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 kWpowyżej 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 - biogazownia 2 - kurniki 3 - chlewnia 4 - zbiornik reszty pofermentacyjnej 5 - garaże6 - dom mieszkalny

1

2

2

3

4 5

6

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 StudzionceMoc kogeneratora: 30 kW(w czasie budowy)

Kurnik

Zbiornik wstępny

Kanały zrzutowe odchodów

Chlewnia

Zrzut gnojowicy

Otwór wrzutowy do zbiornika wstępnego nakrywany klapą

Maszynownia w wydzielona z garażu maszyn rolniczych

11

1. maszynownia, 2. kogenerator 3. chłodnica awaryjna 4. tłumik

1

23

4

Kogenerator 30 kW

3

1

2

1 - silnik spalinowy, 2 - prądnica, 3, 4 - wymienniki ciepła

4

Mikrobiogazownia w Szewni

- moc 20 kWt

- hydrolizer o objętości = 1,7 m3

- fermentor o objętości = 8 m3

- zbiornik biogazu o objętości = 10 m3

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.

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)

1 - komora fermentacyjna, 2 - zasyp, 3 - przelew syfonowy, 4 - właz rewizyjny

12

3

4

Transport mikrobiogazowni

123

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

Montaż zadaszenia mikrobiogazowni

Zamontowany zbiornik biogazu, widoczne

zadaszenie komory

Lp Rodzaj wsadu (substrat)Ilośc ton

(m3) / rokIlość ton (m3) /

dzień

zawartość suchej masy

[% ]

Ilość ton s.m./rok

% s.m.o w s.m.

Ilość ton s.m.o. we wsadzie

Uzysk biogazu z

tony s.m.o. we wsadzie

[ m3 ]

Ilość uzyskanego biogazu rok

[ m3 ]

Energia biogazu [1m3=6 kWh]

Energia biogazu [ MWh ]

1 gnojowica świńska 100 0,27 7,0% 7 78,0% 5,46 350 1 911

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

suma : 685 1,82 94 71,87 38 252 229 512,4 229,51

Uzysk dzienny [ kWh ]

Średni uzysk na godzinę [ kWh ]

220,08 9,17

stalowe-leżące betonowych

1,92 30 56 64 13,7%

Uzysk roczny energii elekrycznej

[ kWh ]

MOC generatora w kW przy 8000 h/rok

80,3 103,3 80 329,33 10,0

Średnia objętość dzienna substratu

[ m3/t ]

Średni czas

zatrzymania (dni)

Wielkość komór fermentacyjnych % s.m.

Uzysk energii elektrycznej (35%) [ MWh ]

Uzysk energii cieplnej (45%) [ MWh ]

Przykładowy zestaw substratów, możliwe uzyski biogazu i energii

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

Substraty rolniczeParametr

 

Substraty rolnicze i poprodukcyjne

wariant 1 wariant 2 wariant 3 wariant 4

30 m3 30 m3Objętość mieszaniny

fermentacyjnej30 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/r12 21 HRT (hydrauliczny czas retencji –

w dniach)22 22

29 100 m3/r 31 000 m3/r Uzysk biogazu 39 200 m3/r 47 000 m3/r61 110 kWh 65 100 kWh Uzysk energii 84 520 kWh 100 550 kWh4 kW 6 kW Moc układu (przy 30% sprawności) 7,5 kW 9 kW300 m3 200 m3 Minimalna pojemność zbiornika

pofermentu170 m3 170 m3

Przykładowy zestaw substratów, możliwe uzyski biogazu i energii

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 konteneroweEkoinnowacje (Koszęcin na Śląsku)

• kukurydza

• trawy

• burak

• słonecznik

• żyto i pszenżyto

• koniczyna i lucerna

• sorgo

• inne

• odchody zwierząt

• młóto z browarów

• wywar z gorzelni

• wytłoki owocowe

• wytłoki warzywne

• makuchy rzepakowe

• frakcja glicerynowa

• odpady z rzeźni

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

SubstratZawartość

suchej masy[%]

Zawartość suchej masy organicznej

(s.m.o.)[% s.m.]

Teoretyczna wydajność biogazu

z 1 kg s.m.o. [dm3]

z 1 t świeżej masy[m3]

zawartość metanu

[%]

Gnojowica bydlęca 10,0 68,5 801 55 55

Gnojowica świńska 7,5 82,0 815 50 58

Pomiot kurzy

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 owocowo-warzywnego

wytłoki jabłek 12-40 - 1,1-1,2 13-48 0,32

resztki ziemniaków 13-18 90-96,5 - 28 0,34-0,38

mączka fasoli, sojowa - - 7,2-7,6 4-6 -

wytłoki owocowe 20-30 90-95 0,9-2,6 20-49 0,38

Browary młóto 21-23,7 88-95,3 - - 0,34-0,45

drożdże piwne 10 91,8 - - 0,45

Gorzelnie, winiarnie

wywar gorzelniany (żytni)

8 83 - - 0,38

wywar gorzelniany (ziemniaczany)

6 85 - - 0,23

wytłoki winogronowe 40 80 - - 0,42

Cukrownie wysłodki 22 95 - - 0,18

melasa 80 85 - - 0,25

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 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

Zakłady z produkcji pasz

resztki karmy zwierzęcej

34 92,5 15-150 0,31

łuski z młyna

84 80 - 0,30

Przeterminowana karma dla psów

Wydajność biogazu z różnych roślin

Gatunek Plony [t/ha] Wydajność biogazu [m3/t św.m.]

Wydajność biogazu [m3/ha]

Kiszonka z kukurydzy 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

Przykład budynku mieszkalnego z pasywnymi systemami ogrzewania słonecznego – Dom pasywny

wylot powietrza

wlot świeżego powietrza z filtrem

Promieniowanie słoneczne ogrzewa pomieszczenia

Centrala wentylacyjna Rekuperator Gruntowy wymiennik ciepła

Bardzo dobre parametry izolacyjne przegród zewnętrznych umożliwiają ograniczenie strat energii

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)

Grzałka elektryczna

Czujnik temp.Zawór trójdrogowy

Zespół pompowo-sterowniczy

KolektorKS 2000

Zasobnik CW

Zawór spustowy

Ø 1” Ø 2”Wymiennik

ciepła

Czujnik temp.

Czujnik temperatury Odpowietrzenie

Zawór mieszający

Zasilanie zimną wodą

Pompa basenowaFiltr basenowy

Schemat instalacji solarnej dla ogrzewania c.w.u. i wody w basenie

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

Przemysłowe zastosowanie znajdują następujące technologie:

zimna, w której proces otrzymywania „biopaliwa” prowadzony jest w temperaturze 2070OC z użyciem katalizatorów

gorąca, w której reakcje przebiegają w temperaturze 240OC i pod ciśnieniem ok. 10 MPa

BIOPALIWO RZEPAKOWE

Proces technologiczny wytwarzania biopaliwa na bazie roślin oleistych składa się z następujących grup czynności:

wytłaczania oleju wytwarzania biopaliwa z oleju dystrybucji biopaliwa

TECHNOLOGIA WYTWARZANIA PALIWA RZEPAKOWEGO W MAŁEJ SKALI

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 ciepła1 – skraplacz, 2 – zawór, 3 – sprężarka, 4 – parownik, L – praca, Qd – energia niskotemperaturowa, Qg – energia wysokotemperaturowa

Źródło: prof. dr hab. Andrzej Myczko