Bioplynová stanice

Bioplynová stanice je technologické zařízení využívající procesu anaerobní digesce ke zpracování bioodpadu, případně jiného biologicky rozložitelného materiálu. Hlavním produktem anaerobní digesce je bioplyn, který lze využít jako alternativní zdroj energie.

Bioplynová stanice Lípa

Anaerobní digesce

Anaerobní digesce (anaerobní fermentace) je proces, při kterém mikroorganismy rozkládají organický materiál bez přístupu vzduchu. Může probíhat samovolně v přírodě nebo řízenou metodou v bioplynových stanicích. Celý proces probíhá ve čtyřech základních fázích:

1. hydrolýza - hydrolytické mikroorganismy štěpí makromolekulární organické látky na menší molekuly schopné transportu do buňky, kde

probíhají další fáze

2. acidogeneze - produkty hydrolýzy jsou štěpeny na jednodušší látky (kyseliny, alkoholy, CO₂, H₂)

3. acetogeneze - tvorba kyseliny octové, CO₂ a H₂

4. methanogeneze - vznik methanu ze směsi CO₂ a H₂ nebo z kyseliny octové; vedlejším produktem je CO₂

Provoz bioplynové stanice

Substráty

V bioplynové stanici lze zpracovávat kejdu, hnůj a jiné odpady z živočišné výroby, fytomasu, odpady z rostlinné výroby, ze stravování, biologicky rozložitelný komunální odpad a čistírenské kaly. Vhodné jsou zvláště materiály s vyšší vlhkostí. Často se uplatňuje kofermentace, tzn. zpracování různých materiálů v jednom zařízení. Vhodnou kombinací substrátů lze docílit složení, které bude mít příznivý vliv na průběh procesu a tím i na výsledné množství a kvalitu bioplynu.

Technologie

Zařízení pro anaerobní digesci organických odpadů může mít mnoho variant. Na začátku bioplynové linky je zpravidla přípravná nádrž, kde se skladuje surový materiál. Ten je podle potřeby přečerpáván do fermentoru, kde se odehrává vlastní proces anaerobní digesce a tvorby bioplynu. Bioplyn vznikající ve fermentoru je jímán do zásobníku a upravován pro další využití.

Podmínky procesu

Aby proces anaerobní digesce probíhal správně, je třeba zajistit vhodné životní podmínky pro činnost mikroorganismů. Těmi jsou:

• striktně anaerobní prostředí
• optimální pH
• stálá teplota
• vhodné složení substrátu

Produkty anaerobní digesce

• Bioplyn

Bioplyn je tvořen převážně methanem a oxidem uhličitým. Obsah methanu se pohybuje mezi 50 a 75%. Bioplyn se nejčastěji spaluje v kotlích a vyprodukované teplo se používá na vytápění budov nebo na ohřev vody. Další možností je kombinovaná výroba tepla a elektrické energie v kogenerační jednotce.

• Digestát

Tuhý zbytek po vyhnití se sníženým obsahem biologicky rozložitelných látek se nazývá digestát. Tento materiál, pokud vyhovuje všem parametrům stanoveným vyhláškou Ministerstva životního prostředí, lze využít jako hnojivo, přídavek do kompostu nebo k úpravě povrchu terénu.

• Fugát

Fugát, nebo-li procesní voda, je tekutý produkt vyhnívacího procesu a má charakter vody odpadní. Je silně zakalený a obsahuje produkty anaerobního rozkladu organických látek. Zpravidla je odváděn do čistírny odpadních vod.

Bioplynové stanice v ČR a v zahraničí

Na začátku roku 2008 bylo na našem území v provozu asi 23 bioplynových stanic , z nichž převážná většina zpracovává bioodpady ze zemědělství. Nejdéle fungujícím zařízením na zpracování zemědělských odpadů v ČR je bioplynová stanice v Třeboni. V provozu je nepřetržitě od roku 1974 a zpracovává kejdu z velkovýkrmny prasat spolu s čistírenskými kaly. Další stanice jsou například v Kroměříži, Velkých Albrechticích, Mimoni, Kladrubech nebo Trhovém Štěpánově. České sdružení pro biomasu odhaduje reálný potenciál počtu bioplynových stanic v ČR na 400 zařízení do roku 2015.

Z evropských zemí má nejvíce zkušeností s bioplynovou technologií Německo, kde je v současné době v provozu přes 3500 fermentačních zařízení především komunálního charakteru. V Dánsku funguje systém tzv. centralizovaných bioplynových stanic. Ke každé stanici je odpad svážen z okolních oblastí a stanice jsou umisťovány tak, aby se jejich svozové zóny nepřekrývaly. Ve Švédsku se bioplyn kromě vytápění a výroby elektrické energie využívá i pro pohon vozidel a nedávno zde byl také zprovozněn první vlak poháněný bioplynem na světě.

Desatero bioplynových stanic

Zájem o výstavbu bioplynových stanic na našem území v posledních letech stoupá. Kvalitně zpracovaný projekt a důsledné dodržování zásad udržitelného provozu mohou předejít mnohým problémům, které provoz bioplynové stanice často doprovázejí. České sdružení pro biomasu proto zpracovalo Desatero bioplynových stanic, které má poskytnout základní informace všem zájemcům o výstavbu zemědělských bioplynových stanic. Zkrácená verze desatera:

1. Precizní příprava projektu

2. Dostatek kvalitních vstupních surovin

3. Výtěžnost bioplynu z jednotlivých materiálů

4. Komunikace se samosprávou a veřejností

5. Spolehlivá a ověřená technologie

6. Optimalizace investičních nákladů

7. Volba vhodné kogenerační jednotky

8. Využití odpadního tepla

9. Nakládání s digestátem – kvalitní hnojivo

10. Další možnosti využití bioplynu

Příklad realizace projektu: Zemědělská bioplynová stanice Drahobudice

Jedná se o zemědělskou bioplynovou stanici pro zpracování biomasy (kukuřičná siláž) a statkových hnojiv (kejda) v zemědělském areálu Drahobudice, který se nachází na okrese Kolín ve Středočeském kraji. Investorem i provozovatelem je ZAS Bečváry a.s..

Stavba bioplynové stanice byla zahájena v březnu roku 2008 a ukončena v září téhož roku. V prosinci 2008 byla stanice uvedena do provozu, pričemž motor šel na 15 % výkon. V plném provozu je stanice od ledna 2009. K výrobě elektrické energie a tepla je použita kogenerační jednotka s elektrickým výkonem 526 kW a tepelným výkonem 566 kW.

Jednotlivé aktivity projektu

• Zpracování projektové dokumentace pro stavební povolení
• Vyřízení stavebního povolení
• Zajištění příloh a zpracování žádosti
• Výběrové řízení na dodavatele technologie a stavby
• Výstavba
• Montáž technologie
• Uvádění do provozu
• Zkušební provoz (prosinec 2008)
• Běžný provoz (od ledna 2009)
• Kolaudace
• Žádost o proplacení

Stavební objekty

1. Fermentor – částečně zapuštěná zastřešená jímka rozdělená na dva prostory soustřednými prstenci, patří k němu dávkovač pevných substrátů s násypkou
2. Provozní budova – zde je umístěno obslužné zázemí stanice a kogenerační jednotka (motor určený pro spalování s generátorem elektrického proudu)
3. Přijímací kejdová jímka – umístěna vedle fermentoru
4. Plynojem – pro vyrovnání nestejnoměrného vývinu bioplynu, umístěn v prostoru mezi fermentorem a kogenerační jednotkou
5. Silážní žlab – pro uskladnění kukuřičné siláže
6. Skladovací jímka (koncový sklad digestátu) – navazuje na ní stáčecí plocha pro vyskladňování digestátu do kejdových cisteren pro aplikaci na zemědělské pozemky

Provoz

Substráty

Jako substrát pro výrobu elektrické energie jsou využívány odpady z živočišné výroby a zemědělské plodiny, které jsou pěstovány na pozemcích investora.

• kukuřičná siláž: 11350 tun/rok
• kejda prasat: 3800m3 tun/rok

Dodávky kukuřice na siláž se uskutečňuje jednorázově v průběhu asi třiceti dnů v době sklizně kukuřic. Navážení kejdy probíhá jednou denně.

Technologie a výkony

Pro výrobu bioplynu je používána tzv. dvoustupňová technologie fermentace. Jedná se o dva fermentory typu „kruh v kruhu“. Tato technologie umožňuje větší efektivitu celkového procesu. Proces lze lépe řídit a případné problémy související s nevhodným množstvím nebo poměrem substrátů lze lépe řešit. K výrobě elektrické energie a tepla je použita kogenerační jednotka s elektrickým výkonem 526 kW a tepelným výkonem 566 kW. Dodávka vyrobené energie z bioplynové stanice je zajištěna prostřednictvím nové trafostanice, která je připojena do sítě firmy Středočeská energetika, a.s..

V roce 2009 bylo vyrobeno 4 081,330 MWh elektřiny, vlastní spotřeba (elektřina potřebná pro provoz bioplynové stanice) činila 496,794 MWh (asi 12,2%). Dodávka elektřiny do distribuční soustavy činila 3594,833 MWh. Tepelné energie, které vznikají při kogeneraci jako druhotný produkt prozatím nejsou využity. Do budoucna je plánováno teplo využívat v areálu farmy pro výkrm krůt, případně pro dosoušení obilnin. Digestát je využívaný jako organické hnojivo.

Ekonomické aspekty

Pro hodnocení ekonomické efektivnosti investice do bioplynové stanice můžeme využít výpočet doby návratnosti vložené investice. Prostá doba návratnosti (T_s) se vypočítá podle vzorce

T_s = (IN - D)/(V_r - N_pr) (roky)

kde

IN – investiční, jednorázové náklady na realizaci projektu (Kč)

D – výše poskytnuté dotace (Kč)

V_r – průměrné roční výnosy (Kč)

N_pr - průměrné roční provozní náklady (Kč).

Celkové náklady na pořízení investice činily 63 000 000 Kč, dotace byla poskytnuta ve výši 23 000 000 Kč. Výnosy za rok 2009 činily 11 113 000 Kč a provozní náklady 7 044 000 Kč

D = 40 000 000/(11 113 000 - 7 044 000)

D = 9,8

Tento výpočet však udává pouze statický pohled na investici. Neuvažuje se v něm ani s faktorem času, ani s časovou hodnotou peněz. Obecně pro bioplynové stanice platí, že doba návratnosti investice do 5 let je velmi dobrá a do 10 let přijatelná. Po 15 letech provozu dosáhne většina hlavních prvků bioplynové stanice své životnosti a je potřeba počítat s vyššími náklady na opravu a údržbu.

Elektrická energie je prodávána za státem garantovanou výkupní cenu ze zařízení využívající obnovitelné zdroje enregie po dobu 15 let. Výkupní ceny elektřiny (minimální ceny) stanovené Energetickým regulačním úřadem pro tento typ bioplynové stanice byly stanoveny pro rok 2009 ve výši 4120 Kč/MWh.

Diverzifikace příjmů investora. Státem garantovaná výkupní cena elektrické energie zajišťuje rovnoměrné příjmy pro investora a zároveň dlouholetou jistotu odbytu vyrobené energie. Tento projekt rovněž napomáhá eliminovat výkyvy v odbytu produktů zemědělského odvětví.

Osvobození od daně z příjmů po dobu prvních 5 let provozu bioplynové stanice, které je umožněno zákonem o dani z příjmu.

Environmentální aspekty

Jedná se o výrobu elektrické energie a tepla z obnovitelných zdrojů, což je v souladu s požadavky EU na snížení spotřeby fosilních paliv a snížení emisí z jejich spalování.

Dochází ke snížení produkce pachových látek z chovu zvířat, přesněji ze skladování kejdy a z hnojení zemědělských pozemků v blízkosti obytných území. Materiál vzniklý po fermentaci (digestát) je bez zápachu, skladován je ve skladovací jímce a následně využíván pro hnojení zemědělských pozemků. Celková roční produkce digestátu je 21 400 tun za rok. Z toho část 7 554 tun se vrací zpět do fermentoru pro naředění. Zbytek materiálu (13 846 t/rok) je využíván pro hnojení zemědělských pozemků. Díky dostatečné rozloze půdy, kterou investor obhospodařuje, nedochází k přehnojování.

Stavbou nebyly dotčeny pozemky, které jsou součástí zemědělského půdního fondu ani pozemky určené k plnění funkce lesa.

„Průběh výstavby… neovlivní zásadním způsobem okolní životní prostředí ani neohrozí zdraví občanů v nejbližších obytných objektech v obci Drahobudice. Ani v bezprostředním důsledku provozu nedojde k ovlivnění, případně narušení okolního prostředí. Negativní vlivy mohou nastat pouze v případě technologické nekázně. Při dodržení příslušných předpisů jsou však tato rizika vyloučena.

Jako zdroj emisí je bioplynová stanice (kogenerační jednotka) zařazena jako střední zdroj znečišťování ovzduší, výroba bioplynu je zařazena jako velký zdroj bez povinnosti provádět měření. Nebudou dotčeny chráněné druhy rostlin ani živočichů, prvky územního systému ekologické stability, významné krajinné prvky, nedojde k poškození krajinného rázu.

Vzhledem k charakteru záměru a lokalizaci stavby nebyly shledány závažné vlivy na životní prostředí a obyvatele, které by vznikly v důsledku výstavby a následného provozu.“

Odkazy

Externí odkazy

Anaerobic digestion na anglické Wikipedii

Biogas na anglické Wikipedii

CZ Biom České sdružení pro biomasu

Desatero bioplynových stanic na stránkách MZe

i-EKIS Internetové energetické konzultační a informační středisko ČEA

Německá asociace bioplynu v němčině