Zkušenosti s výstavbou zemědělských bioplynových stanic

Jan Kozák Úvod Země s nejdelší tradicí a nejbohatšími zkušenostmi s výstavbou bioplynových stanic v zemědělství je Dánsko. Po řadě malých zařízení postavených koncem 70. a začátkem 80. let byl vypracován vládní program pro podporu výstavby velkých (centralizovaných) bioplynových stanic. První byla uvedena do provozu v roce 1984 v Hjermitstev a zpracovávala původně asi 80 t biomasy. Po třech letech neuspokojivého provozu byla přestavěna a fungují spolehlivě. Výsledkem vládního programu je vybudování 20 velkých bioplynových stanic zpracovávajících organické odpady ze zemědělství a průmyslu. 1. Výstavba bioplynových stanic u nás Zpracování zemědělských tekutých odpadů anaerobním způsobem navázalo na zkušenosti Hydroprojektu s vyhníváním kalů z komunálních ČOV. První zařízení bylo postaveno v roce 1974 v Třeboni a zpracovává směs čistírenských kalů s kejdou prasat. Jedno z největších zařízení na zpracování kejdy od 20 000 prasat (170 m3/den) bylo budováno v Šebetově v letech 1989-1992 v rámci státního úkolu \"Likvidace odpadů ze zemědělských velkochovů s výrobou bioplynu a dočištěním fermentované kejdy\". Díky financování tohoto úkolu bylo možné provést kompletní poloprovozní zkoušky přímo na farmě, jejich vyhodnocení, licenční nákup dokumentace pro ocelové reaktory a suchý plynojem a důsledné sledování a vyhodnocování zkušebního provozu. Toto unikátní zařízení se podařilo uvést do provozu v roce 1992 a kromě bioplynu produkovalo po odvodnění kalu tuhou část jako hnojivo a fugát, ze kterého byl stripováním odstraňován amoniak. Jímáním amoniaku v kyselině dusičné vzniklo tekuté hnojivo a zbylý fugát byl dočištěn v biologické čistírně tak, že splňoval parametry pro vypouštění do potoka. Linka sice dosáhla projektovaných parametrů, ale o nějaké rentabilitě nemohla být vůbec řeč. Na základě získaných zkušeností bylo vybudováno v roce 1993 v Trhovém Štěpánově zařízení, které již lze nazvat bioplynovou stanicí, zpracovávající denně asi 30 m3 kejdy se sušinou cca 7%. Rentabilita této stanice je dosahována prodejem vyrobené elektřiny přilehlé farmě, zejména v odběrných špičkách a využitím tepla pro vytápění chovu brojlerů, pro sušení králičích kůží a k sušení dříví v sušárně. Po útlumu státní podpory v ČR jsme se v letech 1996 až 2002 podíleli na výstavbě několika velkých bioplynových stanic v Německu s dánským firmami BIOPLAN a BIOSCAN, s rakouskou firmou ENTEC a německou firmou LINDE KCA. 2. Hlavní podmínky pro rentabilitu bioplynových stanic Rentabilita bioplynové stanice závisí na vstupní surovině, technologickém procesu, využití energie z bioplynu, využití fermentovaného substrátu a investičních nákladech. Vstupní surovina (většinou tekuté odpady hospodářských zvířat) by měla být čerstvá s obsahem organické, dobře rozložitelné sušiny klem 8%. Technologie procesu Teplota anaerobní fermentace po dobrých zkušenostech může být v rozsahu 40-42°C, tzn. v mezofilní oblasti. S termofilní teplotou 55°C není u nás dostatek praktických zkušeností. Využití produkce bioplynu je zde za cenu většího vnosu tepla do substrátu a celkový efekt musí být podepřen maximálním zpětným využitím tohoto tepla soustavou výměníků. Míchání reaktorů Ve světě se používá celá řada způsobů míchání, které jsou odvislé v podstatě na dvou faktorech: velikosti a tvarech reaktorů, a vlastnostech míchaného substrátu Míchání tlačeným bioplynem Míchání čerpadlem Horizontální nebo šikmá vrtulová míchadla Použití též u menších reaktorů, kombinace dvou míchadel s nasměrováním Vertikální míchadla rychloběžná s usměrňovací rourou Tato míchadla byla použita v Šebetově a později v trhovém Štěpánově. V Šebetově po konstrukční úpravě lopatek funkční dodnes. V Trhovém Štěpánově vlivem delšího hřídele míchadla a vyšší sušiny jsou potíže dodnes. Zde bylo míchadlo dočasně nahrazeno čerpadlem GFHU 150 s uspokojivým výsledkem i u reaktoru 700 m3. Systém míchání LINDE pro větší reaktory Svislá středová roura Ø 2,5-3m do níž je zavedena shora svislá tryska pro vstup bioplynu. Odlehčený substrát v rouře stoupá nahoru a způsobuje cirkulaci náplně celého reaktoru. Čerstvý substrát je přiváděn dvěma nasměrovanými tryskami u dna, což zvyšuje účinek míchání. Vertikální míchadla pomaloběžná Tento způsob míchání je používán zejména na dánských bioplynových stanicích. Po dvouletém provozu takto míchaného reaktoru 2300 m3 s rovným dnem na BS Rujána se objevily pouze minimální úsady v rozích dna a vypouštěcí hrdla DN 200 byla funkční. Obsah sušiny v reaktoru byl kolem 9%. Systém míchání BIMA reaktorů bude určitě zmíněn v přednášce p. Bilgeriho. Využití energie z bioplynu Je to jeden z rozhodujících faktorů hospodárnosti bioplynové stanice. Způsob využití bioplynu včetně ekonomického propočtu musí být obsažen ve studii proveditelnosti stavby i v energetickém auditu. S ohledem na podmínky poskytované státní podpory se dnes jeví nejvýhodnější způsob spalováním v kogeneračních jednotkách s prodejem el. energie do veřejné sítě. Vyprodukované teplo ve formě teplé vody 80-90°C se zčásti spotřebuje k odběru substrátu (20-25%), zbytek lze využít k vytápění, k přípravě teplé užitkové vody, v sušárnách apod. V případě větší vzdálenosti místa s odběrem tepla (občanská zástavba) lze snadněji vybudovat plynovod a energetické centrum instalovat v místě odběru. Další způsoby využití bioplynu: spalování v kotlích pohon automobilů (po vyčištění od CO2 a stlačení) dodávka do veřejného plynovodu (po vyčištění od CO2) Využití fermentovaného substrátu skladování v nádržích, rozvoz na pole separace kejdy tuhý podíl na kompostování tekutý podíl na pole vícestupňová filtrace kejdy filtrát se využije jako tekuté hnojivo fugát se filtruje do úrovně vody z ČOV, nebo užitkové vody nebo dokonce pitné vody Investiční náklady Snížení IN samozřejmě zlepší rentabilitu BS. Jedna z cest ke snížení IN je využití stávajících zařízení. Zejména u velkých farem bývá vybudováno tzv. kejdové hospodářství pro skladování kejdy. Tyto nádrže lze využít a přestavět na reaktory, popř. plynojem s možností úspory 20-30% nákladů. 3. Zkušenosti s přípravou nových bioplynových stanic v ČR Dnes již není pochyb o tom, že bioplynové stanice produkující energie z obnovitelných zdrojů mají budoucnost i v našich podmínkách. V posledních dvou letech se obnovil zájem producentů zemědělských odpadů o možnosti výstavby bioplynových stanic. Je připraveno několik slibných studií včetně energetických auditů, jejichž realizace je závislá na poskytnutí státní podpory. Státní program na podporu úspor energie a využívání obnovitelných zdrojů energie stanovil v programu 7.A. podmínky podpory pro výstavbu BS. Podle směrnice MŽP pro rok 2002 může být výše veřejné podpory 30% celkových nákladů formou dotace a 23,25% nákladů jako bezúročná půjčka s dobou splatnosti 12 let a odkladem splácení 2 roky. Spolu s garantovanou výkupní cenou elektřiny 2,50 Kč/kW se jeví tyto podmínky jako přijatelné a téměř srovnatelné se státy, kde budování BS značně pokročilo. Z řady jednání s provozovateli farem při přípravách stavby BS lze uvést několik problémů, které zatím brání většímu rozvoji výstavby BS. Obavy o budoucnost provozovaných farem v souvislosti se zemědělskou politikou a vstupem ČR do EU. Dotační podmínky a výkupní cena elektřiny byly konkrétně stanoveny pro rok 2002. Jakým směrem se budou měnit po roce 2002? Dofinancování zbývajících prostředků z komerčních úvěrů. Malá informovanost mezi producenty organických odpadů o možnostech výstavby BS. Jako možnost snížení rizika investice do BS se jeví budování tzv. \"Kofermentačních stanic\", kde se zpracovávají různé organické odpady, např. zemědělské, průmyslové, komunální a v neposlední řadě i travní hmota, s finančním výnosem za jejich likvidaci. Závěr Závěrem lze konstatovat, že zkušenosti s výstavbou i provozováním bioplynových stanic v ČR jsou na úrovni srovnatelné se zahraničím. Pokud ze státního programu na podporu výstavby BS vyplynou i přijatelné záruky pro budoucí investory stane se u nás výstavba bioplynových stanic vítaným podnikatelsko-ekologickým vylepšením zemědělské výroby. Příspěvek pro seminář \"BIOODPAD 2002 - biologické metody využívání zemědělských odpadů\" Zdroj: CZ BIOM - www.biom.cz