Vyhodnocení ročního provozu BPS Suchohrdly u Miroslavi

O tom, jak se bioplynové stanice navrhují, je možné se dozvědět od každého prodejce či dodavatele technologie víc jak dost. Bylo napsáno hodně studií proveditelnosti s různě kvalitními předpoklady budoucího provozu. Málokdy je však možné, se dostat k informacím porovnávající očekávanou budoucnost a realitu. Přitom zpětné vyhodnocení provozu BPS je velice důležité pro „kalibraci“ výpočetních modelů navrhující budoucí BPS. Informace z vyhodnocení jsou také užitečné pro ověření správného chodu zařízení a optimalizace provozu s cílem dosáhnout plánovaných nebo ještě lepších hodnot ekonomické rentability projektu. Kompletní analýza bioplynové stanice je proces citlivý na přesné vstupní informace. Mnohokriteriální měření množství a kvality vstupního substrátu po celý rok je velice náročné a složité a proto cílem tohoto vyhodnocení je analyzovat „pouze“ výkon, výrobu a spotřebu bioplynové stanice za kalendářní rok. Měření elektrické energie je zajišťováno kalibrovanými a většinou fakturačními měřidly, což zajišťuje přesnost a důvěryhodnost vstupních údajů.

Popis BPS

Analyzovaná BPS je stavbou na zelené louce v bezprostřední blízkosti původního areálu živočišné výroby. V době výstavby byl areál prázdný. Soukromý zemědělec si byl při plánování BPS velice dobře vědom synergií provozu BPS ve spojení s živočišnou výrobou. Proto následně po výstavbě BPS provedl výstavbu a rekonstrukci stájí s cílem modernizovat a rozšířit vlastní živočišnou výrobu. V současné době je vedle BPS zemědělský areál využit k chovu prasat s uzavřeným obratem stáda. Živočišná výroba produkuje základní vstupní surovinu pro BPS – vepřovou kejdu s denní produkcí v průměru 27 m³. Další složkou vstupního substrátu je kukuřičná siláž, cukrovarnické řízky, obilí a GPS. BPS se skládá ze dvou reaktorů provozovaných paralelně s jednotkovým reakčním objemem 1500 m³, každý s vlastním dávkovačem tuhého substrátu o objemu 16 m3, společnou jímkou na tekutý substrát o objemu 40 m³ a centrální čerpací technikou. Technologii dodávala firma Weltec BioPower. Energetické srdce tvoří původně dvě, dnes již tři kogenerace o instalovaném elektrickém výkonu 2x175 kW a 1x180 kW. Kogeneraci a její technologickou periferii dodávala firma TEDOM.

Kogenerace

Tím, že BPS je osazena netradičně třemi motorgenerátory, je vyhodnocení provozu trochu komplikovanější než u instalací jenom s jednou kogenerací. Na druhou stranu není špatné při analýze dat věnovat i pozornost výhodám a nevýhodám zvoleného řešení. Výhodou více motorů je bezesporu možnost regulace výkonu BPS od cca 90 kW až po plný výkon 530 kW. Tento regulační rozsah není možné z technických důvodů u jednostrojové varianty dosáhnout. Tato výhoda nabývá na ještě větším významu, když je požadavek na špičkování anebo na ostrovní provoz kogenerace a přilehlých provozů. Ostrov zajišťuje napájení i v době výpadku sítě. To se děje i zde, kdy jedna kogenerace je vybavena pro provoz v ostrovním režimu a slouží jako záložní zdroj. Další výhodou vícenásobné instalace je i provoz motorů v ideálním režimu (tedy na plný výkon) s tím, že jen jeden stroj reguluje svůj výkon v závislosti na zvolené veličině (stav plynojemu, teplota, čas…) Stroje jedoucí na plný výkon dosahují nejlepší účinnost, šetří provozní náklady a nejlépe využívají technický potenciál. Asi není třeba zmínit zřejmou věc, že při výpadku jednoho stroje ze tří to není taková katastrofa jako při výpadku jednoho jediného stroje. Naopak nevýhodou vícečetné kogenerace jsou vyšší investiční náklady, nižší elektrická účinnost a o něco složitější regulace a řízení BPS. Logika regulace výkonu na této konkrétní BPS je nastavena tak, že dvě kogenerace pracují trvale a třetí je spouštěna podle potřeby, ideálně ve špičkách. Přitom vždy jen jedna kogenerace reguluje výkon podle nastavené určující veličiny.

Disponibilita zdroje

Označíme-li si kogenerace přiléhavými jmény KJ1, KJ2 a KJ3, můžeme se podívat kolik jednotlivé stroje „natočily“ hodin za rok:

Tab. č. 1: Disponibilita a průměrný výkon za rok

kogenerace	h/rok	ø výkon kW/h
KJ1	8630	168
KJ2	8571	170
KJ3	7578	177
Celkem	24779	172

Z tabulky je zřejmé, že KJ1 běžela trvale a současně dělala roli regulátora. KJ2 a KJ3 se střídaly v roli špičkovacího zdroje. Nutno vyzdvihnout proběh KJ1, který je výborný! Kogenerace odpočívala pouze 130 hodin za rok (což je 5,5 dne!!!). Takto vysoká disponibilita svědčí o skvělé práci servisu a hlavně obětavému nasazení obsluhy. Bez toho, aby kogenerace nebyla pod dohledem i na Štědrý den při slavnostní večeři, není možné takového čísla dosáhnout. Lehce se řekne, že je provoz v automatickém režimu. To však znamená, že potřebuje neustálý dozor, i když třeba vzdálený. Jak jednou kogenerace vypadne, je nutné okamžitě reagovat. Vysoké nasazení údržby a obsluhy naopak technika oplácí skvělými výsledky.

Ukázková hodnota využití průměrného jmenovitého výkonu na úrovni 98,3 % (průměrných 177 kW ze 180 kW) u kogenerace KJ3 nasvědčuje tomu, že tento zdroj opravdu pracoval v optimálním režimu po celý rok a nebylo téměř nutné jeho výkon za provozu regulovat. Takto provozovaná kogenerace dosahuje nejlepších parametrů.

Průměrný výkon

Roční průměrný výkon přepočtený z průměrných denních výkonů byl 480 kW se směrodatnou odchylkou 23,7! Ani jeden den nenastal případ, kdy by průměrný výkon byl nula! Což v případě instalace jedné kogenerace se běžně může stát. Jde o situace zapříčiněné déletrvající opravou, čekáním na dodání náhradního dílu při náhlé, poruše apod. Průběh denních průměrných výkonů je znázorněn v graf. 1. Na první pohled je patrné, že denní průměry nejsou příliš vyrovnané. Důležité je zaměřit se na průměrnou hodnotu (vyznačená zelenou přímkou na úrovni 480 kWh) a dále na trend (znázorněný oranžovou křivkou). Trend jasně ukazuje na ustálení denních výkonů, což se projevilo ve zvyšování průměrného denního výkonu v záměru roku. Červené body v grafu vyznačují minimální a maximální dosažený průměrný denní výkon.

Mezi průměrné výkony lze zařadit i zajímavé číslo, kterým je u bioplynových stanic přepočet roční výroby na objem reaktoru. Jde v podstatě o číslo definující výkonnost m³ reakčního objemu. Toto číslo v sobě zahrnuje velké množství dodatečných provozních předpokladů a není možné se na to dívat tak, že bioplynové stanice s horším číslem jsou špatné a naopak. Největší vliv na výši tohoto čísla má energetická hustota a rychlost rozkladu organického podílu vstupního substrátu a také schopnost technologie si poradit s vysokou průměrnou sušinou v reaktoru. Záleží také na zapracování reaktorů a kondici anaerobního procesu, která je limitním faktorem pro možné zatížení reaktoru. Tato bioplynová stanice zvládla vygenerovat 1416,6 kWh brutto výroby na každý m³ reakčního objemu za rok. Jde opět o dobrý výsledek a porovnání s tímto číslem si může udělat každý provozovatel BPS sám.

Výroba a spotřeba

Celková výroba a spotřeba jsou právě ta čísla, která jsou nejvíce sledována. Analyzovat výrobu je nutné provádět, aspoň letmo každý den. Podrobněji pak každý týden a detailně měsíčně. Roční analýza už je jen pouhé konstatování ročního provozu, ale už nedokáže odstranit případné nedostatky v provozu. Tabulka č. 2 nám prozradí jak je tomu z brutto a netto výrobou KJ. Je patrné, že čím vyšší je průměrné využití plného výkonu, tím nižší je procento vlastní spotřeby KJ. Vlastní spotřeba z větší části není závislá na výkonu KJ. Rozdíl mezi KJ1 a KJ2 je cca 1,7 % a to rozhodně není zanedbatelné číslo v roční výrobě. V tomto parametru jedna velká kogenerace předčí tři menší. Ale pouze v případě, že také bude provozována na plný výkon.

Tab. č. 2: brutto/netto výroba a vlastní spotřeba za kalendářní rok

	brutto výroba z KJ	vlastní spotřeba KJ	netto výroba z KJ
KJ1	1 449 662	5,99	1 362 840
KJ2	1 458 958	5,88	1 373 220
KJ3	1 341 271	4,29	1 283 760
celkem	4 249 891	5,41	4 019 820

Z netto výroby KJ si ještě před prvním fakturačním měřením ukrojí svou část vlastní technologická spotřeba BPS (spotřeba nutná pro produkci bioplynu), která v tomto případě činí velice pěkné necelé 2 % z brutto výroby! Následuje ostatní spotřeba BPS (spotřeba z pohledu produkci bioplynu nedůležitá) a ostatní spotřeba přilehlých provozů (chov prasat) – celkem 9,2 % (včetně ztrát na transformaci) z brutto výroby. Po odečtu všech ztrát a spotřeb v rámci celého areálu zemědělské výroby se do sítě dostává 80,15 % z brutto výroby. Vlastní spotřebu kogenerace a technologie BPS je třeba pečlivě sledovat. V tomto případě jde o velice přijatelnou hodnotu cca 7,5 % z brutto výroby. Na tuto hodnotu je třeba se zaměřit, protože jde o spotřebu, která snižuje fakturované množství elektrické energie bez nároku na zelený bonus.

Sociálně ekonomický efekt BPS

Bioplynové stanice, jak je podle tohoto hodnocení zřejmé, jsou stabilní výrobní zdroje s možností regulace nebo špičkování. Všeobecně je známo, že jsou to zdroje, které mají silný sociálně ekonomický efekt. Jejich provoz vyžaduje zvýšení pracovních příležitostí a to většinou na venkově, kde je to nejvíce potřeba. Bioplynová stanice prostřednictvím platby za provoz, převážně za vstupní suroviny, ponechává část provozních tržeb přímo v místě instalace. Tyto faktory významně odlišují bioplynky od fotovoltaických elektráren. Vyhodnocení však nemělo za cíl porovnávat různé OZE zdroje, ale podrobit analýze disponibilitu zdroje, výkon, výrobu a spotřebu bioplynové stanice. Ukázalo se, že posuzovaný zdroj dosahuje velice dobrých provozních parametrů. Ten u kogeneračních jednotek dosáhl v roce 2010 špičkových úrovní především o oblasti disponibility, kde K1 vykázala 8630 provozních hodin za rok. Dalším skvělým výsledkem je dosažení průměrného výkonu 177 kW u kogenerace KJ3 s instalovaným výkonem 180 kW. Za zmínku stojí i celkový průměrný výkon 480 kW se směrodatnou odchylkou 23,7. Tato hodnota ukazuje na nízký rozptyl průměrných denních výkonů kolem průměru a překvapivě nebyl ani jeden den s nulovým výkonem. Další zajímavé číslo pro porovnání s jinými BPS - 1416,6 kWh ukazuje brutto výrobu elektrické energie na každý m³ reakčního objemu za rok. Všechny tyto výsledky jsou zásluhou skvělé a obětavé práce obsluhy, která zasahuje bez odkladu při výpadku a která dobře provádí údržbu a servis technologie. Svůj podíl na úspěšném provozu nese i instalovaná technologie a servisní organizace zajišťující opravy zařízení.

Tento článek byl publikován v rámci spolupráce redakce časopisu Alternativní energie a CZ Biom.

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