Předpoklady hospodárného provozu zařízení na bioplyn

Oblasti využití bioplynových zařízení se v současné době omezují ještě na zemědělskou a komunální oblast s přednostním úkolem - co nejefektivněji zhodnotit biogenní zbytkové látky ze zemědělství a potravinářského průmyslu. Výlučné získávání energie z energetických rostlin a ochrana vod hrají ještě podřadnou úlohu.

Status Quo v Rakousku

Z reálného hlediska vděčíme za pokročilý stav bioplynové techniky angažovanosti provozovatelů bioplynových zařízení. V současné době je v Rakousku v provozu již více než 100 bioplynových zařízení, která vyrábějí přibl. 22 milionů kilowatthodin elektrického proudu a přibl. 40 milionů kilowatthodin tepla za rok.

Z hledisek nákladů lze takzvaný „kontrolovaný způsob výstavby svépomocí „, nazývaný rovněž komponentová stavební technologie, doporučit. Budoucí provozovatel bioplynového zařízení totiž potřebuje pouze odborníka v oblasti bioplynu jako poradce a zkušeného plánovače s příslušnou koncesí. Ve spolupráci s místním řemeslníkem a dodavateli jednotlivých komponent se nakonec bioplynové zařízení dá sestavit. Přirozeně, že je možné si bioplynové zařízení v jakékoli velikosti a pro jakýkoli účel také nechat postavit. V Rakousku se prosadily tři typy bioplynových zařízení:

Typ A – Zásobníkové průtokové bioplynové zařízení:

Základem tohoto typu bioplynového zařízení je standardní betonový sklad kejdy, zřízený způsobem betonového bednění, který je v plynotěsném provedení a je vybavený jak topením tak i míchadlem.

Vysoké vlastní výkony ve spojení s přísným vedením stavby jsou předpokladem pro nízké stavební náklady. Tímto způsobem lze bioplynové zařízení také lépe přizpůsobit potřebám budoucího provozovatele.

Kvasný prostor slouží někdy i jako skladovací prostor. V tom případě je však třeba dimenzovat trochu větší objem, protože v kvasném prostoru musí vždy zbýt určité zbytkové množství kejdy, aby se přitékající čerstvá kejda „naočkovala“. V poslední době se k fer-menteru vždy staví „nádrž pro dokvašování“.

Při normálním provozu se fermenter plní pomalu a vykvašená kejda přetéká, pokud je nádrž plná, do jámy na dokvašování. V případě plné nádrže pracuje zařízení na základě průtokové metody s dlouhou dobou zdržení substrátu. Podle zkušeností stoupá účinnost plynu s rostoucí dobou zdržení substrátu.

Dodatečné přebudování nějaké již stávající nádrže na kejdu pro účely získávání bioplynu závisí vždy na jejím stavebním stavu. Většinou nejsou nádrže plynotěsné, a proto nejsou vhodné ani pro získávání bioplynu.

Typ B – Zařízení s ocelovou nádrží:

Zařízení s ocelovou nádrží je pravděpodobně nejjednodušším řešením. Ležící ocelová nádrž (použitá nebo speciálně zhotovená) pojme množství mezi 50 a 150 kubickými metry. Zařízení může stát, pokud je dobře izolované, běžně v přírodě, elegantnější je přirozeně obestavění.

Topení je umístěno v přední třetině fermenteru nebo je v případě dvouplášťových nádrží rozvedeno po celém fermenteru. Míchací hřídel je průběžně osazený míchacími lopatkami a je poháněn malým motorem zevně. Substrát se nepřetržitě přivádí a odvádí. Důležitý je u zařízení s ocelovou nádrží příslušně velký, připojený sklad kejdy.

Typ C – Dvoukomorový systém

Tento typ fermenteru pracuje bez mechanického míchadla. Nádrž na kvašení je rozdělena na oddělené funkční prostory. Hlavní komora na kvašení, která leží níže, je spojena komunikační šachtou s prostorem pro dokvašování, který leží nad ní.

Faktory, které ovlivňují hospodárnost bioplynového zařízení:

Investiční náklady

Investiční náklady jsou rozhodujícím faktorem pro dlouhodobou hospodárnost bioplynového zařízení. Na jedné straně je důležité, které komponenty budou koupeny za jakou cenu, na druhé straně, jakou velikost a jaký výkon tyto komponenty mají.

Následující výpočty možných množství kejdy (na GVE a rok), při různém druhu chovaných zvířat vykazují enormní potenciál úspor při daném objemu fermenteru a nádrže na dokvašování bioplynového zařízení.

Výpočet bude probíhat pro optimální velikost, a to na základě vzorce pro zatížení kvasného prostoru. Tento vzorec platí přirozeně pro všechny substráty, které mají být v bioplynovém zařízení přeměněny na bioplyn.

Množství kejdy na GVE a rok při různém druhu chovaných zvířat:

Množství hovězí kejdy/GVE
±10% TS	±7% TS	±5% TS
45 l kejdy/den	58 l kejdy/den	85 l kejdy/den
±16 m3 kejdy/rok	±21 m3 kejdy/rok	±31 m3 kejdy/rok
Objem fermentoru (30 dnů / 500 GVE)
cca 675 m3	cca. 870 m3	cca 1.275 m3
Objem zásobníku kejdy (100 dnů / 500 GVE)
cca 2.250 m3	cca 2.900 m3	cca 4.250 m3
Množství vepřové kejdy/GVE
±10% TS	±7% TS	±5% TS
30 l kejdy/den	40 l kejdy/den	60 l kejdy/den
±11 m3 kejdy/rok	±14,5 m3 kejdy/rok	±22 m3 kejdy/rok
Objem fementoru (30 dnů / 500 GVE)
ca. 450 m3 ca.	600 m3 ca.	900 m3
Objem zásobníku kejdy (100 dnů / 500 GVE)
ca. 1.500 m3	ca. 2.000 m3	ca. 3.000 m3

Zhodnocení energie

Také zhodnocení energie je rozhodujícím faktorem pro hospodárnost, alespoň dokud je možné používat prodej energie, resp. substituci energie za jediný (akceptovaný podpůrnými místy) zdroj příjmů.

To, jak efektivně nebo neefektivně lze bioplyn přeměnit na elektřinu a teplo, ukazují následující výpočty. Pro výrobu bioplynu jsou vhodné přirozeně také ještě další substráty. Nejdůležitější z nich jsou: zbytky jídel, energetické rostliny, tuky ze starých jídel a oleje ze starých jídel.

Roční výroba bioplynu

±500 GVE hovězí/vepřový dobytek cca 255.000 m³ (65% CH4)

Z 255.000 m³ bioplynu /rok lze…

• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 25% vyrobit cca 414.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 28% vyrobit cca 464.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 32% vyrobit cca 530.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.

±700 GVE hovězího/vepřového dobytka cca 360.000 m³ (65% CH4)

Z 360.000 m³ bioplynu /rok lze…

• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 25% vyrobit cca 577.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 28% vyrobit cca 655.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 32% vyrobit cca 740.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.

±1.200 GVE hovězího/vepřového dobytka cca 600.000 m³ /rok (65% CH4)

Z 600.000 m³ bioplynu /rok lze…

• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 25% vyrobit 975.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• Obnovitelné Zdroje Energie, 26. - 28. dubna 2000, St. Pölten
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 28% vyrobit 1,090.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 32% vyrobit 1,235.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.

±2.000 GVE hovězího/vepřového dobytka cca 1,050.000 m³ bioplynu /rok (65% CH4)

Z 1,050.000 m³ bioplynu /rok lze…

• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 25% vyrobit 1,700.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 28% vyrobit 1,900.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.
• …pomocí BHKW s elektrickou účinností 32% vyrobit 2,160.000 kWh elektrické energie a přibl. stejné množství volně disponovatelného tepla.

Provozní prostředky

Do oblasti „provozní prostředky“ spadá v první řadě zdokonalení statkových hnojiv, v důsledku čehož je pak zpravidla zbytečné dokupovat minerální hnojiva. Kromě toho lze do této oblasti započítat odpadnutí různých poplatků za odstraňování a likvidaci, např. poplatků podle různých nařízení o životním prostředí. Podle informací praktiků je třeba u provozních prostředků zdůraznit také snížené použití pesticidů.

Vedle úspory minerálních hnojiv a pesticidů je třeba v oblasti „provozních prostředků“ zmínit přirozeně také postupné zlepšování půd. Ekonomická bilance však není zlepšením půd ovlivňována bezprostředně pozitivně, protože ještě chybějí vědecké podklady pro jednotný výpočet. Než budou tyto výpočty vypracovány, budou muset praktikové hodnotit oblast „provozních prostředků“ ještě velmi individuálně.

Podpory

Podpory mohou být jako jednorázové investiční podpory nebo jako dlouhodobé výkonové podpory pro plošné prosazení nové techniky velmi pomocné. V zásadě by se však měly používat podpory zaměřené na daný cíl. Pro bioplynovou technologii se jako lepší druh podpory osvědčila výkonová podpora (ve vztahu k vyrobenému množství elektrické energie a tepla za rok). Na jedné straně jsou aktéři výkonovou podporou povzbuzováni k tomu, aby vyráběli co nejvíce energie co nejvýhodněji. Na druhé straně slouží výkonová podpora jako osvědčený regulativ pro moderátní investiční náklady, což nakonec přispívá k hospodárnosti bioplynového zařízení.

Resumé

Faktem je, že pomocí bioplynové techniky lze dosáhnout maximálního možného synergického efektu mezi zhodnocením biogenních zbytkových látek a získáváním energie a že z hlediska ochrany životního prostředí a klimatu má bioplynové zařízení nesporné výhody, protože jsou ponechávány stranou pracovní kroky, které ničí koloběh.

 

Příspěvek byl původně publikován ve sborníku ke konferenci "Možnosti výroby a využití bioplynu v ČR, 2002", pro účely publikace na Biom.cz byl autorem aktualizován. Na letošní ročník tradiční konference v Třeboni, která proběhne ve dnech 13.-14. října 2005 se můžete zaregistrovat na stránce http://trebon.biom.cz.

Článek byl publikován ve sborníku k akci: Možnosti výroby a využití bioplynu v ČR.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu