Ciepło z biogazu w lokalnych instalacjach suszarniczych

W zdecydowanej większości biogazowni produkowany biogaz i zawarty w nim metan spalany jest lokalnie w silnikach gazowych, generujących energię elektryczną i cieplną. Energia elektryczna, poza częścią zużywaną na własne potrzeby, dystrybuowana jest do sieci elektroenergetycznej i sprzedawana lokalnemu operatorowi energetycznemu. Energia cieplna natomiast zawsze jest dla właściciela biogazowni przedmiotem troski związanej ze sposobem jej wykorzystania.

Energia cieplna wytwarzana jest w procesie spalania biogazu w silniku gazowym. Pozyskuje się ją z dwóch zasadniczych źródeł – chłodzenia silnika oraz chłodzenia gazów wylotowych. Poprzez systemy chłodzenia i wymienniki, najczęściej dostępnym medium ciepła jest gorąca woda o temperaturze 90°C. Zatem z technicznego punktu widzenia instalacja biogazowa pozwala na zagospodarowanie określonego strumienia ciepłej wody. Część z tego strumienia zostanie wykorzystana do ogrzewania zbiorników fermentacyjnych, jednak pozostaje duża rezerwa energii cieplnej. Dobrze przygotowane projekty biogazowe pozwolą ją zagospodarować w całości.

Sprzedaż ciepła

Jedną z oczywistych metod zagospodarowania energii cieplnej jest sprzedaż do lokalnej sieci ciepłowniczej. Wymaga to bliskości odbiornika ciepła (węzła cieplnego) od biogazowni – przeciętnie do 1,5 kilometra. Powyżej tej odległości straty przesyłowe ograniczają sens ekonomiczny sprzedaży. Istnieją projekty biogazowe zarówno w Polsce, jak i u naszych zachodnich sąsiadów, w których energia cieplna sprzedawana jest do sieci ciepłowniczej. Taka forma zagospodarowania energii cieplnej konsoliduje biogazownie z lokalnymi społecznościami. Energia cieplna może też być wykorzystana do celów technicznych i przemysłowych. Wymaga to lokalizacji instalacji biogazowej w pobliżu zakładu przemysłowego będącego odbiorcą ciepła. Najczęściej są to mleczarnie, gorzelnie, hodowle trzody lub bydła. Możliwość zagospodarowania i sprzedaży energii cieplnej dla lokalnych odbiorców w wielu przypadkach jest jednak ograniczona. Wynika to z kolei z warunków lokalizacyjnych biogazowni związanych z zachowaniem odległości od zabudowań.

Zagospodarowanie ciepła na terenie biogazowni

Co zrobić, gdy w pobliżu nie ma odbiorcy energii cieplnej? W takich przypadkach konieczne jest znalezienie sposobu na użycie energii cieplnej na terenie biogazowni. Jednym z rozwiązań są suszarnie taśmowe. Suszarnia taśmowa to urządzenie, które może odebrać dostępną energię cieplną w postaci gorącej wody i przetworzyć na strumień gorącego powietrza, stanowiącego medium dla procesów suszenia. Zasada działania urządzenia jest relatywnie prosta. Energia cieplna w postaci gorącej wody pompowana jest na wymiennik woda-powietrze, przez który zasysane jest powietrze z otoczenia. Ogrzane powietrze przepływa przez taśmę, na którą podawany jest materiał do suszenia. Przesuw taśmy powoduje systematyczne suszenie poszczególnych partii znajdującego się na niej materiału. Wysuszony produkt przekazywany jest podajnikiem śrubowym do miejsca odbioru. Nowoczesna suszarnia to sprawnie i efektywnie działające urządzenie. Suszarnie wyposażone są w systemy sterowania, które zapewniają odpowiednie tempo przesuwu taśmy, dostosowane do wilgotności materiału wejściowego, temperatury suszenia oraz ilości energii cieplnej. Zautomatyzowana suszarnia może pracować całą dobę i wymaga minimalnych czynności serwisowych. Posadowienie suszarni na terenie biogazowni wymaga jedynie minimalnych nakładów związanych z pracami ziemnymi i fundamentowymi oraz podłączeniem instalacji (cieplnej, elektrycznej). W zależności od gabarytów suszarni, konieczne może być uzyskanie pozwolenia na budowę.

Co może być suszone?

W zależności od lokalizacji biogazowni i profilu jej właściciela, przedmiotem suszenia może być biomasa drzewna, poferment i ziarna zbóż lub kukurydzy. Dostępność w rejonie odpadowej biomasy drzewnej w postaci zrębki lub trociny pozwala na wysuszenie materiału, jego odsprzedaż lub pelletowanie gotowego produktu. Popyt na pellet drzewny zarówno w Polsce, jak i w Europie wykazuje tendencję wzrostową. Równie ciekawym rozwiązaniem jest suszenie ziaren zbóż lub kukurydzy. Ten rodzaj usługi dla okolicznych rolników związany jest z sezonowością płodów rolnych. W wielu przypadkach suszarnia taśmowa może być wykorzystywana do suszenia zarówno biomasy leśnej, jak i ziaren, co pozwala minimalizować sezonowość poszczególnych działań. Trzecia możliwość to suszenie pulpy pofermentacyjnej, która po osiągnięciu 85 proc. suchej masy może zostać przetworzona na pellet i być sprzedawana lokalnie jako produkt do palenia w piecach biomasowych. Najciekawszym sposobem zagospodarowania energii cieplnej jest system suszenia pozwalający na suszenie pofermentu płynnego bez wstępnej separacji.  W wyniku procesu technologicznego suszenia powstaje bardzo wartościowy polepszacz gleby. Zawarta w nim materia organiczna zawiera szeroką gamę związków, które wzbogacają glebę w aktywne związki próchnicze, pobudzające ją do aktywności. Znajdujące się w gotowym granulacie związki organiczne, ze względu na dużą rozpuszczalność w wodzie, pozytywnie wpływają na procesy glebowe, zwiększają ilość składników mineralnych dostępnych dla roślin z zasobów glebowych.

Analiza zastosowania suszarni w biogazowni

Aby pokazać faktyczne możliwości zastosowania suszarni taśmowej działającej przy biogazowni, można wyliczyć korzyści ekonomiczne, jakie niesie z sobą taka instalacja. Dla najbardziej typowej biogazowni o mocy elektrycznej 1 MW roczna produkcja energii cieplnej wyniesie ok. 28 tys. GJ. Energia cieplna zużyta w skali roku na potrzeby własne biogazowni wyniesie około 5 tys. GJ. Do zagospodarowania pozostaje więc ok. 23 tys. GJ energii cieplnej rocznie. Energię tę można spożytkować na cele zasilania suszarni taśmowej. Dla wariantu, w którym suszony będzie poferment po separacji, uzyskamy około 3 tys. ton wysuszonego produktu rocznie. Po spelletowaniu będzie on stanowić materiał o kaloryczności ok. 14 tys. GJ, odpowiedni do spalania w piecach na biomasę. Biorąc pod uwagę kaloryczność pelletu, jego wartość rynkowa oscyluje wokół 600 tys. zł. W przypadku wariantu suszenia pofermentu o początkowej suchej masie w granicach 6-9 proc., uzyskamy ok. 1 tys. ton wysoko gatunkowego nawozu organicznego w postaci granulek. Jego wartość rynkowa waha się w granicach 800 tys. zł. Należy pamiętać, że w każdym przypadku wykorzystania suszarni taśmowej biogazownia ma prawo do wnioskowania o wydawanie żółtych certyfikatów z tytułu wysokosprawnej kogeneracji. Wartość jednego certyfikatu to obecnie ok. 110-120 zł. Zatem zastosowanie suszarni w biogazowni, w przypadku braku innych możliwości zagospodarowania ciepła, przynosi dodatkowy przychód w wysokości około 700 tys. zł. Podsumowanie danych wskazuje, że zastosowanie suszarni jako lokalnego odbiornika ciepła może być dla biogazowni znakomitą alternatywą dla koncepcji sprzedawania energii cieplnej, a wielu przypadkach możliwością zwiększenia przychodów biogazowni.

Autor:  Tomasz Kajdan Biowatt S.A.

Zdjęcie: Biowatt