Przegląd biogazowni rolniczych. Budowa, elementy składowe, instalacje i wyposażenie. mgr inż. Ludwik Latocha mgr inż. Dariusz Wereszczyński
Produkcja biogazu rolniczego oparta jest o proces mezofilnej fermentacji metanowej. Jest to zespół procesów biochemicznych, w których związki organiczne pochodzenia naturalnego takie jak węglowodany, skrobia, pektyny, cukry, białka oraz tłuszcze roślinne i zwierzęce rozkładane są do metanu i dwutlenku węgla. Produktem otrzymywanym w wyniku fermentacji jest biogaz składający się z metanu w 55 75 % i dwutlenku węgla w 25-45%. Ilość otrzymywanego biogazu zależy od składu fermentowanej biomasy
Dostawa substratów pozyskanie i składowanie (np. zakiszanie) przygotowanie (rozdrabnianie, rozcieńczanie) wprowadzanie do komory (przenoszenie, pompowanie) Produkcja biogazu działanie bakterii w komorze fermentacyjnej uzdatnianie biogazu (osuszanie, odsiarczanie) Reszta pofermentacyjna składowanie i/lub uzdatnianie oddzielanie części stałej wywózka na pola wykorzystanie części stałej Energia wykorzystanie energii elektrycznej (sprzedaż) wykorzystanie ciepła (ogrzewanie, cwu)
Źródło substratu Rolnictwo Przemysł, przetwórstwo rolnospożywcze Rodzaj materiału wsadowego - żywienie zwierząt (bydło, trzoda chlewna, drób): gnojowica, obornik, resztki z żywienia - produkcja roślinna produkty lub pozostałości z produkcji, odpady - uprawa roślin energetycznych - kiszonka kukurydzy, traw, innych roślin - przetwórstwo owoców i warzyw (obierki, wytłoki) - przemysł cukierniczy (melasa, kawałki korzeni, woda odpadowa) - browary (wysłodziny, woda odpadowa) - produkcja soków (odpady z czyszczenia, wytłoki) - mleczarnie (serwatka i woda odpadowa) - przetwórstwo mięsa (odpady z rzeźni) - przemysł rybny (odpady, olej rybny) - produkcja wina, alkoholi (wytłoki, wywary) Odpady komunalne - gospodarstwa domowe, - rynki, targi (uszkodzone i zepsute owoce i warzywa i ich części) - separatory tłuszczu (tłuszcze, pozostałości z flotacji) - kuchnie i stołówki, firmy, hotele (resztki posiłków i z gotowania) - tereny publiczne (z pielęgnacji trawników, liście)
Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo Energetyczne Art. 3 pkt. 20 a) biogaz rolniczy paliwo gazowe otrzymywane z surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości przemysłu rolno-spożywczego lub biomasy leśnej w procesie fermentacji metanowej. Należy pamiętać, że chcąc skorzystać ze wszystkich udogodnień, przywilejów i profitów wynikających z faktu produkcji biogazu rolniczego, trzeba spełnić podstawowy wymóg ustawowy, czyli produkować go z odpowiednich, dopuszczonych przepisami substratów.
Średnie zawartości składników biogazu Składnik Zawartość Metan (CH 4 ) 50 75% Dwutlenek węgla (CO 2 ) 25 45% Woda (H 2 O) 2 7% Siarkowodór (H 2 S) 20 20 000 ppm* Azot (N 2 ) < 2% Tlen (O 2 ) < 2% Wodór (H 2 ) < 1%
Ilość energii możliwa do uzyskania z 1 ha upraw Substrat roślinny Plon Biogaz Energia t / ha m 3 / ha GJ / ha kwh / ha elektr. - kwh / ha Kukurydza 30-50 6 050-6 750 87-145 36 300-40 500 14 520-16 200 Lucerna 25-35 3 960-4 360 85-94 23 760-26 160 9 504-10 464 Żyto 30-40 1 620-2 025 35-43 9 720-12 150 3 888-4 860 Pszenżyto 30 2 430 52 14 580 5 832 Burak cukrowy korzeń 40-70 10 260 220 61 560 24 624 Burak cukrowy liście 30-50 3 375 72 20 250 8 100 Słonecznik 30-50 2 430-3 240 52-70 14 580-19 440 5 832-7 776 Rzepak 20-35 1 010 1 620 22-37 6 060-9 720 2 424-3 888
Biogazownia na terenie gospodarstwa w Klasztorze Benedyktynów w Benediktbeuren.
Biogazownia 190 kw w Lauterbach
Fotografia satelitarna, gospodarstwa agroturystycznego Mohrenhof w Lauterbach z biogazownią (90 m od pola kempingowego)
Domki kampingowe w Lauterbach
Betonowe komory fermentacyjne biogazowni zagłębione w gruncie. (gospodarstwo hodowla trzody ok. 3000 szt.)
Biogazownia Holandia van de Groep. Moc: 2 X 625 kw e. Wsad: odpady rzeźnicze, przeterminowane tusze ryb, wyroby cukiernicze, woda i tłuszcze z ubojni itp. Dzienna dawka wsadu 55 ton.
Biogazownia w mleczarni w Wels /Austria Fermentacja serwatki i popłuczyn. Czas zatrzymania ~72h. Moc : 500 kw e Instalacja membranowa do wstępnego usuwania protein
Prato / Prad (Włochy). Biogazownia gminna (gmina turystyczna, 15 km 2 powierzchni, 8880 mieszkańców). Dostawcy substratów: 44 małe gospodarstwa i 5 restauracji. Biogaz przesyłany rurociągiem do centrum energetycznego odległego ok. 2,5 km.
Przykład biogazowni kompaktowej (zespolonej) w Szwajcarii.
Biogazownia z dużą przewagą kiszonki z trawy (k/oldenburg`a) Dwie komory fermentacyjne po 1.000 m3 + komora dofermentowania 1.000 m3. Zbiornik końcowy 3.000 m3, separacja masy pofermentacyjnej na część stałą i płynną. Temperatura pracy komór 48 0 C. Zawartość metanu w biogazie 53 %. Dwa generatory 190 kw e i 347 kw r = 537 kw e średnie obciążenie 95 %. Dziennie: 31,0 t - kiszonka trawy; 2,8 t kiszonka kukurydzy; 4 m 3 gnojowica bydlęca; 1,6 t uszkodzone kolby kukurydzy.
PENKUN (Niemcy) ok. 10 km od Polskiej granicy. Największa biogazownia rolnicza w Europie, moc 20 MW (kompleks 40 jednostek po 0,5 MW)
Biogazownie w Polsce W przedstawionym wyżej wykazie zarejestrowanych jest 27 biogazowni rolniczych!!!
BIO-BUT Sp. z o.o. Łany Wielkie gm. Sośnicowice Biogazownia o mocy 500 kw współpracująca z gorzelnią. Gospodarstwo hodowlane (bydło). Wsad dzienny: - wywar gorzelniany: 50 t - gnojowica z obornikiem: 40 t - kiszonka kukurydzy: 4 t
Biogazownia rolnicza typu PowerRing Moc : 500 kw e 1.Komora fermentacyjna 2.Zbiornik pofermentacyjny 3.Urządzenia załadowcze 4.Stacja pomp
Wnętrze komory fermentacyjnej.
Laguna na resztę pofermentacyjną. Komory fermentacyjne oraz magazyn biogazu.
Biogazownia w m. Kalsk gm. Sulechów, właściciel Giulio Piantini. Moc elektryczna: 1,14 MW. Gospodarstwo rolne: hodowla bydła mlecznego (ok. 2 tys. szt.). Wsad do biogazowni stanowią: obornik, gnojowica oraz kiszonka kukurydzy.
Silos z kiszonką kukurydzy.
Układy kogeneracyjne (4 x 250 kw).
Separator reszty pofermentacyjnej.
Studzionka gm. Pszczyna Biogazownia rolnicza w gospodarstwie Bibiany i Grzegorza Pojdów. Moc ok. 35 kw. Hodowla drobiu i trzody chlewnej. Ok. 30 ha upraw. Przygotowanie terenu pod płytę denną zbiornika.
Wykorzystanie wycofanej z eksploatacji cysterny kolejowej jako komory fermentacyjnej
Układ kogeneracyjny (35 kw).
Zbiornik na resztę pofermentacyjną w małej biogazownia
Widok ogólny działającej biogazowni rolniczej w m. Studzionka.
Biogazownia rolnicza w m. Wisła Mała gm. Pszczyna, właściciel: Janusz Mikołajec
Układ kogeneracyjny (FSO 1500).
Kontenerowa mikrobiogazownia rolnicza KMR 7
Transport KMR 7 do miejsca użytkowania.
Montaż zadaszenia i magazynu biogazu.
Przykładowy zestaw substratów, możliwe uzyski biogazu i energii. Lp Rodzaj wsadu (substrat) Ilośc ton (m3) / rok Ilość ton (m3) / dzień zawartość suchej masy [% ] Ilość ton s.m./rok % s.m.o w s.m. Ilość ton s.m.o. we wsadzie Uzysk biogazu z tony s.m.o. we wsadzie [ m3 ] Ilość uzyskanego biogazu rok [ m3 ] 1 gnojowica świńska 100 0,27 7,0% 7 78,0% 5,46 350 1 911 2 kiszonka trawy 275 0,70 30,0% 83 80,0% 66,00 550 36 300 Energia biogazu [1m3=6 kwh] Energia biogazu [ MWh ] A. reszta pofermentcyjna 164 0,45 2,5% 4 10,0% 0,41 100 41 B. woda 146 0,40 suma : 685 1,82 94 71,87 38 252 229 512,4 229,51 Średni Uzysk roczny Uzysk Uzysk energii cieplnej (45%) uzysk na energii elekrycznej dzienny [ MWh ] godzinę [ kwh ] [ kwh ] [ kwh ] 80,3 103,3 80 329,33 220,08 9,17 10,0 Uzysk energii elektrycznej (35%) [ MWh ] MOC generatora w kw przy 8000 h/rok Średnia objętość dzienna substratu [ m3/t ] Średni czas zatrzyma nia (dni) Wielkość komór fermentacyjnych stalowe-leżące betonowych % s.m. 1,92 30 56 64 13,7%
I ZAŁOŻENIA Nie uwzględnia się kosztu substratów ani wartości reszty pofermantacyjnej. Założono że są równoważne. Pochodzą i pozostaną na gospodarstwie. Czas pracy układu kogeneracyjnego 16 h/dobę 5 840 h/rok Roczne zużycie en.elektr. w gospodarstwie (przykładowo) 22 000 kwh/rok Możliwość wykorzystania en. z własnej produkcji 55% 12 100 kwh/rok Zużycie energii na potrzeby własne biogazowni 10% 5 840 kwh/rok Moc układu kogenracyjnego 10 kw Ilość wyprodukowanej energii elektrycznej 58 400 kwh el Ilość wyprodukowanej energii cieplnej 75 086 kwh th 270,3 GJ en. cieplna do wykorzystania w gospodarstwie 70% 52 560 kwh 189,2 GJ en. cieplna na potrzeby procesu (biogazowni) 30% 22 526 kwh 81,1 GJ II PRZYCHODY Ilość Cena Wartość 1 En.elektryczna sprzedana lokalnemu operatorowi 30 560 kwh 0,190 zł/kwh 5 806 zł 2 En.elektryczna na opotrzeby gospodarstwa 12 100 kwh 0,420 zł/kwh 5 082 zł 3 Sprzedaż zielonych świadectw pochodzenia 58 400 kwh 0,277 zł/kwh 16 177 zł 4 Sprzedaż żółtych świadectw pochodzenia 58 400 kwh 0,127 zł/kwh 7 417 zł 5 Koszt ciepła zużywanego w gospodarstwie 189,2 GJ 35,0 zł/gj 5 000 zł 39 482 zł III WYDATKI 1 Zakup biogazowni 299 250 zł 2 Koszty eksploatacji (serwisu) 1 579 zł /rok IV Dotacje, pomoc finansowa 50% 149 625 zł V SPBT 3,9 lata
Szewnia k. Zamościa
Dozowanie substratów.
Wykorzystanie biogazu do ogrzewania budynków.
4 ust. 4 pkt. 2 b Złożono 135 wniosków. Spółka bierze udział w realizacji 6 projektów.
Biogazownia rolnicza w m. Długie gm. Wąpielsk, p. Wojciech Radoszewski Zbiorniki po byłej mleczarni.
Adaptacja zbiorników stalowych jako komory fermentacyjne.
Zagospodarowanie terenu biogazowni 75 kw w m. Długie.
Schemat technologiczny, bilans masowy i energetyczny.
Plan zagospodarowania terenu biogazowni w m. Trzciana gm. Ujazd. Hodowla brojlerów. Projektowana instalacja o mocy 150 kw.
System wsparcia kolorowe certyfikaty System świadectw pochodzenia, czyli tzw. kolorowych certyfikatów, to rodzaj wsparcia finansowego dla produkcji energii z odnawialnych źródeł oraz kogeneracji. Polega na tym, że wytwórcy produkującemu energię nadawany jest zbywalny certyfikat (świadectwo pochodzenia) za każdą jednostkę wytworzonej energii. Producent energii uzyskuje przychód zarówno z fizycznej sprzedaży energii, jak i z handlu certyfikatami. ZIELONE CERTYFIKATY Przyznawane są za produkcję energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (OZE), do których zalicza się także BIOGAZ. Biogaz rolniczy paliwo gazowe otrzymywane 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. ŻÓŁTE CERTYFIKATY Certyfikaty te można otrzymać za produkcję energii w jednostkach wysokosprawnej kogeneracji, o mocy zainstalowanej do 1 MWe, zasilanych paliwami gazowymi (także biogazem). Kogeneracja - równoczesne wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej lub mechanicznej w trakcie tego samego procesu technologicznego. Innymi określeniami kogeneracji jest skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła oraz skrót CHP (z ang. Combined Heat and Power).