Czy rolnictwo wykorzysta potencjał biomasy rolniczej?
W kwietniu 2017 roku zakończono budowę dwóch rolniczych mikrobiogazowni o mocy 11 kW na gospodarstwach mleczarskich w Łodygowie i Niedźwiedzkim. Oba projekty otrzymały wsparcie finansowe z Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Warmińsko-Mazurskiego na lata 2014-2020 w ramach wspierania produkcji i dystrybucji energii ze źródeł odnawialnych.
Każda z tych mikrobiogazowni jest związana z hodowlą krów mlecznych w systemie wolnostanowiskowym bezściółkowym. Jedynym substratem wykorzystywanym w mikrobiogazowniach Biolectric Compact Container jest gnojowica z gospodarstwa. Wielkość urządzenia została dobrana w zależności od zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa, liczby krów, ich wydajności oraz sposobu usuwania odchodów. Szczegóły tych zależności przedstawia poniższa tabela.
Przebieg procesu fermentacji
Urządzenie zostało zamontowane na utwardzonej powierzchni w bezpośrednim sąsiedztwie obory, z którą jest technologicznie i funkcjonalnie zintegrowane, zgodnie ze schematem.
Mikrobiogazownia składa się z jednej jednostki CHP z urządzeniami kontrolującymi pracę systemu, umieszczonymi w jednym kontenerze, trwale połączonymi z reaktorem fermentacyjnym, który pełni również rolę bufora gazu. Pojemność reaktora jest dostosowana do mocy urządzenia. Proces fermentacji opiera się wyłącznie na gnojowicy krów mlecznych z gospodarstwa. Technologia wyklucza użycie wody w procesie fermentacji. Mikrobiogazownia jest wyposażona w system odzysku ciepła, który utrzymuje stałą temperaturę procesu fermentacji na poziomie około 42°C. Producent urządzenia dostarcza pompę gnojowicy umieszczoną w zbiorniku obornika obok obory. Pompa z dedykowaną rurą zapewnia automatyczne i cykliczne ładowanie substratu bezpośrednio do fermentora. Fermentor jest również automatycznie opróżniany za pomocą pompy wbudowanej w kontener oraz rury łączącej fermentor ze zbiornikiem na pozostałości fermentacyjne. Urządzenie Biolectric wykorzystuje rozkład niestrawionych resztek pokarmowych wydalanych przez krowy wraz z odchodami w procesie fermentacji metanowej. Zawartość suchej masy w świeżej gnojowicy wynosi około 8%. W trakcie procesu fermentacji zmniejsza się ona poniżej 4%, co sprawia, że fermentacja staje się bardziej płynna. Przetworzona gnojowica jest zbierana na dnie reaktora, skąd może być codziennie wypompowywana w stałej objętości do zewnętrznego zbiornika. Następnie pompa automatycznie aktywuje się i pompuje taką samą ilość świeżego obornika do fermentora. Proces ten jest ciągły i powtarzalny.
Innowacyjna kontrola technologii w rozproszonej mikro-energetyce
Działanie mikrobiogazowni jest zautomatyzowane dzięki elektronicznemu systemowi kontrolnemu połączonemu z mechaniczną automatyką na miejscu (zawory, pompy, czujniki, filtry itp.) oraz zdalnemu panelowi kontrolnemu i monitorującemu za pomocą stałego połączenia internetowego. Kontrola i zarządzanie wszystkimi najważniejszymi procesami operacyjnymi mikrobiogazowni są osadzone w elektronice wbudowanej w kontener i mogą być wykonywane również w przypadku przerw w połączeniu internetowym. Zdalne monitorowanie i kontrola, zapewniające optymalizację działania całej instalacji, wymaga stałego połączenia z Internetem. Umożliwia to regulację parametrów środowiskowych procesu fermentacji (np. ilość i częstotliwość zasilania substratu, regulacja temperatury fermentacji, tryb mieszania substratu itp.) oraz kontrolę ich krytycznych poziomów (stężenie H2S, zmiany temperatury i ciśnienia gazu) oraz szybką reakcję na bieżące odczyty tych parametrów. Ważnym elementem procesu kontroli i monitorowania jest bieżący (online) odczyt stanu pracy urządzeń (silników gazowych, generatorów) oraz statusu bieżącej produkcji energii. Informacje te są dostępne zarówno na panelu kontrolnym zespołu monitorującego, jak i na smartfonie, tablecie czy komputerze użytkownika.
Energia elektryczna – przede wszystkim na potrzeby własne
Ponieważ moc elektryczna instalacji mikrobiogazowni nie przekracza zabezpieczeń stosowanych w punkcie poboru energii gospodarstwa, przyłączenie do sieci niskiego napięcia nie wymaga modernizacji istniejącego systemu i pozwala na zachowanie priorytetu wykorzystania energii elektrycznej na potrzeby własne z możliwością odprowadzania nieskonsumowanych nadwyżek do sieci. Podłączenie do sieci poprzez wewnętrzną linię zasilającą zostało wykonane na podstawie zgłoszenia: art. 7 ust. 8d ustawy Prawo energetyczne, czyli w trybie tzw. „przyłącz i zgłoś”. Koszt instalacji systemu zabezpieczeń oraz systemu pomiarowego i rozliczeniowego poniósł operator systemu dystrybucyjnego.
Gospodarstwa z biogazownią na gnojowicę o mocy 22, 33, 40, 60, 74 kW dostosowane do:
- Wielkości stada
- Struktury obory i sposobu usuwania odchodów
- Zapotrzebowania na energię elektryczną
- Przepisów prawa budowlanego
- Przepisów ochrony środowiska
- Przepisów prawa energetycznego
Korzyści dla hodowcy
- Energetyczna samowystarczalność gospodarstwa
- Dodatkowe korzyści ekonomiczne
- Praktycznie bezobsługowa instalacja, nie wymaga dodatkowej pracy
- Redukcja emisji metanu i eliminacja emisji CO2,
- Poferment jako ulepszony nawóz (gnojowica):
- Azot w formie przyswajalnego azotanu amonu
- Zawartość N P K nie zmienia się
- Wysoce płynna, jednorodna substancja, sucha masa ok. 4% – łatwa do rozprowadzania
- Stałe składniki węgla nadal trafiają do gleby
Energia z gnojowicy
Biolectric
Mirosław Borowski
Mikrobiogazownia na farmie w Niedźwiedzkim, gmina Wieliczki. Mikrobiogazownia zainstalowana na mojej farmie przez belgijską firmę Biolectric to efektywne i innowacyjne rozwiązanie technologiczne. Pozwala mi wykorzystać gnojowicę z krów mlecznych do produkcji energii elektrycznej i ciepła, które wykorzystam w pierwszej kolejności na farmie. Instalacja jest praktycznie bezobsługowa i nie wymaga bieżącego zaangażowania w proces jej kontrolowania i monitorowania. Te czynności są wykonywane przez specjalistów dostawcy. Wymiana świec zapłonowych i oleju silnikowego co 400 godzin jest łatwiejsza i szybsza niż w kosiarkach ogrodowych. Prace przy instalacji i montażu mikrobiogazowni na terenie gospodarstwa zakończyły się w zaledwie kilka dni, nie powodując żadnych zakłóceń w bieżącej działalności farmy. Innowacyjność i nowoczesność oznaczają również możliwość śledzenia pracy mojej mikrobiogazowni na smartfonie, w dowolnym czasie i miejscu.
Mariola i Andrzej Karwowscy
Mikrobiogazownia na Gospodarstwie Rolnym w Łodygowie, gmina Biała Piska
Przez 20 lat mieliśmy marzenie, które w końcu udało nam się zrealizować dzięki wsparciu finansowemu z Regionalnego Programu Operacyjnego Warmii i Mazur. Mikrobiogazownia, która uzupełnia cykl produkcji mleka, pozwoli nam osiągnąć tzw. wolność energetyczną. Nasza własna energia elektryczna i ciepło w ilościach przekraczających nasze bieżące zużycie daje nam możliwości rozwoju w nadchodzących latach. Wybór technologii, w której jedynym wsadem do fermentacji jest gnojowica krów, był dla nas oczywisty, ponieważ żaden rozsądny rolnik nie używałby kukurydzy do produkcji biogazu, zwłaszcza jeśli mogłaby być wykorzystana jako pasza dla krów. Szczególnie istotne jest dla nas to, że gnojowica, która nie kosztuje nas nic, będzie wykorzystana w procesie fermentacji, a jednocześnie jej właściwości jako naturalnego nawozu zostaną poprawione. Jak pokazuje praktyka i badania, azot zawarty w niej będzie miał formę łatwo przyswajalnego amonu, a wszystkie niepożądane mikroorganizmy, pasożyty oraz niestrawione ziarna i nasiona chwastów zostaną wyeliminowane. To z kolei dodatkowo zmniejszy użycie środków ochrony roślin i nasze koszty.
Ciepło i chłód – szanse na przyszłość
Jednostka CHP jest wyposażona w system odzysku ciepła z bloku silnika i gazów spalinowych. Dzięki wbudowanym wymiennikom ciepła i pompkom cyrkulacyjnym możliwe jest przekazanie tego ciepła do wewnętrznej sieci i wykorzystanie go na farmie. Niemal 50% całkowitej ilości wytwarzanego ciepła będzie wykorzystane do procesu fermentacji mezofilowej, podczas gdy pozostała część będzie służyć potrzebom gospodarstwa.
Oprócz wykorzystania ciepła do celów grzewczych, w tym do suszenia materiałów, istnieje technologiczna możliwość wykorzystania ciepła odpadowego do zasilania systemów chłodzenia i wentylacji. Przebywanie w przegrzanych pomieszczeniach naraża zwierzęta na stres cieplny, a podwyższone temperatury, silne nasłonecznienie i słaba wymiana powietrza intensyfikują szkodliwe skutki, zwłaszcza dla wysoko wydajnych krów mlecznych. Aby poprawić komfort zwierząt (dobrostan), obora powinna mieć sprawną wentylację z funkcją chłodzenia, co w dużej mierze wyeliminuje niekorzystne warunki mikroklimatyczne, w tym zmniejszy stres cieplny, na który narażone są krowy, szczególnie w strefie tzw. poczekalni i hali udojowej. Właściciel mikrobiogazowni, mający dużą ilość ciepła uzyskanego w procesie spalania biogazu, będzie mógł na swojej farmie wykorzystać system chłodzenia, korzystając np. z chillerów – jednostek absorpcyjnych zasilanych ciepłem z mikrobiogazowni.
Więcej mikrobiogazowni już w przygotowaniu
W kilku województwach, zwłaszcza w północno-wschodniej i centralnej Polsce, trwają przygotowania do uruchomienia kolejnych instalacji mikrobiogazowni, zlokalizowanych bezpośrednio przy gospodarstwach mleczarskich. Są to projekty obejmujące cały wachlarz mocy dostępnych w Biolectric, tj. od 22 do 74 kW. Wszystkie te projekty otrzymały już lub ubiegają się o wsparcie finansowe z Regionalnych Programów Operacyjnych.
