Ze solárních elektráren v širé krajině utíkají miliardy a politici se zoufale snaží na jiných obnovitelných zdrojích ušetřit. A tak došlo i na bioplynové stanice. Investiční podpora se rovná nule a snižují se výkupní ceny elektřiny. Provozovatelé musí hledat rezervy, což je hlavně využití tepla k vytápění. Existuje však zařízení, které z tepla vyrobí další elektřinu.
Zemědělská společnost Rostěnice, a. s., hospodaří na pěti tisících hektarech zemědělské půdy v úrodné oblasti jižní Moravy, nedaleko Vyškova. Podnik je zaměřen na rostlinnou výrobu, ale majitelé odolali pokušení zcela se zbavit hospodářských zvířat, takže produkce je poměrně diverzifikovaná. V osevním postupu mají asi 2500 hektarů sladovnického ječmene, 2000 ha pšenice, 2000 hektarů kukuřice na zrno a 400 ha na siláž, 1200 ha řepky a jako doplněk sóju. V živočišné výrobě se specializují na monogastry – ročně vyrobí asi 2000 t drůbežího masa a 1000 tun vepřového masa. Přepočteno na peníze, asi 40 % přináší rostlinná výroba, 20 % živočišná a 20 % různé pomocné výroby, hlavně zpracování masa a pekárna. Zbývajících 20 procent přináší do firemní pokladny nová bioplynová stanice.
Důležité rozhodnutí
„O stavbě bioplynové stanice jsme začali přemýšlet asi před pěti lety. Motivací nebyl jen výhodný prodej elektřiny. Hned od počátku jsme počítali s využitím plynu i k výrobě tepla,“ vysvětlil investiční záměr Ing. Vítězslav Navrátil, předseda představenstva společnosti. „Téměř celou rostlinnou produkci totiž máme uskladněnou ve vlastních skladech s kapacitou asi 55 000 tun. Nezbytnou součástí technologie jsou výkonné plynové sušárny – zrno kukuřice například vysoušíme asi z 35 % až na 14 % a tak podobně. Zemní plyn je ale drahý a jednou z možností, jak ušetřit, je využít teplo z vlastní bioplynové stanice,“ dodal Ing. Navrátil.
Rozhodli se tedy postavit bioplynku a hledali vhodnou technologii. Ing. Navrátil a jeho spolupracovníci navštívili desítky zařízení v Česku, Rakousku a Německu, prostudovali stohy prospektů a nabídek. Rozhodujícím impulzem však bylo doporučení odborníka z praxe. „Nakonec jsme dali na radu průkopníka bioplynek v našem regionu Františka Bureše ze Švábenic a vybrali si technologii Enserv. Není sice nejlevnější, ale je provozně úsporná, variabilní a řekl bych také elegantní, přesně do našeho výrobního areálu,“ doplnil Ing. Navrátil. Pak šlo vše ráz na ráz: Smlouvu s Ing. Josefem Cernym, zástupcem rakouské společnosti OÖ.Gas-Wärme GmbH (dříve Enserv) podepsali 14. listopadu 2011a již 15. května 2012 byl zahájen provoz. „Výstavba i v zimním období proběhla téměř bez problémů, což je u těchto zařízení nevídané. Spolupráce byla na vysoce profesionální úrovni,“ zhodnotil průběh plánování i realizaci stavby Ing. Cerny.
Kompaktní a úsporné
Bioplynové stanice Enserv jsou charakteristické zejména kompaktní stavbou. Zaujímají jen malou plochu a mají krátká instalační vedení, což umožňuje bezpečný a efektivní provoz. Vlastní spotřeba elektřiny je také díky speciálnímu způsobu míchání v normálním provozu kolem 3–4 %, což je v porovnání s jinými typy této velikosti asi poloviční hodnota. Stanice jsou navíc koncipovány tak, že mohou být bez velkých výdajů rozšířeny. Elektrický (a tím i tepelný) výkon tak může být beze změn v technologii navýšen například o 500 kW.
Bioplynová stanice v Rostěnicích je vybavena dvěma fermentory v prizmatickém provedení, které mohou být provozovány nezávisle na sobě (jen čerpadla jsou společná). Dvě pádlová míchadla v každém z nich zajistí stabilní biologický proces a umožní variabilitu vstupního substrátu. Motor Jenbacher v kogenerační jednotce má výkon 1189 kWel a 980 kWte. Technologie zahrnuje předjímku o objemu 140 m3 a koncový sklad digestátu o objemu 6360 m3. Skladba vstupních surovin je zhruba 70 % kukuřičné siláže a GPS (ročně asi 20 000 tun), asi 20 % trusu brojlerů (ročně 6000 tun) a 10 % vepřové kejdy (2000 tun ročně).
Využití tepla z motoru
Bioplyn z fermentorů proudí do motoru kogenerační jednotky, která vyrábí elektřinu do sítě a pro vlastní provoz. Přitom vznikne asi 980 kW tepla. Co s ním? U většiny bioplynek zatím bez užitku uniká do ovzduší, v jiných se alespoň teplá voda z chladicího okruhu motoru využívá k vytápění budov a technologických provozů.
V Rostěnicích zvolili ještě další variantu, na první pohled odvážnou, ale při bližším zkoumání velmi racionální. Teoreticky již dlouho známý, ale praxi zatím měně využívaný způsob zhodnocení tepla jednotkou ORC. Toto zařízení pracuje na principu organického Rankinova cyklu a pomocí vysokorychlostní turbíny proměňuje teplo v elektrický proud.
„Popravdě jsme o instalaci ORC uvažovali již dříve, ale v nabídce byly jen typy, které využívají teplou vodu z chladicího okruhu motoru, tedy s poměrně malou účinností a problémovým chlazením,“ prozradil Ing. Navrátil. Pak dostali tip na ORC, které je napojeno přímo na výfukové potrubí motoru. Výfukové plyny mají teplotu až kolem 450 ºC, takže ORC pracuje s účinností až 18 procent. To bylo něco jiného a původní vize se začala naplňovat. „S Ing. Navrátilem a jeho lidmi jsme se potkali v lednu 2013 v Ostravě na prezentaci naší jednotky ORC Triogen. A již v březnu jsme podepsali smlouvu na dodávku ORC Triogen pro bioplynovou stanici Rostěnice,“ popsal bleskový průběh jednání Ing. Josef Géba, obchodní ředitel společnosti B-POWER INVESTMENT, a. s., která zařízení ORC dodává a instaluje.
Elektřina i vytápění
Principem činnosti ORC Triogen je přímé využití spalin z kogeneračních jednotek či z jiného technologického provozu. Spaliny ohřívají organické médium, to se odpařuje a pára pohání vertikální turbínu generátoru elektrického proudu do otáček až 28 000 ot/min.
Důležitou výhodou přímého napojení na spaliny je dosažení více než 18% účinnosti ORC z hlediska přeměny tepelné energie na elektrickou, 80 % zbylé energie se promění v teplo vody chladicího okruhu. Teplotní spád tak může být například 55–35 °C, ale i vyšší, např. teplotní spád 80-60 °C. Teplou vodu lze pak využít pro technologický ohřev fermentorů, jímek a podobně, případně k vytápění budov a provozoven. Provozovatel přitom může rozhodnout, kdy je žádoucí hlavně ohřívat vodu, nebo naopak maximalizovat výrobu elektřiny. Pracuje tedy efektivně s celým energetickým portfoliem.
Teplem z chladicího okruhu motoru se nyní vytápějí sklady a další provozy a také oba fermentory. Teplo z výfukových plynů pak odebírá jednotka ORC Triogen a proměňuje je v elektřinu. Investor však dále plánuje rovněž využití tepla z chladícího okruhu jednotky ORC pro napojení na vlastní sušárny. Tím celý energetický mix, který má nyní k dispozici, uzavře do velmi efektivního celku,
„Při naší kalkulaci pro plánovaný výkon motoru ve zdejší bioplynové stanici 1 MW nám vycházel čistý elektrický výkon ORC asi 78 kWel. Při skutečném provozu s výkonem kolem 1120 kW je čistý elektrický výkon kolem 91 kWel, a to už je významný přínos,“ uvedl konkrétní hodnoty Ing. Géba a naznačil i další možnosti: „Nyní zde máme nastaven maximální elektrický výkon, takže médium chladíme z 55 °C na 35 °C. To je teplota vhodná například k vytápění fermentorů. V příštím období ale můžeme zvýšit teplotu vody například až 80 °C a použít ji k předsoušení surovin a podobně.“
Ing. Josef Cerny jako zástupce dodavatele bioplynové stanice k tomu dodal: „ Naše firma poskytuje provozovateli BPS pětiletou záruku za dosažený výkon. To by mohlo být ve střetu se zájmy dodavatele ORC. My jsme se ale dohodli, že jejich řídicí systém bude napojen i na monitoring a řízení bioplynové stanice. Hlavním cílem je efektivní provoz zařízení jako celku.“ Vize předsedy představenstva Ing. Vítězslava Navrátila se tak stala skutečností.
Jiří Trnavský
Obrázek: Bioplynové stanice Enserv jsou charakteristické kompaktní stavbou a úsporným provozem*
Celý článek je uveřejněn v časopise Energie 21 č. 6/2013
