Energetska efikasnost Sistemi proizvodnje biogasa po meri investicija za budućnost

Sistemi proizvodnje biogasa po meri investicija za budućnost

Sistemi proizvodnje biogasa po meri investicija za budućnost

Potreba za energijom raste širom sveta. Energija je tema čija politička i društvena važnost raste. Cena struje stalno raste, potrošnja energije širom sveta raste, a zalihe fosilnih goriva su ograničene. Istovremeno ekološki uticaj sagorevanja uglja, nafte i gasa i problem odlaganja nuklearnog otpada postaje sve uočljiviji. U svetlu razvoja raste potreba za alternativnim izvorima energije. Biogas predstavlja izvor nove energije za sledeće generacije.

 

Tržište struje i gasa su u stanju promena

Tržište struje i gasa su u stanju promena. Možete aktivno oblikovati budućnost ovog tržišta ako ste potrošač struje, proizvođač energije i investitor. Proizvodnja biogasa je CO2 neutralna, donosi nova radna mesta i za kratko vreme daje velike dodatne vrednosti i stabilnu zaradu. Biogas nudi, kako ekološke, tako i ekonomske prednosti.

Energija iz biogasa – obnovljiva i povoljna za klimu

Biogas je proizvod prirodnog razgrađivanja koji se dešava pri fermentaciji organskih supstanci [1]. Proizvodnja energije iz biogasa je naročito povoljna za zaštitu životne sredine, pošto ne pravi dodatno emitovanje CO2 i smanjuje količinu organskog porekla. Na ovaj način biogas u velikoj meri doprinosi smanjenju CO2 i u mnogim zemljama širom sveta promoviše se zakonskim odredbama [2]. Biogas se može skladištiti i tako može snabdevati kako pri nižim tako i pri višim opterećenjima. Za razliku od drugih obnovljivih izvora energije (vetar, sunce) biogas se može proizvesti bez obzira na klimatske i vremenske uslove.

Višestruka upotreba u odnosu na druge vrste energije

Biomasa je jedini izvor obnovljive energije koji je pogodan za proizvodnju toplote, električne energije, gasa, kao i tečnih goriva. Energija dobijena iz biogasa ne samo što je ekološki povoljna, nego je i raznovrsna. Na primer, otpadna toplota koja se stvara kao nusproizvod pri proizvodnji biogasa može se iskoristiti za zagrevanje staklenika ili za hlađenje. Ubrizgavanje biogasa u postojeću mrežu gasovoda i upotreba u obliku goriva za automobile dobiće na važnosti u bliskoj budućnosti.[3]

Biomasa je jedini izvor obnovljive energije

Kako nastaje biogas?

Ulazni materijali se ubacuju u zagrejane i toplotno izolovane uređaje za fermentaciju napravljene od armiranog betona gde se vrši fermentacija bez prisustva vazduha na temperaturama između 35 °C i 38 °C. Bakterije se šire kroz biomasu i stvara se gas koji sadrži metan. Ovim biogasom može se pokrenuti centralno postrojenje za grejanje i proizvodnju električne energije [4].

Električnom i toplotnom energijom se može snabdevati lokalna energetska mreža, a preostali materijal se čuva u rezervoaru za skladištenje odakle se može direktno upotrebiti na poljoprivrednom zemljištu ili preraditi u kompost i tečno đubrivo. Praktično sve organske materije poput tečnog đubriva, đubriva, otpadne vode iz kanalizacije , bio otpada i useva uzg ajanih za proizvodnju energije mogu se koristiti za proizvodnju biogasa. Na slici 1 je prikazana šema proizvodnje i distribucije energije korišćenjem biogasa.

Šema proizvodnje i distribucije energije korišćenjem biogasa
Slika 4 – Šema proizvodnje i distribucije energije korišćenjem biogasa

Visoko kvalitetni blok postrojenja za grejanje i struju

Kompletan dizajn i zrela tehnologija po industrijskim standardima predstavljaju karakteristike centralnih postrojenja za grejanje i električnu energiju. Motori su posebno napravljeni za biogas. Obezbeđene su odgovarajuće klase sa različitim performansama u zavisnosti od dimenzija postrojenja. Centralna postrojenja za grejanje i električnu energiju karakteriše dug upotrebni vek, visoke performanse i energetska efikasnost.

Standardizovana modularna struktura

Za projektovanje se koriste standardne modularne konstrukcije sa modulima od 500 kWe, 1 MWe, 1,5 MWe, 3 MWe. Konstrukcije sa komponentama koje se proizvode u serijama nude velike prednosti. Visok kvalitet proizvoda je obezbeđen zahvaljujući velikoj količini, stabilnim i povoljnim cenama i što je najvažnije zahvaljujući efikasnoj metodi izgradnje za kratko vreme korišćenjem optimalnog plana. Na slici 2 je prikazano postrojenje za proizvodnju biogasa sa osnovnim elementima.

Postrojenje za proizvodnju biogasa sa osnovnim elementima:
Slika 5 – Postrojenje za proizvodnju biogasa sa osnovnim elementima:
  • 1. Rezervoar
  • U zatvorenom uređaju za fermentaciju, ulazni materijali se fermentišu na temperaturama između 35 °C i 38 °C. U ovoj fazi proizvodi se gas sa mnogo metana.
    2. Fleksibilni krov
    Krov koji ne propušta vazduh i osigurava stabilne uslove prerade.
    3. Centralno postrojenje za proizvodnju toplote i električne energije
    Gas iz uređaja za fermentaciju pretvara se u toplotnu i električnu energiju u bloku za proizvodnju toplotne i električne energije.
    4. Potapajući motor uređaja za mešanje
    Položaj potapajućeg motora uređaja za mešanje može se podesiti u rezervoaru tako da ujednačeno meša ulazne supstance brzinama od 300 do 400 o/min
    5. Rezervoar za mešanje

Tu se dovode, spajaju, mere i predmešaju ulazni materijali i kosupstrati pre nego što se provedu u uređaj za fermentaciju.

Dodatna tehnologija za optimalnu produktivnost

Pored standardne tehnologije nude se brojne atraktivne i ekološki povoljne dodatne tehnologije pomoću kojih se može znatno povećati produktivnost postrojenja. Tehnički dodaci osiguravaju veću proizvodnju biogasa i otvaraju nove i unosne izvore prihoda. Sa ovim tehnologijama se obezbeđuju dodatna sredstva optimizacije [5].

Profesionalno poboljšanje supstrata

Pored tehničke opreme, supstrati su ključni faktor za prinos i kvalitet biogasa. Potrebno je permanentno raditi na poboljšanju uzgoja i setve useva za supstrate za proizvodnju.

Biogas čiji kvalitet je jednak kvalitetu prirodnog gasa

Mogućnost tretiranja biogasa na takav način da se može ubrizgati u javni gasovod otvara ogromne nove prihode sa tržišta za operativna postrojenja. Nova tehnologija takođe predstavlja veliki korak ka nezavisnosti od inostranih dobavljača i od upotrebe fosilnih goriva. U procesu tretiranja biogasa prvo se kompresijom otklanja najveća količina ugljen-dioksida, a zatim se gas hladi. Nakon toga se ugljen-dioksid i vodonik-sulfid otklanjaju vodom. Kroz proces tretiranja sadržaj metana u biogasu se povećava sa oko 55% na bar 97%. Prerađeni biogas može se skladištiti u postojećim rezervoarima za gas i cevovodima ubrizgavati u postojeću mrežu. Tako se gas može koristiti gde je potrebno na lokaciji potrošača [6]. Na slici 3 prikazana je tehnološka šema tretmana biogasa.

Tehnološka šema tretmana biogasa:
Slika 6 – Tehnološka šema tretmana biogasa:
  • 1) Odvajanje kapljica
    2) Kompresija
    3) Hlađenje
    4) Apsorpcija
    5) Rasterećenje pritiska
    6) Desorpcija
    7) Hlađenje
    8) Tretman izlaznog vazduha
    9) Sušenje

Tretiranje otpadne vode uz profit

U cilju optimalne iskorišćenosti preostale otpadne vode nudi se inovativna i posebno efikasna tehnologija. Na slici 4 prikazana je tehnološka šema tretmana preostalog efluenta. U tom procesu čvrste komponente se delovanjem centrifugalne sile odvajaju od preostale otpadne vode. Ta čvrsta materija sadrži značajan udeo fosfora i mogu se koristiti kao kompost i agens za poboljšavanje kvaliteta zemljišta. Iz tečnog ostatka dobije se koncentrovano azot – kalijumsko đubrivo i voda koja se može koristiti za piće. Tretiranje otpadne vode smanjuje emisije, štedi troškove skladištenja otpadne vode i smanjuje troškove transporta. Postrojenja su dobra za životnu sredinu i za ostvarivanje profita. [7]

Tehnološka šema tretmana preostalog efluenta
Slika 7 – Tehnološka šema tretmana preostalog efluenta

 

Sušenje

Otpadna toplota koja se javlja u CHP postrojenju može se iskoristiti i za druge svrhe sem grejanja. Na primer za sušenje poljoprivrednih proizvoda, proizvoda hemijske i prehrambene industrije. Na taj način se proizvodnja biogasa čini profitabilnijom.

Postrojenja za proizvodnju biogasa

U blizini Gustrowa u Nemačkoj napravljeno je postrojenje za proizvodnju 10 000 m3 biogasa čiji je kvalitet bolji od prirodnog gasa koji će se uvoditi u mrežu cevi sa prirodnim gasom svakog sata. To je jednako povezivanju na izvor snage 22 MWe na sat. Postrojenje se sastoji od pet modula koji proizvode po 2000 m3 biogasa na sat. To odgovara kapacitetu od oko 4,4 MWe za svaki modul.

Osnovni podaci o postrojenju

Osnovni podaci o postrojenju

Prethodno navedeni podaci su razlog da lokalni farmeri budu zadovoljni pošto će postrojenje za proizvodnju biogasa od njih nabavljati biomasu i to u količini od 450 000 t/god. Sa farmerima su napravljeni dugoročni ugovori za isporuku useva.

Srbija i obnovljivi izvori energije

U ovom trenutku Srbija nema konkretne međunarodne obaveze u vidu udela OIE u potrošnji energije, ali na putu ka Evropskoj uniji uskoro će morati da se obaveže u tom smislu. Od januara 2010. godine u našoj zemlji je na snazi sistem subvencionisanja proizvođača električne energije iz obnovljivih izvora, takozvani „feed in tarif„. Njime se povlašćenim proizvođačima električne energije garantuje subvencionisana fiksna cena po isporučenom kilovatčasu na ugovorni period od 12 godina. Elektro Privreda Srbije imaće obavezu da preuzme proizvedenu količinu struje.

Prema Uredbi Vlade Srbije garantovane otkupne cene električne energije iznose:
7,8 – 9,7 eurocenti/kWh iz mini hidroelektrana
11,4 – 13,6 eurocenti/kWh iz postrojenja na biomasu
12 – 16 eurocenti/kWh biogas
9,5 eurocenti/kWh iz vetroelektrana
23 eurocenti/kWh iz solarnih elektrana

Srbija je za proteklih deset godina donela više zakonskih, podzakonskih i strateških dokumenata u kojima se prepoznaje važnost šire upotrebe OIE. Pomenućemo Zakon o energetici i novi Zakon o planiranju i izgradnji kojima se uprošćuju određene procedure vezane za eksploataciju nekih vidova OIE. Od strateških dokumenata su Strategija razvoja energetike, Strategija održivog korišćenja prirodnih resursa, Strategija održivog razvoja, itd. Zahvaljujući pomenutim aktivnostima stvara se zakonodavni i finansijski okvir u kome je moguće isplativo koristiti OIE.
Cilj Republike Srbije je da do kraja 2012. godine poveća proizvodnju električne energije proizvedene iz obnovljivih izvora za 7,4% u odnosu na 2007. godinu.

Učešće obnovljivih izvora solarne energije u Srbiji

Za ostvarenje postavljenog cilja planirano je privlačenje i angažovanje privatnih investicija u iznosu od 200 miliona eura za finansiranje izgradnje 100 MWe novih kapaciteta koji koriste obnovljive izvore, čime bi se do 2012. godine proizvodnja takozvane zelene energije u odnosu na 2007. godinu povećala za dodatnih 735 miliona kWh. To je količina električne energije kojom je moguće podmiriti godišnje potrebe za energijom 175 hiljada domaćinstava (sa prosečnom mesečnom potrošnjom od 350 kWh), pri čemu bi se izbeglo emitovanje približno milion tona CO2.

Učešće obnovljivih izvora energije u Srbiji:
– Biomasa 63%
– Hidropotencijal 14%
– Solarna energija 14%
– Energija vetra 5%
– Geotermalna energija 4%

Planirano je da se u periodu do 2012. godine izgradi najmanje 45 MWe kapaciteta u malim hidroelektranama, 45 MWe postrojenja koja koriste energiju vetra, 5 MWe solarnih elektrana, 2 MWe postrojenja na biomasu i 5 MWe na biogas.

Zaključak

Iako je biomasa ubedljivo najveći izvor obnovljive energije u Srbiji ona se veoma malo koristi. Napredne zemlje EU poklanjaju značajnu pažnju kombinovanoj proizvodnji toplotne i električne energije iz biomase i stajnjaka. Na ovaj način se kontinuirano tokom cele godine može proizvoditi toplotna i električna energija za razliku od solarne i energije vetra. Bez obzira što je cena instalisanog sata korišćenjem biomase značajno viša u startu u poređenju sa konvencionalnim gorivima ona se sve više koristi u EU. Razlog je jednostavan, jer se može ostvariti efekat 3E (energija, ekonomija i ekologija). Korišćenjem biomase i stajnjaka se pospešuje proizvodnja mesa, mleka, energije (električne i toplotne) i značajno podstiče proizvodnja biođubriva. Značajnijim korišćenjem biođubriva se smanjuje potrošnja veštačkog. Na taj način je smanjeno ugrožavanje podzemnih voda koje su glavni izvori vode za piće u Srbiji (80 %). Svedoci smo ozbiljnih problema u poljoprivredi Srbije, smanjene proizvodnje mesa i mleka i njihove više cene što predstavlja značajan udar na standard građana. Evropski parlament je septembra 2008. godine usvojio paket propisa o klimatskim promenama koji ima za cilj da obezbedi smanjenje emisije gasova sa efektom staklene bašte od 20%, unapređenje energetske efikasnosti od 20% i učešće obnovljive energije od 20% u ukupnoj potrošnji energije u EU do 2020. godine, posmatrano na 1990. godinu.

Piše: Dr Dragan Škobalj

Literatura

1 S.C. Trindale: „Beyond Petroleum: Towards a Biomass Energy Based Future“ UNEP Industry and Environment, July-September 2005, pp. 24-29
2 M. Mesarovic: „Do Environmental and Climate Change Issues Threaten Sustainable Development?“ 1st International Conference of Environmental Recovery of Yugoslavia, Belgrade, 2001
3 R.P. Overend: „Biomass Use in Hybrid Systems“ UN/DOE Hybrid-United Nations International Hybrid Workshop, Newport Beach, California, USA, May 25, 2001
4 Smith: „Potential for Economic Greenhouse Gas Reduction in Coal-Fired Power Generation“, IEA Coal Research The Clean Coal Centre Newsletter, no. 36, November 2001
5 M. Brkić, T. Janjić, D. Somer: Postrojenje za proizvodnju biogasa, biođubriva i zaštitu životne sredine, udžbenik: Procesna tehnika i energetika u poljoprivredi; Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, 2006
6 A.K.Lehmann et. all.: „Renewable Fuel Cell Power from Biogas“, Renewable Energy World, vol. 4, no. 6, Nov. – Dec., 2001
7 T. Bridgwater: „Towards the Bio-refinery – Fast Pyrolysis of Biomass“, Renewable Energy World, vol. 4, no. 1, Jan.- Feb., 2001
8 K. Feinstein: „Developing Countries and Hybrid Energy Systems: World Bank Perspective“, Ibid
9 WEC
10 R. Sims and J. Gigler: „The Brilliance of Bioenergy – Small Projects using Biomass“, Renewable Energy World, vol. 5, no. 1, Jan-Feb. 2002
11 R.P. Overend: „Biomass Use in Hybrid Systems“ UN/DOE Hybrid-United Nations International Hybrid Workshop, Newport Beach, California, USA, May 25, 2001
12 R.J. Wright: „Vision 21“, Ibid.
13 UNEP
14 Envitech Biogas, internal documentation for designer plant for production biogas, May 2009