Surowce do produkcji biogazu

Transkrypt

1 Surowce do produkcji biogazu uproszczona metoda obliczenia wydajności biogazowni rolniczej Andrzej Curkowski Instytut Energetyki Odnawialnej (EC BREC IEO)

2 Potencjał energetyczny biomasy z odpadów i z upraw do roku 2020 Odpady stałe/suche (do spalania) TJ, Drewno opałowe i odpadowe z lasów państwowych (do spalania) TJ, Odpady organiczne mokre (do produkcji biogazu) TJ, z takich przemysłów jak: tłuszczowy (makuchy), ziemniaczany (osady, odpady skrobiowe), cukrowniczy (osady po myciu buraków), drobiarski i mięsny, owocowo-warzywny, spirytusowy i piwowarski, odpady z przemysłu biopaliw (gł. faza glicerynowa z estrowni i wywar gorzelniany). odpady z hodowli zwierzęcej (gnojowica) Uprawy energetyczne TJ, rośliny skrobiowo-cukrowe (do produkcji bioetanolu) TJ rzepak (do produkcji biodiesla) TJ kiszonki z kukurydzy i uŝytków zielonych (do produkcji biogazu) TJ rośliny lignocelulozowe, np. wierzba (do spalenia lub zgazowania) TJ

3 Potencjał ekonomiczny odnawialnych zasobów energii oraz stan jego wykorzystania na 2006 rok Potencjały odnawialnych zasobów energii Realny potencjał ekonomiczny- energia końcowa Stan wykorzystania potencjału ekonomicznego na 2006 r Rodzaje odnawialnych zasobów energii [TJ] [TJ] [%] Energetyka słoneczna, w tym: ,2 149,8 0,18% termiczna, w tym: ,9 149,6 0,18% przygotowanie cwu ,9 149,6 0,41% ogrzewanie co ,0 0,0 0,00% Fotowoltaiczna 159,3 0,2 0,11% Energia geotermiczna, w tym: , ,0 12,4% głęboka 4 200,0 535,0 12,7% Płytka 8 167, ,0 12,2% Biomasa, w tym: , ,0 32,0% odpady stałe suche , ,2 97,0% biogaz (odpady mokre) , ,0 2,12% drewno opałowe (lasy) , ,8 100,0% uprawy energetyczne, w tym: , ,0 1,41% celulozowe ,0 0,0 0,00% cukrowo-skrobiowebioetanol , ,0 11,90% rzepak-biodiesel , ,0 3,94% kiszonki kukurydzy-biogaz ,9 0,0 0,00% Energetyka wodna , ,2 40,90% Energetyka wiatrowa, w tym ,6 921,6 0,21% na lądzie ,5 921,6 0,24% na morzu ,0 0,0 0,00% Razem ,4%

4 Substraty stosowane do produkcji biogazu Odpady rolnicze: odchody zwierzęce, uprawy energetyczne, odpady z hodowli roślin, ścinki trawy i odpady ogrodnicze, resztki jedzenia. Odpady przemysłowe: spoŝywcze, mleczarskie, cukrownicze, farmaceutyczne, kosmetyczne, biochemiczne, papiernicze, mięsne.

5 Kofermentacja Proces fermentacji, w którym stosowana jest mieszanina róŝnych substancji organicznych; Substancje organiczne mają róŝne tempo rozkładu i róŝnią się pod względem ilości powstałego w wyniku fermentacji biogazu; Dodanie materiału uzupełniającego o większej produktywności biogazu zwiększa efektywność ekonomiczną procesu; Fermentacja odchodów zwierzęcych wymaga uzupełnienia innymi substratami o większej zawartości suchej masy organicznej w jednostce masy lub objętości odpadów; Zawartość suchej masy mieszanki powinna być =< 12 % dla fermentacji mokrej lub ok % dla fermentacji suchej.

6 Potencjał produkcji biogazu Określanie potencjału produkcji biogazu z substratów Laboratoryjne próby fermentacyjne: substratów na etapie doboru substratów, dane gromadzone w atlasach mieszanin substratów na etapie doboru technologii są wykonywane przez specjalistyczne laboratoria (m.in. Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, IBMER Poznań) Atlasy substratów: Gromadzą dane na temat substratów procentowej zawartości s.m. w 1 t substratu procentowej zawartości s.m.o w s.m. produktywności metanu z 1 t s.m.o. Pozwalają na teoretyczną ocenę produkcji biogazu Instytucje badawcze zajmujące się tworzeniem atlasów KTBL (Das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft) Atlas substratów Projektu EU Agrobiogas (ponad 200 substancji)

7 Gnojowica - główny substrat do produkcji biogazu rolniczego Skład gnojowicy: - kał i mocz zwierząt gospodarskich (bydło, trzoda chlewna, drób) - woda Właściwości: - wysoka produktywność biogazu: dla gnojowicy świńskiej ok. 300 m 3 metanu z 1t s.m.o. - dobre właściwości buforujące - wysokie uwodnienie - podstawowy substrat w fermentacji mokrej (s.m. mieszanki =<12%) Zalety stosowania gnojowicy w kofermentacji: - utylizacja uciąŝliwego odpadu (odory, niekontrolowane emisje CH 4 ) - dobry substrat przy produkcji biogazu - produkcja wartościowego nawozu

8 Bydło Trzoda chlewna Drób Parametr Jednostka Obornik Gnojowica Obornik Gnojowica Obornik Gnojowica s.m. t s.m./t odpadów 0,237 0,095 0,238 0,066 0,303 0,15 s.m.o. t s.m.o/t s.m. 0,764 0,774 0,799 0,761 0,727 0,756 s.m.o. /SD kg s.m.o/djp/d 3-5,4 średnio: 4,2 2,5-4 średnio: 3,3 5,5-10 średnio: 7,78 Produkcja biogazu m 3 /t s.m.o 249,4 225,5 228,0 301,0 230,0 320,0 Produkcja biogazu m 3 /DJP/d 1,5-2,9 średnio: 2,2 0,56-1,5 średnio: 1,03 0,6-1,25 średnio: 0,93 3,5-4,0 średnio: 3,75

9 Produkcja biogazu z odpadów z hodowli zwierzęcej Odpady z hodowli zwierzęcej % s.m, % s.m.o. 90 m3/t s.m.o gn ojowica kurza gn ojowica krów mlecznych gn ojówka % s.m % s.m.o. m3/t s.m.o.

10 Rośliny energetyczne Rośliny korzeniowe i bulwiaste Rośliny kapustne Rośliny strączkowe Trawy i zboŝa Rośliny oleiste ziemniaki kapusta groch pszenica dynia burak pastewny kalafior bób owies rzepak buraki cukrowe gorczyca koniczyna jęczmień słonecznik kalarepa Ŝyto sorgo kukurydza trawa

11 Produkcja biogazu z roślin energetycznych % s.m, % s.m.o Rośliny energetyczne m3/t s.m.o trawa siano trawa kiszonka rzepak - kiszonka bób - kiszonka kukurydza - kiszo nka cebula buraki cukrowe burak pastewn y % s.m % s.m.o. m3/t s.m.o.

12 Kiszonka kukurydziana wysoka wydajność produkcji biogazu w porównaniu do innych roślin zboŝowych, mniejsze koszty pozyskania w porównaniu z innymi uprawami, Składowanie kiszonki nie wymaga zmiany dotychczas stosowanej techniki uprawy i zbioru, łatwe długookresowe magazynowanie. Dozowanie kiszonki do komory fermentacyjnej

13 Odpady poubojowe Substrat o wysokiej produktywności biogazu Podczas fermentacji wydzielane są związki H 2 S Konieczność zastosowania instalacji do odsiarczania Wymóg higienizacji wg Rozporządzenia nr 1774/2002 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 3 października 2002 r. ustanawiającym przepisy sanitarne dotyczące produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego nie przeznaczonych do spoŝycia przez ludzi [OJ L p z późn. zm.]

14 Produkcja biogazu z odpadów poubojowych % s.m, %s.m.o 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 Odpady poubojowe m3 CH4/t s.m.o. 750,00 700,00 650,00 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 % s.m % s.m.o. m3/t s.m.o.

15 Produkcja metanu Stanowi ok. 65% całkowitej produkcji biogazu. Roczna produkcja metanu w biogazowni obliczana jest wg formuły: M = O x SM x SMO x P [m3/rok], gdzie: M - roczna produkcja metanu [m3/rok] O roczna ilość odpadów [t/rok] SM - procentowa zawartość suchej masy w 1 t substratu [%] SMO - procentowa zawartość suchej masy organicznej w suchej masie organicznej [%] P - potencjał produkcji metanu [m3/t s.m.o.]

16 wartość kaloryczna metanu: 9,17 kwh/m3, Wytwarzanie energii sprawność agregatu (w zaleŝności od producenta): cieplna: 40-43%, elektryczna: 30-40%, czas pracy agregatu w ciągu roku: h/r, (dyspozycyjność urządzenia na poziomie 85-95%, średnio h), ilość wyprodukowanego ciepła brutto i netto: całkowita produkcja ciepła brutto pomniejszona jest o zuŝycie ciepłą na cele technologiczne. Przyjmuje się, Ŝe w skali roku ciepło wykorzystywane na potrzeby własne to 25-40% całkowitej produkcji ciepła. ilość wyprodukowanej energii elektrycznej brutto i netto: całkowita produkcja energii elektrycznej pomniejszona jest o zuŝycie na potrzeby technologiczne (mieszadła, pompy, układ sterowania, oświetlenie etc.), średnio ok. 9% wyprodukowanej energii. ze względu na mechanizmy wsparcia dla zielonej energii elektrycznej zazwyczaj całą wyprodukowana energię przekazuje się do sieci elektro-energetycznej, a na potrzeby procesowe kupuje się energię elektryczną po niŝszej cenie.

17 Kalkulator do obliczeń biogazowni Substraty (ponad 100 pozycji, moŝliwość dodawania substratów własnych) Produkcja energii

18 Nakłady inwestycyjne Ekonomika

19 Kalkulator do obliczeń biogazowni Produkcja biogazu [m 3 /r] Produkcja metanu [m 3 /r] Zawartość suchej masy w mieszaninie substratów [% s.m] Teoretyczna moc elektryczna [MW e ] Teoretyczna moc cieplna [MW t ] Produkcja energii elektrycznej (netto, brutto) [MWh/r] Produkcja ciepła (netto, brutto) [GJ/r] Nakłady inwestycyjne (min, śr, max) [mln PLN] Prosty okres zwrotu inwestycji [lata]

20 Dziękuję za uwagę