Biogazownie rolnicze. Zespół Szkół Rolniczych im W. Witosa w Legnicy. Technikum rolnicze kl. 3R

Transkrypt

1 Biogazownie rolnicze Zespół Szkół Rolniczych im W. Witosa w Legnicy Technikum rolnicze kl. 3R

2 Plan prezentacji Cele projektu Definicje oraz skład biogazu Substraty do produkcji biogazu Założenia pozyskania substratów dla biogazowni 1 MW Podstawowe procesy Schemat instalacji Wykorzystanie masy pofermentacyjnej Etapy realizacji biogazowni Zalety i wady biogazowni Korzyści wynikające z budowy biogazowni Źródła finansowania Wykorzystanie biogazu Źródła dochodów z produkcji biogazu Realizacje w Polsce Wizyty w biogazowniach

3 Cele projektu Merytoryczne zapoznanie się z tematem biogazowni. Opracowanie projektu budowy biogazowni. Wizyty w biogazowniach.

4 Definicje oraz skład biogazu Biogazownia instalacja służąca do celowej produkcji biogazu z biomasy roślinnej, odpadów zwierzęcych, organicznych odpadów lub osadów ze ścieków czy wysypisk śmieci. Zgodnie z art. 3. ust. 20a Ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 roku Prawo energetyczne (Dz.U. 1997, Nr 54, poz. 348 z późn. zm.) biogaz rolniczy to paliwo gazowe, trzymywane w procesie fermentacji metanowej surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej, z wyłączeniem gazu pozyskanego z surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów.

5 Definicje oraz skład biogazu Biogaz powstaje w procesie beztlenowej fermentacji odpadów organicznych, podczas której substancje organiczne rozkładane są przez bakterie na związki proste. Porównanie wartości opałowej biogazu z innymi nośnikami energii.

6 Substraty do produkcji biogazu W biogazowniach rolniczych jako surowiec do produkcji biogazu można wykorzystywać: - odpady z produkcji spożywczej (odpady warzyw, wytłoki owoców, odpady tłuszczy i serów, odpady z produkcji żelatyny i skrobi, wywar pogorzelniany, wysłodziny browarniane), - odpady z produkcji zwierzęcej (gnojowica, obornik, suche odchody), - odpady poubojowe kategorii K2 i K3, - odpady z produkcji roślinnej (odpady zbożowe, odpady z pasz), - rośliny energetyczne z upraw celowych (zboża, w tym kukurydza, rośliny okopowe, rzepak, lucerna).

7 Substraty do produkcji biogazu Z analizy Instytutu Energetyki Odnawialnej wynika, że największym zainteresowaniem cieszą się odpady, w tym zwierzęce oraz odpady z przemysłu rolno-spożywczego. Powszechnie stosowane jest przetwarzanie przez biogazownie mieszaniny kilku substratów - zwane kofermentacją. Zróżnicowanie substratów sprzyja uzyskaniu lepszych paramentów procesu i zwiększenia bezpieczeństwa dostaw surowców.

8 Substraty do produkcji biogazu Reguły stosowane przy komponowaniu mieszaniny fermentacyjnej z dostępnych substratów do instalacji biotechnologicznych to: właściwe dobranie substratów do możliwości technologicznych instalacji, właściwe populacje mikroorganizmów w komorach fermentacyjnych, stabilne warunki biologiczne, fizyczne i chemiczne w środowisku reakcji, stabilna jakość mieszaniny fermentacyjnej, stały nadzór nad parametrami strategicznymi. Wyboru substratów dokonujemy wg zasady im prostsze wyposażenie techniczne instalacji biogazowej, tym prostsze substraty, im mniejsze zaangażowanie w obsługę biogazowni, tym mniej składników w mieszaninie fermentacyjnej. Najprostszy system zarówno pod względem budowy i wyposażenia, jak i pod względem obsługi to pojedyncza komora fermentacyjna do z biogazowywania gnojowicy.

9 Założenia pozyskania substratów dla biogazowni 1 MW kiszonka Przy 100% wykorzystaniu kiszonki kukurydzy jako substratu w biogazowniach konieczne jest zgromadzenie ton/rok (60 ton/dobę) tego surowca. Do jej produkcji potrzeba min 440 ha pola (tyle co stanowi powierzchnia prawie 22 stadionów narodowych).

10 Założenia pozyskania substratów dla biogazowni 1 MW kofermentacja ton gnojowicy bydlęcej pozyskanej z 1763 sztuk dużych ton kiszonki z kukurydzy uprawianej w gospodarstwie z uprawy o powierzchni 308 ha. Zapotrzebowanie na substrat do biogazowni rolniczej w zależności od proporcji kiszonki do gnojowicy to (70% do 30%).

11 Podstawowe procesy Biogazownia rolnicza wytwarzająca metan realizuje pięć etapów procesu technologicznego. Są nimi: 1. Dostarczanie, składowanie i przygotowywanie substratów. 2. Wprowadzanie substratów (wsadu) do komory fermentacyjnej. 3. Uzyskiwanie biogazu - fermentacja. 4. Uzdatnianie i zagospodarowywanie odpadów pofermentacyjnych. 5. Uzdatnianie i wykorzystywanie biogazu. Głównym procesem jest fermentacja metanowa. Proces rozkładu substancji organicznych zachodzący w warunkach beztlenowych, przy odpowiedniej zawartości substancji odżywczych i w odpowiedniej temperaturze, dokonywanym przez bakterie fermentacyjne. W wyniku rozkładu substancji organicznych powstaje biogaz oraz masa pofermentacyjna, która może stanowić dobry nawóz.

12 Podstawowe procesy - proces fermentacji Proces fermentacji biomasy podzielony jest na cztery fazy: 1. faza hydrolizy związki organiczne, czyli białka, węglowodory, tłuszcze, ulegają reakcjom hydrolizy przy katalitycznym udziale enzymów bakterii z grupy względnych beztlenowców; 2. faza acidogenna produkty hydrolizy przetwarzane są przez bakterie acidogenne do prostych kwasów organicznych, alkoholi, aldehydów oraz wodoru i dwutlenku węgla; 3. faza octanogenna kwasy organiczne rozkładane są do kwasu octowego, dzięki współpracy różnych gatunków bakterii; 4. faza metanogenna bakterie Metanowe przetwarzają produkty poprzednich faz, czyli kwas octowy, dwutlenek węgla i wodór na metan.

13 Schemat instalacji

14 Wykorzystanie masy pofermentacyjnej Zazwyczaj masa pofermentacyjna postrzegana jest ona jednak jako uciążliwy odpad. Tymczasem jej nawozowe wykorzystanie przynosi wymierne korzyści ekonomiczne dla rolników, jak i środowiskowe, w odniesieniu do ochrony zasobów wodnych i glebowych. Przekłada się to na dodatkową korzyść ekonomiczną z prowadzenia biogazowni rolniczej. Aby jednak wykorzystać tą masę najpierw należy poddać ją procesowi separacji, gdzie uzyskam frakcję stałą oraz płynną.

15 Wykorzystanie masy pofermentacyjnej Frakcja stała może być poddawana certyfikacji i sprzedawana jako nawóz, spalana jako paliwo stałe oraz wykorzystywana jako dodatek do pasz. Frakcja stała składa się ze strukturalnych części materii organicznej, zawiera znaczne ilości celulozy i ligniny - przez co ma wysokie zdolności pochłaniania wody. Zawiera także znaczne ilości związków mineralnych. Jako nawóz może być stosowana na gruntach ornych pod wszystkie rośliny uprawy polowej na wszelkich glebach. Nawóz należy rozprowadzić na polu za pomocą rozrzutnika i wymieszać z glebą przy pomocy narzędzi uprawnych. Frakcja płynna rozlewana po polach (z zachowaniem wymogów rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie procesu odzysku R10) lub zwracana do procesu jako ciecz technologiczna. Frakcja ciekła zawiera znaczne ilości rozpuszczalnych form azotu, fosforu i potasu. Jako nawóz może być stosowana na gruntach ornych pod wszystkie rośliny uprawy polowej na wszelkich glebach. Nawóz należy rozprowadzić na polu za pomocą beczkowozu wyposażonego w węże rozlewowe lub płytki rozbryzgowe i niezwłocznie wymieszać z glebą.

16 Etapy realizacji biogazowni rolniczej

17 Etapy identyfikacja zakresu Pozyskanie substratów: ich dostępności, możliwości zapewnienia dostaw oraz oceny produktywności biogazu. Konieczne jest sprawdzenie ilości lokalnie dostępnych substratów lub możliwości dowożenia z odległości do kilkudziesięciu kilometrów, ustalenie całego łańcucha zaopatrzenia i obróbki biomasy oraz rodzaju i ilości substratów dostarczanych do biogazowni w podziale na miesiące. Konieczne jest przeprowadzenie analizy prawnej działki przeznaczonej pod inwestycję. Ważne jest usytuowanie sąsiednich działek oraz wielkość niezbędnego terenu (wielkość zależy zarówno od mocy biogazowni jak również przyjętych rozwiązań technologicznych). Infrastruktura: ważna jest przede wszystkim dostępność do sieci elektroenergetycznej (z możliwością uzyskania warunków przyłączeniowych), gazowej, sieci wodociągowej i kanalizacyjnej czy komunikacji drogowej. Efektywność ekonomiczna biogazowni znacznie zwiększa się, gdy istnieje możliwość sprzedaży nadmiaru ciepła wyprodukowanego w procesie kogeneracji. Uwarunkowania środowiskowe: na etapie wstępnych decyzji inwestycyjnych niezbędne jest uzyskanie wstępnej opinii środowiskowej dotyczącej lokalizacji biogazowni. Służy to ograniczeniu negatywnego oddziaływania biogazowni na otoczenie (emisji hałasu, spalin, nieprzyjemnych zapachów). Ze względu na konsekwencje możliwych awarii wymagane jest, aby biogazownia była zlokalizowana w odległości powyżej 300 m od siedlisk ludzkich, obiektów mieszkalnych usytuowanych po stronie zawietrznej oraz obszarów chronionych.

18 Etapy uzyskanie pozwoleń W przypadku małej biogazowni rolniczej realizacja przedsięwzięcia wymaga zawarcia wielu umów z różnorodnymi podmiotami i na różnym etapie realizacji przedsięwzięcia. Ich poprawna konstrukcja prawna pozwala zmniejszyć ryzyko inwestycyjne. Decyzja o środowiskowych uwarunkowaniach zgody na realizację przedsięwzięcia jest jedną z ważniejszych decyzji wydawanych w trakcie procesu inwestycyjno-budowlanego. Po uzyskaniu wszelkich wymaganych dokumentów przez inwestora wójt/burmistrz gminy wydaje decyzję o środowiskowych uwarunkowaniach zgody na realizację przedsięwzięcia. Decyzja środowiskowa jest niezbędne do uzyskania decyzji o warunkach zabudowy oraz decyzji o pozwoleniu na budowę. Natomiast obie te decyzje zależą od miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego dla obszaru, na którym ma być zlokalizowana inwestycja. Należy też uzyskać zezwolenie na przyłączenia do sieci energetycznej. W 2010 roku dla inwestycji o mocy poniżej 500 kw (a więc małych biogazowni) procedury znacznie ułatwiono nie jest wymagane przeprowadzanie oceny oddziaływania na środowisko (OOŚ). Natomiast w przypadku dużych biogazowni o mocy elektrycznej większej niż 2 MW (a więc nie dla małych biogazowni) oprócz standardowych dokumentów i pozwoleń operator może zażądać wykonania ekspertyzy przyłączeniowej, czyli określenia wpływu przyłączanej instalacji na system elektroenergetyczny.

19 Etapy opracowanie dokumentacji technicznej Etap ten składa się z 3 następujących faz: I. Inwentaryzacja. Ma na celu przeprowadzenie lustracji tenaru oraz istniejących obiektów. Ocenę możliwości adaptacji istnijących obiektów napotrzeby budowy biogazowni. II. Projektu techniczno-technologiczny, który zawiera: charakterystykę i opis przebiegu procesów produkcyjnych wraz ze schematami technologicznymi oraz określeniem zapotrzebowania na surowce, produkty, urządzenia, ilości i rodzajów odpadów oraz sposobu ich zagospodarowania, zestawienie maszyn i urządzeń stanowiących wyposażenie technologiczne, zestawienie powierzchni produkcyjnych i pomocniczych, określenie zapotrzebowania na czynniki energetyczne i inne media, szczegółowe wytyczne dla projektów branżowych i opracowań specjalistycznych (np. w zakresie ochrony środowiska). III. Projektu budowlany obejmuje projekt zagospodarowania działki lub terenu oraz projekt architektoniczno-budowlany. Uzyskanie decyzji o pozwoleniu na budowę obiektu budowlanego kończy formalno-prawny etap przygotowania inwestycji i umożliwia rozpoczęcie prac budowlanych. Decyzja zachowuje ważność przez trzy lata.

20 Etapy budowa i rozpoczęcie eksploatacji Po wyborze wykonawcy robót budowlanych rozpoczyna się budowa biogazowni, po czym następuje końcowy odbiór robót budowlanych oraz rozruch całej instalacji. Celem tego rozruchu jest sprawdzenie działania zainstalowanych urządzeń pod pełnym obciążeniem oraz ich niezawodności, osiągnięcie zaprojektowanych technologicznych i ekonomicznych parametrów pracy oraz ustalenie optymalnych parametrów pracy urządzeń. Rozruch składa się z etapów: mechanicznego na sucho bez podania mediów; hydraulicznego w trakcie którego prowadzony jest rozruch z użyciem neutralnego medium (wody); oraz technologicznego z użyciem właściwego medium (substratów, biogazu) i osiągnięciem założonych parametrów technologicznych. Przed oddaniem biogazowni do eksploatacji trzeba ponownie przejść szereg kontroli i formalności. Końcowym etapem uruchomienia biogazowni, z formalnego punktu widzenia, jest kontrola inspekcji nadzoru budowlanego. Przed uzyskaniem pozwolenia na użytkowanie konieczne jest również zdobycie odpowiednich pozwoleń: emisyjnego oraz na prowadzenie działalności w zakresie odzysku lub unieszkodliwiania odpadów. Po tym etapie można wreszcie rozpocząć normalną eksploatację.

21 Zalety biogazowni rolniczej - produkcja biogazu ze źródeł odnawialnych, w sposób przyjazny dla środowiska, - redukcja emisji metanu, - uporządkowanie gospodarki gnojowicą i obornikiem w gospodarstwach rolnych, - bezpieczny sposób pozbywania się odpadów roślinnych i zwierzęcych, - aktywizacja lokalnego rynku rolnego, możliwość dodatkowego dochodu dla przedsiębiorstw rolnych, - zwiększenie areału upraw roślin energetycznych, - wykorzystanie do uprawy gleb ornych o słabej jakości, - możliwość wykorzystania wielu surowców, - specyfika procesu wymaga, aby był on hermetyczny - minimalizuję to do zera emisję odorów z komór fermentacyjnych, - inwestycja w budowę biogazowni może być korzystna z ekonomicznego punktu widzenia, - dywersyfikacja źródeł energii, krok w kierunku samowystarczalności energetycznej i uniezależnienia się od paliw kopalnych.

22 Wady biogazowni rolniczej - wysokie nakłady inwestycyjne, - konieczność ciągłego dostępu do substratów, - w celu zachowania prawidłowego przebiegu procesu fermentacji konieczny jest stały nadzór i kontrola, - niepewny, w długoterminowej perspektywie, system wsparcia w postaci świadectw pochodzenia, - bariery prawne oraz skomplikowane procedury, - zły stan infrastruktury energetycznej często uniemożliwia przyłączenie instalacji do sieci, - istnieje możliwość uciążliwości zapachowych, związanych z przyjęciem substratów, - wraz ze wzrostem mocy biogazowni rośnie zapotrzebowanie na substraty, może się to wiązać z trudnościami logistycznymi, - ryzyko zwiększenia powierzchni upraw monokulturowych, - budowa biogazowni wiąże z ryzykiem związanym ze zmianami cen surowców oraz cen energii elektrycznej.

23 Korzyści wynikające z budowy biogazowni Dla inwestorów - Biogazownia jest przedsięwzięciem, które może przynieść różne korzyści, w zależności od przyjętego modelu inwestowania. Podstawową korzyścią są przychody ze sprzedaży energii elektrycznej oraz świadectw pochodzenia (tzw. zielonych certyfikatów ). W przypadkach gdy możliwa jest sprzedaż ciepła wyprodukowanego przez biogazownię, dodatkowym źródłem dochodu są zyski ze sprzedaży ciepła oraz świadectw pochodzenia (tzw. żółtych certyfikatów ). Dla dostawców substratu - Dzięki funkcjonowaniu biogazowni możliwe jest pozbywanie się wielu odpadów, które wymagają szczególnego traktowania lub kosztownej utylizacji. Z tego powodu biogazownie mogą stanowić interesujące rozwiązanie dla przedsiębiorstw, które w wyniku swej działalności wytwarzają duże ilości odpadów.

24 Korzyści wynikające z budowy biogazowni Dla hodowców - Biogazownia jest także interesującym rozwiązaniem dla hodowców bydła i trzody chlewnej dzięki możliwości pozbywania się obornika i gnojowicy przy jednoczesnej możliwości pozyskania dobrej jakości nawozu z masy po fermentacyjnej. Dla rolników - Produkujących rośliny mogące stanowić biomasę używaną w biogazowni (np. kukurydza) korzyścią z funkcjonowania biogazowni jest możliwość zawarcia długoterminowych umów kontraktacyjnych na dostawę substratu. Dla gmin i społeczności lokalnych - Biogazownia jako rozwiązanie zaawansowane technicznie oraz novum w zakresie ekologicznego pozyskiwania energii może stać się źródłem pozytywnych przemian w świadomości ekologicznej mieszkańców, a także wpłynąć pozytywnie na wizerunek gminy jako miejsca przyjaznego nowoczesnym technologiom oraz miejsca, gdzie ochrona środowiska ma duże znaczenie.

25 Źródła finansowania Środki publiczne. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Regionalne Programy Operacyjne. Program Rozwoju Obszarów Wiejskich Krajowy Program Restrukturyzacji. Kredyty bankowe. Rynek finansowy. Sukces przedsięwzięcia zależy w dużym stopniu od właściwego montażu finansowego. Montaż finansowy polega na zidentyfikowaniu możliwych źródeł finansowania i optymalnym ich wykorzystaniu.

26 Wykorzystanie biogazu Produkcja energii elektrycznej. Produkcja energii cieplnej. Produkcja energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu. Produkcja energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu (kogeneracja). Produkcja biometanu do celów transportowych SNG. Produkcja biometanu do wprowadzania do sieci gazowych.

27 Źródła dochodów z produkcji biogazu Sprzedaż energii elektrycznej. Sprzedaż ciepła lub chłodu. Sprzedaż gazu. Sprzedaż gazu. Certyfikaty: zielone (energia elektryczna z OZE), żółte (kogeneracyjne) możliwość ich łączenia. Zyski z obróbki z odpadów. Sprzedaż nawozu.

28 Realizacje w Polsce Liczba biogazowni w Polsce sukcesywnie się zwiększa. W roku 2011 były tylko 4. W roku 2014 działało już w Polsce 50 biogazowni.

29 Wizyty w biogazowniach Podczas trwania projektu odwiedzono następujące biogazownie: Legnickie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji, Biogazownia Szczedrzykowiece (w budowie).

30 Dziękuję

31 Literatura Substraty dla biogazowni rolniczych, Zdzisław Ginalski, Radom Rolnicze wykorzystanie masy pofermentacyjnej z biogazowni rolniczej, I.A. Łucka, A.U. Kołodziej Nawozowe wykorzystywanie pozostałości pofermentacyjnych, dr inż. Alina kowalczyk-juśko Biogazownie rolnicze w Polsce, Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Mała biogazownia rolnicza, Instytut na Rzecz Rozwoju Budowa i eksploatacja biogazowni rolniczych, Poradnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych, prof. dr hab. inż. Andrzej Myczko Przewodnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych, Ministerstwo Gospodarki. Instytut Energetyki Odnawialnej