Skúsenosti z prevádzky bioplynovej stanice
description
Transcript of Skúsenosti z prevádzky bioplynovej stanice
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 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