Jak funguje bioplynová stanice?

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.

Podle typu konstrukce jsou bioplynové stanice následujících typů:

– bez zahřívání a bez míchání fermentované organické hmoty v reaktoru;

– bez zahřívání, ale s mícháním organické hmoty;

– za zahřívání a míchání;

– s ohřevem, s mícháním a se zařízeními, která umožňují řídit a řídit proces fermentace.

Rýže. 10 Bioplynová stanice.

První typ bioplynové stanice je vhodný pro malou farmu a je určen pro psychrofilní bakterie: vnitřní objem bioreaktoru je 1-10 m 3 (zpracování 50-200 kg hnoje za den), minimální vybavení, výsledný bioplyn je neskladuje – okamžitě jde do domácích spotřebičů, které jej spotřebovávají. Tuto instalaci lze použít pouze v jižních oblastech, je navržena pro vnitřní teplotu 5-20°C. Odvoz fermentované (fermentované) organické hmoty se provádí současně s naložením nové šarže, expedice se provádí do kontejneru, jehož objem musí být stejný nebo větší než vnitřní objem bioreaktoru. Obsah nádoby se v ní skladuje až do zavedení do hnojené půdy.

Provedení druhého typu je určeno i pro malé farmy, jeho produktivita je o něco vyšší než u bioplynových stanic prvního typu – je vybavena míchacím zařízením s ručním nebo mechanickým pohonem.

Třetí typ bioplynových stanic je kromě směšovacího zařízení vybaven nuceným ohřevem bioreaktoru, teplovodní kotel běží na alternativní palivo vyrobené bioplynovou stanicí. Produkci metanu v těchto zařízeních provádějí mezofilní a termofilní bakterie v závislosti na intenzitě ohřevu a úrovni teploty v reaktoru.

Poslední typ bioplynových stanic je nejsložitější a je určen pro více odběratelů bioplynu, konstrukce stanic obsahuje elektrický kontaktní manometr, pojistný ventil, teplovodní kotel, kompresor (pneumatické míchání organické hmoty), přijímač, zásobník plynu, reduktor plynu a výstup pro nakládání bioplynu do dopravy. Tato zařízení fungují nepřetržitě, umožňují nastavení libovolné ze tří teplotních podmínek díky přesně nastavitelnému vytápění a výběr bioplynu probíhá automaticky.

2.4.4 Výhody a nevýhody bioplynu

Bioplynový průmysl nevyrábí pouze jeden finální produkt, ale celou řadu drahých a důležitých produktů, aniž by poškozoval životní prostředí:

• Teplo – z chlazení generátoru nebo ze spalování bioplynu. Vzniklé teplo se využívá k vytápění místností.

• Elektřina – z 1 m³ bioplynu lze vyrobit cca 2 kW elektřiny.

• Bioplyn – bioplyn lze stlačovat, skladovat, přečerpávat a prodávat. Existují modely aut, které používají jako palivo plyn. Tyto stroje mohou být poháněny biometanem bez další úpravy. Nyní se objevují první plnicí stanice bioplynu. Ve Švédsku a Švýcarsku se biometan dlouhodobě používá v městských autobusech (Volvo, Skania) a nákladních automobilech.

• Hnojiva – hnojiva získaná ve formě fermentované hmoty jsou ekologická, kapalná hnojiva, bez dusitanů, semen plevelů, patogenní mikroflóry a specifických pachů. Spotřeba takových hnojiv je 1-5 tun místo 60 tun neupravené kejdy na obdělávání 1 hektaru půdy. Do výsledného hnojiva lze přidat fosfor, draslík nebo jiná hnojiva v závislosti na plodině, pro kterou bude hnojivo použito. Testy ukazují zvýšení výnosu 2-4krát.

• Likvidace organického odpadu – bioplynové stanice mohou být instalovány jako úpravny na farmách, drůbežárnách, lihovarech, cukrovarech, masokombinátech, což zvyšuje hygienický a hygienický stav těchto podniků.

• Řešení ekologických problémů – výroba bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry, snižuje používání chemických hnojiv a snižuje zatížení podzemních vod.

Skladování bioplynu v uzavřených nádobách zvyšuje požadavky na bezpečnost při používání bioplynových stanic.

Ruský zemědělsko-průmyslový komplex se dnes potýká s problémem likvidace obrovského množství biologického odpadu – nejčastěji je jednoduše odstraněn z zemědělských oblastí a uložen. Začalo docházet k výraznému znečišťování půd, vodních ploch, lesů a pastvin sousedících s farmami. V důsledku toho dochází k vážným ekonomickým, ekologickým a sociálním škodám nejen na zemědělské půdě, ale také na obyvatelích okolních sídel.

Rozvoj bioplynové energie v zemědělských oblastech Ruska se může stát nejen možným řešením problému s odpady, ale také řešením energetických problémů zemědělství. Energie bioplynu je navíc také zdrojem levných a dostupných komplexních organických hnojiv, která vznikají jako vedlejší produkt při výrobě bioplynu.