VÍTKOVICE – dodavatel bioplynových stanic

Bioplyn a veškeré aktivity spojené s touto biologickou formou plynného paliva tvoří velice pozitivní přínos pro ochranu životního prostředí. V tomto článku chceme zhodnotit snahy společnosti VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s. v oblasti projekce a konstrukce bioplynových stanic a představit výzkumné a vývojové aktivity zaměřené do procesu biomethanizace bioplynové stanice a zvýšení účinnosti transformace energie bioplynu na energii elektrickou. Z konkrétního hlediska bude náš zájem zaměřen na bioplynovou stanici v Pustějově. ZÁKLADNÍ PŘEDSTAVENÍ Jedná se o bioplynovou stanici, kterou dodala společnost VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s. Provozovatelem bioplynové stanice je farma ZEMSPOL STUDÉNKA a.s. Tato bioplynová stanice pracuje na principu mokré fermentace a dvoustupňového anaerobního kvašení. Produkovaný bioplyn je následně využíván ve čtyřech kogeneračních jednotkách, jejichž výstupem je elektrická a tepelná energie. Tepelná energie je využívána pro ohřev fermentačních nádrží. KOMPLEXNÍ SCHÉMA Na následujících obrázcích – (obr. 1, 2) je uvedeno komplexní schéma bioplynové stanice včetně popisu jednotlivých částí. PŘÍJMOVÁ JÍMKA ROSTLINNÉHO SUBSTRÁTU Tato jímka s užitným objemem 20 m3 je určena k uskladnění a předúpravu rostlinného materiálu před dávkováním do homogenizační nádrže a následně do nádrží fermentačních. Tato jímka pro rostlinný materiál je vybavena následujícími komponenty: l Drticím a mělnicím zařízením l Míchacím a řezacím ocelovým zásobníkem l Hydraulicky ovládaným odklápěcím víkem l Vynášecím šnekovým dopravníkem JÍMKA HOVĚZÍ KEJDY Tato jímka s užitným objemem 120 m3 je určena pro příjem substrátů v kapalném stavu. V tomto konkrétním případě se jedná o hovězí kejdu, která je produkována ze stájí skotu a její nominální přítok činí cca 80 m3.den-1. Jímka hovězí kejdy je vybavena následujícími komponenty: l Textilní protizápachovou střechou l Systém odsávání a eliminace pachů l Mechanickým systémem míchání l Čerpadlem pro dávkování substrátu – (kejda) l Průtokoměrem dávkovaného množství HOMOGENIZAČNÍ NÁDRŽ Tato nádrž o nominálním objemu 120 m3 plní v celém komplexu bioplynové stanice několik úkolů. V první řadě plní funkci dočasného skladování vstupního substrátu před vstupem do fermentačních nádrží, v druhé řadě provádí vlastní homogenizaci – (rozmělnění a smíchání vstupních materiálů na homogenní biologickou hmotu) a v neposlední řadě udržuje požadované hodnoty obsahu sušiny v substrátu dávkovaného do fermentačních nádrží, jejíž hodnota by se měla pohybovat v rozmezí 10 ÷ 12 %. (Jako poznámku uvádíme, že tato hodnota je platná pro konkrétní realizaci bioplynové stanice v Pustějově.) Pro zajištění správné funkce a optimalizaci celého procesu je daná nádrž, vedle již zmiňovaného míchacího zařízení, vybavena i dalšími podpůrnými technologickými celky, přičemž některé z nich jsou uvedeny na předchozím obrázku – (obr. 5). Homogenizační nádrž je vybavena: l Textilní protizápachovou střechou l Mechanickým systémem míchání l Ponornými čerpadly pro plnění fermentorů l Systémem vytápění FERMENTAČNÍ NÁDRŽE Tyto nádrže tvoří hlavní část celého biomethanizačního procesu. Fermentační nádrže jsou dvě pro acidogenní a methanogenní fázi procesu biomethanizace a jsou zapojeny v sérii. Na dalším obrázku – (obr. 6) je uveden pohled na vyhnívací nádrže. ACIDOGENNÍ FERMENTOR Jedná se o fermentor, kde probíhá převážně kyselinotvorná – (acidogenní) vyhnívací fáze. Z konstrukčního hlediska je tato vyhnívací nádrž složena ze smaltovaných plechů o pracovním objemu 2100 m3. Tento fermentor následně obsahuje speciální ocelovou šroubovanou střechu s připevněným membránovým plynojemem o celkovém objemu plynového prostoru 250 m3. Fermentor je navíc vybaven systémem hydraulického promíchávání, které je realizováno za pomocí výkonného kalového čerpadla o výkonu 45 kW. METHANOGENNÍ FERMENTOR Jedná se o fermentor, kde již probíhá podstatná část celého vyhnívacího procesu, čili methanogenní fáze – (fáze tvorby methanu z kyseliny octové a CO2). Z konstrukčního hlediska je tato vyhnívací nádrž zcela shodná s acidogenní vyhnívací nádrží. Rozdílnost z konstrukčního hlediska spočívá v systému promíchávání, které je v tomto případě mechanické a je realizováno pomocí třech libovolně výškově i horizontálně směrově nastavitelných ponorných vrtulových míchadel. STROJNÍ VYBAVENÍ FERMENTORŮ Tato problematika pod sebou sdružuje veškeré oblasti, které mají jistou návaznost na optimalizaci chodu a funkčnost vyhnívacích nádrží. V této souvislosti se jedná o vytápění vyhnívacích nádrží, systémy plynového hospodářství a systém kalového hospodářství. SYSTÉM VYTÁPĚNÍ Vytápění fermentačních nádrží je realizováno pomocí topné vody, která je čerpána do topného systému fermentoru prostřednictvím čerpadel. Na dalším obrázku – (obr. 7) je uvedena fotografie reálné aplikace rozvodu topného systému včetně popisu hlavních částí. PLYNOVÁ ČÁST BIOPLYNOVÉ STANICE Plynová část bioplynové stanice se skládá z několika subsystémů a to: l Systému odsíření bioplynu l Systému filtrace a měření l Systému odvodnění l Systému úpravy tlaku plynu Blíže bychom chtěli zmínit jednu ze stěžejních oblastí, a to systém systém je založen na principu mikroaerofilní oxidace, což představuje dodávku vzduchu do plynového prostoru vyhnívacích nádrží. Toho je v případě bioplynové stanice v Pustějově dosaženo kompresorem o výkonu 3 kW a jmenovité výkonnosti 390 l.min-1 => 0,0065 m3.s-1. KOGENERAČNÍ JEDNOTKA Vzniklý bioplyn z fermentačních nádrží bioplynové stanice je spalován a energeticky zhodnocován v kogenerační jednotce. Kogenerační jednotka od firmy TEDOM je řady Cento T160 SP v provedení Cento 2 × T170 SP BIO KON. Uspořádání kogenerační jednotky je v kontejnerovém provedení obsahující soustrojí motor-generátor. Předpokládaný elektrický výkon ve čtyřech kogeneračních jednotkách je 660 kW, a to s časovým využitím 90 ÷ 95 % při chodu na plný výkon. Elektřina je dodávána do sítě 400 V. Předpokládaná roční produkce elektrické energie je 4700 MWh. Předpokládaný tepelný výkon kogenerační jednotky je 812 kW. Část tepelné energie je využívána pro vlastní spotřebu – (ohřev fermentorů, ohřev homogenizační jímky atd.) a zbývající podíl tepelné energie, který není zhodnocován, je odváděn prostřednictvím chladiče do okolí. Do budoucna se uvažuje o zhodnocení odpadního tepla spalin vystupujících z motorů na výrobu elektřiny použitím vyvíjeného integrovaného zdroje. VYSKLADŇOVACÍ NÁDRŽ Tato vyskladňovací nádrž vyhnilého digestátu o užitném objemu 185 m3 slouží k uskladnění vyhnilého substrátu z fermentačních nádrží před separací. V tomto konkrétním případě bioplynové jednotky je tato nádrž postavena v nadzemním provedení a disponuje textilní protizápachovou střechou. Na dalším obrázku – (obr. 8) je tato nádrž znázorněna. Vyhnilý digestát přitéká do vyskladňovací nádrže. Kapacitně pojme cca dvoudenní produkci vyhnilého digestátu. Z uskladňovací nádrže je digestát čerpán na separaci nebo na uskladnění do lagun.