Skúsenosti z prevádzky bioplynovej stanice

Miroslav Hutňan, Igor Bodík

Ústav chemického a environmentálneho inžinierstva,

Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, STU, Bratislava

Štefan Stifner

STIFI, Hurbanovo

Úvod

V rámci prístupového procesu do EU sa Slovenská republika prihlásila k plneniu direktívy EU č. 2001/77/EC týkajúcej sa podpory produkcie elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov.

Indikatívne ciele využívania obnoviteľných zdrojov sa rôznia a diskutujú.

Nový návrh direktívy EU o využívaní energie z obnoviteľných zdrojov hovorí o náhrade 20 % v spotrebe energie obnoviteľnými zdrojmi a náhrade 10 % palív v doprave biopalivami do r. 2020.

Národný indikatívny cieľ pre SR je náhrada 14 % spotreby energie obnoviteľnými zdrojmi.

Z Analýzy vplyvu platnej legislatívy na podporu využívania biomasy na energetické účely a návrhu na ďalšie riešenie (materiál vlády SR, február 2006) vyplýva:

Slovenské poľnohospodárstvo môže vyčleniť 300 000 ha na účelové pestovanie zelenej biomasy: na výrobu bioplynu a následnú produkciu elektriny a

tepla (kukurica, obilniny, strukoviny...) na priame spaľovanie a následnú produkciu tepla

(energetický štiav, ozdobnica čínska, cirok, krídlatka, technické konope...)

Energetický potenciál tejto produkcie je 32 000 TJ.

Pri takomto riešení by bolo možné postaviť okolo 1000 bioplynových staníc s inštalovaným výkonom kogeneračnej jednotky 500 kW a 1000 zariadení na výrobu tepla spaľovaním o výkone 350 kW.

Súčasný stav bioplynových staníc v SR

Bioplynová stanica Hlavná surovina Inštalovaný el. výkon kWe

Prevádzka od roku

AGROS s.r.o. Bátka hnojovica ošípaných, do r. 2000 aj hydinový trus

6x128 1995

PPD Brezov hnojovica hovädzieho dobytka 50 1998

VPP SPU, s.r.o. Kolíňany

rôzne substráty, najmä hnojovica hospodárskych

zvierat

22 2001

PD Kapušany hnojovica hospodárskych zvierat, kukuričná siláž

120 2005

STIFI Hurbanovo kukuričná siláž 300 2005

Bariéry rozvoja bioplynových staníc v SR

malé skúsenosti s prípravou, výstavbou a prevádzkovaním bioplynových staníc, nerozvinutý trh tuzemských dodávateľov technologických a stavebných častí, nedocenenie environmentálneho a regionálneho

prínosu bioplynových technológií.

(Ministerstvo hospodárstva SR, 2007)

Bariéry rozvoja bioplynových staníc v SR

Okrem týchto bariér je v SR významným problémom nedostatočná legislatíva v oblasti využívania obnoviteľných zdrojov energie a cenová politika vo výkupe energie z OZE. V ČR je od r. 2005 v platnosti zákon 180/2005 o

podpore výroby elektriny z obnoviteľných zdrojov energie (zákon o podpore využívania obnoviteľných zdrojov), v SR takáto legislatíva stále chýba

(pripravuje sa).

Desatoro bioplynových staníc (Biom CZ)

Zásada č. 1. – Precízna príprava projektov

Zásada č. 2. – Dostatok kvalitných vstupných surovín

Zásada č. 3. – Výťažnosť bioplynu z jednotlivých materiálov

Zásada č. 4. – Včasná a priebežná spolupráca s miestnou samosprávou a občanmi

Zásada č. 5. – Spoľahlivá a overená technológia

Zásada č. 6. – Optimalizácia investičných a prevádzkových nákladov

Zásada č. 7. – Voľba vhodnej kogeneračnej jednotky

Zásada č. 8. – Využitie odpadového tepla

Zásada č. 9. – Nakladanie s digestátom, možnosť využitia ako kvalitného hnojiva

Zásada č. 10. – Ďalšie možnosti využitia bioplynu

Bioplynová stanica v Hurbanove bola navrhnutá na Bioplynová stanica v Hurbanove bola navrhnutá na základe výsledkov laboratórneho výskumuzáklade výsledkov laboratórneho výskumu..

Parameter Rozmer Kukurica Silážmetanogenézaacidifikácia metanogenéza

Hydraulická zdržná doba d 4 33 100

Vek kalu d 4 33 100

Bv (SŽ) kg/m3.d 58 6.3 4.46

Teplota oC 35 35 35

Nerozpustené látky v reaktore g/l - 30 80

Špecifická produkcia bioplynu m3/kg - 0.659 0.391

Špecifická produkcia metánu Nm3/kg - 0.324 0.189

Metán v bioplyne % - 55.5 54.5

Špecif. prod. prebytočného kalu g/g - 0.13 0.17

Odstránený materiál sušiny % - 87.8 83.0

Návrhové parametre:

objem reaktora – 2450 m3

produkcia bioplynu – 4200 m3/d obsah metánu v bioplyne – 54.5 % kogeneračná jednotka

elektrický výkon – 276 kW tepelný výkon – 479 kW

Nábeh a skúšobná prevádzka

Anaeróbny reaktor bioplynovej stanice bol inokulovaný aeróbne stabilizovaným kalom z pivovaru v Hurbanove. Celkové množstvo kalu na inokuláciu – cca 1700 m3 s koncentráciou NL 30 g/l. Po inokulácii bol reaktor vyhriaty na 37 oC a začalo sa s dávkovaním siláže.

Sledované veličiny: produkcia bioplynu pH koncentrácia NMK koncentrácia NL

Produkované množstvo tepelnej a elektrickej energie je možné vypočítať zo vzťahov:

Pe = 2 . (V - 30) [kW]

V – produkcia bioplynu [m3/h] a 30 – spotreba bioplynu na chod samotného plynového motora [m3]

Pt = 2 . (V - 30) . 1,5 [kW]

Kvalita bioplynu:

Zložka Bioplynová stanica Laboratórne výsleky

CH4 53-57 % 54.5 %

CO2 43-47 % 45.4 %

H2 15-20 ppm 215 ppm

H2S 140-170 ppm 5 ppm

Záver

Výsledky dosiahnuté pri nábehu a skúšobnej prevádzke bioplynovej stanice potvrdili vhodnosť použitého aeróbne stabilizovaného kalu na inokuláciu anaeróbneho reaktora.

Denná produkcia elektrickej energie je približne 7200kWh a produkcia tepelnej energie vyše 10800

kWh.

Špecifická produkcia bioplynu je približne 0,7 m3/kg suchej siláže.

Časť vyrobeného tepla sa používa na udržiavanie teploty v reaktore. Ďalšia časť sa využíva na

vyhrievanie skleníkov poľnophospodárskeho podniku a v lete bude využitá na sušenie zrnovín, najmä kukurice.

Vyrobená elektrická energia je vedená do verejnej elektrickej siete.

Prebytočný kal z anaeróbneho reaktora je vyvážaný priamo na pole ako hnojivo.

V Čom je výhodnejšia výroba biometánu oproti spaľovaniu bioplynu v kogeneračnej jednotke?

1.Lepšie využitie energie obsiahnutej v bioplyne2.Jednoduchšia technológia spracovania3.Je to porovnateľné s použitím bioplynu

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru Kal z pivovaru lisovaný

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru

Kal z pivovaru lisovaný Kal z mestskej ČOV

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru Kal z pivovaru lisovaný

Kal z mestskej ČOV Kukuričné zlomky

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru Kal z pivovaru lisovaný

Kal z mestskej ČOV Kukuričné zlomky Mäsokostná múčka

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru Kal z pivovaru lisovaný

Kal z mestskej ČOV Kukuričné zlomky Mäsokostná múčka

Ražná siláž

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru Kal z pivovaru lisovaný

Kal z mestskej ČOV Kukuričné zlomky Mäsokostná múčka

Ražná siláž Vinase

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru Kal z pivovaru lisovaný

Kal z mestskej ČOV Kukuričné zlomky Mäsokostná múčka

Ražná siláž Vinase Miešanka ovos + hrach

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (dni)

Pro

du

kc

ia b

iop

lyn

u (

m3

/d)

0

10000

20000

30000

40000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Čas (d)

Dá

vk

a (

kg

/d)

Kukuričná siláž Kal z pivovaru Kal z pivovaru lisovanýKal z mestskej ČOV Kukuričné zlomky Mäsokostná múčkaRažná siláž Vinase Miešanka ovos + hrachG-fáza

Priebeh koncentrácie NMK v kalovej vode

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (d)

Ko

nce

ntr

ácia

NM

K (

mg

/l)

Priebeh hodnôt pH

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (d)

pH

Priebeh koncentrácie sušiny kalu

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Čas (d)

Ko

nce

ntr

ácia

kal

u (

g/l

)

Silážne jamy

BPS

Teplo využívané vo fóliovníkoch

Teplo využívané pri sušení kukurice

Pripojenie na el. sieť