PATRES Školící program. Bioplynové technologie

Transkript

1 využití obnovitelných zdrojů energie v budovách Bioplynové technologie Ing. Jiří Klicpera CSc. Ing.Evžen Přibyl ENVIROS, s.r.o. 1

2 Motto "Já elektřinu ke svému životu nepotřebuji, televizi klidně mohu sledovat i pří svíčkách" pravila Lubica Trubíniová, šéfka slovenského hnutí Greenpeace... 2

3 Obsah Základní rozdělení forem (druhů) OZE a technologií pro jejich využití : Solární energie - termické solární systémy, fotovoltaické elektrárny Energie biomasy zařízení pro spalování, zplyňování, nebo výrobu bioplynu, s následnou výrobou tepla nebo el. energie a tepla Energie prostředí - tepelná čerpadla Energie vody malé vodní elektrárny Energie větru větrné elektrárny Energie geotermální metoda horké suché skály (HDR hot dry rock) Kogenerace Parní kogenerace Plynová kogenerace s motorem Plynová kogenerace s turbínou Tepelné procesy pro získání energie využívají jen povrchovou energii chemické vazby změnu elektronové struktury v molekule a oxidační energii chemické reakce látek, jejichž původ je ve sluneční energii. Energie solární, vodní a větrná využívá rovněž zdroje, jejichž původ je v činnosti Slunce. A energie Slunce je jadernou reakcí. Ještě je tu někdo proti jaderným zdrojům energie? 3

4 ENERGIE BIOMASY Pro získávání energie z pěstované biomasy i z většiny odpadů se nabízejí dva druhy procesů - procesy termické a procesy biotechnologické. Procesy termické zahrnují především tři hlavní varianty : spalování zplyňování pyrolýza Procesy biotechnologické probíhající běžně v přírodě zahrnují dvě hlavní varianty anaerobní digesci zvanou též metanizaci ethanolovou fermentaci zvanou lihové kvašení V obcích se jedná převážně o využití biomasy spalováním, vzhledem k již značným provozním zkušenostem a dostupnosti zařízení pro dopravu a úpravu biomasy, její spalování a likvidaci zbytků po spalování (již pračlověk i staří Římané ) Biomasa záměrně pěstovaná k tomuto účelu - obilí, olejniny - energetické dřeviny a traviny 4

5 Biomasa odpadní - rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny: kukuřičná a obilná sláma, řepková sláma, zbytky z lučních a pastevních areálů, zbytky po likvidaci křovin a lesních náletů, odpady ze sadů a vinic - odpady z živočišné výroby: zbytky krmiv, odpady z přidružených zpracovatelských kapacit nařízení ES č. 1774/2002 O využití vedlejších živočišných produktů - komunální organické odpady z venkovských sídel, odpadní organické zbytky z údržby zeleně a travnatých ploch - organické odpady z průmyslových výrob, odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce, odpady z dřevařských provozoven (odřezky, hobliny, piliny) - lesní odpady (dendromasa), dřevní hmota z lesních probírek, kůra, větve, pařezy, kořeny po těžbě dřeva, palivové dřevo, manipulační odřezky, klest K přímému spalování je vhodná především rostlinná biomasa (fytomasa) z různých dřevin a slamnatých plodin. Produkty živočišného původu jsou využívány zejména k výrobě bioplynu. 5

6 Základní legislativa Nařízení ES č. 1774/2002 O využití vedlejších živočišných produktů Nařízení vlády č. 103/2003 O stanovení zranitelných oblastí a o používání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření v těchto oblastech Zákon o odpadech 185/2001 Sb. v platném znění a prováděcí předpisy, Vyhláška 383/2001 Sb. O podrobnostech nakládání s odpady Vyhláška 382/2001 Sb. O podmínkách využití upravených kalů na zemědělské půdě ve znění vyhl. 504/2004 Sb. Energetický zákon 406/2000 Sb. v platném znění Zákon 100/2001 Sb. o hodnocení vlivů na životní prostředí (EIA) Zákon 86/2002 Sb. o ochraně ovzduší klasifikace zdrojů znečištění 6

7 Jak se staví bioplynka 01/2006 7

8 Jak se staví bioplynka 01/2006 8

9 Jak se staví bioplynka 06/2006 9

10 Jak se staví bioplynka 06/

11 Jak se staví bioplynka 4/12/

12 Výroba energie zplyňováním biomasy Zplyňování biomasy se obvykle pro větší složitost nepoužívá jen pro pouhou výrobu tepla, ale spíše pro výrobu el. energie nebo el. energie a tepla pomocí kogeneračních jednotek plynovými motory. V případě výskytu biomasy v biologicky rozložitelné formě je možno pomocí anaerobní fermentace vyrábět bioplyn o výhřevnosti obvykle v rozsahu MJ/m3 a ten spalovat v plynové kogenerační jednotce. Část vyrobeného tepla (cca 20 40%) je využita zpětně pro zajištění fermentace biomasy. Pozor, vzniká popel nebo kaly a co s nimi. 12

13 Výroba energie zplyňováním biomasy - zvláštní technologie Pokud dostupná biomasa není biologicky rozložitelná, je nutno použít zplyňovacího generátoru a vyrábět pyrolýzní plyn (dřevoplyn). Zplyňování probíhá při nižších teplotách (kolem 500 C) a za atmosférického tlaku ve vrstvě biomasy Další technologií je tzv. rychlá pyrolýza, s ohřevem biomasy a následným rychlým ochlazením produktů rozkladu. Podle druhu rozkládané biomasy je produkován buďto plyn nebo kapalné palivo. V obou případech je výhřevnost produktu rychlé pyrolýzy vyšší než při atmosférickém zplyňování. Nezbytným krokem pro provoz rychlé pyrolýzy je předsoušení biomasy na vlhkost nižší než 10-15%. Lze užít i pro pyrolýzu plastů se vznikem kapalného paliva blízkého motorové naftě. 13

14 Výroba bioplynu a provoz bioplynových stanic BPS může zpracovat různé druhy biologicky rozložitelných vstupů (kejdu, hnůj i jiné odpady ze zemědělské a rostlinné výroby, energetické plodiny, kaly z čističek odpadních vod a komunální bioodpady, včetně odpadů z domácností). Vždy je nutné dobré rozmělnění předkousat bakteriím! Při vyšším obsahu sušiny v substrátu (např. travní senáž, kuchyňské odpady, tuky, prošlé potraviny, ovoce, zelenina a pod.) je možno použít také technologie tzv. suché fermentace. Jedná se postup s několika fermentory, které jsou střídavě plněny a po proběhnutí fermentační reakce vyprázdněny. Po naplnění fermentoru jsou uzavřena plynotěsná vrata. Biomasa je vyhřívána podlahovým topením a současně je skrápěna cirkulovaným perkolátem (tekutým produktem fermentace) Proces je diskontinuální, obvyklá délka cyklu je 28 dnů. Pro kontinuitu procesu se doporučuje pracovat minimálně sečtyřmi fermentory. Proces je blízký kompostování. 14

15 Výroba bioplynu a provoz bioplynových stanic Tuky, bílkoviny a ostatní složité látky nejprve hydrolyzují pomocí bakterií na jednoduché molekuly cukrů, alifatických kyselin (octová..), aminokyselin apod. V systému roste kyselost. Jednoduché molekuly jsou potom transportovány do metabolismu dalších bakterií, které produkují metan a oxid uhličitý v anaerobním metabolismu. Vzniká i amoniak a uvolňují se kationty, kyselost klesá, protože kyseliny se nyní rozloží. 15

16 Obnovitelnost zdroje - fotosyntéza 6 CO2 + 6 H2O C6 H12 O6 + 6 O2 - Q. Při rozkladu organické hmoty za přístupu vzduchu (aerobní rozklad ) probíhá chemický děj opačně a část energie získané při fotosyntéze se uvolňuje C6 H12 O6 + 6 O CO2 + 6 H2O + Q. Při dodávce tepelné energie za nepřístupu vzduchu vzniká bioplyn dle vztahu C6 H12 O CH4 + 3 CO2 Asi 90 % energie je při tomto procesu zachováno v metanu, který lze energeticky využít. 16

17 Obvyklé složení a vlastnosti bioplynu 17

18 Výroba bioplynu a provoz bioplynových stanic Produktem tzv. anaerobní digesce biologicky rozložitelného odpadu v bioplynové stanici je především bioplyn, dále tzv. digestát (tuhý zbytek po vyhnití) a fugát (tekutý zbytek po vyhnití). Bioplyn má výhřevnost v intervalu MJ/m3, která je závislá na obsahu metanu (55 70 %), zbytek je oxid uhličitý a někdy i sulfan. Digestát může sloužit jako kvalitní hnojivo, fugát se používá buď ke zpětnému ředění vstupního substrátu nebo též pro hnojení. Uvedený proces přeměny vstupního biologicky rozložitelného substrátu probíhá ve vzduchotěsném reaktoru - fermentoru, kde zůstává pevně stanovenou dobu. Optimální teplota pro anaerobní digesci je vázána na různé kmeny bakterií a podle toho je udržována na nižší teplotě (mezofilní proces, kolem 35 C) nebo vyšší teplotě (termofilní proces, 52 C). Bioplyn vznikající ve fermentoru je odváděn do plynojemu a upravován pro další využití obvykle do kogenerační jednotky pro výrobu tepla a elektřiny. 18

19 Legenda obrázku : 1.vstupníčerpací jímky, 2.fermentory, 3.dofermentory, 4. čerpací stanice, úprava substrátu, 5.strojovna kogenerační jednotky, 6.homogenizační nádrž, 7.odvodnění kalu, 8.skladování fugátu 19

20 Bioplyn pro kogeneraci 20

21 Vytápění a provozní kontrola 21

22 Jak se provozuje bioplynka 22

23 Jak se provozuje bioplynka 23

24 Jak se provozuje bioplynka 24

25 Provozní schéma anaerobní stupeň 25

26 Provozní schéma aerobní stupeň 26

27 Provozní schéma kalové hospodářství 27

28 Metanizace pivovarských vod 28

29 Metanizace pivovarských vod v UASB 29

30 ČOV Kragujevac, Srbsko 30

31 Kogenerace ČOV Kragujevac, Jenbacher 31

32 ČOV Kragujevac 32

33 Děkujeme Vám za pozornost! Ing. Jiří Klicpera CSc. ENVIROS, s.r.o. Na Rovnosti Prague 3 tel.: fax: jklicpera@enviros.cz Webové stránky projektu: Výhradní odpovědnost za obsah této prezentací nesou jeho autoři. Jeho znění nemusí odrážet stanovisko Evropské unie. Evropská komise nenese zodpovědnost za rozhodnutí učiněná na základě obsažených informací. 33