Technické vedy

Marco Samuel Fabuš Malacky 2011

Zdroje energie Biomasa a bioplyn v praxi

Gymnázium Malacky, Ul. 1. mája 8, 90101 Malacky

1

Abstrakt

Východisková situácia: V dnešnej dobe je na Slovensku stále preferovaná energia

z fosílnych palív, čo neprospieva nášmu životnému prostrediu. Energie z obnoviteľných

zdrojov ostávajú pomerne neznáme, ak nerátame slnečnú, veternú a možno vodnú energiu,

ktoré sa tešia vysokej osvete. Biomasa je pre Slovensko ako poľnohospodársku krajinu

perspektívne, preto je dôležité o ňom viesť diskusiu.

Ciele projektu: Hlavným cieľom projektu je oboznámiť verejnosť s týmto obnoviteľným

zdrojom energie a tým dosiahnuť jednak zvýšenie vedomostí verejnosti, ale aj pritiahnuť

záujem potencionálnych investorov.

Cieľová skupina: Tento projekt je určený najmä na prezentovanie študentom a tým skvalitniť

vyučovanie, dá sa však predostrieť aj širokej verejnosti či zoznámiť s ním niektoré

organizácie.

Aktivity:

1. Zisťovanie, ktorý druh energie je najekologickejší pri nízkych nákladoch.

2. Získanie kníh a iných materiálov ako príprava na projekt.

3. Napísanie teoretickej časti práce pre oboznámenie autora s problematikou.

4. Dohodnutie participácie s PD Smolinské.

5. Návšteva PD Smolinské a vytvorenie fotografií a videa.

6. Dopísanie práce, jej zverejnenie a prezentovanie.

2

Úvod

V každodennom živote by sme sa len ťažko obišli bez energie či už vo forme tepla, elektriny

atď. Pri dnešnom stave ťažby fosílnych palív by nám však nevydržal tento trend dlho. Dnes,

v časoch, keď chce každý využívať čo najlacnejšiu energiu je veľmi ťažké premýšľať nad

novými zdrojmi energie, je to ale nevyhnutné pre trvalo udržateľný rozvoj. Riešením sú

obnoviteľné zdroje energie, ktoré v základe delíme na:

energiu slnečného žiarenia,

energiu vodných tokov,

energiu vetra,

energiu vonkajšieho prostredia,

geotermálnu energiu,

energiu biomasy.

V mojej práci sa budem venovať hlavne energii biomasy a to jednak pretože ju považujem

za jedno z najperspektívnejších palív do budúcnosti. Tiež aj preto, lebo je to druh paliva

o ktorom sa veľa nevie a chcel by som ho priblížiť širšej verejnosti.

Na začiatku práce spomeniem aj ostatné druhy palív a neskôr okrem biomasy všeobecne

budem písať aj o konkrétnej elektrárni a to o bioplynovej stanici PD Smolinské a v prílohe

poskytnem niekoľko fotografií aj priamo z centra diania.

Na záver chcem ešte poďakovať pánovi Ing. Petrovi Rusňákovi z TSÚP Rovinka

za poskytnutie materiálov pre projekt a umožnenie návštevy PD Smolinské.

Pozn. Táto práca je členená na rôzne písma: obyčajným písmom je takmer všetok text,

tučným sú písané sú písané nadpisy a niektoré menšie podnadpisy a podčiarknuté býva

kľúčové slovo pasáže.

3

1. Biomasa ako zdroj energie

1.1. Fosílne – neobnoviteľné palivá

Tento druh palív je dnes ďaleko najbežnejší a patrí sem najmä uhlie, ropa, jadrové palivá

a zemný plyn. Fosílnymi palivami ich nazývame, pretože vznikli zo zvyškov odumretých

rastlín a živočíchov. V tejto kapitole sa nimi budem zaoberať hlavne z hľadiska porovnania

s biomasou.

Uhlie delíme na hnedé a čierne, podľa toho, koľko v sebe obsahujú uhlíka a tým pádom aké

sú výhrevné. Uhlie sa dá ďalej zahrievaním na viac ako 1000°C bez prístupu vzduchu meniť

na koks, ktorý sa používa napr. v metalurgii. Slovensko si na vlastnú spotrebu ťaží 79%

a 21% je dovážaných.

Ropa je dnes asi najširšie využiteľný zdroj energie, vyrába sa z nej nielen benzín, plynový

olej a petrolej ale aj napr. rozpúšťadlá používané pri čistení odevov. Z množstva ropy

potrebného na Slovensku je až 98% dovážaných a to najmä z Ruska.

Jadrové palivo je vyrábané z uránu, ktorého je zatiaľ našťastie na Zemi dostatok, avšak

problémom je veľké nebezpečenstvo pri práci s najmä vyhoreným jadrovým palivom, ktoré sa

až 4 roky musí skladovať v bazéne skladovania. Po uplynutí tejto doby sa ešte časť paliva dá

recyklovať a znova použiť. Jadrové palivo je opäť dovážané z Ruskej federácie.

Zemný plyn by nám mal podľa odhadov vydržať ešte okolo 70 rokov, avšak práve on

významne znečisťuje našu atmosféru oxidom uhličitým. Zaujímavé je to, že hoci je zemný

plyn významnou surovinou, napr. v Saudskej Arábii ho nad ropnými poľami zhorelo asi

14 mld. m3 . Aj keď vieme, že zemný plyn sa ťaží aj práve u nás na Záhorí, podiel domácej

ťažby sú len 3% a zvyšok je dovážaný samozrejme z Ruska (možno si pamätáte „Plynovú

krízu“).

1.2 Obnoviteľné palivá

Aj keď ich podiel je dnes iba niekoľko percent z celku, sú krajiny viazané viacerými

zmluvami ktoré podporujú a prikazujú rozvoj týchto zdrojov, ktoré som už vymenoval

v úvode.

4

Slnečné žiarenie je veľmi účinné a to z dôvodu že energia dopadajúca na 1 m2 je asi 2500 –

5400 kJ, čiže energia ktorá stačí na zohriatie 30 litrov vody o 20 – 43 °C, je však drahé

a náročné na údržbu. U nás sa využíva slnečné žiarenie najmä na ohrev vody, ale napr. v USA

sú aj známe slnečné elektrárne.

Veterná energia má veľmi jednoduchý princíp – zohriaty vzduch stúpa nahor a roztáča

pritom turbínu. Z nej sa točivá sila prenáša do generátora kde sa vyrába prúd. Množstvo

vyrobeného prúdu sa líši v závislosti od lokality a podnebia. Viacero takýchto turbín sa

nazýva veterný park. U nás sa nachádzajú len dva takéto parky – Cerová a Skalité. Mnoho

takýchto parkov sa nachádza napr. v Rakúsku.

Vodná energia je u nás najbežnejšia a to vďaka viacerým vodným dielam ako Gabčíkovo

apod. Vodné elektrárne delíme na malé (určené na malé vodné toky) a na veľké (na rieky,

jazerá atď.). Malé vyprodukujú okolo 4 PJ energie zatiaľ čo veľké až 20 PJ energie.

Geotermálna energia má pôvod v horúcom jadre Zeme, k ktorého uniká teplo puklinami. Je to

prakticky nevyčerpateľný zdroj avšak jeho využívanie má veľký vplyv na okolité ekosystémy,

čomu sa však dá predchádzať reinjektážou vody späť do hlbokého vrtu. Pre príklad, energia

jadra Zeme je asi 26 TJ.s-1

, pričom spotreba celého sveta predstavuje len 11,5 TJ.s-1

.

Dnes sa z obnoviteľných zdrojov energie vyrába 19% domácej spotreby, ale už spomínané

zmluvy nás zaväzujú zvýšiť tento údaj až na 24% v roku 2030.

1.3 Biomasa všeobecne

Na úvod tu máme tabuľku, v ktorej je uvedené množstvo energie ktorú môže byť

vyprodukovaná z daného zdroje energie v priemere za jeden rok.

Zdroj Využiteľný potenciál

PJ GWh

Vodná energia 23,8 6 600

Veterná energia 2,2 600

Slnečná energia 18,7 5 200

Geotermálna energia 22,7 6 300

BIOMASA 75,6 21 000

5

Tab. 1 – Využiteľný potenciál niektorých obnoviteľných zdrojov v porovnaní s biomasou

Už na prvý pohľad je vidieť, že biomasa má najväčší energetický potenciál a tak isto je

v našich zemepisných šírkach jednoduché ju produkovať, čo ju robí veľmi atraktívnou

do budúcnosti. Jej nevýhodou je však neplynulosť dodávky energie. Dôvodom tejto

neplynulosti sa budem zaoberať neskôr.

Biomasa je biologicky rozložiteľná zložka výrobku alebo zvyšku rastlinných a živočíšnych

látok z poľnohospodárstva, lesníctva alebo biologicky rozložiteľná zložka odpadov. Toto je

všeobecná definícia biomasy, z ktorej vyplýva, že či už ide o hnojovicu, rastliny napadnuté

plesňami alebo aj lesné stromy a kry, všetko môžeme považovať za potenciálny zdroj energie,

teda za biomasu. Je však pravda, že aj biomasa má svoje delenie,

a to na:

- Poľnohospodársku biomasa – obilná, kukuričná slama,

konopa, odpady zo sadov a vinohradov, účelovo pestované

stromy, živočíšne exkrementy

- Lesná biomasa – palivové drevo, konáre, pne, kôra, štiepka

- Komunálny odpad – tuhý spáliteľný odpad, tráva a porasty

parkov, cintorínov, kusy kríkov v mestách apod.

- Odpady z drevospracujúceho priemyslu – odrezky, piliny,

hobliny

1.4 Poľnohospodárska biomasa

Využíva sa najmä na výrobu tepla priamo spaľovaním, pretože ako vyplýva z tabuľky 2

nižšie, má vysokú výhrevnosť a nehodí sa napr. na výrobu bioplynu (okrem exkrementov).

Palivo Výhrevnosť (MJ.kg-1

) Palivo Výhrevnosť (MJ.kg-1

)

Jačmenná slama 16,06 Zemný plyn 33,5 MJ.m-3

Pšeničná slama 16,37 Čierne uhlie 27

Kukuričná slama 17,11 Nafta 42

Konopa 18,1 Ozdobnica čínska 18,75

Aby sme mali predstavu o výhodnosti slamy, porovnávajme: výhrevnosť 1 m3 zemného plynu

zodpovedá približne 2,5 kg slamy, ale 1 m3 zemného plynu stojí 0,50 € a cena slamy je okolo

Obr. 1 Ozdobnica čínska

6

0,02 – 0,06 € na kg-1

. Pri dlhodobom používaní sa tak dá znížiť výdavky až o 80% oproti

zemnému plynu!

Slama má však aj ďalšie výhody ako vysoká úroda slamy. V roku 2008 sa z celkovej úrody

slamy u nás dalo použiť na výrobu energie až 38%, v Dánsku až 50%. Ďalšou výhodou je to,

že popol sa dá použiť ako hnojivo. Jej nevýhodou je nutný prvotný vklad financií do strojov

na zber a spaľovanie slamy, avšak ako som už spomenul pri dlhodobom používaní sa náklady

vrátia.

Spôsoby spaľovania slamy

Slama sa používa najmä na spaľovanie, a tu poznáme tri možnosti spaľovania, a to spaľovanie

drvenej slamy, spaľovanie celých balíkov slamy a spaľovanie častí balíkov slamy. Každý

druh má svoje výhody i nevýhody a tak isto aj schému stroja, kde spaľovanie prebieha.

Všeobecným pravidlom pri spaľovaní slamy je jej vlhkosť, ktorá musí byť menšia ako 12%,

pri vyššej vlhkosti klesá jej výhrevnosť.

Spaľovanie drvenej slamy pozostáva zo stroja, ktorý voláme rozdružovač. Je to stroj ktorý

slamu rozdrví na malé kúsky. Tieto kúsky ďalej pokračujú dopravníkom do ďalšieho drviča –

šrotovníka, kde sa kúsky spracujú na

požadovanú dĺžku. Medzi šrotovníkom

a samotným kotlom sa ešte nachádza

dávkovač, riadený počítačom. Kotol ďalej

ohrieva vodu, ktorá slúži na vykurovanie

alebo aj priame použitie. Výhodou tohto

spôsobu je takmer nepretržité dodávanie

tepla a nedochádza tak ku neplynulosti,

ako pri napr. bioplyne. Tieto kotle sa

vyrábajú v rozsahu 150 kW až po 1,5 MW. Obr. 2 Ukážka rozdružovača a šrotovníka

Aj na Slovensku máme niekoľko takýchto kotlov a to v obci Turňa nad Bodvou 1 (kotol

o výkone 600 kW), ktorý vykuruje tri budovy školy a 28 bytov. Jeho cena sa odhaduje na

120 000 €. Ďalšie dva kotle sa nachádzajú v Trenčíne 1 (majú výkon 4 MW) a vykurujú 3 500

bytov na sídlisku Juh. Cena sa odhaduje na 6,7 mil. €. Jednou z ďalších je škola v obci

Hrušov pri veľkom Krtíši 1, jej kotol má výkon 350 kW.

1 Údaje o kotloch sú z roku 2009, autor neručí za ich dnešnú presnosť

7

Spaľovanie častí balíkov slamy sa od spaľovania drvenej slamy líši len tým, že je v sústave

pridaný stroj, ktorý odrezáva špeciálnym nožom kusy slamy. Vyrábajú sa až do výkonu

3 MW a používajú sa najmä na vykurovanie obcí. Na Slovensku sa takýto kotol nachádza

v poľnohospodárskom podniku v Seliciach, kde je využívaný na sušenie kukurice.

Spaľovanie celých balíkov slamy je finančne menej náročné ako predošlé spôsoby. Skladá sa

len z kotla do ktorého sa vkladá celý balík alebo pri veľkom kotli aj niekoľko balíkov slamy.

Zohriata voda sa zbiera v akumulačnej nádrži s vodou. Výkon takýchto kotlov je od 20 kW až

do 1 MW, teda sú určené pre farmárske domy (pretože malé balíky slamy sa dajú nakladať aj

ručne), sušiarne alebo celú farmu. Nakladanie pri väčších kotloch umožňuje čelný traktorový

nakladač. Na Slovensku sa takýchto zariadení nachádza niekoľko, čo svedčí o jeho

jednoduchosti.

Spaľovanie v cigárovom kotli je samostatným

druhom spaľovania celých balíkov slamy. Je

jednoduchšia a to v tom, že balík sa len naloží

na dopravník, ktorý môže viesť do halového

skladu, ktorý nadväzuje na kotolňu. Zásobovaciu

skriňu kotla zásobuje drapákový žeriav a táto

skriňa je chladená vodou. Do skrine sa

zmestí 2 – 6 balíkov slamy. Zásobovacia skriňa

je od kotolne oddelená len jednými padacími

dvierkami. Regulácia horenia spočíva v prívode

vzduchu, ktorý sa delí na primárny, sekundárny

a terciálny. Primárny vzduch dodáva dúchadlo s danými frekvenciami, sekundárny vzduch je

privádzaný tryskami k horáku. Terciálny je určený pre rošt. Táto technika spaľovania sa

využíva na vykurovanie celých obcí alebo sídlisk či mestských častí, alebo pri výrobe

elektriny. Výkon kotlov predstavuje od 3 do 10 MW.

1.5 Lesná biomasa

Dendromasa (lesná biomasa) v sebe zahŕňa všetky stromy a kry v lesoch. Avšak pri samotnej

definícii lesa sa odborníci rozchádzajú v názoroch. Podľa niektorých je to územie

s korunovým krytom od 10% - 20%, ale tu vznikol aj pojem ostatná lesná krajina

(riedkolesie). V mojej práci sa budem venovať lesu ako klasickému pozemku porasteným

Obr. 3 Schéma cigárového kotla

8

lesným porastom, stromami a krami.

Na celom svete sa nachádza okolo 3 870 mil. ha lesa (na Slovensku sa z toho nachádza

1,27%), a teda na jedného obyvateľa zeme pripadá približne 0,56 ha lesov, čo je takmer jedno

futbalové ihrisko. Najviac lesov sa nachádza v Južnej Amerike (50% územie tvorí les)

a v Európe (46%).

Dendromasu produkuje najmä lesné hospodárstvo a drevospracujúci priemysel. Využiteľný

potenciál dendromasy je asi 29,6 PJ, dnes sa využíva len okolo 9 PJ. Výhodami lesnej

biomasy je veľký podiel prchavej kvapaliny, okolo 80% aj to, že nespáliteľná časť tvorí iba

menej ako 1%. A nezanedbateľná je jej vysoká výhrevnosť, od 19 až do 20,7 MJ.kg-1

, čo je

viac ako zložky poľnohospodárskej biomasy (ozdobnica čínska má najviac a aj to len

18,75 MJ.kg-1

). Jej nevýhodou je veľký vplyv vlhkosti na výhrevnosť (napr. palivové drevo

má už pri vlhkosti 20% výhrevnosť len 15 MJ.kg-1

).

Lacnejšie získanie dendromasy pozostáva z pestovania drevín na vlastných pozemkoch.

Odborníci tvrdia, že najvhodnejšie dreviny v našich podmienkach sú topole, vŕby, agáty

a osiky. Ich výhodami sú: - intenzívny rast v priebehu celej rubnej doby,

- dobrá reprodukčná schopnosť,

- vysoká odolnosť voči škodcom.

Výber konkrétneho druhu porastu závisí od konkrétnych podmienok, ktoré sa určujú

na testovacích plochách po celom Slovensku. Testovanie trvá minimálne 8 rokov.

2. Bioplyn

2.1 História skúmania bioplynu

Bioplyn sa skladá hlavne z metánu a kysličníka uhličitého a vzniká tam, kde sa biomasa

rozkladá bez prístupu vzdušného kyslíku (odborne to voláme fermentácia), čiže v prírode

napr. v tráviacom trakte prežúvavcov alebo vo vodných sedimentoch. Existenciu bioplynu

prvý predpovedal fyzik Volta v roku 1778 tým, že skúmal vzduch nad močiarmi, zistil že je

horľavý a obsahuje metán. Ďalší dôležitý bod v skúmaní dosiahol Bechamp o 90 rokov neskôr

tým, že skúmal vývin cukru bez vzduchu a zistil prítomnosť mikroorganizmov, ktoré vyrábali

plyn. Vývoj bioplynovej techniky začal expandovať do Európy až po druhej svetovej vojne,

nebol však potrebný keďže práve začínala éra ropy, ktorá bola lacná a ľahko dostupná. Už

v roku 1985 bolo v Nemecku okolo 95 bioplynových staníc.

9

2.2 Všeobecné získavanie bioplynu

Základným zdrojom bioplynu je dnes odpadová biomasa z poľnohospodárstva – exkrementy

z chovu dobytka, podstielka a hnojovica. Najdôležitejším pri výbere druhu vstupného

materiálu je výťažnosť plynu z neho. Pri množstve plynu v materiáli sa však rôzni autori

rozchádzajú a to preto, že majú každý inú kvalitu vstupného materiálu. Priemernú výťažnosť

plynu z rôznych druhov biomasy môžeme vidieť v grafe nižšie.

Graf č. 1 – Maximálny výťažok bioplynu z biomasy (m3 plynu z 1 t substrátu)

Aby sa dosiahla maximálna výťažnosť, je potrebné používať látky, ktoré majú malý obsah

anorganických látok, majú vysoký podiel biologicky rozložiteľných látok, hodnota ich pH sa

pohybuje od 7 do 7,8 a nie sú to odpady s karcinogénnymi látkami.

2.2.1 Technológie na výrobu bioplynu

V praxi sa výrobou bioplynu získava nielen kvalitné palivo, ale aj organické hnojivo, pričom

všetko pri nulových emisiách. Základ výroby je fermentor, kde biomasa fermentuje a vytvára

bioplyn. Fermentory možno deliť podľa mnohých kritérií (napr. na mokrú a suchú

fermentáciu podľa vlhkosti), ja sa však budem zaoberať rozdelením podľa veľkosti

na horizontálny fermentor, vertikálny fermentor a na veľkokapacitný fermentor.

Predtým je však nutné spomenúť, že každý fermentor sa skladá zo vstupu pre biomasu,

z ohrevu (zabezpečuje sa tak stála teplota), z miešadla, plynojemu resp. plynového dómu (tu

sa zberá a uschováva bioplyn) a z výstupu (ten slúži na odvádzanie zvyškov už použitej

biomasy – biokalu, ktorý už nemá klasický čpavkový zápach a je zdravotne neškodný).

0 100 200 300 400 500 600 700 800

pekárenské odpady

starý tuk

kuchynské odpady

melasa

trávna siláž

kukuričná siláž

cukrová repa

hydinový trus

hnojovica ošípaných

hnojovica hov. dobytka

10

Horizontálny fermentor

Je najbežnejším druhom fermentora, spracováva sa tu najmä hnojovica od hospodárskych

zvierat. Získava sa v ňom od 50 do 150 m3 bioplynu. Vykurovanie fermentora je zabezpečené

ohrevom v jednej tretine, miešanie vykonáva mixér s početnými dutými ramenami.

Vertikálny fermentor

Tento fermentor je určený pre väčšie objemy plynu, až do 1000 m3. Fermentuje tu prevažne

hnojovica alebo kukuričná či trávna siláž. Súčasťou fermentora je aj plynojem, ktorý je

od biomasy oddelený dvojitou membránou. Vykurovanie je riešené z bokov fermentora

a miešanie zabezpečuje miešadlo v polovici fermentora.

Veľkokapacitný fermentor

Je určený pre priemyselné bioplynové stanice, pretože má veľký obsah, až 5000 m3. Tu je

substrát ohrievaný ešte pred vstupom do fermentora výmenníkom tepla. O miešanie sa stará

vertikálne miešadlo umiestnené na strope fermentora.

Obr. 4 Schéma veľkokapacitného (vľavo) a horizontálneho (vpravo) fermentora

2.3 Bioplynové stanice

Zariadenia na výrobu bioplynu sa nazývajú bioplynové stanice. Okrem jadra – fermentora –

skladajú zo vstupnej nádrže, výstupnej nádrže a kogeneračnej jednotky. Schému bioplynovej

stanice s vertikálnym fermentorom môžeme vidieť na prílohe č. 1.

Postupne, ak sa všetok bioplyn z biomasy získal, je potrebné nasadiť novú biomasu. Aj tu je

niekoľko spôsobov, ktorými sa táto procedúra vykonáva. Pri každom sú potrebné aj ďalšie

skladovacie priestory okrem fermentora.

11

Dávkovací spôsob

Pri tomto spôsobe sa biomasa uloží do fermentora a vyhníva. Neskôr, keď produkcia bioplynu

dosiahne maximum sa biomasa vyberie, nechá sa tam však okolo 10% substrátu, to preto, aby

nová biomasa začala fermentovať rýchlejšie, akoby sa „nakazí“ zapracovanými baktériami.

Hlavnou nevýhodou tohto spôsobu je neplynulosť dodávky bioplynu, pretože pokiaľ

vo fermentore prebieha vyhnívanie, energia sa musí brať z iného zdroja. Dá sa tomu čiastočne

zabrániť, avšak vtedy uniká množstvo vzácneho metánu.

Metóda striedania zásobníkov

Pri tomto spôsobe sa využívajú dva fermentory – prípravná nádrž v ktorej sa postupne

skladuje biomasa z 1 – 2 dní a druhá, ktorá je naplnená doplna a prebieha tu vyhnívanie. Keď

aj prvá nádrž naplní, druhá sa vyprázdni a materiál z prípravnej sa opäť prenesie do druhej,

ktorá je tak opäť plná. Tento postup je veľmi výhodný pre rovnomernú výrobu bioplynu.

Nevýhodou sú vysoké prvotné náklady a vyššie teplotné straty. Niekedy dochádza

pri premiestňovaní biomasy aj ku úniku bioplynu.

Prietokový spôsob

Tento spôsob alebo jemu podobné sú najbežnejšie na celom svete. Vyznačuje sa tým, že

fermentor je neustále plný a vyprázdňuje sa iba kvôli opravám. Okrem hlavného fermentora

sa používa ešte malá prípravná nádrž, z ktorej sa biomasa viackrát denne dodáva

do primárneho fermentora a zo skladovacej nádrže. Keď sa biomasa dopĺňa, také isté

množstvo biomasy sa prepadne do skladovacej nádrže.

Metóda zo zásobníkom

Tu sú fermentor a skladovacia nádrž spojené do jednej nádrže. Pri vyvážaní hnojovice sa

zásobník vyprázdni a potom sa obe nádrže opäť plnia, alebo je zariadenie napojené na

prirodzený prepad. Výhodou zariadenia sú jeho nízke náklady a jednoduchosť obsluhy.

Problémom tu bývajú veľké tepelné straty, preto sa tento spôsob aplikuje najmä v južných

krajinách, kde je stála teplota oko 25 °C.

2.4 Využitie bioplynu

Hlavné využitie bioplynu spočíva vo výrobe elektriny a tepla. Jeho výhrevnosť dosahuje až

22 MJ.m3 a je teda porovnateľný aj z fosílnymi palivami. Jeho výhrevnosť sa však môže

meniť s obsahom metánu v substráte. Jednou z mála nevýhod bioplynu je vysoká potrebnosť

12

vzduchu na správne horenie, až 5,7 m3

vzduchu na 1 m3 bioplynu. Ďalším spracovaním sa dá

z bioplynu vyrobiť čistý biometán, palivo nákladnejšie, ale výhrevnejšie ako surový bioplyn.

Spoločná výroba elektriny a tepla sa nazýva kogenerácia. Tento proces prebieha

v kogeneračnej jednotke (KGJ). Ako každá bioplynová stanica má za jadro fermentor, každé

zariadenie na výrobu elektriny a tepla z bioplynu má za jadro KGJ.

2.4.1Princíp bioplynovej elektrárne

V bioplynovej elektrárni sa bioplyn používa ako palivo pre plynový spaľovací motor

poháňajúci generátor. Schému bioplynovej elektrárne môžeme vidieť na prílohe č. 2. Veľmi

efektívny spôsob využívania bioplynu je kombinovaná bioplynová elektráreň, ktorá vyrába

30% elektriny, 60% tepla a zvyšok predstavujú tepelné straty. Pre predstavu, na výrobu

1 kWh elektriny (svietenie bežnou žiarovkou okolo 50 hodín) je potrebné doviesť do KGJ

0,6 až 0,7 m3 bioplynu. Môžeme povedať, že to je 5 až 7 kg odpadovej biomasy alebo

5 až 15 kg komunálneho odpadu. No a v praxi väčšia bioplynová stanica vyprodukuje až

1 MW za hodinu (čo je 1000 – krát viac ako 1 kW), takže tento spôsob dokáže opäť

zásobovať celú obec prípadne mestskú časť energiou.

Ďalšou možnosťou je trigenerácia – výroba elektriny, tepla aj chladu naraz. Táto možnosť sa

využíva najmä v priemyselných objektoch, ktoré vlastnia aj rôzne chladiarenské haly.

3. PD Smolinské

Keď sa blízko Smolinského začalo malo stavať golfové ihrisko, PD Smolinské dostalo

ponuku na vykurovanie areálu tohto ihriska teplou vodou. Aby mohlo družstvo tento záväzok

splniť, začali si robiť posudky a povolenia na stavbu bioplynovej elektrárne na tento účel.

Stavba ihriska sa neskôr kvôli nezhode investorov zastavila, ale družstvo, už pripravené túto

BPS postaviť, sa tým nedalo odradiť a vďaka úveru až 5 mil. eur sa im podarilo stanicu

postaviť.

Táto stanica má výkon 1 MW a jej energiu predávajú vlastníci priamo do siete, časť si

nechávajú pre seba a využívajú to na pohon elektrárne, vykurovanie budov apod.

Výhodou stanice je stabilita dodávky elektriny, ktorú dosiahli tak, že postavili až štyri

fermentory – dva primárne a dva sekundárne. Keď sa jeden alebo dva fermentory pokazia,

ďalšie dva vyrábajú energiu bez obmedzení.

13

Výhodou č. 2 je jej nielen ekologická nezávadnosť ale aj nehlučnosť a neprítomnosť zápachu

v areáli PD Smolinské. Táto výhoda bola docielená umiestnením hrubých stien

a zvukotesných dverí. Výhodou je aj takmer automatické riadenie, ktoré potrebuje len

minimálnu obsluhu.

Fermentory majú objem 2000 m3 a sú zapustené do zeme až do hĺbky 6 metrov. Miešanie

v nich zabezpečujú vrtule. Biokal z fermentorov vedie priamo do koncových skladov, ktoré sú

dva.

Jednou z mála nevýhod stanice je veľmi malé využívanie odpadového tepla, iba okolo 10%.

Zvyšok sa jednoducho vypúšťa do ovzdušia bez úžitku. Túto nevýhodu sa pracovníci snažia

odstrániť postavením sušiarne, ktorú by poháňalo práve toto teplo.

Palivo do BPS sa uskladňuje v piatich silážnych jamách z betónu. Táto siláž je prikrytá

nepremokavou fóliou. Na výrobu energie sa využíva najmä kukuričná siláž, ktorú si pestujú

priamo v Smolinskom. Pole na toto určené má až 450 ha. Ako ďalšie sa ešte používajú otruby

a hnojovica. Občasne sa dováža zo Senice aj chlieb, ktorý má vysoký energetický potenciál

a preto sa používa. Denná spotreba BPS je 56 ton materiálu ktorý sa dodáva dva razy denne.

Aktuálnym problémom v PD Smolinské je nedostatok vlastných produktov na kŕmenie

a fermentáciu, z čoho vyplýva že družstvo musí kupovať napr. zemiaky od iných, čo je drahé.

Zaujímavé je, že aj keď majú kŕmenia len tesne, tohtoročná úroda bola takmer nadpriemerná.

Aby tento problém nepokračoval, družstvo plánuje vysadiť viac kukurice a menej slnečnice,

pšenice a repky.

Stavba stanice trvala osem mesiacov a uvedená bola do prevádzky v novembri roku 2010.

Cena stanice aj spolu s niekoľkými ďalšími strojmi je okolo 5 mil. eur. Aby sa tieto prvotné

investície vrátili je potrebné počkať minimálne päť rokov. Čistý zárobok stanice za rok

predstavuje okolo 60 000 eur.

Dnes je táto stanica považovaná za jednu z najspoľahlivejších a najvýkonnejších

na Slovensku.

Fotografie sú v prílohách č. 3 až 9.

14

Záver

Tento projekt nás oboznámil zo základnými pojmami v energetike biomasy a bioplynu.

Z údajov, ktoré som uviedol vyplýva, že biomasa a jej produkt – bioplyn – nie sú len akýmsi

neperspektívnym zdrojom, práve naopak. Energetický potenciál biomasy je mnohonásobne

vyšší ako skutočná spotreba energie na Slovensku. Dôkazom dobrých vlastností bioplynu je aj

stúpajúca tendencia stavania bioplynových staníc na Slovensku. Dnes je ich na Slovensku

okolo 23 a veľa ich bolo uvedených do prevádzky nedávno (PD Neverice, PD Lieskovec,...).

Podiel obnoviteľných zdrojov energie musí do roku 2020 stúpnuť o 5%, a jedným z možných

riešení je práve biomasa a bioplyn. Podiel biomasy dnes tvorí na svete až vyše 5%..

Samozrejme, prechod na biomasu by nebol taký rýchly, avšak po niekoľkých rokoch, kedy by

sa investície vrátili, by sa to začalo vyplácať.

Pri návšteve PD Smolinské som sa oboznámil s praxou bioenergetiky na Slovensku a môžem

povedať, že bioplynové elektrárne sú nielen ekologicky nezávažné, ale mohli by čiastočne

riešiť aj dnešnú zlú situáciu na pracovnom trhu, pretože pri každej BPS je potrebná obsluha

a dodávatelia surovín.

Problémom tu na Záhorí však nie je nedostatok peňazí, ale to, že pôda má nízku únosnosť.

Fermentor tak musí byť nad zemou a je potrebná hrubšia izolácia, čo opäť niečo stojí.

Záverom sa dá povedať, že biomasa je veľmi efektívne palivo, aby sa však presadilo

v konkurencii fosílnych palív, je potrebné túto energetiku zviditeľniť. Práve toto bolo cieľom

môjho projektu.

Samozrejme, pri výskyte nových faktov budem v projekte pokračovať.

15

Použitá literatúra

1. Ing. František Zachara, CSc. a kolektív - Poľnohospodárska biomasa, technologické linky

na jej energetické využitie, vydal GaRT, s.r.o. , 2009

2. Juraj Maga, Jan Piszczalka a Ing. Štefan Pepich, PhD. - Využitie rastlinnej a drevnej

biomasy na výrobu tepla, vydala Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, 2010

3. Ing. Štefan Pepich, PhD., TSÚP Rovinka - Ďalšie nové realizované projekty na spaľovanie

biomasy v poľnohospodárskych podnikoch, uverejnené v časopise Agrobioenergia číslo

2/2010

4. Peter Bobuľa, Rudos Ružomberok – Bioplynová stanica BPS Ludrová, uverejnené

v časopise Agrobioenergia, číslo 3/2010

5. Časopis Agrobioenergia, čísla 1/2011, 2/2011, 3/2011

6. agriKomp Slovakia, Bioplynové stanice – Návrh Realizácia Servis

7. TSÚP Rovinka s podporou Ministerstva pôdohospodárstva SR – Využitie

poľnohospodárskej biomasy na výrobu bioplynu

8.Výhrevnosť palív, dostupné na http://ekobioenergo.cz/eko-bio-zajimavosti-vyhrevnosti-

paliv.html

Obrázok č. 1, dostupné na http://www.garten.cz/images_data/5848-miscanthus-sinensis-

silberfeder-ozdobnice.jpg

Obrázok č. 2, dostupné na http://drticedreva.cz/images/content/102_3.jpg

Obrázok č. 3, dostupné na http://www.ecotechnika.sk/ecotechnika-12010/vyuzitie-

polnohospodarskej-biomasy-na-vyrobu-tepla.html

Obrázok č. 4, dostupné na http://www.asb.sk/UserFiles/Image/tzb/energie/polnohospodarske-

bioplynove-stanice-3050/01a-gadus-horizontalny-big-image.jpg, druhá časť:

http://www.asb.sk/UserFiles/Image/tzb/energie/polnohospodarske-bioplynove-stanice-

3050/04a-gadus-vertikalny2-big-image.jpg

16

Príloha č. 1 - schéma bioplynovej stanice s vertikálnym fermentorom

Príloha č. 2 – schéma kombinovanej bioplynovej elektrárne

17

Príloha č. 3 – Fermentory v PD Smolinské

Príloha č. 4 – Koncový sklad v PD Smolinské

18

Príloha č. 5 – Generátor v PD Smolinské

19

Príloha č. 6 – Prehľad fermentorov v PD Smolinské

20

Príloha č. 7 – Plynojem v PD Smolinské

21

Príloha č. 8 – Vstup do fermentora v PD Smolinské

Príloha č. 9 – Bočný pohľad na plynojem a chladiče motora v PD Smolinské