Miten biokaasugeneraattorin käymälaitosjärjestelmä toimii yhdessä?

Biokaasugeneraattorijärjestelmä ei ala moottorista. Se alkaa orgaanisesta materiaalista, siitä, miten materiaali syötetään käymäläastiaan, ja siitä, miten syntynyt kaasu puhdistetaan ja ohjataan ennen kuin se saavuttaa generaattorin. Kun nämä vaiheet suunnitellaan yhtenä toimintaketjuna, biokaasugeneraattori voi muuttaa jätteidenkäsittelyvirtaa hyödylliseksi paikallisesti tuotetuksi sähköksi ja joissakin suunnitteluratkaisuissa talteen otettavaksi lämmöksi.

Projektin integraation näkökulmasta hyödyllinen kysymys ei ole pelkästään »minkä biokaasugeneraattorin meidän pitäisi ostaa?« Vaan onko raakaine, käyminen, kaasun käsittely, sähkökuorma ja huoltovastuu yhteensopivia keskenään. Järjestelmällä voi olla kykykäs moottori, mutta se voi silti toimia huonosti, jos kaasun laatu tai kaasuvirtaus ovat epävakaita. Seuraava selitys erottaa prosessivaiheet ja ne rajapintatarkistukset, jotka ovat merkityksellisiä.

Järjestelmä yhdessä virtauksessa

Tyypillinen biokaasugeneraattorin käymäläjärjestelmä noudattaa rakennettua monivaiheista polkua:

• Orgaanista raakamateriaalia, kuten lantaa, elintarvikejätettä, jätevesisaostumia tai muuta biohajoavaa materiaalia, johdetaan hajottimeen.

• Mikro-organismit hajottavat raakamateriaalin ilman happea, tuottaen raakabiokaasua ja ravinteikasta hajotetta.

• Kaasu kerätään, varastoidaan tai tasataan, kuivataan, puhdistetaan ja säädellään ennen sen käyttöä seuraavassa prosessissa.

• Käsitelty kaasu toimii polttoaineena biokaasugeneraattorissa, joka muuntaa polttoaineen energian puhtaaksi sähköksi.

• Säätölaitteet sovittavat tuotannon paikan sähkönkulutukseen tai sähköverkkoon, kun taas käyttäjät seuraavat sekä biologista prosessia että moottoripakettia.

Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) kuvaa hajottimen biokaasua sisältäväksi yleensä noin 50–75 % metaania sekä hiilidioksidia, rikkivetyä, vesihöyryä ja jäljelle jääviä kaasuja. Tämä alue on hyödyllinen prosessin ymmärtämiseen, mutta se ei korvaa tietyn paikan kaasun testaamista. Biokaasugeneraattori on asennettava ottamalla huomioon todellinen kaasun koostumus, saatavilla oleva virtaus, paine ja odotettavissa olevat vaihtelut.

Vaihe yksi: Haima tuottaa kaasua, ei valmista moottoripolttoainetta

Anaerobisessa haimassa mikrobit muuttavat biohajoavaa materiaalia biokaasuksi ilman happia. Syöttöaineen valmistelu, kiinteän aineen käsittely, lämpötila, pidätysaika, sekoittaminen ja syöttönopeus vaikuttavat siihen, kuinka tasaisesti prosessi tuottaa kaasua. Haimasta poistuva digestaatti on erillinen tuote; sitä ei tule sekoittaa biokaasugeneraattorin käyttämään kaasuvirtaan.

Tämä on ensimmäinen tärkeä järjestelmäoppi: haiman suorituskyky määrittää polttoaineen saatavuuden. Jos syöttöaineen määrä muuttuu voimakkaasti, jos prosessi häiriintyy tai jos varastointikapasiteetti on liian pieni, biokaasugeneraattori saattaa saada liian epävakaan tarjonnan, jotta se voisi toimia suunnitellusti. Generaattori sijaitsee siis prosessin jälkeen, mutta sen käyttöjaksoa on otettava huomioon haiman ja kaasusäiliön mitoituksessa.

Vaihe kaksi: Kerää, vakauta ja käsittele raakabiokaasua

Raakakaasu kulkee tavallisesti putkistojen, kondensaatin hallinnan, kaasusäiliön tai väliaikaisvaraston, käsittelylaitteiden, paineen säädön ja turvallisuuslaitteiden kautta ennen kuin se saavuttaa biokaasugeneraattorin. Tarkka järjestely riippuu kohteesta ja paikallisista vaatimuksista, mutta tarkoitus on aina sama: toimittaa kaasua generaattoripaketin hyväksytylle käyttöalueelle.

Kaasun kunnon parantaminen on erityisen tärkeää, koska kosteus ja epäpuhtaudet voivat vaikuttaa laitteiston elinikään. Tekninen ohjeistus mainitsee, että vetyrikastetta ja vesihöyryä on poistettava moottoripohjaisissa yhteistuotanto- (CHP) sovelluksissa. Siinä selitetään myös, että vesi ja vetyrikaste voivat muodostaa syövyttävää rikkihappoa. Käytännössä kaasun puhdistus ei ole pelkkä lisäosa biokaasugeneraattoriin; se on luotettavuuden rajapinta lietteenmuodostimeen ja moottoriin.

Ennen valintaa projektitiimin tulee määrittää kaasuanalyysipisteet ja varmistaa odotettu metaanipitoisuus, rikkivety, kosteus, paine, virtausalue ja mahdolliset paikallisesti esiintyvät kontaminantit. Vaadittu käsittelytavoite on saatava generaattorin toimittajan polttoainespesifikaatioista ja projektin teknisestä arvioinnista.

Alla oleva yhteenvetotaulukko esittelee hajottamis- ja sähköntuotantojärjestelmän integroidut vaiheet:

Vaihe kolme: Biokaasugeneraattori muuntaa käsitellyn kaasun sähköksi

Käsitelyn jälkeen polttoaine virtaa biokaasugeneraattorin kaasuputkistoon, jossa painesäätö, sulku- ja ohjaustoiminnot suojaavat kokonaisuutta ja tukevat vakavaa polttamista. Moottori käyttää vaihtovirtageneraattoria, joka tuottaa sähköä paikan tarpeisiin, mikroverkkoon tai verkkoliitokseen. Yhdysvaltojen energiatietokeskus (EIA) mainitsee sähköntuotannon yhtenä tärkeimmistä käytöistä metaanille biokaasussa.

Biokaasugeneraattori tulee mitoittaa käytettävissä olevan – ei teoreettisen – kaasun mukaan. Käytettävissä oleva kaasumäärä ottaa huomioon muutokset käymälaitoksessa, kaasun käsittelyn aiheuttamat tappiot, vaaditun varaston ja suunnitellun huollon. Jos mitoitus perustuu ainoastaan huippukaasutuotantoon, moottori saattaa toimia liian usein alhaisemmassa kuin suunnitellussa käyttöalueessa. Toisaalta pienempi biokaasugeneraattori voi jättää käytettävissä olevan kaasun muuntamatta voimakkaan tuotannon aikana, ellei järjestelmässä ole riittävää varastointikapasiteettia tai muuta kaasun käyttötapaa.

Vaihe neljä: Ohjausjärjestelmät mahdollistavat käymälaitoksen ja generaattorin yhteistoiminnan

Ohjausjärjestelmä yhdistää biologisen tuotannon sähkökuormaan. Se voi seurata kaasun painetta, kaasun laatuvaroituksia, kaasusäiliön tasoa, moottorin tilaa, tehotuotantoa ja suojakytkentöjä. Kun biokaasugeneraattori pysähtyy, paikalla on oltava määritelty toimintatapa jatkuvaa kaasun tuotantoa varten: varastointi, polttokolonnin käyttö, raakaineen säätö tai muu hyväksytty käsittelytapoja. Kun kaasun laatu poikkeaa sovitusta alueesta, suojalogiikan on estettävä sopimaton polttoaine pääsemästä moottoriin.

Sähköinen integrointi on myös tärkeää. Biokaasugeneraattori voidaan asentaa eristettyihin kuormiin, rinnakkaiseen toimintaan muiden lähteiden kanssa tai verkkoon kytkettyyn toimintaan, mutta nämä vaihtoehdot vaikuttavat kytkentälaitteisiin, suojausjärjestelmiin, synkronointiin ja käyttömenettelyihin. Siksi sähköinen rajapinta on sovittava samanaikaisesti kaasurajapinnan kanssa.

Yhteistyö luotettavien uusiutuvan energian ratkaisujen kanssa Keya New:n kanssa

Keya New toimii biokaasun, vetykaasun, luonnonkaasun, metanolin ja LPG:n tuotantosuunnissa sekä uusiutuvan energian ja energiavarastointiratkaisujen suunnittelussa. Biokaasugeneraattorin keskustelun käytännöllinen lähtökohta on projektitiedospaketti: kaasuanalyysitulokset, saatavilla oleva kaasuvirtaus, kuormituskäyrä, sähkötila, ympäröivät olosuhteet ja tarkoitettu soveltamisalue. Tämä mahdollistaa selkeämmän teknisen keskustelun ilman oletettuja, varmennamattomia tulostietoja, hyötysuhteita tai vaatimustenmukaisuusväitteitä.

Johtopäätös: Käsittele siirtoa suunnittelutehtävänä

Hajottaja tuottaa raakakaasua; kaasun käsittely tekee siitä säänneltyyn käyttöön soveltuvaa; ja biokaasugeneraattori muuntaa käsitetyn polttoaineen sähköksi. Vahvimmat suunnittelut käsittelevät näitä vaiheita yhteen liittyvinä osina eivätkä erillisinä hankintoina. Jos raaka-aine, kaasun laatu, varastointi, generaattorin koko, ohjausjärjestelmät ja huolto arvioidaan yhdessä, biokaasugeneraattoria voidaan arvioida paikan vaatimien toimintaolosuhteiden perusteella. Ennen minkään konfiguraation lopullista vahvistamista varmista kaasutiedot ja järjestelmien rajapinnat pätevän insinöörityön ja paikallisten vaatimusten mukaisesti.