pomáhají recyklovat organický odpad a přeměňují ho na cenný zdroj energie.
• Ekonomické: Výroba bioplynu může snížit závislost na tradičních zdrojích paliva.
• Multifunkčnost: Výsledný bioplyn lze využít nejen k výrobě elektřiny, ale také k vytápění a také jako palivo pro vozidla.

Princip činnosti

Proces anaerobního rozkladu probíhá ve speciálních nádržích – fermentorech. Uvnitř fermentoru jsou vytvořeny podmínky, které vylučují přístup kyslíku, což podporuje množení anaerobních mikroorganismů odpovědných za fermentační proces.

Organický odpad, jako je odpad z dobytka nebo potravinový odpad, se umístí do digestoře. Poté začíná proces fermentace, který v závislosti na podmínkách a použitých technologiích může trvat několik dní až několik týdnů.

V důsledku tohoto procesu se uvolňuje bioplyn, který se následně shromažďuje a posílá k čištění od nežádoucích nečistot. Po vyčištění je bioplyn připraven k použití.

Problémy a výzvy

Přes mnoho výhod je používání bioplynových stanic spojeno také s řadou problémů. Jedním z hlavních je nutnost velkých investic při počáteční výstavbě závodu. Kromě toho je pro efektivní fungování závodu zapotřebí neustálý přísun velkého množství organického odpadu.

Kromě toho ne všechny druhy organického odpadu jsou stejně vhodné pro výrobu bioplynu, což vyžaduje další výzkum a vývoj nových technologií.

Moderní technologie a jejich role v bioplynových stanicích

Optimalizace fermentačních procesů

S pokrokem vědy a techniky je možné zlepšit a optimalizovat proces anaerobní fermentace. Použití specifických kultur mikroorganismů určených k rozkladu konkrétních druhů organických odpadů umožňuje urychlit proces výroby bioplynu a zvýšit jeho efektivitu.

Automatizace a digitalizace

V moderních bioplynových stanicích se stále více pozornosti věnuje automatizaci procesů. Řídicí a monitorovací systémy umožňují regulovat teplotu, tlak a další parametry v reálném čase, což zajišťuje stabilitu procesu a minimalizuje ztráty.

Vylepšený systém čištění

Jedním z klíčových úkolů po získání bioplynu je jeho čištění od nečistot, jako je sirovodík, čpavek a další látky. Díky moderním metodám a technologiím jako adsorpce, membránové technologie nebo chemické zpracování je bioplyn čistší a vhodnější pro další využití.

Rozšíření možností využití bioplynu

Kromě tradičního využití bioplynu pro výrobu elektřiny nebo vytápění se stále častěji používá jako palivo pro vozidla. Některé země již mají sítě bioplynových čerpacích stanic pro automobily, což z nich činí životaschopnou alternativu k benzínu nebo naftě.

Bioplyn a udržitelnost životního prostředí

S přihlédnutím ke globálním environmentálním výzvám, jako je globální oteplování a znečištění životního prostředí, se využívání bioplynových stanic stává jedním z nástrojů realizace konceptu udržitelného rozvoje. Produkce bioplynu tak pomáhá snižovat emise skleníkových plynů a také zajišťuje likvidaci odpadu, který by se jinak mohl stát zdrojem znečištění.

Bioplynové stanice představují jeden z nejslibnějších trendů v oblasti alternativní energie a udržitelnosti životního prostředí. S jejich pomocí je možné přeměnit odpad, který byl dříve považován za problém, na cenný zdroj, který dokáže poskytnout čistou energii a snížit hladinu skleníkových plynů v atmosféře.

Využití bioplynových stanic v různých oblastech světa dokazuje jejich ekonomickou a ekologickou efektivitu. Pomáhají nejen snižovat závislost na tradičních zdrojích energie, ale také stimulují rozvoj místních komunit, vytvářejí pracovní místa a poskytují nové ekonomické příležitosti.

Navzdory mnoha výhodám však existuje také řada technických, ekonomických a organizačních problémů, které vyžadují další výzkum a inovace. Je důležité pokračovat v zavádění nových technologií, zlepšovat systémy řízení a monitorování a vyměňovat si zkušenosti a osvědčené postupy na mezinárodní úrovni.

Bioplynové stanice ztělesňují koncept udržitelného rozvoje, který kombinuje environmentální, ekonomické a sociální aspekty. Poskytují cestu k vytvoření čistší, zelenější a udržitelnější budoucnosti pro planetu a její obyvatele.

Bioplyn — je hořlavá směs plynů získaná rozkladem organických látek v důsledku anaerobního mikrobiologického procesu (methanová „fermentace“). Anaerobní zpracování odpadů hospodářských zvířat, rostlinných odpadů a aktivovaných kalů vede k uvolňování bioplynu a následné mineralizaci hlavních složek hnojiv – dusíku a fosforu (na rozdíl od tradičních způsobů přípravy organických hnojiv pomocí kompostovacích metod, při kterých dochází ke ztrátě až 40 % dusíku).

Pro efektivní výrobu bioplynu z organických surovin jsou vytvořeny komfortní podmínky pro život bakterií bez přístupu kyslíku. Na přeměně energie se podílí pouze polovina organického materiálu – 1800 kcal/kg sušiny (oproti 4000 kcal v termochemických procesech), ale zbytky metanového „kvašení“ lze v tomto případě využít jako hnojivo.

Procesu „fermentace“ metanu (biomethanogeneze) se účastní tři skupiny bakterií. První přeměňují složité organické substráty na kyselinu máselnou, propionovou a mléčnou, druhé přeměňují tyto organické kyseliny na kyselinu octovou, vodík a oxid uhličitý a následně bakterie tvořící metan redukují oxid uhličitý na metan s absorpcí vodíku, který by jinak bakterie octové kyseliny inhiboval.

Bioplynová stanice zahrnuje komplex inženýrských staveb sestávající ze zařízení pro přípravu surovin, výrobu bioplynu a hnojiv, čištění a skladování bioplynu a výrobu elektřiny a tepla (obr. 1).

“Kvašení” metanu probíhá v korozivzdorných, utěsněných válcových nádržích (fermentorech), do kterých je přiváděn organický materiál. Vzniklý bioplyn se akumuluje v plynojemu. Fermentory pro země s chladným klimatem jsou kompletně pokryty tepelně izolačním materiálem. Uvnitř fermentoru se udržuje stálá teplota, která je nezbytná pro aktivní činnost bakterií (od 28 do 50 °C), a suroviny se míchají. Délka zpracování závisí na druhu, složení surovin, teplotních podmínkách kvašení a pohybuje se od dvou týdnů do dvou měsíců. Provoz celé instalace je řízen automaticky.

Bioplyn lze použít v závislosti na potřebách zákazníka:

· — v kotelně (přímé spalování) k poskytování tepla blízkým spotřebitelům (farmy, zemědělské podniky, průmyslové skleníky);

· — v kogeneračních zařízeních na výrobu elektrické a tepelné energie;

· — získat motorové palivo — zkapalněný metan (jako výsledek čištění bioplynu od oxidu uhličitého).

Hlavní produkty bioplynové stanice jsou:

Nejúčinnějšího provozu bioplynové stanice lze dosáhnout dodržením několika podmínek:

· — umístění v těsné blízkosti výrobce suroviny;

· — komplexní využití produktů bioplynových stanic;

· — využití kogeneračního zařízení.

Moderní technologie umožňují zpracovat jakýkoli druh organické suroviny na bioplyn, nejúčinnější je však využití bioplynových technologií pro zpracování odpadů z chovů hospodářských zvířat a drůbeže, podniků agroprůmyslového komplexu (AIC) a odpadních vod, od r. Vyznačují se stálostí toku odpadu v čase a snadností jeho sběru.

Elektrický výkon bioplynových stanic se pohybuje od 100 kW (malovýroba) až po několik desítek MW. Podle výpočtů odborníků jsou v ruských podmínkách cenově nejefektivnější instalace s kapacitou 0,5 MW. Každý projekt bioplynové stanice je individuální, ale je vytvořen pomocí standardních řešení.

V roce 2008 vedení regionu Belgorod navrhlo zvážit možnost realizace projektů, které by zajistily hlubší zpracování výrobních odpadů v koloběhu hospodářských zvířat. Diskuse se zaměřila na evropské zkušenosti s bioplynovými technologiemi.

Na začátku projektu bylo jasné, že institucionální prostředí pro projekty tohoto druhu se v Rusku ještě nevyvinulo. Jedním z prvotních úkolů byl pokus o vytvoření takového prostředí na regionální úrovni. Vláda regionu Belgorod připravila koncepci rozvoje bioenergie a biotechnologie v regionu. Jednalo se o primární dokument deklarující záměr rozvíjet tuto oblast ve struktuře regionální ekonomiky. Kromě toho nastínil dva konkrétní pilotní projekty, při jejichž realizaci mělo dojít k nalezení potřebných konstrukčních, technických, technologických, finančních, ekonomických a právních řešení. Bylo zapotřebí finančního a ekonomického modelu, ve kterém by se takové projekty daly realizovat v Rusku z pohledu finančního věřitele a byly by zajímavé pro strategického investora.

Jedním z naznačených pilotních projektů je bioplynová stanice Baytsury Regionálního centra biotechnologie OJSC (obr. 2), postavená v okrese Borisovsky v regionu Belgorod v oblasti prasečí farmy Strigunovsky.

Bioplynová stanice Baytsuri prošla všemi potřebnými zkouškami a schváleními a je prvním bioplynovým průmyslovým závodem v Rusku, který vyrobenou elektrickou energii dodává přímo do sítě. Od roku 2012 je bioplynová stanice v provozu na projektovaný výkon.

Projekt je zaměřen na zlepšení environmentální bezpečnosti regionu Belgorod (atmosféra a půda) recyklací živočišných odpadů, hledáním a zaváděním efektivních technologií pro likvidaci biologického odpadu na bázi bioenergetických technologií a také zaváděním organických hnojiv do tržního oběhu regionu náhradou minerálních hnojiv nakupovaných mimo region.

V první fázi realizace projektu byla provedena analýza stávajících technologií s ohledem na konkrétní areál chovu prasat a jeho technologický cyklus produkce odpadů. Následně bylo vyvinuto technické řešení založené na německé technologii. V té době nebyly žádné zkušenosti s realizací průmyslových projektů pro výstavbu a provoz bioplynových stanic v moderním Rusku, takže jsme museli čelit problémům s přípravou projektové a odhadovací dokumentace: všechny GOST, SNiP a regulační dokumenty pro takovou výrobu byly zastaralé nebo neexistovaly. Existovaly pochybnosti o tom, jak takovou výrobu klasifikovat: zda je nebezpečná či nikoli, zda podléhá licenčnímu řízení či nikoli.

V důsledku toho bylo zjištěno, že bioplynová stanice ukládá provozní organizaci požadavky na získání následujících licencí:

· — oprávnění pro práci s nebezpečným odpadem třídy nebezpečnosti 1-4;

· — povolení k provozování nebezpečného průmyslového zařízení.

Požadavky na certifikaci zařízení jsou kladeny v rámci požadavků na získání stanovených licencí.

Předprojektové období trvalo zhruba rok a půl, včetně technologické analýzy, přípravy schématu projektové smlouvy a vývoje finančního a ekonomického modelu.

Technologie, které byly v čisté podobě navrženy německou stranou, odpovídaly ruské realitě jen částečně, zejména s ohledem na teplotní podmínky a kvalitu vstupního substrátu. Například v evropských technologiích výroby vepřového masa je podíl sušiny v hnoji stabilně minimálně 5 %, což je minimální přijatelná hodnota pro zajištění provozu bioplynové technologie. Ve stávajících ruských chovech prasat tento podíl zpravidla nepřesahuje 2–3 %. Pro dosažení stanovené účinnosti výroby plynu bylo nutné napojit novou výrobu na stávající a za tímto účelem zajistit dodatečnou přípravu substrátu.

Složení substrátu se upravuje automaticky pomocí dávkovače pevného substrátu, kterým je přiváděna kukuřičná siláž, a separátoru, který odděluje přebytečnou vodu. Surovina a připravený substrát jsou dodávány pomocí čerpadel a šnekových mechanismů.

Na Obr. 3 znázorňuje uspořádání bioplynové stanice Baytsuri.

Nádrž pro skladování kejdy je vyrobena z železobetonu ve tvaru krychle. Vnitřní stěny nádoby jsou navíc ošetřeny hydroizolačním roztokem. Pro ochranu před zamrznutím v zimě v regionu Belgorod je nádrž instalována pod zemí, takže půda je přirozeným tepelně izolačním materiálem. Střecha nádrže je rovněž železobetonová, plochá a umístěná na úrovni terénu. Pro zajištění pevnosti střechy je ve středu nádrže instalován betonový sloup, na kterém spočívá střecha.

Fermentor má vertikální míchadlo instalované ve středu nádrže. Je zavěšený, připevněný ke střeše fermentoru a je poháněn motorem přes převodovku. Vstup do interiéru je proveden plynoizolovaným otvorem ve střeše. Provozní režim míchaček se nastavuje přes centrální řídicí systém bioplynové stanice.

Pro výrobu elektrické a tepelné energie ze získaného bioplynu byla v areálu stanice instalována kogenerační energetická jednotka (obr. 4), která se skládá z plynové pístové jednotky zahraniční výroby o instalovaném elektrickém výkonu 0,5 MW a pomocných zařízení. Elektrická energie vyrobená synchronním generátorem 0,4 kV je dodávána do sítě regionálním spotřebitelům připojením k trafostanici 10/0,4 kV. Tepelná energie z chladicího systému motoru a výfukových plynů je využívána pro vlastní potřebu bioplynové stanice. Vlastní dodávka elektrické energie stanice je realizována ze sítě.

Objem organického odpadu z vepřína zpracovaného bioplynovou stanicí je 106 m3/den. (38690 m3/rok), přičemž při procesu kvašení se dodatečně zpracovává zelená (rostlinná) hmota v množství 21 tun/den. (7665 t/rok). Objem produkce bioplynu je 1918 tis. m3/rok. Jeho složení: metan – 54%, oxid uhličitý – 44%, ostatní plyny (sirovodík, kyslík, dusík, voda) – 2%. Odhadované objemy prodeje hnojiv jsou 19,1 tis. m3/rok.

Zpětná vazba

Bioplynová stanice má čtyři zdroje příjmů. Za prvé je to elektřina, za druhé je to teplo (z hlediska logistiky musí být infrastruktura napojena na stávající výrobu, aby teplo šlo na její potřeby), třetím produktem jsou organická hnojiva, jejichž cirkulační praxe ještě není vytvořena, a čtvrtou položkou příjmů je služba likvidace odpadů 3-4 kategorií nebezpečnosti. Uvedené výnosové položky tvoří dobu návratnosti projektu. Při rozhodování o realizaci projektu a přípravě vývojového diagramu procesu je hlavní rozhodnout, co chcete projektem získat, jaký typ produktu vám umožní dosáhnout nejrychlejší návratnosti investice?

Na základě tohoto stanoviska jsme zjistili, že ze všech výnosových položek byla v době spuštění projektu nejperspektivnější elektřina, proto jsme se zaměřili na získání maximálního objemu bioplynu z daného objemu prasečích výpustí a na vysokou účinnost při výrobě elektřiny. Z tohoto důvodu se projekt ukázal jako dražší. Dalo by se to udělat levněji, ale výkon plynu a elektřiny by byl nižší.

Kromě toho byla zvolena možnost přenosu vyrobené elektřiny přímo do sítě, od r při provozu bioplynové stanice pouze pro napájení vepřína není možnost prodeje přebytečné elektřiny a zároveň je stále potřeba povinné zálohování a připojení k elektrické síti a/nebo plynovodu vepřína. Důvodem je skutečnost, že v Rusku neexistuje dlouhodobý provoz zařízení na výrobu bioplynu a v zimním období, pokud dojde k narušení nezbytného mikrobiologického cyklu, může být nutné připojit zemědělský podnik k vnější elektrické síti. V tomto případě měla prasečí farma takové spojení již od začátku.

Prodej elektrické energie je realizován na základě uzavřených smluv s garantovanými dodavateli elektrické energie v regionu – místními prodejními společnostmi za smluvní cenu.

V rámci vypracovaného finančního a ekonomického modelu doba návratnosti instalace je 8 let.

Regionální centrum biotechnologie JSC začalo projekt realizovat z vlastních peněz, žádné přímé finanční injekce od státu nebyly. Ale byla politická vůle, podpora ve smyslu napojení na infrastrukturu, technologické napojení na sítě. S vládou regionu Belgorod byla uzavřena dohoda o realizaci programu výstavby bioplynových stanic o celkovém výkonu 10 MW. Projekt bioplynové stanice Baytsury je pilotním projektem celého programu, slouží k testování finančního modelu pro realizaci podobných projektů v rámci tržní ekonomiky, k prokázání životaschopnosti technologie a slouží jako kolaterál pro přilákání dluhového financování za účelem replikace. Stanice je ve vlastnictví společnosti JSC Regional Center of Biotechnology.

Nikdo zatím neví, jak správně realizovat bioplynové projekty v Rusku. K dnešnímu dni jsou nevyřešené otázky týkající se ruské legislativy v oblasti alternativní energie a prosazování regulačních aktů pro všechny položky příjmů z bioplynové stanice. Například existují ustanovení federálního zákona č. 35-Φ3 „O elektroenergetice“, který předepisuje obecná pravidla pro implementaci elektroenergetiky, ale otázka tarifů pro obnovitelnou energii (rozuměj maloobchodní trh s elektřinou) zůstává otevřená z důvodu nedostatku vhodné federální metodiky pro výpočet „zeleného tarifu“. Rovněž podle našeho názoru nebyl plně rozvinut kvalifikační postup pro získání práva být nazýván podnikem obnovitelné energie a získat zvláštní tarif.

V současné době na všech otevřených otázkách realizace takových projektů spolupracuje Regionální centrum biotechnologie JSC s Federálním státním jednotným podnikem Ruská energetická agentura, Ministerstvem zemědělství Ruské federace a Ministerstvem energetiky Ruské federace.

A.V. Orechov, <small>Vlastnosti realizace projektu výstavby bioplynové stanice “Baytsuri” v regionu Belgorod</small>

Zdroj: Časopis “Zprávy o zásobování teplem” č. 05 (141), 2012, www.ntsn.ru/5_2012.html

• Téma: Netradiční a nové zdroje tepelné energie
• stáhnout archive.zip (180 kBt)
• Vytiskněte si tento článek
• Diskutujte o článku na fóru
• Štítky: biopalivo

• Zanechat komentář
• Tematické značky