CC BY
31УДК 631.95
БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ ДО 500 КВТ
Вацлав Романюк, Катаржина Бискупска — Институт технологии и науки о жизни, Варшава
E-mail: w.romaniuk@itep.edu.pl k.biskupska@ibmer. waw.pl
Животноводство является одной из самых неудобных отраслей сельскохозяйственного производства. Интенсивное животноводство является ответом на растущее потребление мяса в современном обществе, и это также результат специализации в сельском хозяйстве. Она включает в себя необходимость выделять все больше и больше сельскохозяйственных земель для корма животных и производство большого количества навоза, который является очень неудобным для окружающей среды.
Относительно высокая стоимость строительства и эксплуатации биогазовых установок является препятствием для их широкого внедрения.
В последние годы интенсификация исследований направлена на снижение этих расходов. Поиск ориентирован на использование отходов с высоким содержанием органического сухого остатка. Это связано с возможностью значительного увеличения нагрузки камер и производства биогазовых устройств. Ключевые слова: биогаз, энергия, внедрение, использование, технология.
Zgodnie z nowg regulacjg biogaz rolniczy oznacza paliwo gazowe otrzymywane w procesie fermentacji metanowej surowcow rolniczych, produktow ubocznych rolnictwa, ptynnych lub statych odchodow zwierz^cych, produktow ubocznych lub pozostatosci z przetworstwa produktow pochodzenia rolniczego lub biomasy lesnej, z wytgczeniem gazu pozyskanego z surowcow pochodzgcych z oczyszczalni Sciekow oraz sktadowisk odpadow. Nowe brzmienie przedmiotowej definicji w znacznym stopniu rozszerza katalog substratow mozliwych do wykorzystania w biogazowni rolniczej.
Jednym z najbardziej ucigzliwych dla srodowiska sektorow produkcji rolnej jest intensywny chow zwierzgt, b^dgcy odpowiedzig na wzrastajgcg konsumpj mi^sa we wspotczesnych spoteczenstwach oraz efektem specjalizacji w rolnictwie, wigze si§ z koniecznoscig przeznaczania coraz wi^kszych obszarow rolnych na pasz§ dla zwierzgt oraz produkcjg ogromnych ilosci gnojowicy, stanowigcej znaczne obcigzenie dla Srodowiska.
Przeszkodg stojgcg na drodze szerokiego wprowadzenia instalacji biogazowych do praktyki jest stosunkowo wysoki koszt ich budowy i eksploatacji.
Celem pracy byto przedstawienie innowacyjnego rozwigzania instalacji biogazowej o mocy ponizej 200 kW wykorzystujgc zgtoszenie patentowe nr P-395946.
METODYKA BADAN
Jedng z mozliwych metod obnizenia kosztow inwestycyjnych i eksploatacyjnych jest zmniejszenie pojemnosci komory fermentacyjnej (PKF). Dla utrzymania odpowiednio wysokiej produkcji biogazu nalezy wtedy zmniejszyc czas fermentacji (TF) przy jednoczesnym zwi^kszeniu obcigzenia komory fermentacyjnej
Zbiornik masy przefermentowanej 75 m
Rys. 1. Schemat blokowy instalacji biogazowej w Studzionce Fig. 1. Block diagram of biogas plant in Studzionka
organicznych wytworzonych Biogazownia rolnicza to zespot gospodarstwie rolnym jak rowniez urz^dzen stuz^cych do prowadzenia umozliwiaj^cych ich wykorzystanie po fermentacji metanowej substratow zakonczonym procesie fermentacji.
w
№ 3 (61) 2012
gnaduMipckiü Земледелец!)
I stopieñ fermentacji
Obornik Pomiot
Rolnicze odpady organiczne
I etap
Gnojówka Woda gnojowa
Zbiornik na gnojówk^ ¡ wod§ gnojowq
Zraszacz
Gnojownia przykryta komorq fermentacyjn^ s.m. > 20%
II etap
Wyptukana masa organiczna
III etap
Substraty pochodzenia roslinnego
II stopieñ fermentacji
Komora fermentacyjna s.m. < 10%
Substrat organiczny staty
Kompostowanie
V/2 etap
Zagospodarowanie rolnicze
Oczyszczanie biogazu, odwadnianie, odsiarczanie i usuwariie innych zanieczyszczert
IV etap
Produkcja energii el. Produkcja energii ciepl.
Dystrybucja Dystrybucja
V/11
Rys. 2. Schemat (algorytm) procesu technologicznego pozyskania biogazu i obrobki masy pofermentacyjnej (wg Romaniuka W.) Fig 2. Scheme (algorithm) of technological process of obtaining biogas and digestate treatment (according to Romaniuk W.) 1. Charakterystyka energetyczna instalacji biogazowej w Studzionce 1. Energy performance of biogas plant in Studzionka
Lp Parametry Okres
11.05.Г1-31.05.Г1 5.09.11 - 25.09.11
bioreaktor 1 bioreaktor 2 bioreaktor 1 bioreaktor 2
1 Ilosc wyprodukowanego biogazu w ciqgu 21 dob m3 2625 3024 2730 3412
2 Srednia dobowa produkcja biogazu m3 125 144 130 162
3 Wartosc opalowa MJ/m3 20,75 20,75 22,21 22,21
4 Energia wytwarzana w instalacji biogazowej MJ 54468,75 62748 60633,30 75764,52
5 Ilosc energii zuzytej na utrzymanie stalej temp, w komorze i na podgrzewanie dopompowanej gnojowicy MJ 15251,25 19451,88 16972,32 23492,20
6 Srcdnie zapotrzcbowanic mocy przez pompy 1 kW 2,2 2,2 2,2 2,2
2 kW 1,5 1,5 1,5 1,5
3 kW 15 15 15 15
I kW 18,7 18,7 18,7 18,7
7 Laczny czas pracy urz^dzen elektrycznych 1 i 2 h 1,5 1,5 1,3 1,3
3 h 0,5 0,5 0,5 0,5
X h 2,0 2,0 1,8 1,8
8 Zuzycic energii przy mieszaniu /srcdnie/ MJ 173,5 703,4 188,37 764,7
9 Energia netto Qn MJ 39043,97 43222,7 43472,61 51528,62
10 Srednia dobowa produkcja energii netto MJ 2593,75 2988 2887,30 3598
11 Masa wpompowanej do zbiornika ferment, gnojowicy w ci^gu 21 dób kg 60900 60900
12 Srednia temp, w budynku °C 16,5 17,8
13 Srednia temp, otoczenia °c 8,3 7,8
14 Wspólczynnik cfcktywnosci cnergctyczncj We - 3,53 3,53
(OKF). Post^powanie takie ilustruje zaleznosc podana przez Morrisa dla komór fermentacyjnych pracuj^cych w mezofilnym zakresie temperatur i przy czasie fermentacji wi^kszym od 10 dni:
JPG = SPOp-SPO, 2 • F
Gdzie:
JPG - jednostkowa produkcja gazu (obj^tosc ,czas)
SPO0 - sucha pozostatosc organiczna (masa, obj^tosc)
SPO1 - sucha pozostatosc organiczna masy przefermentowanej(masa, obj^tosc)
TF - czas fermentacji (czas) Jak wynika z powyzszego rownania, jednostkowa produkcja JPG jest odwrotnie proporcjonalna do TF oraz wprost proporcjonalna do koncentracji substancji organicznych i do stopnia ich rozktadu. Nadmierne zmniejszenie TF nie jest jednak poz^dane ze wzgl^du na mozliwosc zbyt szybkiego wymywania z komory flory bakteryjnej. Zmniejsza si§ wtedy rowniez stopien rozktadu usuwanych substancji organicznych. Badania eksploatacyjne instalacji biogazowych prowadzono na podstawie metodyki przedstawionejw pracy Romaniuk W. i inni, 2011.
WYNIKI BADAN
Drog$ do realizacji celu byty badania instalacji biogazowej, któr$ pokazano na rys. 1.
Charakterystyka energetyczna badanej instalacji przedstawiono w tabeli 1.
Do realizacji powyzszego celu postuzyta nam tez analiza opracowan patentowych („Urz^dzenie do wytwarzania biogazu ze statych odpadów rolniczych, zwtaszcza obornika", Nr 166913, 1995 r.) oraz wzorów uzytkowych („Urz^dzenie do wytwarzania biogazu z gnojowicy i odpadów rolniczych", Nr 53186, 1995 r., „Komora gnojowa" Nr 55331, 1997 r. oraz „Ptyta kompostowa" Nr 55322, 1997 r.).
8ла9им1рскт Зешейдвд
№ 3 (61) 2012
Komora hermetyczna 1 stopnia
- magazynowanie obornika i roznych odpadow organicznych
- zraszanie + wyphikiwanie masy organicznej
- fermentacja wstçpna
Komora hermetyczna 2 stopnia
Kolektor stoneczriy
/
Zbiornik na ptyny: gnojôwkç, gnojowicç
Zbiornik pofermeritacyjny
Rys. 3. Urzgdzenie do wytwarzania biogazu z nawozow naturalnych i odpadow organicznych. Fig. 3. Device for biogas production from manure and organic waste.
Przedstawiona wyzej problematyka data nam podstawy do dalszych prac naukowo-badawczych ukierunkowanych na opracowanie instalacji biogazowej dla gospodarstw rodzinnych i farmerskich o mocy ponizej 200 kW.
Biorgc pod uwagç rozproszenie gospodarstw hodujgcych zwierzçta jak i ztozone problemy techniczne zarowno wytworzenia biogazu w procesie fermentacji jak i ekonomicznosci procesu produkcji energii z tak uzyskanego biogazu optymalnym rozwigzaniem bçdzie gromadzenie substratow w centralnym punkcie danego obszaru (moze to bye jeden punkt w gminie) i w tym jednym punkcie prowadzie zarowno wytworzenie biogazu w procesie fermentacji jak i jego wykorzystanie do produkcji energii. Takie rozwigzanie bçdzie najkorzystniejsze zarowno do wymaganych naktadow jak i wymaga minimalnego zaangazowania wysoko wyspecjalizowanej technicznie obstugi catego procesu.
Ponizej, na rys. 2 zaprezentowano schematycznie metodç przetwarzania substratow na biometan z podziatem na etapy.
W nawigzaniu do schematu technologicznego na rys. 2 opracowano projekt patentu ktory zostat zgtoszony w UP pod nr P-395946. Schemat tego rozwigzania przedstawiono na rys. 3 w dalszej czçsci sprawozdania. Propozycja ta uwzglçdnia wyniki badan z powyzszej instalacji biogazowej, pozwala tez na udoskonalony system produkcji biogazu oraz zagospodarowania substratow pofermentacyjnych. Jest to propozycja dziatania ITP ZEBW na nastçpne lata.
Rozwigzanie to bçdzie polegato na wytworzeniu biogazu ze statych odchodow gromadzonych na ptycie
obornikowej, w „oborze gtçbokiej" i przeptukiwanie ich w komorze fermentacyjnej gnojowicg lub wodg gnojowg podczas fermentacji metanowej. Biogazownia sktada siç z dwoch komor fermentacyjnych oraz zbiornika wstçpnego i pofermentacyjnego oraz niezbçdnych urzgdzen towarzyszgcych wedtug schematu przedstawionego na rys 3.
Schemat urzgdzenia wedtug zgtoszenia patentowego do wytwarzania biogazu bçdzie jednym z rozwigzan modelowych biogazowni skojarzonych z gospodarstwem rolnym i elementami infrastruktury, ktory jest zadaniem na rok 2012.
WNIOSKI
И Badania energetyczne instalacji biogazowej w Studzionce o sumarycznej pojemnosci dwoch reaktorow wynoszgcej 411 m3, pozwolity na okreslenie rzeczywistych kosztow produkcji energii elektrycznej rownych 113,76 zt za MWh oraz kosztow produkcji energii cieplnej wynoszgcych 206,06 zt za MWh.
И Koncepcja projektu
przedstawionego na rys. 3 pozwoli na przysztosciowe badania pozyskania
energii z substratow o zawartosci suchej masy powyzej 20%.
LITERATURA
Sprawozdanie z realizacji zadania badawczego nr 12.4/12/2011 „Opracowanie technologii pozyskiwania biogazu w oparciu o odpady rolnicze, nawozy naturalne i surowce roslinne w instalacjach do 200 kW", ITP. Warszawa, 2011
Wactaw Romaniuk, Andrzej Gtaszczka, Tadeusz Domasiewicz, Katarzyna Biskupska, Jan Barwicki., 2011, „Metoda oceny biogazowni rolniczych", „Problemy intensyfikacji produkcji zwierzçcej z uwzglçdnieniem struktury obszarowej gospodarstw rodzinnych, ochrony srodowiska i standardow UE"., Wydawnictwo ITP., s, 108-114. Opracowanie monograficzne.
Wactaw Romaniuk, Katarzyna Biskupska, 2012. Rozwigzania instalacji biogazowych dla gospodarstw rodzinnych. Problemy Inzynierii Rolniczej. Nr 2(76) s. 149-159
Wactaw Romaniuk, Katarzyna BISKUPSKA
BIOGAS INSTALLATIONS BELOW 500 KW
Animal husbandry is one of the most inconvenient sectors of agricultural production. Intensive animal husbandry is a response to the increasing consumption of meat in modern societies and it's also an effect of specialization in agriculture. It involves with need to allocate more and more agricultural land for animal feed and with production of large amounts of manure, which is a very inconvenient for environment.
Relatively high cost of construction and exploitation of biogas plants is an impediment to widely implementation.
Intensified in recent years researches aimed at reducing these costs. Search is focused on use of waste with high content of organic dry residue. This is due to the possibility of a significant increase in the load of chamber and biogas production unit.
Keywords: biogaz, instalacja, energia, postqp, technologia.
№ 3 (61) 2012
g/ia3uMipckiù Земледелец!)
