Jedním z hlavních trendů v konstrukci moderních automobilových motorů je zlepšení jejich environmentální výkonnosti. V tomto ohledu je jedna z nejlepších možností motor na biopalivo, jehož nejoblíbenějším typem je bioetanol.
Bioetanol je ethylalkohol, který se získává zpracováním rostlinných materiálů. Hlavním zdrojem pro jeho výrobu jsou krmné plodiny bohaté na škrob.
Vlastnosti motoru na biopalivo
Nutno podotknout, že o motoru, který by jel celý na bioetanol, se v tuto chvíli prakticky nemluví. Je to způsobeno řadou objektivních omezení, pro která dosud nebyla nalezena účinná řešení.
K dnešnímu dni se bioteanol používá k tankování automobilů, převážně ve směsi s tradičními palivy - benzínem a motorovou naftou. Na takové palivo mohou jezdit pouze vozidla s motorem FFV (Flexible-fuel vehicle).
Motor typu FFV je spalovací motor, který má určité odlišnosti od tradičních motorů. Takže hlavní rozlišovací znaky jsou:
- přítomnost speciálního kyslíkového senzoru;
- použití speciálního materiálu pro výrobu řady těsnění;
- software ECU, který umožňuje určit procento alkoholu v palivu a podle toho upravit chod motoru;
- některé konstrukční změny pro zvýšení kompresního poměru, což je nutné z důvodu vyššího oktanového čísla etanolu ve srovnání s benzínem.
Automobilové palivo obsahující bioetanol je dnes v řadě zemí poměrně populární. Vůdci jsou zde USA a Brazílie. V Brazílii je dnes téměř nemožné koupit benzín, který obsahuje méně než 20 % bioetanolu. Tato technologie je také populární v řadě evropských zemí, zejména ve skandinávských zemích.
Výhody a nevýhody
Bioetanol jako palivo má významné výhody i značné nevýhody. Hlavní výhody biopaliv se týkají především environmentální výkonnosti.
Bioetanol je netoxické palivo, které se zcela rozpouští ve vodě. Při jeho spalování nevznikají žádné sloučeniny nebezpečné pro životní prostředí a lidské zdraví. Přidání bioetanolu do benzínu může snížit škodlivé emise až o 30 % nebo více. Bioetanol se navíc vyrábí z přírodních obnovitelných surovin. Často jde o vedlejší produkt bezodpadové výroby jiných typů výrobků.
Navíc díky vysokému oktanovému číslu může použití bioetanolu zlepšit některé vlastnosti spalovacího motoru. Zvyšuje také jeho účinnost.
Jednou z hlavních nevýhod biopaliv je jejich nestabilita vůči nízkým teplotám. V mrazu se může delaminovat a na povrchu se vytvoří parafínový film. To způsobuje obtížné startování v zimě. K překonání tohoto nedostatku musí být vozy vybaveny ohřívačem paliva nebo malou plynovou nádrží určenou speciálně pro studené starty.
Další významnou nevýhodou je nízká výhřevnost. Při spalování bioetanolu se uvolňuje o 37-40 % méně tepelné energie ve srovnání s tradičními druhy automobilových paliv. To výrazně omezuje výkonovou charakteristiku motoru.
Motory na biopaliva mají značné výhody, ale mají prostor pro zlepšení.
Hlavním způsobem využití bioplynu je jeho přeměna na zdroj tepelné, mechanické a elektrické energie. Velké bioplynové stanice však lze využít k vytvoření výrobních zařízení pro výrobu cenných chemických produktů pro národní hospodářství.
Bioplyn lze využít v plynových zařízeních, která vyrábějí energii, která se využívá pro vytápění, osvětlení, zásobování úpraven krmiva, pro provoz ohřívačů vody, plynových sporáků, infračervených zářičů a spalovacích motorů.
Nejjednodušším způsobem je spalování bioplynu v plynových hořácích, protože do nich lze plyn přivádět z plynojemů pod nízkým tlakem, ale výhodnější je využívat bioplyn k výrobě mechanické a elektrické energie. To povede k vytvoření vlastní energetické základny, která zajišťuje provozní potřeby farem.
Tabulka 18 Složky bioplynu
Plynové hořáky
Obr.34. Plynový sporák funkční
na bioplyn v Petrovka
Základem většiny domácích spotřebičů, ve kterých lze bioplyn využít, je hořák. Ve většině případů jsou preferovány hořáky atmosférického typu, které pracují s bioplynem předem smíchaným se vzduchem. Spotřebu plynu hořáky je obtížné předem vypočítat, takže návrh a seřízení hořáků je nutné určit experimentálně pro každý jednotlivý případ.
Ve srovnání s jinými plyny potřebuje bioplyn ke vznícení méně vzduchu. V důsledku toho konvenční plynové spotřebiče potřebují širší trysky pro průchod bioplynu. Pro úplné spálení 1 litru bioplynu je potřeba asi 5,7 litrů vzduchu, zatímco pro butan - 30,9 litrů a pro propan - 23,8 litrů .
Úprava a přizpůsobení standardních hořáků je věcí experimentu. Ve vztahu k nejběžnějším domácím spotřebičům upraveným pro použití butanu a propanu lze poznamenat, že butan a propan mají výhřevnost téměř 3x vyšší než bioplyn a dávají 2x větší plamen.
Přeměna hořáků na bioplyn má vždy za následek nižší úroveň provozu zařízení. Praktická opatření pro úpravy hořáků zahrnují:
zvýšení trysek 2-4krát pro průchod plynu;
změna objemu přiváděného vzduchu.
plynové sporáky
Před použitím plynového sporáku musí být hořáky pečlivě seřízeny, aby bylo dosaženo:
kompaktní, namodralý plamen;
plamen se musí samovolně stabilizovat, tzn. nehořící části hořáku by se měly samy zapálit během 2-3 sekund.
Obr.35. Bojler na ohřev vody
pro vytápění domu sálavými keramickými topidly v obci. Petrovka
Sálavé ohřívače
Sálavé ohřívače se používají v zemědělství k dosažení správných teplot pro chov mladých zvířat, jako jsou selata a kuřata, ve stísněných prostorách. Potřebná teplota pro selata začíná v prvním týdnu na 30-35°C a poté pomalu klesá na 18-23°C ve 4. a 5. týdnu.
Regulace teploty zpravidla spočívá ve zvedání nebo spouštění ohřívače. Dobré větrání je nezbytné, aby se zabránilo koncentracím CO nebo CO2. Zvířata proto musí být neustále pod dohledem a v pravidelných intervalech kontrolována teplota. Ohřívače pro selata nebo kuřata spotřebují cca 0,2 - 0,3 m3 bioplynu za hodinu.
Tepelné záření ohřívačů
Obr.36. Regulátor tlaku plynu
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"
Sálavé ohřívače realizují infračervené tepelné záření přes keramické těleso, které je ohříváno do jasně červeného stavu při teplotách 900-1000°C plamenem. Tepelný výkon sálavého ohřívače se určí vynásobením objemu plynu výhřevností, protože 95 % energie bioplynu se přemění na teplo. Výstup tepelné energie z malých ohřívačů je
od 1,5 do 10 kW tepelné energie8.
Pojistka a vzduchový filtr
Sálavá topidla na bioplyn musí být vždy vybavena pojistkou, která přeruší přívod plynu v případě poklesu teploty, tedy když se plyn nespaluje.
Spotřeba bioplynu
Plynové hořáky pro domácnost spotřebují 0,2 - 0,45 m3 bioplynu za hodinu a průmyslové - od 1 do 3 m3 bioplynu za hodinu. Potřebné množství bioplynu pro vaření lze určit na základě času stráveného vařením denně.
Tabulka 19. Spotřeba bioplynu pro domácí potřebu
Bioplynové motory
Bioplyn lze použít jako palivo pro automobilové motory a jeho účinnost v tomto případě závisí na obsahu metanu a přítomnosti nečistot. Na metan mohou běžet jak karburátorové, tak vznětové motory. Jelikož je však bioplyn vysokooktanové palivo, je efektivnější jej používat v dieselových motorech.
K provozu motorů je zapotřebí velké množství bioplynu a instalace přídavných zařízení na spalovací motory, které jim umožňují provoz na benzín i metan.
Obr.37. Plynová elektrocentrála v obci. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"
Plyno-elektrické generátory
Zkušenosti ukazují, že využití bioplynu v plynových generátorech je ekonomicky výhodné, přičemž spálením 1 m3 bioplynu lze vyrobit 1,6 až 2,3 kW elektřiny. Efektivitu tohoto využití bioplynu zvyšuje využití tepelné energie vznikající při chlazení motoru elektrogenerátoru k ohřevu reaktoru bioplynové stanice.
Čištění bioplynu
Pro využití bioplynu jako paliva pro spalovací motory je nutné bioplyn předčistit od vody, sirovodíku a oxidu uhličitého.
Snížení vlhkosti
Bioplyn je nasycen vlhkostí. Čištění bioplynu od vlhkosti spočívá v jeho chlazení. Toho je dosaženo průchodem bioplynu podzemním potrubím ke kondenzaci vlhkosti při nižších teplotách. Při opětovném zahřívání plynu v něm obsah vlhkosti výrazně klesá. Toto sušení bioplynu je zvláště užitečné u používaných suchých plynoměrů, protože se časem naplní vlhkostí.
Snížení obsahu sirovodíku
Obr.38. Sirovodíkový filtr a absorbér pro odlučování oxidu uhličitého v obci. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"
Sirovodík smíchaný v bioplynu s vodou tvoří kyselinu, která způsobuje korozi kovů. To je vážné omezení používání bioplynu v ohřívačích vody a motorech.
Nejjednodušším a nejekonomičtějším způsobem odstranění sirovodíku z bioplynu je chemické čištění ve speciálním filtru. Jako absorbér se používá kovová "houba", sestávající ze směsi oxidu železa a dřevěných hoblin. S pomocí 0,035 m3 kovové houby lze z bioplynu získat 3,7 kg síry. Pokud je obsah sirovodíku v bioplynu 0,2 %, pak s tímto objemem kovové houby lze ze sirovodíku vyčistit asi 2500 m3 plynu. Aby se houba regenerovala, musí být nějakou dobu držena na vzduchu.
Minimální náklady na materiály, jednoduchost provozu filtru a regenerace absorbéru činí z této metody spolehlivý prostředek ochrany plynové nádrže, kompresorů a spalovacích motorů před korozí způsobenou dlouhodobým působením sirovodíku obsaženého v bioplynu. Oxid zinečnatý je také účinným absorbentem sirovodíku a tato látka má další výhody: absorbuje také organické sloučeniny síry (karbonyl, merkaptan atd.) 18
Snížení obsahu oxidu uhličitého
Snížení obsahu oxidu uhličitého je složitý a nákladný proces. V zásadě lze oxid uhličitý oddělit absorpcí do vápenného mléka, ale tato praxe produkuje velké objemy vápna a není vhodná pro použití ve velkoobjemových systémech. Samotný oxid uhličitý je cenným produktem, který lze využít v různých průmyslových odvětvích.
Obr.39. UAZ poháněný bioplynem
v s. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"
Využití metanu
Moderní výzkum chemiků otevírá velké možnosti pro využití plynu - metanu, pro výrobu sazí (barvivo a surovina pro gumárenský průmysl), acetylenu, formaldehydu, methyl a etylalkoholu, methylenu, chloroformu, benzenu a dalších cenných chemických látek produkty na bázi velkých bioplynových stanic18.
Spotřeba bioplynu motory
V s. V Petrovce v regionu Chui Kyrgyzské republiky zajišťuje bioplynová stanice Sdružení "Farmář" o objemu 150 m3 bioplyn pro domácí potřebu 7 rolnických farem, provoz plyno-elektrického generátoru a 2 automobilů - UAZ a ZIL . Pro provoz na bioplyn byly motory vybaveny speciálními zařízeními a vozidla byla vybavena ocelovými válci pro vstřikování plynu.
Průměrné hodnoty spotřeby bioplynu na výrobu 1 kW elektřiny motory Svazu zemědělců jsou cca 0,6 m3 za hodinu.
Tabulka 20. Využití bioplynu jako motorového paliva v obci Petrovka
Obr.40. Světlicový hořák pro spalování přebytečného bioplynu v obci. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"
Účinnost bioplynu
Účinnost bioplynu je u plynových kamen 55 %, u spalovacích motorů 24 %. Nejúčinnějším způsobem využití bioplynu je kombinace tepla a elektřiny, kde lze dosáhnout 88% účinnosti8. Využití bioplynu pro provoz plynových hořáků v plynových kamnech, topných kotlích, krmných pařácích a sklenících je nejlepším využitím bioplynu pro farmy v Kyrgyzstánu.
Přebytek bioplynu
V případě přebytku bioplynu produkovaného elektrárnou se doporučuje nevypouštět jej do atmosféry – to povede k nepříznivému ovlivnění klimatu, ale spalovat. K tomu je v rozvodu plynu instalováno spalovací zařízení, které musí být umístěno v bezpečné vzdálenosti od budov.
Zkušenosti s provozem plynových pístových jednotek na bioplyn
1. Úvod
Úkolem moderní energetiky je zajistit spolehlivé a dlouhodobé dodávky energie při zachování zdrojů fosilních paliv a ochraně životního prostředí. To vyžaduje ekonomický přístup k využívání stávajících energetických zdrojů a přechod na obnovitelné zdroje. Studie Evropské komise ukázala, že je to možné.
Při provádění studie byly zohledněny pouze technologie dostupné dnes na trhu a předpokládalo se vyrovnání životní úrovně v evropských zemích. Do roku 2050 tak může být 90 % energie spotřebované evropskými zeměmi klidně vyrobeno z obnovitelných zdrojů energie (obr. 1). Zároveň se zdvojnásobí cena elektřiny, ale zároveň se sníží i spotřeba energie na polovinu. Téměř třetina energie se bude vyrábět z biomasy.
Obrázek 1 - Spotřeba energie v Evropě (studie Evropské komise)
Biomasa je souhrnné označení pro organické produkty a odpady (kejda, zbytky obilí, olejniny a cukrové plodiny), průmyslový a domácí odpad, dřevo, odpad z potravinářského průmyslu atd. Suchou biomasu lze ihned využít jako palivo, v ostatních případech lze přeměněn na bioplyn „trávením“, zplyňováním nebo odpařováním (obrázek 2).
Obrázek 2 - Využití biomasy
2. Tvorba bioplynu
Bioplyn v přírodě vzniká rozkladem organických sloučenin za anaerobních podmínek, např. v bažinách, na březích vodních ploch a v trávicím traktu některých živočichů. Fyzika přírodních procesů nám tedy ukazuje cesty k získávání bioplynu.
Průmyslová výroba vyžaduje vývoj integrované technologie, která zahrnuje komponenty jako zásobník na biomasu, bioplynový reaktor (fermentor), ve kterém probíhá vyhnívání, a zásobník na bioplyn s čistícím systémem (obr. 3).
Obrázek 3 - Výroba elektrické energie pomocí bioplynu
Téměř veškerá organická hmota se rozkládá fermentací. Za anaerobních podmínek se mikroorganismy účastnící se procesu fermentace nebo rozkladu přizpůsobují původnímu substrátu. Vzhledem k tomu, že fermentace probíhá ve vlhkém prostředí, měl by biosubstrát obsahovat přibližně 50 % vody. Biologický rozklad se provádí při teplotě 35 °C až 40 °C. Při anaerobní fermentaci probíhá vícestupňový proces přeměny organických látek z vysokomolekulárních sloučenin na nízkomolekulární sloučeniny, které lze rozpustit ve vodě. V jedné fázi se rozpuštěné látky rozkládají za vzniku organických kyselin, nízkokvalitního alkoholu, vodíku, amoniaku, sirovodíku a oxidu uhličitého. Na druhé straně bakterie přeměňují látky na kyselinu octovou a mravenčí a v procesu metanogeneze je rozkládají za vzniku metanu.
4 HCOO H → CH 4 + 3 CO 2 + 2 H 2 O
Zároveň se vodíkem snižuje obsah CO 2, v důsledku čehož vzniká i metan.
C02 + 4H2 -> CH4 + 2 H20
Tekutá kejda se často používá jako surovina pro výrobu bioplynu. Pro zvýšení výtěžnosti plynu lze přidávat tzv. koenzymy, které homogenizují produkci bioplynu, jehož objem závisí na použitém substrátu (tab. 1).
Tabulka 1 - Výtěžnost bioplynu pro různé druhy biomasy
| Suroviny pro bioplyn |
Množství biomasy |
Množství bioplynu |
| Tekutý hnůj (skot) | 1 m3 |
20 m3 |
| kejda (prasata) | 1 m3 | 30 m3 |
| ptačí trus | 1 m3 | 40 m3 |
| čistírenského kalu | 1 m3 | 5 m3 |
| Bioodpad | 1 tuna |
100 m3 |
| Odpadní tuky | 1 tuna | 650 m3 |
| Tráva | 1 tuna | 125 m3 |
3. Kvalita bioplynu a jeho příprava k použití
Kvalita bioplynu a příprava topného plynu nezávisí na použité surovině a na rychlosti procesu. V tabulce. 2 ukazuje srovnání složení různých druhů plynu.
Tabulka 2 - Přibližné srovnávací složení palivových plynů
| Bioplyn |
Plyn odpadní voda |
Popelářský plyn skládky |
Přírodní plyn |
||
| CH 4 |
% | 50...75 |
65 | 50 | 88 |
| CO2 |
% | 20...50 | 35 | 27 | — |
| N 2 |
% | 0...5 | — | 23 | 5 |
| Hustota | kg/nm 3 | 1,2 | 1,158 | 1,274 | 0,798 |
| Výhřevnost schopnost |
kWh/Nm 3 | 5,0...7,5 |
6,5 | 4,8 | 10,1 |
| metan číslo |
Jednotky | 124...150 |
134 | 136 | 80...90 |
Vzhledem k tomu, že bioplyn obsahuje škodlivé složky jako je síra, čpavek, někdy křemík a také jejich sloučeniny, jsou možnosti jeho využití omezené. Tyto součásti mohou u spalovacích motorů způsobovat opotřebení a korozi, proto jejich obsah v plynu nesmí překročit limity stanovené MWM. Kromě toho nesmí být výfukové plyny ochlazovány na teploty nižší než 140...150 °C, jinak se ve výměnících tepla a ve spodní části systému spalinových kanálů bude hromadit kyselý kondenzát.
Existuje několik způsobů, jak odstranit síru z topného plynu. Při biologickém čištění je vzduch přiváděn do plynové zóny ve fermentoru. V důsledku oxidace sirovodíku bakteriemi dochází k separaci síry a síranu, které jsou odstraněny s kapalnými složkami. Dalším způsobem je chemické srážení. V tomto případě se do roztoku ve fermentoru přidává chlorid železitý. Tyto metody se dobře osvědčily v čistírnách odpadních vod.
Nejoptimálnějších výsledků se dosáhne, když se plyn čistí pomocí aktivního uhlí a z plynu se odstraňuje nejen síra, ale i křemík. V tomto případě kvalita bioplynu odpovídá kvalitě zemního plynu a použití oxidačního katalytického plynového neutralizátoru poskytuje další snížení emisí výfukových plynů.
4. Využití bioplynu pro KVET na bázi plynových pístových motorů
MWM GmbH (dříve Deutz Power Systems) vyrábí přeplňované plynové pístové jednotky se spalováním chudé směsi v rozsahu jmenovitého výkonu od 400 do 4300 kW (obr. 4). Tyto motory jsou přizpůsobeny kolísání složení bioplynu a jsou optimalizovány pro provoz na plyny se složitým složením.
Obrázek 4 - Výkonový rozsah plynových motorů MWM GmbH (dříve DEUTZ Power Systems)
Hodnocení jsou v souladu s ISO 3046. Specifikace jsou pouze pro informaci a nejsou závaznými hodnotami.
MWM GmbH má bohaté zkušenosti s provozem plynových pístových motorů na skládkový a splaškový plyn (první takové modely začaly fungovat před téměř 100 lety na splaškový plyn) a tyto zkušenosti využívá k dalšímu zdokonalování modelové řady a zvyšování spolehlivosti vyráběných kogeneračních systémů. (obr. 5)
Obrázek 5 - Vývoj plynových pístových motorů (za období 1988 - 2002)
Hlavním úkolem je v tomto případě učinit motory odolnějšími vůči působení škodlivých látek obsažených v plynu. Různé nečistoty tvoří kyseliny, které nepříznivě ovlivňují součásti motoru, především ložiska. Takový negativní vliv lze eliminovat na jedné straně optimalizací provozního režimu a změnou technologie výroby ložisek na straně druhé.
Pokud je jednotka provozována s teplotou mazacího oleje kolem 95 °C (vstup do motoru) a je zabráněno častým zastavováním a startům, lze snížit riziko tvorby kyseliny v důsledku kondenzace v klikové skříni během fáze chlazení. V souvislosti s výše uvedeným by měl motor pokud možno běžet bez zastavení. Akumulace plynu v dostatečném objemu v zásobníku plynu zajistí nepřetržitou dodávku paliva, která je nezbytná pro bezproblémový chod plynového motoru.
Zkušenosti získané při provozu bioplynových motorů ukázaly, že pro ložiska musí být použity speciální materiály. S rostoucí účinností motoru a provozním tlakem jsou zapotřebí ložiska s vyšší únosností. Ložiska s povlakem jsou nyní široce používána, aby splnila všechny požadavky na spolehlivost. Díky svému souvislému tvrdému povrchu jsou odolnější vůči agresivnímu plynu a mazacímu oleji než tradiční kuličková ložiska s drážkou (obr. 6).
Obrázek 5 – Porovnání maximálního tlaku filmu
Kvalita mazacího oleje má významný vliv na životnost a opotřebení motoru. Proto by se během provozu měly používat pouze ty značky oleje, které výrobce plynového motoru schválil pro tento typ plynu. Intervaly výměny oleje jsou stanoveny při uvedení elektrárny do provozu na základě výsledků analýzy kvality oleje. Během provozu motoru je neustále sledována kvalita mazacího oleje, poté je rozhodnuto o jeho výměně. První analýza oleje se provádí po 100 hodinách provozu bez ohledu na druh topného plynu. Intervaly údržby ventilů jsou stanoveny stejným způsobem.
Aby se prodloužily intervaly výměny mazacího oleje, musí se zvýšit množství oleje v základním rámu motorů. K tomuto účelu nabízí MWM svým zákazníkům jednotky se zvýšeným objemem oleje v rámu motoru. Olej je neustále přiváděn do mazacího okruhu, prochází diagonálně základním rámem (obr. 10):
Obrázek 6 - Zásoba mazacího oleje
Kromě konstrukčních prvků samotných motorů hraje důležitou roli při zajišťování bezpečného a spolehlivého provozu bioplynových jednotek řídicí a řídicí systém TEM (Total Electronic Management by MWM). Zjišťuje všechny provozní stavy, teploty, tlaky atd. a na základě získaných údajů nastavuje optimální výkon motoru při maximální účinnosti, přičemž nepřekračuje stanovené emisní limity. Systém TEM má možnost sestavit analytické grafy změn provozních parametrů stanice - to umožňuje včas odhalit porušení v práci a rychle na ně reagovat.
Společnost dodává kompletní elektrárny na bioplyn. Zahrnují plynovou pístovou jednotku, kotel na odpadní teplo, tlumič hluku, katalyzátory plynů, systém čištění plynů s aktivním uhlím a v případě potřeby i systém dodatečné úpravy výfukových plynů. (obr. 7).
Obrázek 7 - Příklad uspořádání mini CHP ( pro zvětšení klikněte na obrázek)
Na Obr. 8 ukazuje konkrétní investiční a průměrné náklady na údržbu bioplynových stanic. Údaje shrnují provozní zkušenosti jednotek řad TBG 616 a TBG 620. Zahrnují náklady na plynový motor, výměníky chladiva a výfukových plynů, tlumiče hluku a náklady na rozvod včetně instalace a potrubí. Od roku 2005 byly jednotky řady TBG modernizovány na řadu TCG 2016 C a TCG 2020.
Obrázek 8 - Kapitálové investice a náklady na údržbu
V roce 2009, po další modernizaci modelové řady, se u řady TCG 2020 podařilo u kogenerační jednotky TCG 2020 V20 dosáhnout elektrické účinnosti 43,7 % a přivést elektrický výkon 12 a 16 válců plynové motory, respektive na 1200 a 1560 kW. Vážná modernizace se dotkla i jednotky TCG 2016 V08. Elektrický výkon této jednotky byl zvýšen na 400 kW a elektrická účinnost vzrostla na 42,2 %. Navíc elektrická účinnost a výstupní výkon jsou stejné jak při použití zemního plynu, tak bioplynu.
5. Praktické využití různých surovin pro výrobu energie
Ve městě Braniborsko(Německo) instalovali elektrárnu, která vyrábí bioplyn z potravin a domovního odpadu (foto 1). Ročně se zlikviduje cca 86 000 tun bioodpadu.
Foto 1 - Bioplynová stanice v Alteno
Proces získávání bioplynu se provádí v určitém pořadí. Po odstranění nejednorázových složek se bioodpad rozdrtí a promíchá, výsledná hmota se zahřeje na 70 °C, aby se usmrtily patogenní organismy. Odpad se poté posílá do dvou fermentorů, z nichž každý pojme 3 300 m3 biomasy. Mikroorganismy rozkládají biomasu (cca za 20 dní), čímž vzniká bioplyn a zbytkové množství kapaliny, která je následně vytlačena a suchý zbytek je opět biologicky zpracován jako kompost.
Dva plynové pístové motory TBG 616 V16K výrobce Deutz Power Systems pracují na bioplyn, elektrický výkon každého z nich je 626 kW, tepelný výkon je 834 kW. Vyrobená elektrická energie je dodávána do elektrické sítě a teplo se využívá k výrobě plynu. Úrovně emisí škodlivých látek jsou pod limitními hodnotami stanovenými německou normou TA-Luft.
Bioplynová stanice také funguje v Eichigte na farmě hospodářských zvířat společnosti Agrofarm 2000 GmbH. Společnost obdělává 2 200 hektarů orné půdy a 1 100 hektarů pastvin v Eichigtu/Vogtlandu. Část sklizně pěstovaných plodin slouží jako krmivo pro 1550 krav, z nichž se ročně vyprodukuje 10 650 000 kg mléka. Současně se denně tvoří 110 až 120 m 3 kejdy - „fermentuje“ ve fermentoru, v důsledku čehož se vyrábí 4000 ... 4400 m 3 bioplynu. Do hnoje se přidávají zbytky krmiva (až 4 t/den), díky čemuž se produkce plynu zvyšuje o 20 %.
Mini-CHP je instalována v kontejneru (foto 2), jako pohon je použit motor TBG 616 V16 K, jehož elektrický výkon je 459 kW, tepelný výkon je 225 kW. Elektřina je dodávána do elektrické sítě a teplo je využíváno pro potřeby ekonomiky. Jako surovina pro výrobu bioplynu se používá kejda.
Foto 2 - Kogenerační jednotka MWM (bývalé DEUTZ Power Systems) v kontejnerovém provedení s motorem TBG 616 V16
Cyklus recyklace biomasy je prakticky bezodpadový. Zbytky vzniklé při anaerobním procesu „trávení“ jsou bez zápachu a lze je používat na polích jako hnojivo po celý rok.
závěry
- Využití zemědělského odpadu jako biopaliva umožňuje uzavřený cyklus zemědělské výroby. Zbytek z anaerobní digesce je bez zápachu a lze jej odvézt na pole jako hnojivo. Tento typ hnojiva je rostlinami okamžitě absorbován bez znečištění půdy nebo podzemních vod.
- Výroba energie z bioplynu je ve světle pravidelných energetických krizí považována za perspektivní obnovitelný zdroj energie. Bioplynové stanice přeměňují solární energii uloženou rostlinami na bioplyn procesem biologického rozkladu. Tento proces je neutrální z hlediska bilance CO 2 , protože do atmosféry se uvolňuje pouze množství oxidu uhličitého, které bylo předtím absorbováno rostlinami během fotosyntézy.
- Výroba elektrické a tepelné energie v bioplynových stanicích je perspektivní technologií, která pomáhá lidstvu osamostatnit se na omezených zásobách fosilních paliv a zároveň chrání životní prostředí.
- MWM GmbH nabízí svým zákazníkům systémy pro výrobu energie a tepla založené na moderních, bezpečných a spolehlivých plynových motorech.
Původní článek byl vytištěn pro: VI. mezinárodní vědeckou konferenci GAS ENGINES 2003 v Polsku, 2. - 6. června 2003