Z pole až do plynového potrubí

Ojedinělý projekt bioplynové stanice byl uveden do života pod značkou ENSERV Energieservice společnost OÖ Gas-Wärme GmbH v katastru obce Engerwitzdorf ve spolkové zemi Horní Rakousko nedaleko Lince. Mimořádnost prvního zařízení svého druhu v Rakousku spočívá ve výrobě surového bioplynu z cíleně pěstované biomasy a jeho následné úpravě na kvalitu zemního plynu.

Obr. 1: Schematické znázornění činnosti BPS Enegerwitzdorf

Bioplynovou stanici (BPS) provozují čtyři místní zemědělci, sdruženi do firmy NGE – Naturgas Engerwitzdorf GmbH, která má k dispozici přibližně 300 ha zemědělské půdy. K výrobě kukuřičné siláže pro potřeby stanice slouží zhruba polovina této výměry a zbytek siláže pro potřeby BPS je vyráběn v kooperaci s dalšími zemědělskými subjekty.

Partnerství s výhodou

„Trvalo asi čtyři roky, než se nám podařilo překonat veškeré nástrahy různých povolení. Lokalitu jsme vybrali s ohledem na dobrou dosažitelnost zemědělských surovin a blízkost rozvodné plynové sítě. Stavba musela být také akceptována místními obyvateli. Protože pozemek leží v těsné blízkosti dálnice, byl lacinější. Hladina hluku ve stanici nepřesahuje 35 decibelů, což je v porovnání s rušnou komunikací zanedbatelné. Stavět se začalo loni v dubnu a v listopadu jsme zahájili zkušební provoz. Od konce letošního ledna pracuje bioplynová stanice Engerwitzdorf na plný výkon. Celková investice včetně pozemků činila 3,2 milionu Eur. Protože šlo o pilotní projekt v rámci celého Rakouska, obdrželi jsme mimořádnou dotaci ve výši 30 %. V praxi se ukazují výhody spolupráce mezi námi – zemědělci – výrobci surového bioplynu z vlastních obnovitelných zdrojů a energetickou společností, která se stará o jeho následné vyčištění a dodávku do sítě,“ uvedl Franz Reichinger ze společnosti NGE – Naturgas Engerwitzdorf GmbH.

Obr. 2: V pozadí primární prizmatický fermentor, vpředu kruhový fermentor sekundární, uprostřed zařízení na úpravu surového plynu

„Konverze energie z obnovitelných zdrojů přímo do její nejušlechtilejší formy, tedy metanu, je velmi náročný proces, ovšem ve prospěch perspektivního energetického hospodářství. Zásadní výhodou této technologie je možnost vtláčení a uchování plynu v rozvodné síti. Zdejší zařízení kombinuje vlastní bioplynovou stanici a technologii aminové vypírky pro úpravu bioplynu na kvalitu zemního plynu. Ten je následně stlačován a vháněn do distribuční sítě,“ navázal Dipl. Ing. Josef Cerny, jednatel společnosti ENSERV Bohemia, jež je „dcerou“ firmy OÖ Ferngas AG, vlastníka rozvodné sítě a jediného dodavatele zemního plynu v Dolním Rakousku se 70 000 zákazníky.

Efektivní míchání i odsíření

Tři silážní žlaby pojmou až 15 000 tun hmoty, což odpovídá zhruba roční spotřebě BPS. Zatím se počítá se zhodnocením asi 6500 t kukuřičné siláže a 3000 t travní senáže ročně s obsahem sušiny kolem 32 %. K tomu přistupuje 2900 m³ kejdy. Bioplyn se vyrábí v Engerwitzdorfu pomocí patentované metody NatUrgas^®. Jádro BPS tvoří primární prizmatický fermentor o objemu 2400 m³ se dvěma horizontálními míchadly. Objem sekundárního kruhového fermentoru činí 1500 m³. Kapacita koncového skladu digestátu 6800 m³ vystačí na sedm měsíců.

„Lopaty míchadel dosáhnou do 85 % prostoru primárního fermentoru, což je technologicky ojedinělé. Tím, že míchadla pracují ve dvacetiminutových intervalech vždy jen zhruba tři minuty, jsou jejich nároky na energii velmi nízké. Substrát se tak spíš než míchá pomalu posouvá a hněte. Celkem se zdrží v obou fermentorech kolem 70 dnů. Po této době již digestát neobsahuje žádné organické složky, a tak nemůže být koncový sklad vůbec cítit,“ upřesnil Ing. Cerny.

Obr. 3: Dipl. Ing. Josef Cerny (foto) nám řekl, že podle zásady společnosti jezdí všechna její auta výhradně na bioplyn

Bioplyn se zbavuje síry patentovanou biologickou metodou Sulflex® ve dvou foliových zásobnících, z nichž má každý objem 850 m³. Tento postup, kdy bakterie přeměňují sirovodík v pevné sirné složky, zajišťuje velmi dobrý výsledek okolo 10 ppm sirovodíku v surovém odsířeném plynu. S touto hodnotou síry lze plyn dále čistit od kysličníku uhličitého a posléze ho vhánět do rozvodné sítě zemního plynu. Pro likvidaci případného přebytečného surového plynu, například při údržbě zařízení pro jeho další úpravu, slouží svíčka, kde se plyn kontrolovaně spálí.

Se zkušenostmi v zádech

Ve velínu, kde končí úloha zemědělců, se průběžně analyzuje složení surového bioplynu. Ten musí obsahovat více než 48 % metanu (v době naší návštěvy dosahovala tato hodnota 52,8 %). Druhou podmínkou odběratele je dobré odsíření. Výsledná cena bioplynu, za kterou ho zemědělci prodávají energetikům, se skládá z ceny kukuřice na světové burze, ceny zemního plynu a indexu ekologické elektrické energie. Zemědělci dostávají nyní 6,5 centu za bioplyn energetického ekvivalentu 1 kWh.

Obr. 4: Kapacita tří silážních žlabů 15 000 tun vystačí na roční provoz stanice

Vzhledem k absenci kogenerační jednotky v BPS Engerwitzdorf není k dispozici žádné přebytečné teplo. To zde pro potřebu regenerace aminu získávají z kotle na bioplyn, popřípadě na zemní plyn, o výkonu asi 200 kW. Toto teplo se pak dále využívá pro ohřev fermentoru. Vlastní bioplynová stanice spotřebuje zhruba 3 % elektrické energie, zařízení na úpravu bioplynu na kvalitu zemního plynu potom asi 12 % energie (tepelné a elektrické). To znamená, že celková vlastní spotřeba energie této BPS činí kolem 15 %.

„Malou stanici na stejném principu s hodinovou výrobou kolem 6 m3 plynu provozujeme od roku 2006 v Puckingu u Lince, kde slouží plyn k vytápění a ohřevu vody pro sídliště a pohon traktorů. Vyzkoušeli jsme si tak v praxi, co úsilí dá prorazit bariéry legislativy a veřejného mínění ohledně například zápachu plynu, který byl ovšem v případě Puckingu zaviněn povinným odorizováním plynu,“ doplnil Josef Cerny. Nadnáklady se brzy vrátí

Automaticky ovládané zařízení na úpravu surového plynu je instalováno na betonové základové desce 12 x 10 m a funguje na principu beztlakého vypírání pomocí aminů. Plyn po odvlhčení putuje do aminové pračky, kde se zbavuje CO₂. Recyklovatelný amin obohacený o CO₂ se stlačuje na 6 až 8 barů a zahřívá na teplotu 145 °C. Teplo je možné využít k ohřevu fermentoru. V odlučovači se uvolňuje oxid uhličitý, které se vypouští do atmosféry. Pro snížení koncentrace CO₂ se do media před vypuštěním do ovzduší přidává pětinásobné množství vzduchu.

Biometan se dále odvlhčuje, čímž dojde ke snížení podílu vlhkosti z 20 g/m³ až na 3,4 g/m³. V další fázi dochází k úplnému vysušení plynu. V nedaleké napájecí stanici do plynové sítě provozovatele se monitoruje kvalita odchozího plynu, který musí obsahovat 99,5 % metanu. Podle rakouské normy musí být energetická hodnota 1 m³ bioplynu 11,19 kWh. Pro její přesné dosažení slouží zásobník s propanem, který lze k plynu přimíchat, když této výhřevnosti není dosaženo. Současná hodinová kapacita zařízení na čištění surového bioplynu je 125 m³, lze dosáhnout až 200 m³ biometanu. „Pokud bychom počítali s 11 kWh na 1 m³ biometanu, znamená to roční výrobu energie 18 000 MWh, což odpovídá běžné účinnosti kogenerační jednotky o zhruba 900 kW elektrického výkonu. Investice na čištění plynu, předávací stanici a 100 metrů potrubí činila 1,2 milionu Eur. Náklady na takovouto bioplynovou stanici jsou asi o 16 % vyšší než u zařízení s kogenerační jednotkou. Vícenáklady se vyrovnají díky využití veškeré energie, respektive díky vysokému stupni účinnosti zařízení,“ podotkl k ekonomice Ing. Cerny.

Obr. 5: V napájecí stanici do plynové sítě se kontroluje kvalita plynu, který musí obsahovat 99,5 % metanu

Nejmodernější v Evropě

Společnost ENSERV dodala celé zařízení na klíč. Stejné služby poskytuje také u BPS s kogeneračními jednotkami, jichž pracuje v České republice více než deset. Tyto typy najdeme například ve Švábenicích, Želatovicích, Jevíčku nebo Radešínské Svratce. V Rakousku realizovala firma již několik desítek stanic, například v Německu vyrábí bioplyn metodou NatUrgas^® zhruba 70 BPS.

Počet stanic v Rakousku, které vyrábějí a zušlechťují bioplyn na kvalitu zemního plynu, bychom spočítali přesně na prstech jedné ruky. Jen jedna z nich ale pracuje téměř výhradně na siláž – najdeme ji právě v Engerwitzdorfu. Vývoj ve výrobě bioplynu a jeho následném zušlechťování však spěje velmi rychle vpřed a je pouze otázkou času, kdy bude jedna z nejmodernějších stanic poslední generace v Evropě, kterou jsme letos na jaře navštívili, odsunuta do kategorie

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