Budowa elektrowni, elektrogazowni i gazowni biometanowych w skali przemysłowej

fot. RaBoe/Wikipedia

Zaprezentowano nowy „Sposób i układ wytwarzania metanu i energii elektrycznej i cieplnej”. W układzie tym wytworzone paliwo gazowe po ustandardowieniu jest wykorzystywane do napędu agregatu prądotwórczego i ogniwa termoregeneracyjnego. Jest to układ multienergetyczny, służący do wytwarzania paliwa gazowego, energii mechanicznej i energii cieplnej.

Główne surowce służące obecnie do wytwarzania energii cieplnej, mechanicznej oraz elektrycznej to ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel. Wykorzystanie tych surowców wiąże się jednak z emisją CO₂ oraz innych zanieczyszczeń do atmosfery, co przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego. Alternatywą dla tego typu surowców są paliwa odnawialne, np. biomasa. Uzyskiwanie energii z biomasy jest obecnie realizowane na dwa podstawowe sposoby.

Pierwszy oparty jest na procesie spalania biomasy i wytwarzania pary wodnej, która napędza turbinę parową sprzężoną z generatorem prądu elektrycznego. Rozwiązanie to charakteryzuje się bardzo niską sprawnością. Na przykład w projekcie Lubań (kotły parowe opalane słomą) sprawność wytwarzania energii elektrycznej wyniesie 16,4%.

Drugi sposób to uzyskiwanie biogazu w wyniku fermentacji metanowej. Uzyskany biogaz służy do napędu agregatu prądotwórczego.

W nowym proponowanym i opatentowanym już układzie w Polsce, Rosji, Białorusi i na Ukrainie pt.: „Sposób i układ wytwarzania metanu i energii elektrycznej i cieplnej” wytworzone paliwo gazowe po ustandardowieniu jest wykorzystywane do napędu agregatu prądotwórczego i ogniwa  termoregeneracyjnego. Zgłoszony do opatentowania układ, również w systemie PCT, w Europejskim Urzędzie Patentowym jest układem multienergetycznym, służącym do wytwarzania paliwa gazowego (metanu lub ustandardowionej mieszaniny CH₄ i CO₂), energii mechanicznej, energii elektrycznej i energii cieplnej. Rozwiązanie to charakteryzuje się wysoką sprawnością wytwarzania energii elektrycznej – przez agregat prądotwórczy do 42%, a przez układ skojarzony agregat – ogniwo do 70%.

Obecny stan techniki

Wytwarzanie energii elektrycznej z biomasy jest obecnie realizowane dwoma sposobami:

• pierwszy – oparty jest na procesach spalania, w wyniku czego wytwarzana jest para wodna napędzająca turbinę parową połączoną z generatorem prądu elektrycznego; układ taki charakteryzuje się niską sprawnością, wynikającą głównie z niskich parametrów pary uzyskiwanej przy spalaniu biomasy;
• drugi – charakteryzujący się znacznie większą sprawnością, to metoda wytwarzania energii elektrycznej poprzez wykorzystanie do napędu agregatu prądotwórczego biogazu powstającego w procesach fermentacji metanowej. Tradycyjne źródła pozyskiwania biogazu w Polsce:
  • fermentacja osadu czynnego w komorach fermentacyjnych oczyszczalni ścieków,
  • fermentacja organicznych odpadów przemysłowych i konsumpcyjnych na wysypiskach,
  • fermentacja gnojowicy i obornika w indywidualnych gospodarstwach rolnych.

Analizując przydatność takich źródeł biogazu do wytwarzania energii elektrycznej należy zwrócić uwagę na niską wydajność wytwarzania metanu, zmienny skład biogazu oraz długotrwały proces utylizacji takiej biomasy. Wszystko to ma wpływ na bardzo wysokie koszty jednostkowe budowy komór fermentacyjnych, które muszą posiadać dużą objętość.

Nowe rozwiązania
w produkcji metanu i energii

Proces uzyskiwania biogazu jest opłacalny, gdy zostanie zastosowana biomasa o dużej wydajności metanu z 1 tony suchej masy. Biomasę o takich własnościach otrzymuje się z celowych upraw rolniczych. Odpady roślinne, śmieci z wysypisk oraz odpady pochodzenia zwierzęcego mogą stanowić dodatkowe źródło biomasy. Wytwarzanie biometanu przebiega z zastosowaniem anaerobowego przetwarzania biomasy do biogazu w rozdzielonych i sterowalnych procesach hydrolizy biomasy i fermentacji metanowej przez bakterie metanowe mezofilne, termofilne i psychrofilne. Część metanu wydzielonego z biogazu i biogaz miesza się otrzymując standardowe paliwo gazowe służące do napędu agregatu prądotwórczego. Pozostała część może być sprzedawana odbiorcom. W procesie wytwarzania energii elektrycznej powstaje znaczna ilość energii cieplnej, która może generować dodatkowy dochód z eksploatacji MEB. W elektrogazowni całe ciepło pozyskane z kogeneracji kierowane jest do ogrzewania fermentorów o większej objętości, przez co kieruje się na sprzedaż większą ilość wyprodukowanego biometanu.