Jak funguje bioplynová elektrárna?

Alternativní zdroje energie jsou v každodenním životě moderního člověka stále sebevědomější. Lidé se naučili využívat pro své účely energii slunce, větru, vody, útrob země i další druhy paliv alternativních k tradičním zdrojům energie.

Aby však letní venkovní rekreace skutečně přinášela potěšení, je nutné se postarat o vytvoření pohodlných civilizovaných podmínek. Minimálně do domu musí být provedena elektrifikace, odpadní kanalizace, rozvody vody a plynu. A pokud obvykle nejsou žádné problémy s prvními třemi, pak mohou nastat vážné potíže s dodávkou energie. Je to dáno především vysokou pracností a nákladností prací na pokládce plynovodu a vybudování rozvodny plynu. V mnoha příměstských osadách nebo rekreačních vesnicích v zásadě neexistuje technická možnost plynofikace. A proto majitelé letních chat instalují autonomní systém dodávky plynu.

Autonomní zplyňování – plynojem

V posledních letech se na trhu plynových zařízení pro domácí použití objevilo řešení problému dodávky energie pro venkovský dům. Jedná se o autonomní zplyňování. A v první řadě mluvíme o instalaci plynových nádrží nebo držáků plynu. Principem použití plynové nádrže je periodické plnění jejího objemu zkapalněným zemním plynem. Dnes existuje mnoho společností, které nabízejí služby pro dodávku LNG specializovanými tankery a plnění plynem do nádrže. V závislosti na objemu můžete zapomenout na jeho údržbu po dobu 3-6 měsíců a využívat domácí plynové spotřebiče naplno, aniž byste přemýšleli o úsporných výdajích.

Mezi nekonvenční zdroje energie patří bioplyn, který se získává ve speciálních zařízeních a používá se k výrobě různých druhů energie využívané člověkem v každodenním životě (teplo, elektřina a palivo pro automobily).

Co je to?

Bioplyn, který je ekologickým palivem, se získává v bioplynových stanicích, jednotkách, které jsou komplexem technických konstrukcí a aparátů sdružených do jednoho technologického cyklu.

Kompletní sestava bioplynové stanice se může lišit v závislosti na její kapacitě, druhu suroviny a výsledného produktu získaného ve formě tepelné nebo elektrické energie, oba druhy energie, nebo pouze bioplyn používaný v plynových kamnech pro domácnost a jako palivo pro auta.

Standardní instalace se skládá z následujících součástí a sestav:

• Zásobník, ve kterém se akumulují suroviny používané pro výrobu bioplynu;
• Míchačky a mlýny různých konstrukcí, rozdělující velké frakce surovin na menší;
• Plynojem, hermeticky uzavřená nádoba, která slouží jako zásobník na výsledný plyn;
• Reaktor, kontejner nebo nádrž, ve kterých probíhá proces tvorby biopaliva;
• Systémy pro dodávání surovin do reaktoru elektrárny;
• Systém pro přenos výsledného paliva z reaktoru a zásobníku plynu, dále do fází zpracování a přeměny na jiné druhy energie;
• Automatizační, ochranné a řídicí systémy pro výrobu plynu a produktů jeho zpracování.

Výše uvedené schéma konvenčně znázorňuje technologický cyklus výroby bioplynu za použití kapalných a pevných surovin s jeho dalším zpracováním a výrobou tepelné a elektrické energie.

Kdo potřebuje bioplynové stanice

Vzhledem k tomu, že pro moderního člověka je poměrně obtížné obejít se bez tepla a elektřiny, potřebuje bioplynové stanice, což jsou jednotky produkující tyto druhy energie, každý a všude. Jediným faktorem, který ovlivňuje nutnost a možnost instalace takové jednotky na tom či onom místě, je přítomnost dostatečného množství organických surovin nezbytných pro provoz zařízení.

Navíc v naší době boje za čistotu světa, ohleduplnosti k životnímu prostředí při výrobě energie a provozu na alternativní paliva jsou tato zařízení stále více využívána jak u nás, tak v zahraničí.

Princip

Princip činnosti takových zařízení je založen na fermentaci a rozkladu organických odpadů ze zemědělství a jiných průmyslových odvětví, prováděné v reaktoru bioplynové stanice, pod vlivem speciálních hydrolytických, kyselinotvorných a metanotvorných bakterií. V důsledku rozkladu surovin vzniká bioplyn tvořený směsí metanu, oxidu uhličitého a nečistot jiných plynů (amoniak, sirovodík, dusík atd.).

Provoz bioplynové stanice se provádí následovně:

• Do skladovacích nádrží se dostávají odpadní produkty hospodářských zvířat (hnůj), odpady z potravinářského a jiného průmyslu (zpracování dřeva);
• Při použití surovin vyžadujících mletí se provádí i tato operace, po které se připravená surovina pomocí čerpadel, dopravníků (u pevných druhů surovin) dostává do přečerpávací nádrže (ve schématu kyselé nádrže), kde se biomasa je dodatečně zahříván;
• Připravená surovina vstupuje do bioreaktoru, který musí být pevný, kyselinovzdorný a hermeticky uzavřený, což určuje proces výroby bioplynu;
• Pro vytvoření optimálních podmínek pro rozklad připravených surovin a pro urychlení fermentačního procesu jsou v reaktoru obvykle instalována zařízení, která zajišťují přídavný ohřev a míchání produktů rozkladu;
• Optimální teplotní režim pro provoz bioreaktoru je +40,0 *С;
• V důsledku rozkladu a fermentace se po určité době, která závisí na vstupní surovině a technických možnostech konkrétního zařízení, tvoří bioplyn a biohnojiva;
• Bioplyn se akumuluje v plynové nádrži, která může být oddělena od bioreaktoru nebo s ní namontována v jediném krytu;
• Biohnojiva jsou akumulována v kapacitě samotného bioreaktoru a po ukončení fermentačního procesu jsou odváděna pro další použití;
• Bioplyn pod tlakem vytvořeným v plynové nádrži vstupuje do čistícího systému, po kterém je spotřebiteli využíván k získávání elektrické, tepelné energie a pro domácí spotřebu;
• Biohnojiva vstupují do skladovací nádrže, poté se separací rozdělí na pevnou a kapalnou, poté se použijí k určenému účelu.

Srovnání bioplynu s jinými zdroji energie

Při porovnání výroby bioplynu, který slouží jako palivo pro získávání různých druhů energie, s jinými druhy alternativní energie, jako jsou solární elektrárny a větrné generátory, je vidět, že tyto elektrárny mají jednu výhodu, a to schopnost pracovat bez ohledu na vnější faktory (počasí, sezónnost atd.) v nepřetržitém a celoročním cyklu.
Další aspekt využití bioplynových stanic, jako je schopnost plně využít instalovaný výkon jednotek, je porovnává s tradičními zařízeními na výrobu energie (ropa, plyn atd.) a zaručuje jejich využití v krátkodobém i dlouhodobém horizontu. .

Vnitřní energie 1,0 m3 bioplynu, srovnatelná s:

1. 0,6 m3 zemního plynu;
2. 0,74 l oleje;
3. 0,65 l motorové nafty;
4. 0,48 litru benzínu.

Při spálení 1,0 m3 bioplynu se uvolní 9,0 kW tepelné energie, což umožňuje vyrobit až 1,5 kW elektrické energie nebo vytopit místnost o ploše až 80,0 m2 po dobu několika hodin.

Charakteristiky hořlavosti bioplynu a jiných hořlavých plynů se poněkud liší, pro srovnání jsou uvedeny v následující tabulce:

Funkce	Plyn
	Jednotka	Bioplyn	Zemní plyn	Propan	Metan
Kalorická hodnota	kWh/m3	6,0	10,0	26,0	10,0
Hustota	kg / m3	1,2	0,7	2,01	0,72
Poměr hustoty se vzduchem	kg / m3	0,9	0,54	1,51	0,55
Bod vzplanutí	*S	700	650	470	650
Rychlost šíření plamene ve vzduchu	m / s	0,25	0,39	0,42	0,37
Limit vznícení plamene ve vzduchu	%	6,0 – 12,0	5,0 – 15,0	2,0 – 10,0	5,0 – 15,0

Bioplyn je alternativní druh paliva, který postupně dobývá trh s obnovitelnými zdroji energie v různých zemích a na různých kontinentech naší planety.

Bioplynová stanice pro soukromý dům

Vzhledem k tomu, že na osobních vedlejších pozemcích je množství organického odpadu a dřevozpracujících produktů a produktů zpracování plodin omezeno, neměly by být bioplynové stanice považovány za hlavní a jediný zdroj energie bez ohledu na směr (teplo, elektřina, plyn). vhodné.

Kromě toho je třeba vzít v úvahu, že při provozu takových zařízení se uvolňuje celá skupina dalších plynů (sirovodík, čpavek atd.), které se vyznačují specifickým nepříjemným zápachem, který vyžaduje instalaci instalace v určité vzdálenosti od obytných prostor.

Strukturálně může takové nastavení vypadat takto:

• Hlavním prvkem je reaktor, což je nádoba odpovídající objemu surovin. Nádrž lze instalovat v různých provedeních (podzemní, nadzemní a částečně zakopaná).
• Nádoba musí být opatřena nakládacím poklopem, vypouštěcím potrubím nebo výstupem plynu, poklopem pro vyjímání zpracovávaných surovin (lze kombinovat s nakládacím) a v případě potřeby míchacím mechanismem. Namontované jednotky a prvky musí být hermeticky uzavřeny a udržovat určitý tlak.
• Na výstupní potrubní armaturu je připojeno výtlačné potrubí, na kterém je instalován uzavírací ventil a manometr pro kontrolu tlaku výsledného plynu.
• V případě potřeby lze instalovat elektrický pohon na míchadlo zařízení, stejně jako čerpadlo a dopravník v systémech zásobování surovinami.

Pro zemědělství

Pokud má farma nebo jiný malý podnik průměrné množství organického odpadu (pila, skleník, drůbežárna atd.), je možné namontovat větší zařízení, které mu umožní uspokojit vlastní potřeby tepla a elektřiny.
V tomto případě je proces výroby paliva podobný procesu, při soukromém použití je rozdíl pouze ve výkonu jednotek a podle toho v objemech zpracovávaných surovin.

Strukturálně by to mohlo vypadat takto:

Tento diagram ukazuje:

• 1 – skladovací kapacita odpadních produktů hospodářských zvířat (hnůj);
• 2 – fekální čerpadlo, zajišťující dodávku hnoje ke zpracování;
• 3 – kotel (reaktor), jednotka, ve které probíhá proces rozkladu a fermentace surovin;
• 4 – prvek, který zajišťuje odstranění zpracovávaných surovin;
• 5 – výstupní potrubí;
• 6 – plynojem, akumulátor bioplynu;
• 7 – zařízení pro přeměnu plynu na tepelnou energii (plynový hořák);
• 8 – přijatá tepelná energie;
• 9 – zařízení pro přeměnu plynu na elektrickou energii (vyvíječ plynu);
• 10 a 11 – elektrická a tepelná energie získaná při provozu vyvíječe plynu.

Bioplynová stanice pro podniky

Když velký podnik s velkým množstvím výrobního odpadu staví bioplynovou stanici, samotný proces se neliší od výše uvedených možností (osobní a farmářské).

Jediný rozdíl je v síle instalace, jejích geometrických rozměrech, dostupnosti automatizačních a ochranných zařízení. Varianta takové instalace pro velký podnik může vypadat takto:

U velkých bioplynových stanic se zpravidla kromě standardních operací popsaných ve výše uvedených možnostech konfigurace používají také další, jsou to:

1. několik stupňů čištění plynu;
2. příprava plynu před dodáním ke zpracování;
3. chlazení před přívodem do generátoru plynu;
4. jiné systémy, v závislosti na konstrukci závodu a typech použitých surovin.

Průměrné ceny

V současné době vyrábí bioplynové stanice řada tuzemských i zahraničních firem.

Nejoblíbenější mezi různými skupinami uživatelů jsou následující modely:

• Mini bioplynová stanice BUG-M, vyrobená v Rusku. Instalační sada obsahuje zařízení s kapacitou 1,0 m3 (100 l) zpracovávaných surovin a výstupem hotového výrobku ve formě bioplynu v množství 1,0 m3 / den a hnojiva – 100 l / den.
  Cena sady je od 170000,00 XNUMX rublů.
• Bioplynová stanice “BioMash-20”, vyrobená v Rusku.

Objem zpracovávaných surovin je 700,0 kg/den, přičemž výtěžnost hotového výrobku je:

1. Elektrická energie – až 20,0 kW / h;
2. Tepelná energie – až 2,4 Gcal / den.
   Tento model lze použít na farmách hospodářských zvířat pro chov až 12 kusů dobytka, 250 prasat nebo až 1200 ptáků různých druhů. Náklady na sadu zařízení jsou od 2000000,00 XNUMX XNUMX rublů.

• Bioplynové komplexy různých kapacit, Rucons Gobal UG (Německo).
  Všechna zařízení jsou vyrobena z nerezové oceli a osazena v samostatných technologických modulech (fermentace, míchání, fermentace, automatizace a řízení atd.).
  Náklady na sadu v závislosti na výkonu – od 2500000,00 rublů.

Jak si vyrobit vlastní ruce

Pokud víte, jak pracovat s různými ručními nástroji, máte instalatérské a svářečské dovednosti, stejně jako volný čas a touhu, můžete si vyrobit bioplynovou stanici s nízkým výkonem vlastníma rukama.

Práce se provádějí podle níže uvedeného schématu a v následujícím pořadí:

1. Je namontována nádoba reaktoru, ve které bude probíhat fermentace. K tomu se použije kovový kontejner nebo se zkonstruuje betonová konstrukce (č. 1 ve schématu), libovolného tvaru.
2. V horní části reaktoru (č. 3 na schématu) je vyrobeno víko a v bočních stěnách jsou otvory pro nakládání surovin (č. 2 na schématu) a vykládání zpracovaného materiálu (č. % na schématu). diagram). Víko a otvory musí být vzduchotěsné.
3. Samostatně se instaluje plynojem, zařízení, které slouží jako akumulátor bioplynu (č. 4 ve schématu).
4. Od plynojemu do místa spotřeby (č. 6 ve schématu) je namontováno potrubí s osazením armatur a ochranných prvků (ventily a šoupátka).

Výhody a nevýhody

Palivo vyrobené v bioplynových stanicích (bioplyn) je obnovitelný a alternativní tradiční zdroj energie.

Použití takových jednotek umožňuje dosáhnout pozitivních výsledků v různých složkách jejich aplikace, jsou to:

• Environmentální – při instalaci takových zařízení v blízkosti podniků, které jsou dodavateli surovin, je kolem nich snížena ochranná hygienická zóna. Snižují se emise škodlivých látek do ovzduší.
• Energie – mít dostupné suroviny za minimální ceny a někdy i bez nich (zdarma), v důsledku toho spotřebitel dostává různé druhy energie a paliva za nízkou cenu.
• Ekonomické – instalace bioplynových stanic umožňuje vyhnout se výstavbě čistíren a bariérových zařízení (rozmetání hnoje v komplexech hospodářských zvířat) a nákladům na likvidaci odpadu.

Výhody takových jednotek jsou také:

1. Dostupnost různých druhů surovin.
2. Nevyčerpatelnost surovinové základny, zajištěná růstem zemědělské výroby a objemem produktů potravinářského průmyslu.
3. Zajišťuje likvidaci živočišného odpadu a organického odpadu.

Nevýhody jsou:

1. Bioplyn je ekologickým typem paliva, ale při spalování uvolňuje do ovzduší určité množství škodlivých látek.
2. Územní závislost umístění zařízení na území, kde se nacházejí zdroje surovin (velké komplexy hospodářských zvířat, zpracovatelské podniky a objekty zemědělské výroby).
3. Vysoké náklady na sadu zařízení, a tedy dlouhá doba návratnosti.

Bioplynová stanice je speciální bioreaktor určený pro výrobu bioplynu zpracováním odpadů z potravinářského průmyslu, živočišné výroby a zemědělství. Jako substrát se používá hnůj skotu, prasečí hnůj a drůbež, výstupní siláž je bioplyn a vysoce účinné tekuté organické hnojivo.

Přečtěte si, jaké typy instalací existují na stránce „Instalace na bioplyn“.

Princip činnosti

Provoz bioplynové stanice je založen na procesu fermentace a rozkladu organického odpadu, ke kterému dochází vlivem teploty a speciálních bakterií – hydrolýza, metanotvorná, kyselinotvorná. Výsledný bioplyn je směs několika plynů najednou: oxid uhličitý (asi 33 %), metan (asi 63 %), sirovodík (asi 2 %), amoniak (asi 1 %). V tomto případě se procento plynů může lišit v závislosti na použitých surovinách. Ale takové změny jsou malé.

Z čeho se získává bioplyn?

Pro instalaci jsou vhodné různé odpady: hnůj, rostlinné zbytky, organický odpad z chovů hospodářských zvířat, zbytky potravin, pevný odpad, odpad z masných jatek atd. Navzdory tomu, že většina odpadů je vhodná ke zpracování v bioplynové stanici, existují i ​​omezení týkající se kvality použitých surovin. K recyklaci by se tedy měl používat pouze čerstvý a mokrý odpad. To je způsobeno tím, že v čerstvé biomase vysoká aktivita mikroorganismů umožňuje získat maximální procento výtěžnosti bioplynu. A k tomu je nutné zajistit požadovanou úroveň viskozity suroviny. Zatímco přítomnost suchých prvků zpomaluje proces fermentace a může dokonce zcela zastavit uvolňování bioplynu. Detergenty, antibiotika a rozpouštědla nelze recyklovat – neobsahují bakterie potřebné k aktivaci fermentačního procesu.

Bioplynová stanice funguje následovně:

1. Zpracované produkty jsou umístěny do násypky.
2. V případě potřeby lze suroviny dále drtit.
3. Zahřívání biomasy na požadovanou teplotu urychlí proces fermentace.
4. Vlastní proces zpracování surovin probíhá v uzavřené, hermeticky uzavřené nádobě s vyloučením i minimálního přístupu kyslíku. Po celou dobu zpracování je udržována požadovaná teplota – přibližně 40 stupňů Celsia. Pokud teplota klesne níže, proces fermentace bude trvat déle. Při vyšších teplotách dochází k rychlému odpařování vody ze suroviny, což má za následek nedostatečnou úroveň rozkladu. Pro urychlení postupu lze použít speciální mixér, který bude biomasu pravidelně promíchávat zevnitř.
5. Samostatný výstup produktu – bioplyn a hnojivo.

Schéma instalace

Provozní schéma zařízení předpokládá nepřetržitý proces – nový odpad lze do zařízení nakládat tak, jak se zpracovává předchozí dávka.

Výstavba

Zařízení na výrobu bioplynu se skládá z následujících hlavních prvků:

1. Zpracovací násypka – jedná se o přijímací zařízení pro biomasu, která bude následně zpracována. Zde lze také velké části biomasy v případě potřeby rozdrtit.
2. Přechodová nádrž – slouží k ohřevu surovin.
3. Bioreaktor je hlavní součástí každé bioinstalace. Zde probíhá proces fermentace biomasy. Na bioreaktor jsou kladeny poměrně vážné požadavky. Mělo by se jednat o utěsněnou nádobu vyrobenou z odolné oceli (volitelně z betonu s protikyselinovým povlakem). Reaktor musí být dobře izolován, aby bylo zajištěno udržení požadované teploty.
4. Systém horkovodních trubek, které ohřívají reaktor a biomasu.
5. Reaktor může být navíc vybaven směšovačem pro míchání biomasy během celého procesu rozkladu.
6. Držák plynu. Zařízení vypouští bioplyn do plynové nádrže přes výstup plynu připojený k reaktoru. Plynová nádrž je vybavena speciálními ventily, které zajišťují výstup a spalování přebytečného objemu plynu a eliminují nadměrné zvýšení tlaku.
7. Separátor – sem jdou hnojiva. Zde se výsledná hmota rozdělí na pevnou část (vermikompost) a tekuté hnojivo.
8. Systém pro převedení a zpracování vzniklého bioplynu na jiné druhy energie – elektřinu nebo teplo.
9. Automatizace zodpovědná za celý technologický proces.

Zařízení mohou být také vybavena dalšími systémy: systémy vypouštění procesní vody, jednotka pro dodatečné čištění bioplynu, systém zkapalňování plynu a další možnosti.

Kontrola procesu

Aby byla zajištěna kontinuita procesu, musí být bioreaktor na výrobu bioplynu plně automatizován. Proces rozkladu biomasy trvá několik dní a je důležité zajistit nepřetržitý monitoring, který dokáže pouze automatizace. V některých (nejjednodušších) jednotkách však lze jednotlivé etapy provádět v mechanizovaném režimu (krmení surovin, míchání biomasy).

Vlastnosti technologických procesů rozkladu biomasy do značné míry závisí na tom, jaký režim fermentace se v zařízení používá. Dva nejběžnější režimy jsou termofilní a mezofilní. Oba režimy jsou kriticky závislé na přítomnosti externího zdroje tepla a udržování teploty během celého procesu.

Termofilní režim se vyskytuje při teplotě 50-55 stupňů. Vyšší teplota umožňuje zničit většinu patogenních mikroorganismů a také zajišťuje, že termofilní reakce probíhá téměř 2x rychleji (v průměru 5-10 dní). Kvalita výsledného bioplynu (procento obsahu metanu) a hnojiva (procento obsahu dusíku) je však nižší. Tento režim je energeticky náročnější. Bakterie vzniklé za termofilních podmínek jsou navíc velmi citlivé na změny teploty – přípustné rozdíly mohou být do 0,5 stupně za hodinu.

Provozní teplota pro mezofilní režim se pohybuje od 30 do 40 stupňů. Proces rozkladu biomasy přitom probíhá 1,5-2x pomaleji (v průměru 10-20 dní). Kvalita bioplynu a hnojiv je však vyšší. Pokud jde o změnu teploty během fermentačního procesu, rozdíl může být do 1 stupně za hodinu.

V současné době již existují zařízení s několika reaktory zapojenými paralelně nebo sériově. Přidáním reaktorů můžete zvýšit výkon zařízení, ale náklady budou nižší než nákup několika samostatných zařízení. Na základě schématu zapojení bude proces nakládání a vykládání probíhat podle různých algoritmů.

Při délce cyklu 20 dní se vykládka/zatížení paralelně zapojených reaktorů provádí střídavě každých 20/N dní, kde N je počet reaktorů. Ve skutečnosti se v každém z reaktorů za 20 dní vymění 2/3 surovin. Paralelní zapojení umožňuje získat vysoce kvalitní biohnojiva, ale produkce bioplynu v tomto případě bude nerovnoměrná.

Při stejné délce cyklu 20 dní vyžaduje sériové zapojení reaktorů každodenní vykládání a přidávání 1/20 celkové kapacity všech reaktorů. V tomto případě můžete získat vysoce kvalitní bioplyn, ale kvalita biohnojiva bude záviset na celkovém počtu reaktorů v zařízení.