Energetické problémy bioplynových elektráren

Jiří Janša

Doctoral thesis

Energetic problems of biogas power plants

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá problematikou bioplynových stanic (BPS). Teoretická část se zabývá obnovitelnými zdroji energie. Především charakteristikami jejich dodávky do elektrické sítě. Dále je zde rozebrána problematika bioplynu. Od jeho složení, přes popis reakcí jeho vzniku, faktory, které tento proces ovlivňují, až po členění mikroorganismů jež ho produkují. V následující části je rozebrána technologie mokré fermentace, která je nejrozšířenější v praxi a také problematika kogenerace s pístovými spalovacími kogeneračními jednotkami. Následuje kapitola věnována legislativní podpoře BPS a jejímu vývoji v průběhu let. Na teoretickou část navazuje praktická část měřením na reálné bioplynové stanici. Na této stanici byly podrobně změřeny všechny důležité elektrické parametry jako činný, jalový výkon, napětí v jednotlivých fázích, proudy, ale také parametry kvality elektrické energie dle normy ČSN EN 50 160. Tyto naměřené parametry nám dohromady dávají představu o provozu bioplynové stanice z hlediska elektrické energie. Jelikož se jedná o kombinovaný zdroj elektrické a tepelné energie, navazuje na toto měření další měření, a to tepelné části. V této části byly změřeny energetické toky v jednotlivých větvích tepelného rozvodu, a to i ty, které se normálně neměří. Jsou zde i zhodnoceny odečty ze spotřeb jednotlivých budov v rámci areálu BPS. V následující části jsou rozebrány možnosti využití odpadního tepla z BPS a to včetně jeho charakteristických vlastnosti jako umístění BPS, množství a kvalita tepelné energie, závislost na ročním období. Pro každý způsob jsou zde zhodnoceny jeho největší klady a zápory. Závěrečná a nejrozsáhlejší část je věnována modelu energetické bilance bioplynové stanice. Tento model vznikl v prostředí Microsoft Excel. Model na základě zadání množství a druhů vstupní biomasy vypočítá teoretický výkon BPS. Následně na základě zadaných parametrů fermentorů, kogeneračních jednotek a lokality jsou vypočteny tepelné ztráty a energetické toky. Dle vypočtených energetických hodnot jsou nabídnuty možnosti využití odpadního tepla. Následně jsou všechny důležité parametry převedeny do grafické podoby ve formě grafů.

Abstract:

This doctoral thesis deals with the issue of biogas stations (BGS). The theoretical part focuses to renewable energy sources. Especially, with their characteristics of supplies to power grid. Furthermore there is analyze the biogas. Since the composition through the description of its formation reactions, factors that influence the process, up to division the microorganisms which produce it. The following section discusses the technology of wet fermentation, which is the most widely used in practice and also the issue of cogeneration with internal combustion piston cogeneration units. The following chapter deals with the legislative support BGS and its evolution over the years. In the following section are discussed possibilities of using waste heat from biogas station, including its characteristic characteristics as locations BPS, quantity and quality of thermal energy, depending on the season. For each method are reviewed its greatest advantages and disadvantages. The final and largest section is devoted to model the energy balance of biogas plants. This model was created in Microsoft Excel. Model based on the assignment amounts and kinds of biomass feedstocks calculated the theoretical power of BGS. Subsequently, based on specified parameters of fermenters, cogeneration units and locations are calculated heat loss and energy flows. According to the calculated energy values are offered the possibility of using the waste heat. Subsequently all the important parameters converted into graphic form in the form of charts.

Keywords

Bioplyn, bioplynová stanice, kogenerace, model, energetická bilance, odpadní teplo, kvalita elektrické energie, teplo

Keywords

Biogas, biogas station, cogeneration, model, energy balance, waste heat, electic power quality, thermal energy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 10. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 8. 12. 2016
• Supervisor: Zdeněk Hradílek
• Reader: Oldřich Záviška, Vladimír Král, Zbyněk Martínek

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Elektrotechnika / Elektroenergetika