Transcript dr Alina Kowalczyk-Juśko, ekspert FDPA, Uniwersytet

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA
ENERGII
W AGROTURYSTYCE
Dr inż. Alina Kowalczyk-Juśko
MIKROINSTALACJE
Projekt ustawy o OZE przewiduje następujące przedziały, określane wielkością
mocy instalowanej w wymiarze elektrycznym:

mikroinstalacja – instalacja odnawialnego źródła energii o łącznej mocy
zainstalowanej elektrycznej nie większej niż 40 kW, przyłączona do sieci
elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kV lub o
mocy osiągalnej cieplnej w skojarzeniu nie większej niż 120 kW;

mała instalacja – instalacja odnawialnego źródła energii o łącznej mocy
zainstalowanej elektrycznej większej niż 40 kW i nie większej niż 200 kW,
przyłączona do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym
niższym niż 110 kV lub o mocy osiągalnej cieplnej w skojarzeniu większej
niż 120 kW i nie większej niż 600 kW;

dalsze przedziały to instalacje o mocy:
do 500 kW
powyżej 500 kW
MIKROINSTALACJE
Projekt ustawy o OZE:


Wytwórca energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii w
mikroinstalacji, będący osobą fizyczną nie prowadzącą działalności
gospodarczej w rozumieniu ustawy z dnia 2 lipca 2004 r. o swobodzie
działalności gospodarczej, który wytwarza energię elektryczną w celu jej
zużycia na własne potrzeby, może sprzedać niewykorzystaną energię
elektryczną wytworzoną przez niego w mikroinstalacji i wprowadzoną do
sieci dystrybucyjnej.
Wytwarzanie i sprzedaż energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii,
o której mowa w ust. 1, nie stanowi działalności gospodarczej
MIKROBIOGAZOWNIE

Analizując strukturę rolną w Polsce stwierdzamy, że nie różni się ona
znacznie od struktur rolnych w krajach sąsiednich

Powierzchnie krajowych gospodarstw rolnych można w dużym
przybliżeniu porównać z obszarami gospodarstw rolnych w górnej
Bawarii, Szwabii, Tyrolu czy Szwajcarii

W gminie Schenchen (Bawaria) o całkowitej powierzchni gminy 3.154 ha
i zamieszkałej przez 4.601 mieszkańców; średnia powierzchnia
gospodarstw około 35 ha uruchomiono 14 biogazowni rolniczych od 20
do 90 kWe
Mikrobiogazownia
W skład mikrobiogazowni wchodzą następujące elementy:
• punkt przyjęcia substratów,
• zespół pomp dozujących i mieszających substraty,
• komora/zespół komór fermentacyjnych, wyposażonych w system grzewczy,
mieszający i odprowadzający poferment,
• zbiornik buforowy na biogaz,
• system odsiarczania biogazu,
• system sterowania biogazownią,
• instalacja rur i przewodów (na substraty, biogaz oraz przewodów elektrycznych),
• zespół kogeneracyjny,
• flara gazowa (pochodnia),
• budynek techniczny, zawierający zespół kogeneracyjny, system sterowania,
• przyrządy do oznaczania ilości suchej masy, suchej masy organicznej i pH.
Przykład – mikrobiogazownia w
Studzionce (woj. śląskie)

Gospodarstwo Państwa Pojdów w Studzionce zlokalizowane jest w średnio
zwartej zabudowie wiejskiej,

Na terenie otoczonym z dwóch stron działkami sąsiadów, po drugiej stronie
ulicy zabudową mieszkaniową a w kierunku zachodnim ok. 100 m małe
gospodarstwo i zabudowa mieszkaniowa,
Na działce budowlanej zlokalizowane są: dom mieszkalny, garaże maszyn,
kurnik, chlewnia, zbiornik gnojowicy i inne pomieszczenia gospodarcze oraz
silosy zboża,


Przy z zrzutach i wywozie gnojowicy nasilały się wyziewy odorów,
a w okresie letnim ze zbiornika gnojowicy wydzielał się metan.
Ten stan spowodował, że gospodarz zaczął się interesować możliwością
znacznego obniżenia (wręcz likwidacją) odorów w obejściu.
Widok z góry na gospodarstwo i sąsiednie
zabudowania
1
2
4
3
5
6
2
1 - biogazownia 2 - kurniki 3 - chlewnia 4 - zbiornik reszty pofermentacyjnej 5 - garaże
6 - dom mieszkalny
Rozporządzenie ministra rolnictwa i rozwoju wsi w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich
usytuowanie z dnia 25 marca 2013 r. (t.j. z dnia 16 stycznia 2014)
§ 7. Odległości komór fermentacyjnych i zbiorników biogazu rolniczego powinny
wynosić co najmniej:
1) 20 m od pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi oraz od budynków
inwentarskich,
2) 20 m od budynków innych niż określone w pkt 1 niepowiązanych
technologicznie z instalacją służącą do otrzymywania biogazu rolniczego,
3) 5 m od granicy działki sąsiedniej,
4) 15 m od składu węgla i koksu,
5) 15 m od komór fermentacyjnych i zbiorników biogazu rolniczego, będących
elementem odrębnych instalacji służących do otrzymywania biogazu
rolniczego,
6) 15 m od silosów na zboże i pasze,
7) 5 m od innych obiektów budowlanych nie będących budynkami.
§ 6. – odległości otwartych i zamkniętych zbiorników na produkty
pofermentacyjne
Mikrobiogazownia rolnicza w Studzionce
Moc kogeneratora: 30 kW
(w czasie budowy)
Kurnik
Kanały zrzutowe odchodów
Chlewnia
Zrzut gnojowicy
Zbiornik wstępny
Otwór wrzutowy do zbiornika wstępnego
nakrywany klapą
Maszynownia w wydzielona z garażu maszyn rolniczych
1
3
2
11
4
1. maszynownia, 2. kogenerator 3. chłodnica awaryjna 4. tłumik
Kogenerator 30 kW
1
2
3
4
1 - silnik spalinowy, 2 - prądnica, 3, 4 - wymienniki ciepła
Mikrobiogazownia w Szewni
Przydomowa biogazownia wytwarza gaz
na potrzeby gospodarstwa domowego.
Do komory fermentacyjnej raz na dobę
wrzuca się ok. 50 kg ulegających
fermentacji płodów rolnych bądź ich
odpadów (buraki, zboże, słoma, liście).
Z takiej ilości powstaje na godzinę około
1 m3 biogazu.
- moc 20 kWt
- hydrolizer o objętości = 1,7 m3
- fermentor o objętości = 8 m3
- zbiornik biogazu o objętości = 10 m3
Inne (transportowalne) rozwiązania

Modułowe, mobilne (bez fundamentu) instalacje mikrobiogazowni,
produkowane w różnych opcjach mocy, wykorzystujące odchody
zwierzęce, kiszonki i odpady produkcji rolnej do wytwarzania biogazu

Przeznaczone dla małych gospodarstw rolno-hodowlanych oraz
przedsiębiorstw przetwórstwa rolnego, spożywczego

Otrzymany biogaz może być spalany bezpośrednio w piecu lub jako paliwo
gazowe zasilać silnik spalinowy kogeneratora

Moc generatora dla jednej komory 10-40 kW
Mikrobiogazownia kontenerowa
(Instytut Maszyn Przepływowych + Politechnika Śląska)
3
2
1
4
1 - komora fermentacyjna, 2 - zasyp, 3 - przelew syfonowy, 4 - właz rewizyjny
Transport mikrobiogazowni
2
1
3
1 - komora fermentacyjna, 2 - miejsce na kogenerator i podest obsługi,
3 - zasyp do załadunku substratów
Kontenerowa mikrobiogazownia rolnicza KMR 7
Wnętrze komory: układ przelewowy, pompa
wirnikowa, instalacja ogrzewania
Główne parametry techniczne
 prostopadłościenny, spawany, szczelny zbiornik ze stali węglowej, o
wewnętrznych wymiarach: 2,5 x 2,5 x 12,0 m (wymiary kontenera
morskiego)
 kubatura zbiornika: 75 m3, pojemność czynna ok. 60 m3
 zewnętrzne ocieplenie z blachy trapezowej, z warstwą wełny mineralnej
 zintegrowany z komorą fermentacyjną zbiornik biogazu (na dachu
komory)
 wewnętrzna instalacja ogrzewania
 przelewowy system usuwania masy pofermentacyjnej
 nowatorskie rozwiązanie systemu przemieszania masy fermentującej
(bez mieszadła)
 możliwość zintegrowania komory z układem kogeneracyjnym (na
podeście obsługi)
 produkcja biogazu od 3,5 do 5 m3 na godzinę (zawartości metanu ok.
55%)
Przepust gazowy do zamontowania zbiornika
(worka) na gaz
Zamontowany zbiornik
biogazu, widoczne zadaszenie
komory
Montaż zadaszenia mikrobiogazowni
Przykładowy zestaw substratów, możliwe uzyski biogazu i energii
zawartość
Ilośc ton Ilość ton (m3) /
Lp Rodzaj wsadu (substrat)
suchej masy
(m3) / rok
dzień
[% ]
Uzysk
Ilość
Ilość ton biogazu z
Ilość ton % s.m.o
uzyskanego
s.m.o. we tony s.m.o.
s.m./rok w s.m.
biogazu rok
wsadzie we wsadzie
[ m3 ]
[ m3 ]
7
78,0%
5,46
350
1 911
1 gnojowica świńska
100
0,27
7,0%
2 kiszonka trawy
275
0,70
30,0%
83
80,0%
66,00
550
36 300
A. reszta pofermentcyjna
164
0,45
2,5%
4
10,0%
0,41
100
41
B. woda
146
0,40
685
1,82
suma :
94
Uzysk energii elektrycznej (35%) Uzysk energii cieplnej (45%)
[ MWh ]
[ MWh ]
80,3
Średnia objętość
dzienna substratu
[ m3/t ]
1,92
103,3
Średni
Wielkość komór
czas
fermentacyjnych
zatrzyma
nia (dni) stalowe-leżące betonowych
30
56
64
% s.m.
13,7%
71,87
38 252
Uzysk roczny
energii elekrycznej
[ kWh ]
Uzysk
dzienny
[ kWh ]
80 329,33
220,08
Energia
biogazu
[1m3=6
kWh]
Energia
biogazu
[ MWh ]
229 512,4
229,51
Średni
uzysk na MOC generatora w kW
godzinę
przy 8000 h/rok
[ kWh ]
9,17
10,0
Mikrobiogazownia kontenerowa ITP/o. Poznań
(producent Mega Bełżyce)
Parametry techniczne
Pojemność komory fermentacyjnej
30 m3
Pojemność zbiornika biogazu
13 m3
Moc układu na substratach rolniczych
4-6 kW
Moc układu na substratach poprodukcyjnych
6-9 kW
Inne opcje tego rozwiązania dają możliwość uzyskania mocy 25-36 kW
Przykładowy zestaw substratów, możliwe uzyski biogazu i energii
Substraty rolnicze
wariant 1
30
m3
wariant 2
30
m3
Substraty rolnicze
i poprodukcyjne
Parametr
wariant 3
wariant 4
Objętość mieszaniny
fermentacyjnej
30 m3
30 m3
970 t/r
400 t/r
Substrat - gnojowica (sm 8%)
200 t/r
150 t/r
—
95 t/r
Substrat - kiszonka (sm 32%)
80 t/r
70 t/r
—
—
Substrat poprodukcyjny (sm 46%)
212 t/r
275 t/r
12
21
22
22
29 100 m3/r
31 000 m3/r
HRT (hydrauliczny czas retencji –
w dniach)
Uzysk biogazu
39 200 m3/r
47 000 m3/r
61 110 kWh
65 100 kWh
Uzysk energii
84 520 kWh
100 550 kWh
4 kW
6 kW
300 m3
200 m3
Moc układu (przy 30% sprawności) 7,5 kW
Minimalna pojemność zbiornika
pofermentu
170 m3
9 kW
170 m3
Fermentacja sucha odchodów, odpadów i produktów
ubocznych z rolnictwa oraz biodegradowalnych odpadów
stałych
Fermentacja w pomieszczeniach typu garażowego, hermetycznie zamkniętych,
odgrzewanych i zraszanych tak zwanym „perkolatem” najczęściej w temperaturze
mezofilnej
Etapy przebiegu procesu:
• 1 faza: aerobowa – tlenowa napowietrzanie substratu - samoczynne nagrzewanie
•2 faza: anaerobowa – beztlenowa z perkolacją - wytwarzanie biogazu
•3 faza: aerobowa – tlenowa higienizacja, osuszanie
Etapy przebiegu procesu
Mobigas – mobilne biogazownie kontenerowe
Ekoinnowacje (Koszęcin na Śląsku)
• odchody zwierząt
• kukurydza
• młóto z browarów
• trawy
• wywar z gorzelni
• burak
• wytłoki owocowe
• słonecznik
• wytłoki warzywne
• żyto i pszenżyto
• makuchy rzepakowe
• koniczyna i lucerna
• frakcja glicerynowa
• sorgo
• odpady z rzeźni
• inne
Logistyka zbioru i dostaw substratów
 Dostępność substratów
 Odległość (transport)
 Przechowywanie, składowanie
 Wstępna obróbka (higienizacja, homogenizacja)
 Gwarancja ilości i składu chemicznego
 Odpady z wybranych działów specjalnych rolnictwa
 W gospodarstwach agroturystycznych – resztki ze stołówki/kuchni
Wydajność odchodów zwierzęcych
w produkcji biogazu
Zawartość
suchej
masy
[%]
Zawartość
suchej masy
organicznej
(s.m.o.)
[% s.m.]
Gnojowica
bydlęca
10,0
Gnojowica
świńska
Pomiot
kurzy
Substrat
Teoretyczna wydajność
biogazu
z 1 kg
s.m.o.
[dm3]
z1t
świeżej
masy
[m3]
zawartość
metanu
[%]
68,5
801
55
55
7,5
82,0
815
50
58
27,0
67,0
773
140
58
Produkcja biogazu z surowców odpadowych
Miejsce
produkcji
Odpad organiczny
Zawartość
suchej
masy
[%]
Zawartość
subst. org.
[% s.m.]
Zawartość
azotu
[% s.m.]
Iloraz
C:N
Produkcja
biogazu
[m3/kg
s.m.o.]
Odpady pochodzenia roślinnego
Zakłady
przetwórstwa
owocowowarzywnego
wytłoki jabłek
12-40
-
1,1-1,2
13-48
0,32
resztki ziemniaków
13-18
90-96,5
-
28
0,34-0,38
-
-
7,2-7,6
4-6
-
20-30
90-95
0,9-2,6
20-49
0,38
21-23,7
88-95,3
-
-
0,34-0,45
drożdże piwne
10
91,8
-
-
0,45
wywar gorzelniany
(żytni)
8
83
-
-
0,38
wywar gorzelniany
(ziemniaczany)
6
85
-
-
0,23
wytłoki winogronowe
40
80
-
-
0,42
wysłodki
22
95
-
-
0,18
melasa
80
85
-
-
0,25
mączka fasoli, sojowa
wytłoki owocowe
Browary
Gorzelnie,
winiarnie
Cukrownie
młóto
Produkcja biogazu z surowców odpadowych
Miejsce
produkcji
Odpad
organiczny
Zawartość
suchej
masy
[%]
Zawartość
subst. org.
[% s.m.]
Iloraz
C:N
Produkcja
biogazu
[m3/kg
s.m.o.]
Odpady pochodzenia zwierzęcego
Rzeźnie
Zakłady z
produkcji
pasz
Przeterminowana karma
dla psów
odpady
poubojowe
20
80
11-21
0,43
mierzwa
15-20
80-90
20-30
0,52
krew
odpadowa
22-90
95
3-3,5
0,40
resztki
karmy
zwierzęcej
34
92,5
15-150
0,31
łuski z
młyna
84
80
-
0,30
Wydajność biogazu z różnych roślin
Gatunek
Kiszonka z kukurydzy
Plony [t/ha]
Wydajność biogazu Wydajność biogazu
[m3/t św.m.]
[m3/ha]
50
200
10 000
35
215
7 525
Burak pastewny
80
100
8 000
Trawa łąkowa – 3 pokosy
70
95
6 650
CCM – kukurydza
15
450
6 750
GPS – pszenica
12
500
6 000
Ziemniak
40
110
4 400
Ziarno pszenicy
7
600
4 200
ENERGIA SŁONECZNA
Średnioroczne sumy promieniowania słonecznego
całkowitego padającego na obszarze Polski na jednostkę
powierzchni poziomej (MJ/m2) na podstawie pomiarów IMGW
BUDYNKI PASYWNE
Bardzo dobre parametry
izolacyjne przegród
zewnętrznych umożliwiają
ograniczenie strat energii
Promieniowanie
słoneczne
ogrzewa
pomieszczenia
wylot
powietrza
wlot świeżego
powietrza
z filtrem
Centrala wentylacyjna
Rekuperator
Gruntowy wymiennik ciepła
Przykład budynku mieszkalnego z pasywnymi systemami
ogrzewania słonecznego – Dom pasywny
KOLEKTORY SŁONECZNE
PRZYKŁAD – GOSPODARSTWO AGROTURYSTYCZNE
Budynek mieszkalny o powierzchni użytkowej 150 m2
posiadający dwie kondygnacje – parter i poddasze.
Instalacja słoneczna zaopatruje w ciepłą wodę gospodarstwo
agroturystyczne, zamieszkałe na stałe przez 6 osób oraz
dysponujące 4-6 miejscami noclegowymi, a także basen
znajdujący się na terenie posesji
•
•
•
•
•
•
•
•
Instalacja wykonana w 2004 roku
8 płaskich kolektorów słonecznych
Powierzchnia czynna jednego kolektora - 1,82 m2
Izolacja - wełna mineralna o grubości 55 mm
Zbiornik na wodę (wymiennik ciepła) o pojemności 400 l
Wymiennik basenowy (przeznaczony do podgrzewania wody basenowej)
Nośnik energii - glikol
Dogrzewanie grzałką elektryczną
Fragment instalacji (od lewej zbiornik,
zespół pompowo-sterownikowy, zestaw
przyłączeniowy podgrzewacza, zespół
naczynia przeponowego)
Czujnik temperatury
Odpowietrzenie
Schemat instalacji solarnej
dla ogrzewania c.w.u. i
wody w basenie
Kolektor
KS 2000
Zawór mieszający
Zespół
pompowo-sterowniczy
Grzałka
elektryczna
Czujnik temp.
Zasilanie zimną wodą
Zawór trójdrogowy
Zasobnik CW
Czujnik temp.
Zawór
spustowy
Ø 1”
Wymiennik
ciepła
Ø 2”
Pompa basenowa
Filtr basenowy
EFEKTY GOSPODARSTWA AGROTURYSTYCZNEGO
• W wyniku zmiany sposobu ogrzewania ciepłej wody użytkowej i wody w
basenie, z ogrzewania elektrycznego na zasilane kolektorami słonecznymi w
okresie od wiosny do jesieni włącznie (siedmiu miesięcy), nastąpiło
zmniejszenie zużycia energii elektrycznej na ogrzewanie wody sięgające 99%
(z bojlera elektrycznego 2 kW do 15 W pompy)
• W skali całego roku oszczędność ta wynosi ok. 58%
OGNIWA FOTOWOLTAICZNE
KOTŁOWNIA NA SŁOMĘ
URZĄDZENIE DO PRODUKCJI GRANULATU
Spalanie ziarna owsa lub innej drobnej biomasy
OŚRODEK WYPOCZYNKOWY HUBAL W
KRASNOBRODZIE
• Ośrodek szkoleniowo-wypoczynkowy „Hubal” wybudowany w latach 90-tych.
• Część hotelowa - ok. 1200 m2 z dwudziestoma miejscami hotelowymi,
stołówką i pomieszczeniami niezbędnymi do obsługi obiektu, domki
drewniane i murowane.
• Ośrodek zapewnia wypoczynek całoroczny, indywidualny i grupowy.
• W ofercie znajduje się też organizacja konferencji, bankietów, wesel itp.
KOLEKTORY SŁONECZNE
• Sześć kolektorów cieczowych o łącznej powierzchni 12 m2 (2x1 m każdy)
zostało zainstalowanych na dachu hotelu w maju 2006 roku
• W skład instalacji wchodzą dwa zbiorniki (wymienniki ciepła) o pojemności 300
l każdy, sieć rur instalacyjnych oraz zespół sterowniczo-pompowy
• W jednym ze zbiorników zainstalowano nagrzewnicę z kolektorów, zaś w
drugim – z ekologicznego kotła
KOTŁOWNIA OPALANA PELETEM
• Kocioł firmy D’Alessandro Termomeccanica
• Surowcem energetycznym jest owies i pelety drzewne
• Piec ma moc nominalną 115 kW i moc ta w pełni wystarcza do ogrzania budynku
oraz produkcji ciepłej wody użytkowej, nawet przy pełnym obłożeniu obiektu
• Obsługa urządzenia polega na zasypywaniu biomasy do zbiornika (w zależności
od potrzeb – 2 lub 3 razy na dobę, w zbiorniku mieści się ok. 80 kg peletów) i
okresowym usuwaniu popiołu
• Poza tym funkcjonowanie kotła sterowane jest automatycznie
BIOPALIWO RZEPAKOWE
Przemysłowe zastosowanie znajdują następujące technologie:
 zimna, w której proces otrzymywania „biopaliwa” prowadzony jest w
temperaturze 2070OC z użyciem katalizatorów
 gorąca, w której reakcje przebiegają w temperaturze 240OC i pod ciśnieniem ok.
10 MPa
TECHNOLOGIA WYTWARZANIA PALIWA RZEPAKOWEGO
W MAŁEJ SKALI
Proces technologiczny wytwarzania biopaliwa na bazie roślin oleistych składa się z
następujących grup czynności:
 wytłaczania oleju
 wytwarzania biopaliwa z oleju
 dystrybucji biopaliwa
BUDOWA „GOSPODARSKIEJ” WYTWÓRNI PALIWA RZEPAKOWEGO
Wytwórnia paliwa z oleju rzepakowego W-400,
o wydajności 400 litrów paliwa dziennie, produkcji PROMAR - Poznań
UPROSZCZONA TECHNOLOGIA PRZERÓBKI OLEJU RZEPAKOWEGO
NA PALIWO OPRACOWANA W PIMR POZNAŃ
POMPY CIEPŁA
Schemat sprężarkowej pompy ciepła
1 – skraplacz, 2 – zawór, 3 – sprężarka, 4 – parownik, L – praca, Qd – energia
niskotemperaturowa, Qg – energia wysokotemperaturowa
Źródło: prof. dr hab. Andrzej Myczko