CZ - Biogasheat

Udržitelné
využívání tepla
z bioplynových
stanic
příručka
Autor:
Dominik Rutz
Spoluautoři:
Rita Ramanauskaite, Rainer Janssen
Oponenti:
Ilze Dzene, Claudio Rochas, Stefan Amann, Christof Amann, Jadranka
Maras Abramovic, Christopher Gallasch, Laura Bailón Allegue, Jørgen
Hinge, Frederico De Filippi
Editor:
Dominik Rutz
Překlad:
Miroslav Kajan ml. a st., Bohuslav Málek, Tomáš Voříšek
ISBN:
není přiděleno
O překladu:
Původním jazykem této příručky je angličtina. Publikace je rovněž
dostupná v následujících mutacích: chorvatská, česká, dánská,
německá, italská, lotyšská, polská a rumunská
Publikováno:
© 2012 WIP Renewable Energies, Mnichov, Německo
Kontakt:
WIP Renewable Energies, Sylvensteinstr. 2, 81369 Mnichov, Německo
[email protected], Tel.: +49 89 720 12 739
www.wip-munich.de
Webová adresa:
www.biogasheat.org
Autorská práva:
Všechna práva vyhrazena. Žádná část této publikace nesmí být využita
v žádné formě ani žádnými prostředky ke komerčním účelům bez
předchozího písemného souhlasu od vydavatele. Autoři nezaručují
správnost a/nebo úplnost informací a údajů obsažených nebo
popsaných v této příručce.
Prohlášení:
Výhradní odpovědnost za obsah této příručky je věcí autorů. Obsah
nemusí nutně odrážet stanoviska Evropské unie. Evropská komise ani
EACI nejsou zodpovědní za jakékoli kroky, které plynou z informací zde
obsažených
1
Poděkování
Tato příručka byla zpracována v rámci projektu BiogasHeat (IEE/11/025), podporovaným
Evropskou komisí prostřednictvím programu Inteligentní energie pro Evropu (IEE) vedeného
Výkonnou agenturou pro konkurenceschopnost a inovaci (EACI). Autoři by tímto rádi
poděkovali Evropské komisi za podporu projektu BiogasHeat, jakož i oponentům a
partnerům projektu za jejich přínos k vypracování příručky.
Za poskytnutí obrazové a schematické přílohy by autoři rádi poděkovali následujícím firmám:
AgroEnergien (Burkhard Meiners), GE Energy (Roland Jenewein), LaTherm GmbH (Michael
Schönberg), SCHNELL Motoren AG (Susanne Kerezsy), STELA Laxhuber GmbH (Nadine
Sahlmann), Thermaflex Isolierprodukte GmbH (Jana Tanneberg-Kranz), TransHeat GmbH
(Ronald Strasser), Tranter Solarice GmbH (Wolfgang Stürzebecher) a Verdesis Services UK
LTD (Nick Sheldon).
2
Projekt BiogasHeat
Projekt BiogasHeat řeší problém, jak efektivně využít teplo z bioplynových stanic na
evropské, vnitrostátní a projektové úrovni. Snaží se proto o vývoj a testování řady různých
osvědčených strategií a opatření pro projektovou realizaci. Konkrétní cíle projektu
BiogasHeat jsou: (1) podporovat hospodářské a udržitelné využití tepla ze stávajících
a budoucích bioplynových stanic, se kterým se v současnosti plýtvá, (2) zvýšit tuto
schopnost speciálně v několika cílových zemích (Rakousko, Chorvatsko, Česká republika,
Dánsko, Německo, Itálie, Lotyšsko, Polsko a Rumunsko) skrze specifická opatření, včetně
analýzy technických možností, studií proveditelnosti, podnikatelských strategií a terénních
šetření; a (3) stimulovat povědomí o této problematice prostřednictvím školení, praktickým
zvyšováním dovedností a přenosem dostupných znalostí.
Projekt BiogasHeat byl zahájen v dubnu roku 2012 a bude trvat po dobu 3 let. Projekt je
podporován z programu Inteligentní energie pro Evropu v Evropské unii (Smlouva č.
IEE/11/025).
Konsorcium projektu a kontaktní místa:
Ekodoma, Lotyšsko (Koordinátor projektu)
Ilze Dzene [[email protected] ]
WIP Renewable Energies, Německo
Dominik Rutz [[email protected]]
Rita Ramanauskaite [[email protected]]
Energy Institute Hrvoje Požar, Chorvatsko
Biljana Kulišić [[email protected]]
Jadranka Maras Abramović [[email protected]]
Energy Efficiency Center SEVEn, Česká republika
Tomáš Voříšek [[email protected]]
Sogesca Srl, Itálie
Federico De Filippi [[email protected]]
Marco Devetta [[email protected]]
Polish Biogas Association, Polsko
Michał Surowiec [[email protected]]
e7 Energie Markt Analyse GmbH, Rakousko
Christof Amann [[email protected]]
Stefan Amann [[email protected]]
Danish Technological Institute, Dánsko
Laura Bailón Allegue [[email protected]]
Jørgen Hinge [[email protected]]
SC Mangus Sol Srl, Rumunsko
Mihai Adamescu [[email protected]]
Euroheat&Power, Belgie
Christopher Gallasch [[email protected]]
3
Obsah
Poděkování .......................................................................................................................... 2
Projekt BiogasHeat ............................................................................................................. 3
Předmluva ............................................................................................................................ 6
1
2
Úvod .............................................................................................................................. 7
1.1
Produkce bioplynu ................................................................................................... 7
1.2
Koncepty bioplynových stanic ................................................................................. 9
1.3
Koncepty pro využití bioplynu jako nosiče energie .................................................10
1.4
Problémy s využitím tepla.......................................................................................13
Základy výroby a využití tepla ....................................................................................14
2.1
Spalování bioplynu .................................................................................................14
2.2
Hodnoty a převody jednotek tepla ..........................................................................14
2.3
Kvalita tepla............................................................................................................15
2.4
Množství tepla a poptávka ......................................................................................16
2.5
Dodávka tepla pro fermentory ................................................................................16
2.6
Charakteristika bioplynových spalovacích motorů ..................................................19
2.6.1
Motory typu Otto (plynové zážehové motory) ..................................................20
2.6.2
Motory se vstřikováním – zápalným paprskem (vznětové motory) ...................20
2.7
3
Možnosti využití tepla v bioplynových stanicích ......................................................23
3.1
Vytápění .................................................................................................................24
3.1.1
Dálkové vytápění.............................................................................................24
3.1.2
Stáje ................................................................................................................30
3.1.3
Skleníky ..........................................................................................................31
3.1.4
Akvakultury .....................................................................................................33
3.1.5
Přenos tepla v kontejnerech ............................................................................35
3.1.6
Vyhřívání pro jiné účely ...................................................................................37
3.2
Sušení ....................................................................................................................38
3.2.1
Digestát a kaly.................................................................................................41
3.2.2
Piliny, štěpky a pelety ......................................................................................42
3.2.3
Zemědělské produkty ......................................................................................44
3.3
Chlazení .................................................................................................................45
3.3.1
Přehled chladících zařízení .............................................................................45
3.3.2
Dálkové chlazení .............................................................................................47
3.3.3
Aplikace chlazení ............................................................................................49
3.4
4
Koncepty pro kombinovanou produkci tepla a elektřiny ..........................................22
Dodatečná výroba elektřiny ....................................................................................49
4
3.4.1
CRC systémy ..................................................................................................49
3.4.2
ORC systémy ..................................................................................................51
3.4.3
Kalinův cyklus .................................................................................................54
3.4.4
Stirlingův motor ...............................................................................................55
3.4.5
Plynová turbína pro využití spalin ....................................................................56
Inovativní koncepty efektivního využití bioplynu ......................................................57
4.1
Bioplynovody a satelitní kogenerační jednotky .......................................................57
4.2
Úprava bioplynu a vtláčení biometanu do sítě ........................................................59
4.3
Transport biometanu v kontejnerech ......................................................................61
4.4
Využití biometanu v dopravě ..................................................................................62
4.5
Využití bioplynu pro řízení zátěže a zajištění stability sítě.......................................63
4.6
Biometan a koncept Power-to-Gas ........................................................................64
5
Možnosti využití pro vytápění.....................................................................................66
6
Závěr ............................................................................................................................69
Glosář a zkratky..................................................................................................................70
Převodní jednotky ..............................................................................................................78
Seznam použité literatury ..................................................................................................80
5
Předmluva
V Evropě, stejně jako v ostatních částech světa, významně roste výroba a využití bioplynu.
Důvodem je rostoucí poptávka po obnovitelných zdrojích energie, jako náhražce fosilních
paliv. Většina zemědělských a průmyslových bioplynových stanic v Evropě využívá bioplyn
pro výrobu elektrické energie kogenerační jednotky (KGJ, CHP – Combined Heat and Power
– kombinovaná výroba tepla a elektřiny). Nicméně v mnoha případech teplo z KGJ není
využíváno, ale mařeno. To je způsobeno tím, že většina systémů podpory je zaměřena na
výrobu elektřiny a opomíjí efektivní využití tepla. Neefektivní využívání energie je překážkou
v současném přístupu k využití potenciálu bioplynových stanic, způsobující mikroekonomické
i makroekonomické ztráty a rovněž je v porovnání s jinými systémy důvodem nižší
efektivnosti využití energií získaných ze zemědělské půdy. Projekt BiogasHeat řeší otázku
jak na evropské, národní i projektové úrovni efektivně využívat teplo z bioplynových stanic
(Dzene a kol. 2012). K tomu jsou využity poznatky a přístupy řady osvědčených řešení (best
practice), provozních zkušeností a dalších informací. Projekt BiogasHeat (IEE/11/025) je
podporován Evropskou komisí prostřednictvím programu Inteligentní energie pro Evropu
(IEE – Intelligent Energy for Europe), který je veden Výkonnou agenturou pro
konkurenceschopnost a inovaci (EACI).
Tato příručka nazvaná “Udržitelné využívání tepla z bioplynových stanic” představuje hlavní
výstup projektu BiogasHeat a byla vypracována s cílem poskytnout přehled o různých
možnostech pro využití tepla z kogeneračních jednotek spalujících bioplyn. Publikace je
určena současným a budoucím provozovatelům bioplynových stanic, stejně tak ale i dalším
zúčastněným stranám, které se zabývají problematikou bioplynových stanic, jako jsou tvůrci
a zpracovatelé koncepcí rozvoje bioplynových stanic, investoři a studenti. Publikace
poskytuje všeobecné informace o teplu vyrobeném v bioplynových stanicích a zaměřuje se
na obecná technická řešení pro jeho efektivní využití.
Jako doplněk k této příručce byla vytvořena zpráva s názvem „Příklady dobré praxe pro
efektivní využití tepla z bioplynových stanic“ (“Good Practice Examples for Efficient Use of
Heat from Biogas Plants”) (Ramanauskaite a kol. 2012). Tato zpráva uvádí vybrané koncepty
a příklady stávajících bioplynových stanic, které již zbytkové teplo využívají. Informace
o ekonomice a nákladech jsou dostupné v jiných zprávách vytvořených v rámci projektu
BiogasHeat, a proto nejsou zahrnuty do této příručky. Všechny zprávy jsou dostupné na
internetových stránkách projektu (www.biogasheat.org).
Pro vypracování této příručky byly použity různé zdroje a reference. Většina materiálů byla
nicméně čerpána z německé literatury, protože Německo v současnosti disponuje
nejrozvinutějším odvětvím využití bioplynu v Evropě. Autoři se pokusili zobecnit fakta a údaje
tak, aby mohla být použita v kontextu celé Evropy. Některá z nich jsou nicméně stále
specifická pro daný region nebo zemi.
Dále byly použity standardizované jednotky a zkratky, které se na evropské úrovni běžně
používají. Podrobnosti o konverzích jednotek jsou uvedeny na konci publikace. V této české
verzi jsou desetinná místa čísla uvozená čárkou (např. 12,03 Euro znamená 12 Euro a 3
centy) a oddělovačem tisíců je mezera (např. 1 300 znamená třináct set).
Pro cílové země projektu BiogasHeat – Českou republiku, Dánsko, Chorvatsko, Itálii,
Lotyšsko, Německo, Polsko, Rakousko a Rumunsko – byla příručka přeložena jednotlivými
partnery projektu do jazyka dané země.
6
1 Úvod
Počet bioplynových stanic po celém světě v posledních několika letech výrazně vzrostl.
Mnohé země za výrazné vládní i veřejné podpory vyvinuly díky desetiletím intenzívního
výzkumu a technického rozvoje moderní bioplynové technologie a konkurenceschopné
národní bioplynové trhy (Al Seadi a kol. 2008). Dnes tak energie z bioplynu přispívá k cíli
národní energetické bezpečnosti a snížení emisí skleníkových plynů. Evropský bioplynový
sektor představuje tisíce bioplynových instalací. Země jako Německo, Rakousko, Dánsko,
Švédsko, Česká republika, Itálie či Nizozemí se řadí mezi technickou špičku s nejvyšším
počtem moderních bioplynových stanic. Cílem většiny stanic je maximalizovat výrobu
elektrické energie v kogeneračních jednotkách. V mnoha případech bývá však teplo
vyráběné v kogeneračních jednotkách využito pouze částečně a zbytek je neefektivně
mařen. Tato neefektivita představuje jeden z hlavních nedostatků v současném
energetickém využití bioplynu, jelikož způsobuje nejenom mikro a makroekonomické ztráty
ale rovněž snižuje efektivní energetické využití půdy v porovnání s jinými technologiemi.
1.1
Produkce bioplynu
Bioplyn vzniká při anaerobním rozkladu (AD – anaerobic digestion) organické hmoty.
Anaerobní rozklad (anaerobní fermentace, anaerobní digesce) je biochemický proces, při
kterém různé typy anaerobních mikroorganismů (bakterie) za nepřítomnosti kyslíku štěpí
komplexní organickou hmotu (biomasu) na jednodušší sloučeniny a ty dále transformují až
na bioplyn. Proces anaerobní fermentace se běžně vyskytuje v přírodním prostředí – mořské
sedimenty, trávicí trakt přežvýkavců, bažiny. Také vstupní materiál (substrát) bioplynové
stanice je anaerobně rozložen do dvou hlavních výstupních produktů: bioplynu a digestátu
(fermentačního zbytku). Ve většině bioplynových stanic se z důvodu stabilizace chodu a
optimalizace produkce bioplynu na vstupu využívá směs několika různých typů substrátů.
Tento postup bývá označován jako kofermentace (co-digestion). Vhodné vstupní suroviny
pro anaerobní fermentaci zahrnují širokou škálu substrátů. Nejčastěji bývá preferován
biologicky snadno rozložitelný materiál obsahující tuky, oleje, cukry a škrob. Zatímco
celulóza je snadno rozložitelná, lignin, hlavní složka dřevin, je procesem anaerobní
fermentace špatně rozložitelný. Typické vstupní suroviny pro bioplynovou stanici mohou být
rostlinného i živočišného původu.

Zvířecí exkrementy (hnůj, kejda)

Zemědělské zbytky a vedlejší produkty

Organické odpady z potravinářského a zemědělského průmyslu

Organické odpady z průmyslu pracujícího s biomateriály (např. výroba papíru, léčiv)

Organická část tuhého komunálního odpadu

Odpad z cateringových služeb

Kaly z čistíren odpadních vod

Speciální energetické plodiny (např. kukuřice, cukrová řepa, tráva)
Druh vstupních surovin ovlivňuje celý proces anaerobní fermentace a složení
produkovaného bioplynu. Bioplyn obsahuje zejména metan (CH4, 40-80%), oxid uhličitý
(CO2, 15-45%) a řádově nižší koncentrace sulfanu (H2S), amoniaku (NH3), dusíku (N2) a
případně dalších sloučenin. Kromě toho je bioplyn nasycen vodní parou (H2O).
Žádanou komponentou je energeticky bohatý metan, jehož energie může být v kogenerační
jednotce transformována na elektrickou energii a teplo. Výtěžnost metanu je proto jednou
z jejich nejdůležitějších charakteristik ve vztahu k anaerobní fermentaci. Výtěžnost metanu z
jednotlivých surovin je uvedena v Tabulce 1.
7
Složení bioplynu bývá kromě druhu vstupní suroviny ovlivněno i jinými faktory, jako je
technologické uspořádání bioplynové stanice, fermentační teplota, doba zdržení a zatížení
organickou hmotou.
Tabulka 1: Výtěžnost metanu u jednotlivých vstupních surovin (Data BMU 2012)
Surovina
Olej na smažení a tuky
Glycerin
Kasein
Laktóza
Odstředěné sušené mléko
Výtěžnost
CH4
[m³/t
čerstvé
hmoty]
562
421
392
378
363
Surovina
Výtěžnost
CH4
[m³/t
čerstvé
hmoty]
66
64
64
63
61
Odpad z procesu pečení
344
Kukuřičné zrno
324
Jádro obilných zrn
Řepkové výlisky
Syrovátka, nízký obsah cukru
Řepkový šrot
Obilný odpad
Otruby
Starý chléb
320
317
298
274
272
270
254
Odpad ze zpracování obilovin
254
Kukuřičné klasy
Pšeničný prach
Melasa z produkce řepného
cukru
Klasy, plevy, kukuřičná jádra
Kukuřice (celá plodina)
Obilovina (celá plodina)
Mix lučních trav
Brambory
Brambory (zmetek)
Měkký tvaroh
242
172
Bramborové slupky
Drť z výroby cukru
Hobliny z cukrové řepy
Luštěniny (celá plodina)
Mláto (čerstvé/drcené)
Bramborové řízky z výroby
škrobu
Lékařské a kořenné rostliny
(zmetek)
Krmná řepa
Řezané květiny (zmetek)
Krmná řepa
Kousky řepy (zpracování cukru)
Listy cukrové řepy
Syřidlové syrovátky
Flotační tuky
Řízky z privátních/veřejných
zahrad a parků
Tráva z údržby vozovek
Kyselá syrovátka
166
Zelenina (zmetek)
40
148
106
103
100
92
92
92
38
33
33
32
30
27
26
Laktóza, melasa
91
Zvířecí krev
Flotační kal
83
81
Čirok (celá plodina)
80
Súdánská tráva
Jílek
80
79
Cukrovka
75
Krmné žito (celá plodina)
72
Mléko
70
Listy krmné řepy
Odstředěné čerstvé mléko
Obsah bachoru
Čerstvé podmáslí
Bramborová nať
Prasečí vnitřnosti
Odpad z rostlinného zpracování
Obilný odpad (kromě výroby
alkoholu)
Kyselá čerstvá syrovátka
Obilný odpad (z výroby alkoholu)
Bramborový odpad (z výroby
alkoholu)
Čerstvá sladká syrovátka
Syrovátka
Bramborové zbytky (výroba
alkoholu)
Obsah odlučovače
Voda z výroby bramborového
škrobu
8
61
58
57
55
52
50
46
44
43
43
43
42
22
20
18
18
18
18
17
15
11
Výtěžnost
CH4
[m³/t
čerstvé
hmoty]
Surovina
Laktóza, melasa (nízký obsah
bílkovin)
69
Slunečnice (celá plodina)
67
Brambory (drcené, střední obsah
škrobu)
66
Surovina
Odpadní vody (brambor) z výroby
škrobu
Ostatní odpad ze zpracování
škrobu
-
Výtěžnost
CH4
[m³/t
čerstvé
hmoty]
11
3
-
Složení bioplynu představuje důležitý rys, který ovlivňuje jeho spalování v kogenerační
jednotce, a tím i složení a teplotu spalin. Ovlivněna je tedy kvalita i množství tepla, což je
podstatné pro jeho následné využití.
Kromě toho je koncept bioplynové stanice charakterizován teplotou ve fermentorech. Ty jsou
obvykle vytápěné částí tepla z kogenerační jednotky tak, aby bakteriím umožnily rychlejší
rozklad materiálu. Podle teploty suspenze se fermentace dělí na:

Psychrofilní:
méně než 25°C

Mezofilní:
25°C – 45°C

Termofilní:
45°C – 70°C
Některé bioplynové stanice s více fermentory zapojenými v sérii mají často v jednotlivých
fermentorech různé teplotní úrovně. Teplota fermentoru má přímý vliv na tepelný koncept
bioplynové stanice: čím je teplota ve fermentoru vyšší, tím méně tepla je k dispozici pro jiné
účely. Na druhou stranu, výtěžnost bioplynu narůstá s vyšší teplotou až do určitého maxima.
Optimální teplota musí být specifikována pro danou instalaci. Výběr teplotní úrovně je
ovlivněn vstupními surovinami, konceptem celé stanice, požadovanou dobou zdržení,
rychlostí rozkladu a konceptem využití tepla. Nejdůležitějším faktorem pro výběr teplotní
úrovně fermentoru bývá zabezpečení stability fermentačního procesu.
1.2
Koncepty bioplynových stanic
Energetický výkon, a tedy i tepelný výkon bioplynové stanice, je ovlivněn celkovým návrhem
stanice. Koncepce bioplynové stanice má vliv na různé možnosti využití odpadního tepla z
kogenerační jednotky. Jednotlivé koncepce mohou být charakterizovány následujícími
aspekty.

Hlavní cíl: Výroba energie (elektřina, teplo), nakládání s odpadními složkami,
vtláčení biometanu do rozvodné sítě zemního plynu, skladování energie, řízení
zátěže, výroba živin a modernizace

Velikost stanice: Průměrné instalované elektrické výkony stanic v Evropě jsou
přibližně v rozmezí od 400 až 500 kW. Velikost se pohybuje od 1 do 2 kW pro užití
odpadů z domácností (v mnoha rozvojových zemích) do několika megawattových
bioplynových stanic.

Technologie: Suchá / mokrá fermentace, vsázková (batch) / kontinuální fermentace

Obchodní model: Zemědělský / průmyslový / domovní / čištění odpadních vod /
zpracování odpadů v bioplynových stanicích

Typ vstupní suroviny: Vyhrazené energetické plodiny, zemědělské odpady a zbytky
potravy, potravinářský odpad, průmyslový odpad, kaly
Hlavním cílem bioplynových stanic v Evropě je v současné době výroba energie z
obnovitelných zdrojů, a hlavně výroba elektřiny. To je dáno tím, že drtivá část veřejné
podpory bioplynových stanic je zaměřena na produkci elektřiny (výkupní cena elektřiny) a
9
efektivní využívání tepla je opomíjeno. Především na tyto stanice se zaměřuje projekt
BiogasHeat (Dzene a kol. 2012). Aby se zvýšila energetická účinnost a udržitelnost těchto
bioplynových stanic, měla by být hlavním cílem maximalizace celkového využití energie.
Proto by měl být přístup a legislativa upraveny tak, aby bylo dosaženo maximální účinnosti
využití energie při zajištění ekonomické proveditelnosti projektu. Energetické účinnosti
bioplynových stanic může být dosaženo prostřednictvím různých opatření, jako například
využitím “odpadního” tepla z kogeneračních jednotek v daném tepelném kontextu, nebo
úpravou bioplynu na biometan (na kvalitu zemního plynu s obsahem metanu vyšším než
95%) – který může být vtláčen do sítě zemního plynu. Výhoda tohoto využití spočívá
v možnosti spalovat biometan v místě spotřeby tepla Tato technologie je bohužel stále velmi
drahá a obvykle zisková pouze u velkých zařízení. Navíc často chybí finanční podpora a
vhodná legislativa. Kromě toho musí být bioplynové stanice umístěny blízko sítě zemního
plynu. Dalším důležitým rysem bioplynových instalací je jejich schopnost stabilizovat
rozvodné sítě skladováním energie a tím přispívat k aktivnímu řízení zátěže v inteligentní
elektrické rozvodné síti, jejíž princip bude vysvětlen dále v této příručce. Hlavním cílem
bioplynových stanic zpracovávajících odpady je obvykle udržitelné nakládání s odpady (Rutz
a kol. 2011; Rutz a kol. 2012). Hlavním zdrojem příjmů těchto obchodních modulů jsou často
poplatky za nakládání s odpady a jen v menší míře prodej samotné energie (elektřiny/tepla).
Před několika desítkami let byly hlavními cíli v počáteční fázi rozvoje bioplynu v Německu
především recyklace a zlepšení hnojivých vlastností odpadů vznikajících zemědělskou
činností.
Průměrný elektrický instalovaný výkon bioplynové stanice v Německu a většině ostatních
evropských států je přibližně 450 kW el. Celkově se však velikost stanic pohybuje v rozmezí
od 1-2 kW (fermentor 3-4 m³), kdy se jedná o stanice zpracovávající odpady z domácností,
až po technicky sofistikované několika megawattové komplexy. Velikost stanice přímo
ovlivňuje množství a využitelnost vyráběného tepla. V bioplynové stanici s kogenerační
jednotkou dosahuje energetická účinnost až 90%. Z toho je produkováno kolem 35%
elektřiny a 65% tepla.
V klimatických podmínkách Evropy obecně platí, že u moderních stanic je teplo nezbytné pro
vytápění fermentorů. Technologie ovlivňuje množství potřebného tepla, a to z důvodu
rozdílných teplotních úrovní a kvality izolace. Obvykle je průběžné zásobování teplem
vyžadováno pro všechny bioplynové stanice (se vsázkovým nebo kontinuálním plněním
fermentorů, suchou i mokrou fermentaci). Zásobování teplem je do značné míry ovlivněno
okolní sezónní teplotou. Dobrá izolace fermentorů představuje předpoklad pro efektivní a
stabilní proces.
Typicky je provoz bioplynové stanice integrován do existujících podniků, jako jsou farmy,
průmyslové podniky nebo podniky zabývající se zpracováním odpadů. Typ podnikání
ovlivňuje hlavní cíle bioplynové stanice, stejně jako potenciální možnosti pro využití tepla. V
zemědělských bioplynových stanicích je teplo často používáno pro vytápění stájí, sušení
štěpky, vytápění objektů a chlazení mléka. V „odpadářských“ bioplynových stanicích může
být teplo použito pro sanitaci, hygienizaci a k čistícím účelům. Typické použití tepla v
průmyslových podnicích je ve formě procesního tepla. Takové využití je ale limitováno
kvalitou – často jsou požadovány vyšší teploty.
Jak již bylo popsáno v kapitole 1.1, typ vstupní suroviny ovlivňuje složení bioplynu a tím i
množství a kvalitu vyrobeného tepla.
1.3
Koncepty pro využití bioplynu jako nosiče energie
Bioplyn může být transformován na tepelnou, mechanickou a elektromagnetickou energii
(světlo). Také ho lze využít v kontextu chemické sloučeniny. Existuje řada možností jak
bioplyn využít, a to od malých aplikací až po technologicky sofistikované projekty.
10

Světlo: v plynových lampách

Teplo: v bioplynových hořácích, kotlích a plynových kamnech

Sušení: v různých typech sušáren, pásových sušárnách, bubnových sušičkách a
sorpčních tepelných úložištích

Chlazení: v absorpčních chladících jednotkách

Elektřina: v plynových motorech (zážehových nebo vznětových), palivových článcích,
plynových mikroturbínách, Rankinových cyklech (CRC/ORC systémech), Kalinově
cyklu, Stirlingových motorech, turbínách turbodmychadla

Doprava: jako biometan ve vozidlech na stlačený zemní plyn (CNG)

Energetické úložiště: ve speciálních vyhrazených skladovacích zařízeních
(zkapalněný bioplyn, nízko a vysokotlaké zásobníky bioplynu) nebo jako biometan v
rozvodné síti plynu s cílem vybalancování dodávek elektřiny a tepla

Náhrada za zemní plyn: úprava na biometan a následné vtláčení do rozvodné sítě
pro zemní plyn
Obrázek 1: Bioplynový hořák v
Rakousku (Zdroj: Rutz)
Obrázek 2: Jedna z nejjednodušších aplikací bioplynu: bioplynová
pícka na vaření v Mali (Zdroj: Rutz)
Některé jednoduché technologie umožňují využívat bioplyn v plynových píckách na vaření
(Obrázek 2) nebo ke svícení v plynových lampách. Takové využití je specifické u
„domácích“ bioplynových stanic v rozvojových zemích. Těmito technologiemi se dále v této
příručce nezabýváme.
Někdy jsou hořáky a kotle (Obrázek 1, Obrázek16) využity k pouhé produkci tepla, jako
například k ohřevu fermentorů u bioplynových stanic upravujících bioplyn na biometan,
následně dodávaný do rozvodné sítě zemního plynu nebo do čerpacích stanic. Pro tyto
stanice mohou být použité takzvané nízkovýhřevné hořáky (LCV - Low Calorific Value)
spalující směs odpadních plynů z úpravy bioplynu na biometan a části bioplynu, které tímto
způsobem udržují požadovanou teplotu fermentace (Obrázek 4). Takové hořáky jsou
schopny spalovat plyny s velice nízkým obsahem metanu (5 – 30 objemových procent).
Plynové hořáky a boiler mohou být rovněž využity jako záložní systémy tepla pro stanice
s úpravou bioplynu.
Hlavní využití bioplynu ve většině evropských stanic však spočívá v kombinované výrobě
elektřiny a tepla. Produkovaný bioplyn je ještě před procesem spalování vysušen a často i
vyčištěn, neboť většina plynových motorů má maximální limit pro obsahový poměr sulfanu,
halogenovaných uhlovodíků a siloxanů. Motor kogenerační jednotky dosahuje účinnosti až
11
90% a z toho produkuje 35% elektřiny a 65% tepla. Ve většině stanic se menší část tepla
(20-40%) spotřebuje na vyhřívání fermentorů, větší část (60 - 80%) je pokládána za
“odpadní” teplo, které často není dále využito. Tento podíl může být použit na doplňkovou
produkci elektřiny například v Stirlingových motorech, ORC či CRC generátorech, nebo pro
jiné účely jako sušení či chlazení. Všechny uvedené možnosti budou v této příručce do
hloubky probrány.
Kogenerační jednotky obvykle obsahují spalovací motory typu Otto (zážehové) či se
zapalovacím paprskem (vznětové). Druhý zmiňovaný systém obvykle pro zážeh vyžaduje 25% nafty nebo oleje jako doplňku k bioplynu (motory vznětové dvoupalivové). Plynové
zážehové motory používají čistý bioplyn. Více informací ohledně spalovacích motorů lze
nalézt v kapitole 2.7.
Palivové články (Obrázek 3) a plynové mikro-turbíny rovněž dokážou produkovat teplo i
elektřinu. Nicméně se převážně jedná o specializované aplikace a nejsou proto primárně
zařazeny v této příručce.
Další možností využití bioplynu je ve formě dálkového transportu, kdy se jako palivo využívá
biometan. V tomto případě musí být bioplyn čištěn a převeden na kvalitu srovnatelnou s
kvalitou zemního plynu. Jak zde již bylo zmíněno dříve, převod bioplynu na vyšší kvalitu
zahrnuje pořízení relativně drahé technologie, a současně je tak k dispozici jen velkým
stanicím. Přestože je energetická účinnost biometanu ve vozidlech obecně velmi nízká
(srovnatelná s klasickými palivy), je tato možnost vzhledem k limitované dostupnosti v
alternativních palivech velmi slibná.
Obrázek 3: Palivový článek s tavenými uhličitany (MC C): pro
výrobu bioplynu, Leonberg, Německo (Zdroj: Rutz)
Obrázek 4: Hořák na palivo s nízkou
výhřevností (LCV) pro
vytápění fermentorů
Aiterhofen, Německo (Zdroj:
Rutz)
Kromě různých technologií pro použití bioplynu se stále důležitějším aspektem stává dobrá
skladovatelnost bioplynu či biometanu. Může totiž významně přispět k vyšší stabilitě
rozvodové sítě a zároveň být použita jako nástroj řízení zátěže. Neposledním potenciálním
užitím bioplynu, který není v této příručce uveden, je vlastnost samotné chemické
sloučeniny pro biorafinérie.
12
1.4
Problémy s využitím tepla
Využití tepla z bioplynových stanic čelí řadě nástrah, které vznikají v důsledku charakteristik
samotné instalace. Často jsou stanice umístěny v lokalitách, kde tepelná složka jednoduše
postrádá možnost užití. V jiném případě nemusí kvalita a množství vyprodukovaného tepla
dostačovat jiným průmyslovým odvětvím. Zejména proto by měly být co nejdřív před
zahájením provozu stanice určeny cesty, kterými bude teplo ekonomicky i průmyslově
efektivně zužitkováno. Následující seznam čítá některé problémy, ke kterým aktuálně v
souvislosti s tepelným plýtváním dochází:

Závislost na roční době: Pro vyhřívání fermentorů je v létě potřeba méně tepla.
Budovy a další objekty vyžadují teplo pouze v zimě. Důsledkem toho vzniká v létě
značný tepelný nadbytek.

Přílišná vzdálenost: Speciálně zemědělské bioplynové stanice jsou často umístěny
ve venkovských lokalitách, kde neexistují žádné subjekty (továrny, veřejné budovy),
které by teplo dokázaly využít.

Kvalita a kvantita tepla: Instalovaný výkon typické zemědělské bioplynové stanice v
Evropě se pohybuje okolo 500 kW th, což je hodnota krajně nevhodná pro následné
využívání většími průmyslovými objekty. Některá továrenská zařízení vyžadují pro
svůj běh značně vyšší teploty, než je samotná stanice schopná produkovat.

Ekonomické nebezpečí: Ti provozovatelé bioplynových stanic, kteří jsou doslova
závislí na externích spotřebitelích tepla, se mohou v případě rychle se měnící
poptávky dostat do ekonomických potíží.

Vysoké náklady: Několik možností jak zpracovat nevyužité teplo vyžaduje
nestandardní vybavení s vysokými pořizovacími náklady. Jedná se například o
instalaci ORC modulů nebo zavádění rozvodných tepelných sítí malého rozsahu
(„mikrosítí“).

Veřejná podpora: Zavádění nových tepelných sítí je možné pouze tehdy, pokud je
poptávka nasycena. To v tomto případě znamená, že existuje dostatek zákazníků,
kteří jsou ochotní se připojit. Lokální správa samozřejmě musí konstrukci povolit.

Ceny fosilních paliv: Míra využití tepla z bioplynových stanic by měla být úměrná
cenám fosilních paliv a obnovitelných zdrojů energie.
13
2 Základy výroby a využití tepla
Teplo je v rámci termodynamiky definováno jako energie, která je přenášená z jednoho
systému do druhého tepelnou interakcí. Jedná se o procesní veličinu, nikoli stavovou jako je
to v případě teploty nebo objemu. Teplo působí přechod z rovnovážného stavu do jiného
rovnovážného stavu. Systém je tedy vyznačen určitými hranicemi. Teplo proudí spontánně
vždy ze systému s vyšší teplotou do systému s nižší teplotou. Výraz “teplo” bývá často
chápán v kontextu “tepelného toku” nebo “přenosu tepla”. K přenosu tepla dochází vedením,
sáláním, prouděním hmoty a chemickými reakcemi.
Je potřeba rozlišovat mezi teplem zjevným a teplem latentním. Zjevné teplo je teplo, které
způsobuje změnu teploty objektu. Latentní teplo je teplo vyzářené nebo absorbované
tělesem nebo termodynamickým systémem bez změny teploty. Typickým příkladem je
změna skupenství – fázový přechod ledu (pevné skupenství) do vody (kapalné skupenství).
2.1
Spalování bioplynu
V případě tepla z kogenerační jednotky u bioplynové stanice může být teplo
charakterizováno například určitým objemem vody (či jiné látky) o dané teplotě. Takové teplo
může být využito různými způsoby za současného odpovídajícího poklesu teploty vody.
Spalné teplo (∆ H0) (Rovnice 1) je energie uvolněná ve formě tepla při úplném spálení
metanu (z bioplynu nebo biometanu) za přítomnosti kyslíku a standartních podmínek.
Chemická rovnice popisuje reakci metanu s kyslíkem za vzniku oxidu uhličitého a vody.
Rovnice 1
Pokud je v reakci přítomen čistý metan, pak jeho spálením se uvolní -802,4 kJ/mol tepla. To
je ekvivalentní k 35,89 MJ/Nm³ (Hi) nebo 10 kWh. Vzhledem k tomu, že se bioplyn ani
biometan neskládají z čistého metanu (bioplyn obsahuje 40-80% metanu, biometan pak
zhruba 95%), je výsledná hodnota produkované energie vztažena na objem plynu nižší.
Množství tepla uvolněného v průběhu spalování je závislé na chemickém složení paliva a je
vyjádřeno spalným teplem a výhřevností daného paliva.
Výhřevnost, také označovaná v anglické literatuře jako “lower heating value (LHV), “net
inferior heating value” (Hi), “net calorific value” (NCV) nebo “lower calorific value” (LCV), je
teplo uvolněné dokonalým spálením daného paliva a není v něm zahrnuto měrné skupenské
teplo páry obsažené ve spalinách. Předpokládá se, že její teplo je nevyužité a odchází v
plynném stavu se spalinami. Výhřevnost paliva je tedy nižší než jeho spalné teplo, a to o
výparné teplo vody. Hodnota výhřevnosti pro bioplyn závisí na obsahu metanu a na kvalitě
paliva. Pohybuje se v rozmezí od 21,5 až 23,5 MJ/Nm3, respektive od 5,5 až 6,0 kWh/Nm3.
Spalné teplo, anglicky „higher heating value (HHV), také označovaná jako “called superior
heating value” (Hs), “gross energy value”, “gross calorific value” (GCV) či “higher calorific
value” (HCV), je množství tepla uvolněné dokonalým spálením paliva včetně výparného tepla
vody, která se uvolní při kondenzaci na původní teplotu (obvykle 25°C).
Hodnota spalného tepla je u zemního plynu v porovnání s jeho výhřevnosti vyšší přibližně o
11%.
2.2
Hodnoty a převody jednotek tepla
Matematický symbol pro teplo je velké Q a standardní jednotka soustavy SI je joul (J). V
angloamerické technické literatuře se často používají Britské Tepelné Jednotky (BTU –
British Thermal Unit), ekvivalent tuny ropy (toe – ton of oil equivalent) či kalorie. Matematický
14
symbol pro přenos tepla je a standardní jednotkou watt (W) je definován jako joul za
sekundu. Watt je nejčastěji používanou jednotkou v bioplynovém odvětví.

1 J = 1 Ws = 1/3 600 Wh

1 Wh = 3 600 Ws = 3 600 J

1 toe = 11 630 kWh = 41,87 GJ

1 BTU = 1 055 J
Celkový instalovaný výkon bioplynové stanice bývá obvykle udáván v kW nebo MW (kilonebo megawatty), kWel pro elektrický instalovaný výkon a kWth pro tepelný instalovaný
výkon. Produkovaná energie je udávána v kWh či MWh (kilowatt za hodinu). Skutečný
energetický výkon je udáván v kWh/rok (kilowatt hodiny za rok). Počet hodin v roku je 8 760.
Pro potřeby standardní bioplynové stanice se užívají předpony kilo (10³), mega (106) a giga
(109).
Teplo může být měřeno buď kalorimetrem, nebo vypočteno z dalších údajů – objemu,
hmotnosti, teploty a tepelné kapacity. Pro využití tepla v energetických systémech jsou
obvykle užívány měřiče tepla. Jedná se o zařízení, která měří tepelnou energii přímo ze
zdroje (např. z kogenerační jednotky) měřením průtoku teplonosné kapaliny (např. vody) a
rozdílem teploty (ΔT) mezi výstupní a vratnou vodou.
Důležitým údajem kogenerační jednotky je poměr elektrické energie k užitečné tepelné
energii (tzv. power-to-heat ratio) (Směrnice 2004/8/EC). Vysoká hodnota určuje vysoký
elektrický výkon. Hodnoty poměru se pro typické kogenerační jednotky pohybují mezi 0,4 a
0,9.
Následující údaje mohou být užitečné při výpočtu energie a různých měření v rámci
bioplynové stanice:

Energetický obsah 1 kg biometanu: 50 MJ

Energetický obsah 1 Nm³ biometanu: 35,5 MJ neboli 9,97 kWh

Obsah biometanu v 1 Nm³ bioplynu: 0,45-0,75 Nm³

Energetický obsah 1 Nm³ bioplynu: 5-7,5 kWh

Elektrický výkon 1 Nm³ bioplynu: 1,5-3 kWhel

Hustota 1 Nm³ biometanu: 0,72 kg/Nm³
Pro ilustraci energetický ekvivalent 1 m³ bioplynu je přibližně shodný s energetickým
obsahem 0,6 l topného oleje. Vztahy a převody mezi jednotlivými jednotkami jsou uvedeny v
kapitole “Převodní jednotky” na konci této příručky.
2.3
Kvalita tepla
Kromě množství je pro koncept dalšího využití energie důležitá i její kvalita. Důležitým
parametrem, který určuje kvalitu energie, je možnost transformace jednoho druhu energie na
jiný. Obecně platí, že elektřina má vyšší kvalitu než teplo, jelikož může být jednoduše
přepravována a transformována na jiné druhy energie jako např. na energii mechanickou,
tepelnou, elektromagnetickou apod.
V termodynamice se často používá výraz exergie. V případě, že je systém v rovnováze s
okolním prostředím, exergie je ta část energie systému, která může být převedena
(transformována) na jiný druh energie. Netransformovatelný podíl energie za uvedených
podmínek se nazývá anergie.
Teplo charakterizováno teplotní úrovní a množstvím (kvantitou). Spotřebitel požaduje vždy
určité minimální úrovně obou parametrů. Teplota zdroje odpadního tepla musí být vždy vyšší
než teplotní pokles za spotřebičem tepla. Obecně platí, že čím vyšší je teplota a množství
15
energie, tím vyšší je kvalita tepla. S vyššími teplotami odpadního tepla přichází vice
možností, jak ho využít. Příklady minimálních teplot pro rozličná užití uvádíme dále:

Dodávka teplé vody:
50-80°C

Vytápění budov:
50-80°C

Rankinův cyklus (ORC, CRC):
60-565°C

Sušárna zemědělských produktů:
60-150°C
Výše uvedené příklady představují typické možnosti využití odpadního tepla z bioplynových
stanic. Vzhledem k tomu, že teplota spalin v kogeneračních jednotkách se pohybuje okolo
450-520°C, je využití odpadního tepla z bioplynových stanic limitováno. Teploty z chlazení
bloku motoru a mazacího oleje jsou ještě nižší (viz kapitola 2.6). Pro odvětví, která pro svůj
provoz vyžadují vysoké teploty a velké množství tepla, bývá toto odpadní teplo obvykle
nedostatečné.
2.4
Množství tepla a poptávka
Dnes se elektrické výkony zařízení na výrobu bioplynu pohybují od 50 kW el až po 30 MW el.
Kapacity typických zemědělských bioplynových stanic s kogenerační jednotkou se v Evropě
pohybují okolo 500 kW el, s produkcí 550-600 kW th odpadního tepla, z toho asi 500 kW th může
být uvažováno pro komerční využití. Vzhledem k evropským klimatickým podmínkám je
k vytápění fermentoru zapotřebí asi 25% vyrobeného tepla (Obrázek 6). Za předpokladu
8 000 provozních hodin za rok by při celkovém tepelném výkonu stanice 500 kW th mohla být
roční produkce tepla 4 000 MWhth.
Jedním z nejjednodušších a nejčastěji aplikovaných využití odpadního tepla je ohřev vody a
vytápění v domácnostech. Následující příklad ukazuje průměrnou čistou spotřebu energie na
osobu v Německu (na základě výpočtů Paeger 2012):

Čistá spotřeba energie na vytápění a ohřev vody na osobu v domácnosti: 20,2
kWh/den neboli 7 373 kWh/rok

Čistá spotřeba energie na vytápění na osobu v domácnosti: 17 kWh/den neboli 6 205
kWh/rok

Čistá spotřeba energie na vytápění na osobu v domácnosti (na m² obytného
prostoru): 155 kWh/rok/m²

Čistá spotřeba energie na ohřev vody na osobu v domácnosti: 3,2 kWh/den neboli
1 168 kWh/rok
Při spotřebě 7 373 kWh/rok na vytápění a ohřev vody na osobu v domácnosti by bioplynová
stanice o výkonu 500 kWth a roční produkci tepla 4 000 MWhth byla schopna zásobit teplem
543 osob. Samozřejmě se jedná o hrubý odhad založený na průměrných údajích. Pro přesný
výpočet je potřeba uvažovat rozdílnou spotřebu tepla v průběhu roku. Tato “sezónnost”
tepelného využití je tak velkou výzvou vytváření konceptů nakládání s odpadním teplem.
2.5
Dodávka tepla pro fermentory
Jak již bylo popsáno v předchozích kapitolách, fermentory musí být pro zajištění stabilního
průběhu fermentačního procesu dostatečně vyhřívány. Obvyklé teploty ve fermentorech se v
typických mezofilních stanicích pohybují od 38°C do 44°C, přičemž závisí na vstupních
surovinách a celkovém průběhu procesu. Fermentory mohou být vyhřívány různými
technologiemi, např. topným potrubím vedoucím podél stěny fermentoru nebo čerpáním
digestátu přes výměník tepla.
Pro tepelný koncept je potřeba vyhřívání fermentorů velmi podstatná, protože ovlivňuje
množství tepla, které bude k dispozici pro jiné účely. Tato potřeba je ovlivněna okolní
16
teplotou, a tedy i klimatickými podmínkami. Kromě toho může být teplo potřebné pro
hygienizaci vstupních surovin v čistírnách odpadních vod.
Při posuzování tepelné potřeby v rámci bioplynové stanice je důležité si uvědomit, že potřeba
v počáteční fázi musí být odlišena od potřeby pro standardní provoz. Počáteční spotřeba
tepla (Qpočáteční) je uvedena v Rovnice 2. Z rovnice je jasné, že tato spotřeba bývá ovlivněna
specifickou charakteristikou vstupní suroviny (tepelná kapacita c), množstvím vstupní
suroviny (m) a teplotním rozdílem vstupní suroviny (∆T). V počáteční fázi bývá určitá část
tepla ztracena (absorbována povrchem fermentoru).
Rovnice 2
Qpo
te n
Teplo potřebn pro zah jen fermenta n ho procesu [kWh]
c
Tepeln kapacita vstupn suroviny [kWh/t K]
m
Hmotnostn d vkov n vstupn suroviny [t/h]
T
t
Změna teploty vstupn suroviny před a po um stěn do fermentoru [K]
Čas (v hodin ch)
Qztracen Teplo ztracen (absorbovan ) povrchem fermentoru [kWh]
Po počáteční fázi nastává nepřetržitý provoz. Spotřeba tepla (Qoperační) je všeobecně součtem
tepelné ztráty přes stěny fermentoru (Qztracené) a ztráty výstupu z digestátu (Qdigestát).
Pro snížení tepelné potřeby je nutná dobrá izolace fermentoru (Obrázek 7). Zdi fermentoru
jsou obvykle izolovány tvrdým polystyrenem. Ztráta tepla bývá ovlivněna okolním povrchem,
tepelným přenosovým součinitelem a změnou teploty (Vzorec 3 Vzorec 4). Zjednodušené
schéma izolované zdi fermentoru a teplotního profilu je znázorněné na Obrázek 5. Podlaha
fermentoru by měla být rovněž zaizolována. Krycí fólie fermentoru často nebývají izolovány.
Pokud má fermentor střechu z betonu, měla by být rovněž izolována. Celková tepelná ztráta
(Qoperační) je sumou všech ztrát z různých částí fermentoru a výstupu z fermentace (Vzorec 4).
Pro výpočet izolační ztráty musí být určen tepelný přenosový součinitel (Vzorec 5).
Za účelem navýšení tepelného výkonu mohou být instalovány systémy pro rekuperaci tepla,
které dokáží využít právě i tepelnou ztrátu z povrchu fermentoru. Dvě nejvíc účinná opatření
pro snížení tepelných ztrát představují izolace všech povrchů fermentoru (podlaha, stěny,
krytí) a zpětné získávání tepla z digestátu.
17
Vzorec 3
Vzorec 4
Vzorec 5
Qztracen
Tepeln ztr ta přes povrch fermentoru (dělen na zdi, podlahu a dalš
kryt ) [kWh]
Qopera n
Tepeln ztr ta přes povrch fermentoru a výstup digest tu [kWh]
Qdigest
Tepeln ztr ta z výstupu digest tu [kWh]
t
A
Tepelný přenos na povrchu fermentoru [m²]
U
Sou initel prostupu tepla[W/m²K]
T
Změna teploty (uvnitř-venku) [K]
t
Čas (v hodin ch)
hi
Sou initel přestupu tepla uvnitř fermentoru (W/m²K)
ha
Sou initel přestupu tepla vně fermentoru (W/m²K)
d1
Tloušťka vrstvy 1
d2
Tloušťka vrstvy 2
k1
Tepeln vodivost prvn vrstvy (W/mK)
k2
Tepeln vodivost druh vrstvy (W/mK)
Obrázek 5: Schematický graf stěny fermentoru s teplotním profilem studené zimy (-18°C) (Zdroj: vlastní
data; adaptována z www.u-wert.net)
18
Vzhledem k tomu, že je vytápění fermentorů ovlivněno hned několika faktory (včetně
klimatických podmínek), bývá velmi složité přesně vypočítat údaje pro stanovení tepelné
potřeby.
Pro hrubý odhad potřebného tepla k vytápění fermentorů jsou používána následující
pravidla:

V kogenerační jednotce se vyrábí zhruba 35% elektřiny a 65% tepla

Vytápění fermentorů spotřebuje zhruba 25% tepelné kapacity kogenerační jednotky

Poměr elektrické energie k teplu standardní kogenerační jednotky bioplynové stanice
(vztah mezi elektrickou a užitečnou tepelnou energií) se pohybuje od 0,4 do 0,9, s
průměrnou hodnotou 0,85
Obrázek 6: Tepelné rozvody pro vyhřívání
Obrázek 7: Izolace (oranžové panely) fermentorů,
fermentorů, Aiterhofen, Německo (Zdroj:
Reichenkirchen, Německo (Zdroj: Rutz)
Rutz)
2.6
Charakteristika bioplynových spalovacích motorů
Dominantní využití bioplynu v Evropě reprezentuje výroba elektřiny ve spalovacích motorech,
rovněž nazývaných motory plynovými. Vzhledem k tomu, že přeměna energie v těchto
motorech jde ruku v ruce s produkcí tepla, jsou všechny motory zde popsané jako
kogenerační jednotky, ačkoliv teplo nemusí být nutně využito.
Existuje několik různých plynových motorů, které jsou typicky řazeny do kategorií Ottova
motoru a motoru se zážehovým paprskem (plynových zážehových a dvoupalivových
vznětových motorů). Podrobnosti o těchto motorech jsou rozebírány v následujících
kapitolách a přehled některých charakteristik je uveden v Tabulka 2. Všechny bioplynové
motory musí čelit výzvě proměnné kvality plynu. Kromě toho je obsah metanu relativně
nízký, dosažitelná úroveň se pohybuje dokonce pod 45% z celkového objemu plynu,
kapacity plynových motorů pak od 10 kW el do 5 MW el. Někteří výrobci nabízejí plynové
motory čistě pro bioplynovou instalaci. Jedná se o firmy jako je Schnell, 2G, Rolls-Royce,
Kawasaki, MTU, GE Energy (Jenbacher), Caterpillar, Perkins, MWM, Cummins, Wärtsilä,
Dresser-Waukesha, Guascor či MAN.
V plynovém motoru je energie konvertována na využitelnou a nevyužitelnou energii.
Následující údaje ukazují, že celkově může být využito až 90% energie:

10%
ztráty

35%
mechanická energie (elektřina)

55%
užitečné teplo
19
Z celkového vyrobeného tepla mohou být vyvozeny následující kategorie. Největší podíl
dostupného tepla plyne z výfukových plynů a z okruhu chlazení motoru.

1-3%
chlazení oleje: 80 - 90°C

3-5%
ztráty sáláním

30-40%
chlazení motoru (chladící kapalina): 80 - 90°C

50-60%
výfukové plyny: 460 - 550°C
Tepelná dostupnost z chlazení motoru a oleje je obvykle konstantní (<100°C). Toto teplo
bývá obvykle využito k ohřevu vody pro různé účely. Vzhledem k její relativně nízké teplotě
neexistují žádné speciální požadavky na odolnost potrubí.
Tepelná dostupnost z výfukových plynů je ovlivněna mírou znečištění na povrchu
výměníku. V proudu výfukových plynů lze naměřit teploty až do 550°C. Tak vysoké teploty
vyžadují v důsledku tvorby par vysokoodolné potrubí. Proto jsou často využívány tzv.
termické oleje, které zůstávají i za takto vysokých teplot kapalné. Na druhou stranu jsou
potřeba větší výměníky tepla, protože tepelné oleje mají nižší vodivost. Snížení teploty spalin
může vést ke vzniku kondenzátu ve výfukovém systému a následně i ke korozi. Je tedy
důležité zohlednit specifikace od výrobce motoru.
Jmenovitý elektrický výkon kogenerační jednotky je specifikace definovaná výrobcem jako
maximální výkon dosažený využíváním takového zařízení. Tento limit bývá obvykle nastaven
níže, aby nedošlo k zbytečnému poškození zařízení. Je nicméně možné, že se stárnutím
kogenerační jednotky se maximální výkon bude snižovat. Skutečný elektrický výkon se tak
od jmenovitého výkonu výrobce obvykle liší.
2.6.1
Motory typu Otto (plynové zážehové motory)
Motory typu Otto – zážehové motory (Obrázek 8) – jsou specificky navržené pro spalování
plynů. Dodržují Ottův princip a obvykle pracují s vysokým tlakem, aby minimalizovaly emise
oxidu uhelnatého.
Elektrická kapacita motorů typu Otto se obvykle pohybuje mezi 100 kW el a 1 MW el. Zároveň
mohou být použity pouze s bioplynem, který má obsah metanu nad 45%. Elektrická účinnost
pak dosahuje hodnot mezi 34 a 40% a průměrná životnost 60 000 hodin. Každou generální
opravou lze životnost prodloužit o dalších 60 000 hodin. Skutečná životnost záleží na
provozních charakteristikách a intervalech údržby.
2.6.2
Motory se vstřikováním – zápalným paprskem (vznětové motory)
Vznětové motory se zápalným paprskem nebo na dvojí palivo- (angl Pilot Injection Engine
nebo Dual Fuel Engine) (Obrázek 9) jsou založeny na principech vznětových motorů. Tento
typ motoru pracuje také ve vysokotlakých podmínkách. Pro provoz je potřeba dodat určitý
podíl zapalovacího oleje (5 až 10% celkového tepelného příkonu), který bývá společně
s bioplynem přímo vstřikován do spalovací komory. V některých zemích je vzhledem k
zeleným bonusům nutné použít jako vznětný olej bionaftu nebo rostlinný olej. Využití
fosilních paliv bývá označováno jako nezpůsobilé (v rámci snah získat zelené bonusy).
Typické užití tohoto typu motoru se orientuje na instalované kapacity nad 250 kW el.
Elektrická účinnost se pohybuje v rozmezí 30% a 40%, průměrná životnost dosahuje zhruba
35 000 hodin. Po této době bývá levnější variantou motor vyměnit za nový, nežli ho
opravovat.
20
Tabulka 2: Vybrané charakteristiky motorů Gas-Otto a Gas-Pilot Injection (převzaty z FNR 2010)
Motory zážehové (Otto)
Motory se zápalným
paprském
Instalovaná elektrická
kapacita
Může být vyšší než 1 MW,
kapacity <100 kW nejsou obvyklé
< 340 kW
Obsah metanu
> 45 %
Rovněž vhodné pro bioplyn s
velmi nízkým obsahem CH4
Elektrický výkon
34-42%
30-44%
Životnost
60 000 hodin
35 000 hodin
Doplňkové palivo
žádné
1-5% zapalovacího oleje
Vhodnost
spíše pro větší stanice
spíše pro menší stanice
Výhody
+ navrhnuté speciálně pro plyny
+ nižší investiční náklady
+ dobré hodnoty emise výfukových
plynů
+ vyšší el. účinnost než motory
zážehové
+ nízké nároky na údržbu
+ nižší nároky na kvalitu plynu
+ celková účinnost je vyšší než u
vznětových motorů
Nevýhody
- investiční náklady jsou mírně vyšší
než u motorů vznětových
- vyšší náklady v důsledku obecně
nižší produkce těchto motorů
- nižší el. účinnost než motory
vznětové
Obrázek 8: Zážehový (Ottův) motor ,
Německo (Zdroj: Rutz)
- vyšší nároky na údržbu
- celková účinnost nižší než u
motorů zážehových
- je nutné doplňkové palivo
- vyšší emise výfukových plynů
(NOx)
Obrázek 9: Motor s duálním palivem (Gas-Pilot Injection),
kapacita 235 kWel s integrovanou turbínou na
výfukové plyny mající el. výkon 30 kWel (Zdroj:
Schnell Motoren AG)
21
2.7
Koncepty pro kombinovanou produkci tepla a elektřiny
Většina provozovatelů bioplynových stanic se snaží maximalizovat provozní dobu
kogeneračních jednotek. Plné zatížení provozu (vice než 8 000 hodin ročně) je možné, ale
normálně se jedná o hodnoty nižší. Snaha o navýšení provozní doby kogenerační jednotky
má základ v konceptu většiny podpůrných systémů (zelené bonusy). Obvykle poskytují
pobídky pro množství vyrobené elektřiny.
Pokud by byly navrhnuty vhodné režimy podpory, kogenerační jednotky by mohly pracovat
na bázi spojení elektřiny s teplem.
V systému, kterému dominuje poptávka po elektřině, může být elektrická energie z
kogenerační jednotky užita pro řízení zátěže.
V systému, kterému dominuje poptávka po teple, bude teplo z kogenerační jednotky
upraveno tak, aby odpovídalo poptávce. Takové systémy nejsou běžné, protože nejsou
podporovány pobídkami. Kromě toho se stanice řízené teplem vztahují k několika výzvám
včetně sezónního vytápění.
Obecným omezením poptávky na výrobu tepla a elektřiny je dobrá, ale limitovaná skladovací
kapacita bioplynu. V případě dodávky upraveného bioplynu (biometanu) do rozvodné sítě se
tento problém částečně řeší, jelikož rozvodná síť disponuje velkými skladovacími prostory.
Stručně řečeno, většina kogeneračních jednotek se snaží maximalizovat produkci elektrické
energie. U ostatních kogeneračních jednotek na zemní plyn nebo biometan (např. v
domácnostech) většinou přebírá řízení teplo.
22
3 Možnosti využití tepla v bioplynových stanicích
Využití odpadního tepla z kogenerační jednotky je klíčovým faktorem pro ekonomické a
environmentální přínosy bioplynové stanice. Celý proces však musí být ekonomicky i
technicky proveditelný. Není-li toho možné vhodným řešením docílit, měly by být zváženy
jiné možnosti, jako je například úprava bioplynu na biometan a jeho následné vtláčení do
distribuční sítě. V mnoha případech by z environmentálních důvodů bylo lepší vzdát se plánu
na výstavbu bioplynové stanice, pakliže pro využití tepla neexistují žádné přijatelné možnosti.
Na druhou stranu, je téměř vždy možné najít nějaké smysluplné řešení, pokud je na to
pamatováno již od počátku projektové přípravy. Čím větší volnost je možné mít v základních
rámcových podmínkách, např. pokud jde o umístění stanice, potenciální zájemce o vyráběné
teplo, právní předpisy, likvidita, tím lepší možnosti se využití tepla nabízejí.
Hlavní produktem bioplynové stanice je elektrická energie, která bývá obvykle dodávána
přímo do distribuční sítě. Jak ukazuje Obrázek 10, v několika málo případech může být
využit i oxid uhličitý (např. na výrobu řas nebo na tzv. Power-to-Gas stanice – blíže jsou
rozebrány v kapitole 4.6). Podstatnou výzvou je však udržitelné využívání tepla. To může být
obecně přímo použito pro vytápění, ale rovněž pro doplňkovou produkci elektrické energie,
chlazení či sušení. Právě tyto možnosti jsou diskutovány v aktuální kapitole.
Obrázek 10:
Zjednodušený diagram využití bioplynu
23
3.1
Vytápění
Přímé využití tepla v různých aplikacích patří mezi nejefektivnější způsoby udržitelného
využívání odpadního tepla. Obvykle se tak nahrazují fosilní paliva, a tím dochází ke snížení
emisí skleníkových plynů. Nejjednodušší cestu pro využití tepla reprezentuje např. vyhřívání
budov a ohřev vody, speciálně pokud se jedná o stanici zemědělskou. Další úvahy vyžadují
dobře sestavený tepelný koncept. Produkované teplo ze středně velké zemědělské
bioplynové stanice je často mnohem vyšší, než je potřeba. Stanice mohou zároveň být příliš
daleko od dalších budov, tudíž přímé vyhřívání není možné a je třeba zvážit jiné možnosti. V
neposlední řadě je kvalita i množství produkovaného tepla značně ovlivněna denními či
sezónními výkyvy.
Pro návrh topných systémů musí být určena detailní charakteristika spotřeby tepla. Jedná se
především o následující aspekty:

Celková spotřeba tepla

Roční spotřeba tepla

Spotřeba tepla ve špičce

Sezónní rozdíly ve spotřebě tepla
K určení jednotlivých charakteristik se může v závislosti na velikosti topného systému
přistupovat zcela odlišně.

Kontrola faktur z předešlé doby

Měření

Výpočty
Většina bioplynových stanic s konceptem uvažujícím přímé vytápění zahrnuje různě velké
systémy dálkového vytápění, jejichž princip je uveden právě v následujících odstavcích.
3.1.1
Dálkové vytápění
Přímé užití v systémech dálkového vytápění (centrálního zásobování teplem, CZT)
představuje nejjednodušší cestu zhodnocení odpadního tepla. Rozsah takových systémů se
může lišit od velmi malých, které obsluhují jen několik domácností (mikro-CZT) (Obrázek
12), až po komplexní systémy CZT pro celá města. Teplo z bioplynových stanic může být
využito v obou případech.
Rozsáhlejší systémy dálkového vytápění jsou definovány jako systémy pro distribuci tepla
generovaného v centralizované lokaci, jako např. v bioplynové stanici, pro splnění
rezidenčních a komerčních požadavků na vytápění, jako je vytápění domácností a ohřev
užitkové vody. Ve větších systémech je rovněž možné propojit několik tepelných zdrojů.
Teplo je distribuováno ke spotřebitelům prostřednictví sítě potrubí, která je přímo či nepřímo
spojená pomocí tepelných výměníků (Obrázek 11, Obrázek 15). Systémy dálkového
vytápění se skládají z přívodních a vratných větví, které tak vytvářejí uzavřený topný cyklus.
Dopravují teplou vodu nebo páru k zákazníkům a ochlazenou vodu zpět do tepelných zdrojů.
Vzhledem k nízkým teplotám tepla vyrobeného v bioplynových stanicích se využívá
především teplé vody, nikoli páry. Potrubní linky by měly být velmi dobře izolovány a
instalovány pod povrchem země. Zároveň ale existují i systémy vybudované nad zemí.
Průměr potrubí je ovlivněn velikostí systému a objemu přepravované vody. Další vybavení
zahrnuje výměníky tepla a zařízení pro připojení, systémy pro skladování tepla a kalorimetry.
V závislosti na systému získává koncový spotřebitel teplo prostřednictvím výměníku
(Obrázek 11). Tak se redukují tepelné ztráty zhruba na 5%/výměník, ale zároveň se jedná o
sofistikovanější systém vyžadující větší údržbu.
24
Ačkoli jsou moderní systémy dálkového vytápění velmi efektivní, tepelným ztrátám se nedá
vyhnout. Měly by však být udržovány na co nejnižší hranici. Propočty musí zároveň uvažovat
kompromis mezi ztrátami a náklady na jejich zamezení. Následující parametry ovlivňují
velikost tepelných ztrát v systémech dálkového vytápění:

Délka potrubního systému

Izolace potrubí (Obrázek 13)

Typ půdy

Tloušťka půdního pokryvu nad potrubím (Obrázek 12, Obrázek 14)

Objem, průtok a teplota oběhové vody

Předpokládané teplotní rozdíly v koncovém výměníku

Počet sériově zapojených výměníků
Existují různé způsoby, jak vyjádřit množství ztrát v systému dálkového vytápění (Wiese
2007):

Rozdíl teploty na začátku a na konci systému

Relativní počet či procenta tepelných ztrát

Absolutní počet ztrát v kW
Výrobci tepelných potrubí obvykle na svých produktech udávají procentní hodnotu
tepelných ztrát. Nicméně při plánování systémů dálkového vytápění je doporučeno počítat v
absolutních číslech. Tento způsob výpočtu pak odráží množství tepelných ztrát při různých
tepelných zátěžích.
Projekt Ecoheat4cities (www.ecoheat4cities.eu) vyvinul dobrovolnou organizaci pro měření
výkonu systémů dálkového vytápění, včetně energetické obnovitelnosti, účinnosti využívání
zdrojů (faktor primární energie) a účinnosti/emise CO2. Tím pádem jsou aktéři z celé Evropy
schopni sledovat jak dálkové vytápění a chlazení přispívá k dosažení příslušných
energetických cílů a usnadnění posouzení, zda jsou tyto systémy konkurenčně schopnou a
schůdnou možností v rámci evropského vytápění a chlazení.
Typičtí spotřebitelé odpadního tepla z bioplynových stanic jsou průmyslové a komerční
subjekty, veřejné subjekty a soukromí spotřebitelé. Mezi entity s vysokou a trvalou potřebou
tepla patří např. masny, prádelny, rekreační střediska, nemocnice, plavecké bazény nebo
lázně. Méně stabilní bývá pak poptávka hotelů, kantýn, potravinářských skladů, škol a
obytných objektů.
Instalace systémů dálkového vytápění na odpadní teplo z bioplynové stanice je spojena se
značnými náklady. Čím větší je vzdálenost mezi stanicí a spotřebitelem, tím jsou náklady
vyšší. Ve většině projektů jsou vzdálenosti udržovány pod hodnotou 4 km. Vzhledem k
vysokým nákladům na instalaci a značnému úsilí vynaloženému na nastartování provozu
systému se většinou mezi dodavatelem a spotřebitelem jedná o dlouhodobých smlouvách.
Celkem existují tři různé koncepty systémů pro dálkové vytápění, konkrétně jde o dodávku
tepla pro základní zatížení, úplnou tepelnou dodávku a prodej tepla společnostem, které ho
dále distribuují.
25
Obrázek 11:Přípojné zařízení (včetně tepelného výměníku) koncového zákazníka připojené k systému
dálkového vytápění, Achental, Německo (Zdroj: Rutz)
Obrázek 12:Instalace tepelného potrubí mezi budovami farmy (Zdroj: Thermaflex Isolierprodukte GmbH)
26
Teplo pro základní zatížení
V této koncepci dodává provozovatel bioplynové stanice spotřebiteli pouze dostupný zlomek
tepla. Dodavatel tedy neručí za plnou dodávku tepla. Pro spotřebitele je nutné, aby byl
vybaven dodatečným kotlem, který může být využit v případě, že stanice zrovna nedodává
dostatečné množství tepla. Taková situace nastává zejména ve špičce nebo v momentech,
kdy stanice není v provozu (např. při selhání systému, v průběhu údržby apod.). Při dodávce
pro základní zatížení je z hlediska provozovatele bioplynové stanice nebezpečí redukováno
na minimum. Na druhou stranu neobdrží provozovatel přiměřené ceny za poskytovanou
službu. Spotřebitelé tak obecně mají prospěch z nízkých cen tepla, ale musí hradit náklady
za instalaci a údržbu dalších kotlů.
Úplná dodávka tepla
V této koncepci je zákazníkovi dodáváno všechno potřebné teplo. V plné dodávce je
zahrnuta i dodávka ve špičce, např. v chladném zimním období či dodávka v případě údržby
nebo selhání bioplynové stanice. V Německu se v mnoha smlouvách garantuje dodávka do 15 °C. Za takové situace má provozovatel bioplynové stanice vyšší výdělky, vzhledem k
tomu, že musí být u spotřebitele nainstalován nouzový zdroj. V takovém případě je optimální
přítomnost připojení k rozvodné síti zemního plynu, protože ten může být rovněž spalován v
kogenerační jednotce bioplynové stanice. V rámci této koncepce je situace pro
provozovatele značně obtížnější, neboť musí zajistit nepřetržitou dodávku tepla dle
smluvního ujednání. Zákazník na druhou stranu musí za tuto službu uhradit vyšší částku.
Prodej tepla subjektům, které ho dále distribuují
Poslední možnost představuje prodej tepla lokálnímu subjektu, který teplo dále distribuuje
nebo poskytuje energetické služby. Takový subjekt se následně zavazuje k úplné dodávce
tepla spotřebiteli, a tudíž působí jako určitý prostředník. Subjekty nesou zodpovědnost za
provoz vlastních kotlů, které mohou pracovat např. na zemní plyn, fosilní paliva, biopaliva,
štěpky, bionaftu nebo rostlinné oleje.
Obrázek 13:Izolované potrubí pro dálkové vytápění,
Německo (Zdroj: Rutz)
Obrázek 14: Výstavba systému dálkového vytápění,
Německo (Zdroj: Rutz)
27
Obrázek 15: Spirálový výměník tepla, Obrázek16: Bioplynový kotel s kapacitou 1 500 kW, Dánsko (Zdroj:
Dánsko (Zdroj: Rutz)
Rutz)
Plánování systému lokálního zásobování teplem
Pro plánování sítě lokálního zásobování teplem je důležité vzít v úvahu, že se do takového
procesu obvykle zapojuje několik stran. Jedná se o provozovatele bioplynové stanice,
odběratele tepla, vlastníky pozemků v rámci přepravní trasy, místní úřady, teplárenské
společnosti, projektanty, stavební firmy a obyvatele v dotčené lokalitě. S jejich účastí by se
mělo počítat již v začátcích přípravy koncepce využití tepla.
Aby byl plánovaný záměr realizovatelný, musí být technicky a ekonomicky
proveditelný. K tomu je potřeba získat data o stávající spotřebě tepla potenciálních
zákazníků. To znamená, že musí být známy roční odběrové diagramy tepla včetně
špičkových spotřeb (Schröder 2007). Zároveň je důležité zohlednit i předpokládaný budoucí
vývoj spotřeby tepla (plánované rekonstrukce budov apod.).
Nejjednodušší cestou jak určit výši spotřeby, je využití údajů minulých faktur za teplo u
jednotlivých spotřebitelů tepla. Bývá doporučováno získat takto údaje za několika posledních
let. Taková metoda je vhodná zejména v případě malého počtu spotřebitelů a poptávky,
která je výrazně nižší než tepelná kapacita bioplynové stanice.
Další metodou pro určení spotřeby tepla je měření. Jedná se o měření hodinové, denní a
měsíční. U větších zařízení jsou někdy samotné tepelné systémy automaticky monitorovány,
takže je získání dát značně jednodušší. Podrobná měření v případech pokrytí veškeré
spotřeby tepla v průběhu roku představují nutnost zejména za úplné dodávky tepla nebo v
případě, že potřeba tepla je přibližně stejná jako tepelná kapacita bioplynové stanice.
Za pomoci naměřených údajů je možné stanovit diagram průměrných potřeb a diagram doby
trvání tepelného výkonu. Diagram potřeby tepla (heat load curve) ukazuje skutečnou
spotřebu tepla obvykle v průběhu roku (8 760 hodin). Poskytuje tak informace ohledně
celkové dodávky tepla, zatížení ve špičkách a další časové charakteristiky zatížení .
Diagram trvání tepelného výkonu (heat load duration curve) je podobný diagramu potřeby
tepla, ale odlišuje se v tom, že údaje jsou uvedeny v sestupném pořadí dle velikosti, nikoli
chronologicky. Obrázek 17 ukazuje příklad takové křivky pro střední velikost topné soustavy.
Rovněž je v něm znázorněná základní dodávka tepla z bioplynové stanice o tepelném
výkonu 600 kW th a době provozu 7 200 hodin. Z diagramu vyplývá, že dodávka ve špičkách
musí být doplnována dalším zdrojem. Pokud by kompletní dodávka tepla měla být v tomto
28
případě zajištěna z bioplynové stanice, musela by taková stanice mít tepelný výkon okolo
1 800 kW th.
Obrázek 17: Příklad diagramu doby trvání tepelného výkonu, včetně znázornění dodávky tepla z BPS o
výkonu KJ 600 kW
Obrázek 18: Příklady křivek průměrných potřeb tepla během roku, pro BPS výkonu 600 kWth , střední
Evropa
29
Následně mohou být provedeny konkrétní výpočty spotřeby tepla. V případě budov výpočty
zahrnují údaje o rozloze vytápěných obytných prostorů, charakteru izolace, počtu osob
používajících teplou vodu a o místních klimatických podmínkách.
Kromě dat ohledně spotřeby musí být samozřejmě co nejlépe naplánována samotná
dodávka tepla z kogenerační jednotky. Zde jsou důležité technické údaje od samotného
výrobce, obzvláště pak hodnota celkového tepelného výkonu. Skutečnost však ukazuje, že
hodnota tohoto parametru je obvykle o 3% nižší, než bývá výrobcem deklarováno (Gaderer a
kol. 2007). Dále je nezbytné počítat s teplem pro ohřev fermentorů v průběhu roku. Na
Obrázek 18 je uveden příklad sezónní dodávky tepla z kogenerační jednotky. Tento příklad
je průkazný zejména vzhledem k zvážení velkých rozdílů ve spotřebě tepla v létě a zimě.
Produkce tepla, stejně jako jeho potřeba, je značně ovlivněna místními klimatickými
podmínkami. Nejdůležitějším údajem jsou tak nejnižší teploty v lokalitě, protože ovlivňují
množství a dobu dodávky tepla ve špičce a současně maximální výkon instalovaného
tepelného systému. Klimatická data zprostředkovávají veřejné meteorologické instituce. Za
pomoci těchto údajů a dat spojených s konkrétními připojenými objekty (typ budovy a její
tvar, úroveň izolace, velikost okenních ploch, účel budovy) je možné stanovit velmi přesnou
hodnotu potřeby tepla v závislosti na ročním období.
V případě potřeby mohou být do soustavy zařazeny akumulátory tepla (buffer tanks). Ty
se používají pro vyrovnání denních či krátkodobých výkyvů ve spotřebě tepla. Dle Gaderera
a kol. (2007) v Německu umožňuje bioplynová stanice s výkonem 150 kW el a akumulátorem
tepla zásobovat teplem 20 jednotlivých rodinných domků, při kapacitě 500 kW el je to až 57
domků. Druhým typem akumulačních systémů jsou sezónní skladovací systémy, které
umožňují ukládat odpadní teplo vyrobené v létě na zimní měsíce. V tomto případě Gaderer a
kol. (2007) ukázal, že kapacita 150 kW el postačí pro zásobování 48 rodinných domů (135
domů pak v případě kapacity 500 kW el). Sezónní skladovací systémy jsou většinou
konstruovány jako tepelný vrt, který uchová tepelnou energii přímo v půdě. Teplo je pak
přenášeno prostřednictvím průtočného potrubí nebo U-smyček.
3.1.2
Stáje
Vepříny a drůbežárny jsou v provozu celý rok, zimní měsíce nevyjímaje. Aby byla zachována
celoroční produkce (případně zvýšená), jsou stáje často a obzvláště v zimě vytápěné.
Propojení bioplynové stanice a těchto provozů umožňuje využití produkovaných odpadů pro
výrobu bioplynu a následné využití odpadního tepla z KJ pro temperaci stájí. Tato synergie
může být ve velké míře využita pro velkochovy. Je však využitelná i pro menší chovy zvířat,
vzhledem k tomu, že v těchto případech se chovají zvířata ve větších prostorech.
Chov prasat
Vyhřívání prostoru pro chov prasat může značně přispět ke zlepšení celkových podmínek a
tím i k vyšší produktivitě celé farmy. Prasata vyžadují teplé a suché stáje, které je chrání
před chladnými zimami. Následující teploty jsou pro jednotlivé věkové kategorie prasete
považovány za optimální:

1. týden: 32°C

2. – 4. týden: 28°C

4. – 8. týden: 22-27°C

Výkrm: 20°C
Vyšší teploty vyžadují zejména malá prasata (selata). Na trhu existují různé typy vyhřívacích
systémů, jako jsou zónové ohřívače nebo topné podložky. Spotřeba tepla na jedno prase je
zhruba 16 kWh za měsíc v klimatických podmínkách jižního Německa (Schulz a kol. 2007).
30
Chov drůbeže
Chov drůbeže zahrnuje chov domestikovaných ptáků jako například kuřata, krůty, kachny a
husy za účelem produkce masa nebo vajíček.
Kuřata patří mezi nejpočetnější drůbež. Pro jejich chov existuje řada možností, nejvhodnější
je však chov v krytých systémech. Kuřata na maso (tzv. brojleři) jsou chována na podlaze
velkých stájí. Takové objekty jsou vybaveny krmnými, ventilačními a tepelnými systémy.
Typická teplota stájí pro chov brojlerů je uvedena v Tabulka 3. Je rozdíl mezi centrálním
vyhřívacím systémem pro stáj, který vytápí celou stáj, a tepelným zářičem, který pokrývá
pouze část objektu (plochy pod zářičem, obvykle napájen elektřinou).
Tabulka 3: Optimální teploty stájí pro chov kuřat (Berk 2008)
3.1.3
Věk (dny)
Centrální vyhřívací systém
pro stáj [°C]
Zářič [°C]
1-2
36-34
32-31
3-4
32-31
30
5-7
30-29
29-28
8-14
29-27
28-26
15-21
26-25
25
22-28
24-23
24
29-35
22-20
22-20
36-42
21-19
21-19
>43
20-18
20-18
Skleníky
Skleníky (Obrázek 19) často potřebují velké množství energie pro vytvoření těch nejlepších
podmínek k pěstování rostlin. Náklady na vytápění patří obvykle mezi nejvyšší provozní
náklady. Teploty okolo 20-25°C jsou požadovány i v chladných ročních obdobích. Proto
představuje využití odpadního tepla z bioplynových stanic dobrou a levnou volbu.
Předpokladem samozřejmě je, že skleník se nachází v blízkosti stanice.
Vzhledem k tomu, že ohřívače vzduchu mají pro použití ve sklenících několik nevýhod, je
nejvhodnějším vytápěcím systémem pro skleníky cirkulační vodní ohřev (Obrázek 20), neboť
může být přesně nastaven a vnitřní cirkulace vzduchu ve skleníku potlačena.
Důležitým faktorem pro určení, zda je konkrétní skleník vhodný pro vytápění odpadním
teplem, bývá tepelná potřeba. Gabloffsky (2007) uvádí, že roční potřeba tepla pro skleník v
Německu vytápěný na teplotu 20°C je zhruba 600 kWh/m². Izolace skleníků se stále vyvíjejí,
ale bývají značně limitovány faktem, že je třeba, aby krytím pronikal i dostatek světla. Pro
výpočet spotřeby tepla může být využita Rovnice 6 (BDEW 2009):
31
Rovnice 6
Spotřeba tepla [W]
A
Povrch průhledn ho krytu [m2] (pro plochu podlahy [m²] x 1.4)
u’
Sou initel prostupu tepla [W/m2 K]
ti
Vnitřn teplota sklen ku [°C]
ta
Minim ln venkovn teplota v lokalitě [°C]
Součinitel prostupu tepla u’ udává požadavky na množství tepla pro různé typy skleníků a
pohybuje se v mezích od 4,6 pro skleníky s dvojitým krytím a smíšeným vytápěcím
systémem do 10 pro jednoduché skleníky s fólií a nadzemním tepelným potrubím.
Je potřeba vzít v úvahu, že největší potřeba tepla pro skleníky nastává v zimě, v období
pozdního podzimu a časně na jaře. Zároveň však množství odpadního tepla produkovaného
bioplynovou stanicí je v takových ročních obdobích nižší, protože nastává potřeba k vytápění
fermentorů. Nabízí se možnost využívat zásobníky tepla, ale většinou se jedná o velmi
drahou záležitost. Pro přesné plánování tepelné spotřeby skleníku je skutečně nezbytné
provést detailní analýzu potřeb.
V neposlední řadě by mělo být zváženo i využití CO2 z výfukových plynů kogenerační
jednotky k podpoře růstu rostlin ve skleníku.
Obrázek 19: Aklimatizované skleníky v Německu (Zdroj: Rutz)
32
Obrázek 20: Radiátor tepelného systému pro skleník, Německo (Zdroj: Rutz)
3.1.4
Akvakultury
Pro provoz integrovaných akvakulturních systémů existuje mnoho příležitostí. Například v
rámci Zavlažovacích systémů a Integrovaného chovu ryb (IFFI) existuje projekt, kde byla
mezi vodní zdroj a zavlažované pole umístěna rybí farma, která poli zprostředkovává
potřebné živiny. Cílem koncepce Aquaponic je vytvořit udržitelnou eko-technologii pro
integrování a zkombinování akvakultury a zahradnictví s minimalizací emisí a optimalizací
opakovaně použitelných vodních toků. Akronym Aquaponic sestává ze slova akvakultura a
hydroponie. Existují však i další koncepty.
V případě propojení bioplynových stanic a akvakultur může dokonce dojít k řešení výhravýhra. V některých systémech bývá jako digestát použito hnojivo pro akvakulturu. V jiných
systémech je zase jako vstupní surovina pro fermentaci použit akvakulturní odpad.
V posledních několika letech byl v Evropě vyvinut nový koncept – využití odpadního tepla
bioplynových stanic pro vyhřívání akvakultur. Mořské ryby a korýši či jiné vodní organismy
jsou obecně stále vzácnější. Bývají proto čím dál častěji uměle pěstovány se značným
dopadem na životní prostředí. Vyhřívané akvakultury jsou v Evropě díky vysokým
energetickým nárokům stále vzácností. Využití odpadního tepla z bioplynových stanic nabízí
nové šance pro farmáře jak produkovat další vysoce kvalitní výrobky. Akvakultury mohou být
novým a zajímavým zdrojem příjmů, který zároveň umožňuje kultivaci tropických druhů v
evropských klimatických podmínkách.
Několik projektů ve střední Evropě, které byly nedávno připraveny, vypadá velmi slibně.
Zároveň jsou ale takové projekty spojeny s velkým rizikem a předpokladem je velký zájem
provozovatele o akvakulturu. Pro plánování tohoto typu projektů jsou velmi důležité
následující faktory:

Připojení k několika vedením vody či odpadních vod

Znalosti provozovatele akvakultury

Znalosti trhu s rybami

Dostupnost (místního) trhu
33

Cena a množství produktů

Právní rámcové podmínky

Investiční náklady

Dostupnost a vhodnost technologií
Vyhřívané akvakultury mohou existovat ve formě klasické pozemní líhně, ale stále více
bývají implementovány tzv. systémy uzavřených akvakultur. Systémy existují pro
sladkovodní i mořské druhy ryb a korýšů různých klimatických pásů. Systémy akvakultur v
Evropě jsou nejčastěji umístěny v halách, speciálně pokud je třeba u tropických druhů
udržovat korektní tepelné podmínky. Systém se skládá z několika rybníčků, které bývají
vyrobeny z betonu nebo syntetických materiálů. Pro řešení cirkulace vody existují různé
přístupy – čištění v rámci centrálního systému nebo pro každou vodní jednotku odděleně.
Pro kultivaci různých druhů musí být vytvořeny ideální podmínky růstu. Takové podmínky
jsou ovlivněny následujícími parametry: krmení, kvalita vody, hygienické podmínky, teplota
vody, větrání, počet ryb v jednotce objemu. Nejzásadnějším parametrem je však čistota
prostoru a hygienické podmínky. Musí být nastaveny tak, aby se zabránilo různým
onemocněním či patogenům, a tím se vyhnout potřebě medicínských aplikací. Vzhledem k
mikroorganickým filtračním systémům nemohou být v rámci nádrží aplikována žádná
antibiotika, která by měla obecně špatný vliv, a mohla by takové organismy dokonce zničit. V
rámci zajištění kontinuálního průběhu může být několik výše zmíněných parametrů snadno
monitorováno.
Další klíčový parametr představuje spotřeba energie, kde asi jedna třetina energie dodané
je spotřebována na elektřinu a zbylé dvě třetiny na teplo (Schulz a kol. 2007). Teplo je
potřebné na výhřev vody a na celoroční klimatizaci hal. Teploty pro výhřev rybníků se liší v
závislosti na druhu ryb a korýšů. Ideální teploty se pohybují mezi 20°C a 32°C. Například
sumeček africký (Clarias gariepinus) je v rámci projektu v Německu (Landgenossenschaft
Pröttlin) chován za teploty 27°C. Jiný německý projekt (www.garnelenhof.de) zajišťuje chov
bílých tygřích krevet (Peneauus vanamei) za optimální teploty o hodnotě 30°C. Tabulka 4
ukazuje ideální teploty vody pro různé druhy ryb a korýšů.
Příklady technologických výrobců, kteří se v oblasti kombinace bioplyn-akvakultura pohybují,
zahrnují firmy PAL Anlagenbau GmbH (www.pal-anlagenbau.de), F & M Anlagenbau GbR
(www.f-m-aqua.de),
a
International
Fish
Farming
Technology
(http://p113585.typo3server.info).
Požadovaný prostor pro systém uzavřených akvakultur závisí na chovaných druzích, ale
obecně se pohybuje mezi 6 a 10 m² na tunu roční produkce (Schulz a kol. 2007). Často se
pro instalaci těchto systémů dají využít staré zemědělské haly. Pro typickou stanici o
produkci 100 t/rok je vyžadován jeden pracovník na plný úvazek. Tento by měl mít kvalitní
znalosti o akvakulturách a celkovém procesu. Typické pořizovací náklady systému
uzavřených akvakultur se pohybují okolo hodnoty jednoho milionu eur, ale samozřejmě se
zásadně odvíjí od velikosti, chovaných druhů, atp.
Kromě potřeby tepla pro ohřev vody a aklimatizaci hal se dalším využitím stává následné
zpracování, například proces porážky. Teplá voda je zde nutná pro čištění zařízení a
zajištění hygienických podmínek. V neposlední řadě může být teplo využito pro chlazení.
Tabulka 4: Potřebné teploty vody pro různé typy ryb a korýšů
Název druhu
Vědecké označení
Úhoř říční
Anguilla anguilla
Sumeček africký
Clarias gariepinus
Sladkovodní krevetky
Macrobrachium
34
Teplota [°C]
Typ
23-25
Sladkovodní ryba
27
Sladkovodní ryba
26-32
Sladkovodní korýš
rosenbergii
Tygří kreveta černá
Penaeus monodon
24-34
Mořský korýš
Tygří kreveta bílá
Peneauus vanamei
30
Mořský korýš
Candát
Sander lucioperca
22-25
Sladkovodní ryba
Kambala
Scophthalmus
maximus
16-20
Mořská ryba
Sumec velký
Silurus glanis
24
Sladkovodní ryba
Tilápie
Tilapia sp.
24-26
Sladkovodní ryba
3.1.5
Přenos tepla v kontejnerech
V některých případech nemusí být možné instalovat systémy dálkového vytápění, ať už kvůli
příliš velkým vzdálenostem nebo kvůli právním či jiným rámcovým podmínkám. V takové
situaci je možné uvažovat právě o konceptu přenosu tepla v kontejnerech. Je potřeba vzít v
úvahu, že v současné době není tato možnost široce uplatňována. Jen několik výrobců
aktuálně nabízí takovéto systémy pro tepelné skladování.
Myšlenkou je ukládat odpadní teplo z bioplynové stanice v mobilních kontejnerech. Obvykle
se jedná o standardizované neizolované kontejnery (6.10 m x 2.44 m). Kontejnery nemusí
být izolovány, protože energie je chemicky uložena a není třeba vysokých teplot jako u jiných
systémů. Jakmile je kontejner nabit, může být převezen kamiony ke spotřebiteli. Přepravní
vzdálenosti se pohybují od 1 do 30 km, pokud uvažujeme bioplynovou stanici o kapacitě 500
kW el (Gaderer 2007). Dle Kralemanna (2007) by vzdálenost přepravy neměla přesahovat 20
km, protože maximální provozní zatížení se pohybuje okolo 4 000 hodin.
Hlavním úkolem je efektivně ukládat teplo uvnitř kontejneru. Pro tuto činnost existují dvě
zásadní technologie:

Latentní systémy pro skladování tepla

Termodynamické systémy pro skladování tepla
V latentních systémech pro skladování tepla z bioplynových stanic může jako látka s fázovou
změnou (phase change material, PCM) sloužit rozpuštěný octan sodný (trihydrát), který je
považován za bezpečnou sůl. Rozpuštěný octan sodný má teplotu 58°C. Pro proces nabíjení
by měl existovat alespoň desetistupňový rozdíl, protože 68°C je potřebných pro zdroj tepla v
systémech s rozpuštěným octanem sodným. Nízká teplota tání umožnuje využívat systém
pro aplikace, které vyžadují teplotu okolo 48°C. Šíře aplikovatelnosti je tedy limitována.
Zhruba 6 m vysoký kontejner o kapacitě 26 t má tepelnou kapacitu okolo 2,5 MWh, což je
ekvivalentní hodnotou ke zhruba 250 l topného oleje (Schulz a kol. 2007). Výkon se při
teplotách 70/90°C pohybuje okolo 250 kW a čas nabíjení je zhruba 10 hodin. Vybíjecí výkon
je při teplotách 48/38°C roven 125 kW a vybíjecí čas se blíží 20 hodinám.
Dalším vhodnou PCM sloučeninou je rozpuštěný hydroxid barnatý (oktahydrát) s bodem
tání na 78°C. Vzhledem k jeho nebezpečným vlastnostem existují zvláštní požadavky na
bezpečnost.
Hospodárné skladovací systémy žádají vysoké vnitřní tepelné toky, které jsou závislé
především na tepelné vodivosti skladujícího materiálu. Nekovové materiály se obvykle
vyznačují nízkou tepelnou vodivostí, zejména v pevném skupenství působí jako tepelný
izolant. Navýšení efektivní tepelné vodivosti ve skladovacím zařízení má zásadní význam
pro vývoj hospodárných skladovacích systémů (DLR 2012).
35
Mezi poskytovatele technologie v současné době patří společnosti LaTherm
(www.latherm.de) (Obrázek 23) či Transheat (www.transheat.de) . Transheat nabízí
kontejner (Obrázek 22, Obrázek 21), ve kterém je teplo přenášeno tepelným výměníkem na
topný olej. Olej je napumpován do nádrže, kde se smísí s octanem sodným, čímž přesune a
uchová teplo tavením soli.
Obrázek 21: Schéma latentního systému pro skladování tepla (TransHeat GmbH)
Obrázek 22: Železniční vagon se zásobníkem
latentního tepla (Zdroj: TransHeat
GmbH)
Obrázek 23: Přívěs s kontejnerem zásobníkem
latentního tepla (Zdroj: LaTherm GmbH)
V termodynamických skladovacích systémech (sorpčních tepelných skladištích) jsou
užity tzv. zeolity. Zeolit je mikroporézní, hlinito-silikátový minerál, běžně používaný jako
komerční adsorbent. Vzhledem ke své porézní struktuře mají zeolity velmi rozsáhlý povrch.
Jeden gram zeolitových pelet má plochu až 1,000 m² (Fraunhofer 2012). Když procházejí
vodní páry materiálem ze zeolitu, je pára adsorbována a teplo uvolněno. Tyto systémy tak
nejsou vhodné jen pro skladování tepla, ale zároveň pro účely sušení.
36
Dle Fraunhofera (2012) může systém uložit třikrát až čtyřikrát více tepla než by bylo možné
uložit ve vodě. Systém tak vyžaduje kontejnery s pouhým čtvrtinovým objemem než je objem
vodní nádrže. Další výhodou je fakt, že teplo zde může být skladováno po delší dobu.
Energetické ztráty nastávají v momentě nabíjení a vybíjení kontejneru, nikoli však v procesu
samotného skladování.
Takový systém však ještě není komerčně dostupný. Výzkumníci z Fraunhoferova Institutu v
Německu aktuálně vyvíjejí aplikaci pro demonstraci na úložišti s objemem 750 l.
Obecně musí být vzato na vědomí, že pro trvalou dodávku tepla musí být zkonstruován
sofistikovaný logistický systém. To znamená dostatek úložných kontejnerů a co nejkratší
časy nabíjení a vybíjení. Minimální počet potřebných kontejnerů lze vypočíst z následujícího
vzorce (Schulz a kol. 2007):
Vzorec 7
N
Minim ln celkový po et kontejnerů
nL
Minim ln po et kontejnerů v m stě nab jen
nC
Minim ln po et kontejnerů u spotřebitele
Celkový potřebný tepelný výkon [kW]
Nab jec výkon jednoho kontejneru [kW]
Vyb jec výkon jednoho kontejneru [kW]
Dále je důležité, aby byla zajištěna dobrá dopravní dostupnost, která umožní transportovat
26 t kontejnery. Proto není špatné zvážit zapojení externí logistické firmy.
Jak již bylo zmíněno výše, systémy pro přepravu tepla v kontejnerech v současnosti ještě
nezaujímají příliš podstatnou pozici. Pro zahájení nových projektů musí být zváženy
minimálně následující faktory:

Aplikace technologie se doporučuje, pouze pokud neexistují jiné možnosti přímého
vytápění

Maximální přepravní vzdálenosti do 30 km

Obecné riziko vzhledem k nedostatku zkušeností s těmito systémy

Minimální potřebný výkon zdroje tepla pro nabíjení výkon 250 kW

Minimální potřebný vybíjecí výkon v místě spotřeby tepla 125 kW

V závislosti na systému jsou nabízeny pouze nízké tepelné úrovně (např. 48 nebo
78°C)

Dopravní dostupnost a místo pro kontejnery

Konflikty s okolními obyvateli vzhledem k zvýšené dopravě

Počet nabíjecích cyklů je teoreticky neomezený, ale neexistují o tom žádné
dlouhodobé zkušenosti
3.1.6
Vyhřívání pro jiné účely
Existuje celá řada dalších možností, kde lze přímé či nepřímé vyhřívání odpadním teplem
využít:

Výroba léčiv: ohřev pro sušení a extrakční procesy z bylin
37

Prádelny: horká voda pro praní textilií

Mlékárenský průmysl: ohřev a chlazení mléčných výrobků

Produkce řas: ohřev a chlazení reaktorů

Potravinářský průmysl: horká voda a pára pro zpracování, čištění a hygienizaci

Odpadové hospodářství: hygienizace odpadních surovin
3.2
Sušení
Kromě přímého využití pro různé účely může být odpadní teplo z bioplynových stanic
aplikováno jako prostředek sušení materiálu. Z hlediska bioplynové stanice patří mezi
nejdůležitější materiály digestát, čistírenské kaly, tuhá biomasa (dřevní štěpka, piliny) a
zemědělské produkty. Proces sušení je všeobecně ovlivněn následujícími faktory:

Teplota

Množství tepla

Vlhkost vzduchu

Vlhkost materiálu a obsah vody

Doba zpracování

Rychlost větrání

Typ materiálu
Zvolená teplota závisí na tom, jaký materiál bude sušen a pro jaký účel bude dále používán.
Dřevinné materiály mohou být sušeny za vyšších teplot, potravinářské produkty za nižších a
semenný materiál za co nejnižších.
Kromě teploty je důležitým faktorem vlhkost okolního vzduchu. S navyšující se teplotou
může být obsah par ve vzduchu vyšší. Vzduch je nasycen vodou v případě 100% relativní
vlhkosti. Pro odhad a plánování procesu sušení jsou často užívány h-x diagramy (Obrázek
24). Ukazují absolutní obsah vody ve vlhkém vzduchu (x), relativní vlhkost (%), teplotu (°C),
a entalpii (h). Za pomoci těchto diagramů lze určit maximální množství vody, které okolní
vzduch vysaje ze sušeného materiálu. V příkladu (převzato z Kirchmeyr & Anzengruber
2008) na Obrázek 24, je ukázáno, kolik další vody (páry) může vzduch pojmout při teplotě
20°C a 10% relativní vlhkosti. Jedná se zhruba o 0,0094 kg vody na kg vzduchu (0,005 kg/kg
mínus 0,0144 kg/kg). Pro získání přesnějších čísel musí být použity speciální výpočty.
Diagram rovněž ukazuje, že u sušicích procesů se s narůstající teplotou významnost
počáteční vlhkosti vzduchu snižuje.
38
Obrázek 24: h-x diagram (1 013 mbar) (Zdroj: Grundfos 2012)
Tabulka 5: Obsah vody ve vzduchu za různých teplot (Kirchmeyr & Anzengruber 2008)
Teplota v °C
Maximální zadržování
vody ve vzduchu za
35% relativní vlhkosti
[g/kg]
Maximální zadržování
vody ve vzduchu za
100% relativní
vlhkosti [g/kg]
Další absorpce vody
ve vzduchu [g/kg]
20
5,0
14,4
9,4
30
9,1
36,1
16,4
40
15,9
45,4
26,9
50
39,6
113,1
73,5
Obsah vody a vlhkost biomasy (dřeviny, byliny) jsou dvě nejdůležitější veličinypro
charakterizaci vlhkosti v materiálu. Vypočítají se dle následujících vzorců (Vzorec 8 až
Vzorec 12).
39
Vzorec 8
Vzorec 9
Vzorec 10
Vzorec 11
Vzorec 12
mw
Množstv vody v materi lu [kg]
mm
Množstv vlhk ho materi lu[kg]
md
Množstv such ho materi lu [kg]
w
Obsah vody [%]
u
Vlhkost materi lu [%]
Huw
Výhřevnost [MJ/kg] materi lu s obsahem vody w
Hua
Výhřevnost [MJ/kg] such ho materi lu v bezvod m stavu
2.44
Energie při odpařen [MJ/kg] vody za teploty 25°C
Obsah vody w a vlhkost materiálu u jsou ve vzájemném vztahu a mohou být snadno
převedeny (Vzorec 11). 50% obsah vody je ekvivalentní k 100% vlhkosti materiálu. Vlhkost
tak může dosahovat hodnot nad 100%. Typický obsah vody v čerstvé dřevině se pohybuje
okolo 45-60%.
Dalším důležitým faktorem procesu sušení je potřebný čas na vysušení materiálu a rovněž
závislost na sezónnost dostupnosti vstupního materiálu. Sezónnost některých materiálů
a maximální teploty vhodné pro sušení jsou uvedeny v Tabulka 6.
Tabulka 6: Sezónnost a maximální teploty pro sušení různých materiálů
Materiál
Štěpky a piliny z lesů
Štěpky a piliny z krajinné
údržby
Štěpky z rychle rostoucích
sadů
Obiloviny
Léčivé a kořenné rostliny
Digestát a kaly
40
Období pro sušení
Maximální teploty pro sušení
[°C]
Zima
55-150
Celý rok
55-150
Zima
55-150
Červenec – Srpen
30-65
Červen – Říjen
25-50
Celý rok
55-95
Všeobecně existuje mnoho technologií pro sušení. Vhodné technologie pro relativně nízké
teploty odpadního tepla z bioplynových stanic zahrnují pásové a komorové sušičky (Tabulka
7).
Tabulka 7: Technologie pro sušení a jejich základní charakteristiky
Typ sušičky
Materiály k
sušení
Charakteristika
Komorová
sušička
Obilí, kukuřice,
semena a
ostatní sypké
hmoty
Horký vzduch prostupuje materiálem v horizontálních či
vertikálních kontejnerech (silech, nákladních autech…). Jedná
se o nejjednodušší sušičku. S materiálem není aktivně
pohybováno. Jde o velmi levnou a vhodnou metodu pro
nízkokapacitní stanice: pro pěstování obilí s rozlohou do 100
ha či zdroje tepla o výkonu do 500 kW th.
Pásová sušička
Digestát
(separovaný),
dřevní štěpky,
obilí, kukuřice,
kukuřičná siláž
Horký vzduch prostupuje materiálem, který je zvolna posouván
na páse. Vzhledem k vyšším pořizovacím nákladům je tato
technologie všeobecně vhodná pro zdroje tepla o výkonu nad
500 kW th.
Žlabová sušička
Olejniny, byliny,
trávy, pelety,
granuláty,
dřevní štěpka
Horký vzduch proudí dvojitým dnem (mřížovitým) skrz
materiál. Pádlovitá zařízení současně materiál promíchávají.
Bubnová
sušička
Sypký materiál z
prostředí
zemědělství a
údržby krajiny
Materiál prostupuje horizontálním bubnem. K řádnému chodu
jsou potřebné teploty okolo 1 000°C, proto tento typ není
vhodný pro bioplynové stanice.
3.2.1
Digestát a kaly
Digestát představuje zbytek po procesu anaerobní fermentace a kaly z čistíren odpadních
vod. V závislosti na jejich složení a charakteristikách mohou být tyto využity bez dalších
úprav např. jako hnojivo. Skladování, přeprava a aplikace digestátu vede ke značným
nákladům (ve srovnání s využitím jako hnojiva).
V případě digestátu se náklady značně navyšují v zemích s intenzivní živočišnou produkcí
(Dánsko, Německo, Itálie, Francie), kde existují striktní regulace v rámci omezení množství
živin na jednotku zemědělské půdy (Al Seadi a kol. 2013). Tyto regulace vyžadují
přepravovat a redistribuovat živiny do méně intenzivně využívaných zemědělských oblastí.
Z důvodů snížení nákladů na přepravu je vhodné digestát upravovat.
Prvním krokem v systému zpracování digestátu je separace pevné a kapalné složky. Tato
separace probíhá většinou mechanicky (vřetenové lisy, dekantační odstředivky). Suchá část
digestátu může být dále vysoušena nebo kompostována.
Sušení digestátu mohou zajišťovat solární sušičky ve sklenících nebo právě odpadní teplo z
bioplynových stanic. Tyto dva systémy se dají kombinovat (hybridní sušení). Na pásové
sušičce (Obrázek 25) je digestát neustále přepravován skrz vysoušecí komoru na
perforovaném pásu. V těchto komorách prostupuje materiálem horký vzduch a vysušuje ho.
Sušený materiál může být využit v zahradnických oblastech buď přímo nebo v peletizované
formě. Rovněž může být využit ve školkách speciálních pěstebních systémů např. pro
pěstování hub. Lokální situace na trzích přímo ovlivňuje prodejnost kompostu či sušeného
digestátu. Zároveň musí být zváženy standardy pro kvalitu a související právní předpisy.
41
Typickou bariérou prodeje výše zmíněných produktů může být vysoká koncentrace těžkých
kovů. Tento stav následně ovlivňuje, zda jsou produkty užity na hnojení zemědělské půdy či
pouze v parcích a zahradách. Takové místní rámcové podmínky přímo ovlivňují zisky
provozovatele stanice.
Dle příslušných předpisů je často další úprava čistírenských kalů nezbytnou podmínkou pro
jejich užití. Jedná se o přímou aplikaci jako hnojiva (které je však taky s ohledem na
nečistoty často regulováno) nebo sušení s následným spalováním. Metody sušení jsou
prakticky stejné jako v případě digestátu. Sušené kaly mohou být spalovány ve spalovnách.
Obecně platí, že potřeba tepla na vysoušení digestátu nebo kalů je v průběhu roku víceméně
neměnná. Pokud jsou systémy dostatečně rozsáhlé, materiál může být vysoušen v závislosti
na dostupném teplu. Tato metoda představuje efektivní způsob jak využít velké množství
odpadního tepla.
Užití tepla pro vysoušení digestátu a následnou peletizaci se aktuálně zvažuje v rámci
několika záměrů stavby bioplynových stanic. Pelety z digestátu mohou být užity pro výrobu
elektrické energie ve větších spalovacích zařízeních. Tento proces odporuje principu
uzavřeného cyklu živin a náhradě umělých hnojiv organickými. Tento přístup proto není
autory doporučován.
Obrázek 25: Pásová sušička pro sušení digestátu (Zdroj: STELA Laxhuber GmbH)
3.2.2
Piliny, štěpky a pelety
Poptávka po palivech z pevné biomasy a speciálně dřevní biomasy neustále roste. Právě
vytěžené (čerstvé) dřevo obsahuje vysoký poměr vody (50-65%). Tato voda je fyzikálně i
chemicky vázána přímo ve dřevě.
V závislosti na konečném využití musí dřevo vyhovovat určitým standardům, co se
maximálního obsahu vody týče. Zejména u menších spalovacích jednotek musí být dřevo z
následujících důvodů dostatečně suché (Rutz a kol. 2006; Hiegl a kol. 2011):
42

Čím vyšší je obsah vody, tím méně energeticky účinné je spalování, protože část
energie se “ztrácí” při jejím odpařování. Výhřevnost je vyšší, pokud je dřevo suché.

Skladovatelnost dřeva je lepší, pokud má obsah vody nižší než 25%, protože se tím
zhoršují podmínky pro růst mikroorganismů (plísně a bakterie)

Růst těchto mikroorganismů vede k úbytku dřevní hmoty, a tudíž ke snížení
energetického obsahu.

Uvolněné výtrusy hub (ve štěpce) mohou vést ke zdravotním rizikům.

Další zpracování některých produktů vyžaduje minimální vlhkost. Například piliny z
čerstvého dřeva musí být před peletizací vysušeny.

Logistické výhody pro dálkovou dopravu (snížení objemu a váhy).
Závislost výhřevnosti dřeva na obsahu vody je znázorněna na Obrázek 26. Čím vyšší je
obsah vody, tím nižší je výhřevnost.
Obrázek 26: Výhřevnost dřeva ve vztahu k obsahu vody (Zdroj: FNR 2012)
Sušení dřeva lze provádět různými postupy. Nejjednodušší variantou je venkovní uložení
dřeva po dobu 1-3 let, v závislosti na tloušťce a druhu dřeva). Vzhledem ke zvýšené
poptávce po dřevu a novým produkčním postupům (rychle rostoucí dřeviny) se čas stává
limitujícím faktorem a dlouhodobé skladování zvyšuje náklady. Proto se stává umělé sušení
stále důležitějším a užívanějším postupem.
Kulatinu lze získat v lesích, speciálních dřevních plantážích nebo v rámci údržby krajiny
(např. nálety). Obsah vody v kulatině by měl být snížen pod 20%. Evropské standardy
klasifikují kulatinu do 4 kategorií podle vlhkosti (M20, M30, M40, M65), kde jednotlivá čísla
udávají maximální obsah vody. Dřevo z lesů a plantáží je obvykle těženo v zimě, kdy je
obsah vody v dřevní hmotě nejnižší, půda je zmrzlá, a nedochází tak k jejímu poškození při
těžbě. Poptávka odpadního tepla pro sušení dřeva je proto obvykle vyšší v zimě. Na druhou
stranu produkce odpadního tepla z bioplynových stanic je v zimě nižší. Nabízí se tak
alternativa uskladnit v zimě vytěžené dřevo do doby, kdy je dostatek odpadního tepla, tj. v
létě. Dřevo z údržby krajiny bývá těženo po celý rok. Kulatina je běžně sušena v komorových
sušárnách (charge drier), do kterých je vháněn horký vzduch.
Dřevní štěpka je získávána ze stejných zdrojů jako klasické dřevo. Obsah vody v dřevní
štěpce by měl být redukován na úroveň pod 20%. Evropské standardy klasifikují dřevní
štěpku do 5 úrovní dle obsahu vody (M20, M30, M40, M55, M65). Vzhledem k malé velikosti
částic je dřevní štěpka při vysoké vlhkosti ohrožená nežádoucím růstem mikroorganismů.
Rozvoj mikroorganismů vede k růstu teploty uskladněné štěpky a může dojít k samovznícení
a požáru skladu. Dřevní štěpka bývá typicky vysoušena v komorových sušičkách –
kontejnerech (Obrázek 27, Obrázek 28) nebo skladovacích zařízeních provětrávaných
horkým vzduchem. Rovněž je možné použití sušiček žlabových.
43
Obrázek 27: Kontejner a teplovzdušné rozvody pro
sušení dřevní štěpky u bioplynové stanice
v Mnichově, Německo (Zdroj: Rutz)
Obrázek 28: Kontejner na sušení dřevěné štěpky
v Mnichově, Německo (Zdroj: Rutz)
Pelety jsou získávány lisováním pilin do malých a standardizovaných pelet, které jsou
vhodné pro spalování v kotlích, a to od domácích až po průmyslové. Vzhledem k jejich
vysoké energetické hustotě a homogenitě, lze s peletami snadno obchodovat a používat je
v kotlích s automatickým dávkováním paliva. Piliny by měly být vysušeny do obsahu vody
pod 10%. Evropské standardy klasifikují pelety do tří skupin právě podle obsahu vody (W10,
W20, W30). Odpadní teplo z bioplynových stanic by mohlo být použito pro sušení pelet,
jelikož poptávka je v tomto případě prakticky celoroční.
3.2.3
Zemědělské produkty
Ve snaze zlepšit skladovatelnost mnoha zemědělských produktů (obilovin, trávy, koření,
léčivých rostlin a koření, sena), musí být tyto upraveny sušením, aby byly splněny požadavky
na obsah vody v produktu. Obsah vody v takových produktech bývá ovlivněn dobou sklizně a
klimatickými podmínkami během sklizně, rovněž pak také klimatickými podmínkami lokality,
kde jsou pěstovány, a následným použitím produktu. V několika případech bývá nutné umělé
sušení po sklizni, a to dává možnost využití odpadního tepla z bioplynových stanic. Spotřeba
tepla pro vysoušení takovýchto produktů je sezónní a obvykle nastává zejména v letním
období. Právě v létě je obvykle z bioplynové stanice největší přebytek odpadního tepla.
V zemědělství se sušení nejčastěji používá u obilovin, obzvláště když je v období sklizně
deštivé počasí. Maximální obsah vlhkosti pro kvalitní skladování obilovin je 14.5%. V případě
nedostatečné kapacity sušiček je obilí před sušením skladováno při teplotě 7 °C. Pro
zachování obsahu živin a klíčivosti semen, by teploty při sušení neměly být vyšší, než je
uvedeno v Tabulkae 8. Maximální teploty sušení klesají s narůstající vlhkostí. Pro sušení
obilovin se obvykle používají žlabové sušičky.
44
Tabulkae 8:
Maximální teploty (v °C) pro sušení obilovin (Strehler 1993, Karalus 2007)
Vlhkost [%]
Pšenice [°C]
Oves, ječmen [°C]
osivo, pivovarnický
ječmen [°C]
16
55
65
49
18
49
59
43
20
43
53
38
22
37
47
34
24
35
40
30
Ještě citlivější na teplotu než obiloviny jsou léčivé rostliny, koření a léčivé rostliny, které jsou
obvykle sušeny na pásových sušičkách. Tyto produkty bývají vysoušeny pod 9% vlhkosti.
Příkladem těchto rostlin je například máta peprná, heřmánek, kopr, petržel, pažitka nebo
saturejka.
3.3
Chlazení
Odpadní teplo z bioplynových stanic může být rovněž využíváno pro chlazení. V současné
době existují dva hlavní druhy chladících zařízení. Jedná se o absorpční a kompresorové
chlazení.
3.3.1
Přehled chladících zařízení
Komprese par chladiva (kompresorové chlazení) je nejpoužívanější technologií pro
klimatizaci a chlazení v chladničkách jak v domácnostech, tak v průmyslovém využití.
Jádrem tohoto systému je elektřinou napájený kompresor.
Na rozdíl od kompresorového chlazení používajícího elektrickou energii bývá u absorpčních
chladících zařízení (absorpčního chlazení) používáno jako hlavní zdroj energie pro
chlazení teplo. Absorpční chlazení je alternativou ke kompresorovému chlazení v případech,
kdy je zdroj elektřiny nedostupný, nespolehlivý nebo drahý, hluk kompresoru je nežádoucí,
nebo v případě možnosti využít odpadní teplo z bioplynové stanice. Obecně absorpční
chlazení má oproti kompresorovému následující výhody (Skagestad & Mildenstein):

Nižší požadavky na elektřinu

Nižší hluk a vibrace při provozu

Schopnost využívat a transformovat teplo na chlazení
Používaná chladiva neohrožují ozónovou vrstvu. Oba typy chlazení používají chladivo
obvykle s velmi nízkým bodem varu (často méně než −18°C). V obou případech je teplo
odebíráno ze systému odpařováním chladiva, čímž se systém ochlazuje. Hlavní rozdíl mezi
oběma typy je ve způsobu jak se chladivo mění z plynné fáze zpět na kapalnou tak, aby
cyklus mohl znovu pokračovat. Při kompresním chlazení se transformuje plyn zpět na
kapalinu zvyšováním tlaku použitím kompresoru (napájeného elektřinou). Při absorpčním
chlazení využívá k přeměně plynné fáze chladiva na kapalinu absorpci chladiva v jiné
kapalině a k následné desorpci je použito teplo. Další rozdíl je v používaném chladivu.
Kompresní chladící zařízení používají neúplně halogenované chlorfluorouhlovodíky (HCFCs)
nebo fluorované uhlovodíky (HFCs), zatímco absorpční chladící zařízení obvykle používají
čpavek nebo bromid lithný (LiBr).
45
Absorpční chladící zařízení mohou být dělena na přímo a nepřímo vytápěná a dále na
jednostupňová, dvoustupňová a třístupňová absorpční chlazení. Pro využívání odpadního
tepla z bioplynových stanic se dají využít pouze nepřímo vytápěné absorpční chladící
zařízení, ačkoliv teoreticky je možné dodávat potřebné teplo přímým spalováním bioplynu.
Absorpční a kompresní chladící zařízení mohou být navzájem kombinována (hybridní nebo
kaskádové chlazení).
Rozdělení absorpčních chladících zařízení dle počtu stupňů je založeno na počtu
vypuzovačů (teplotních úrovní zdroje tepla). Jednostupňové absorpční chladiče mají
pouze jednu teplotní úroveň pracovní kapaliny (slabý roztok). Dvoustupňové absorpční
chladiče pracují s dvoustupňuovou desorpcí par z chladiva. Proto mají dvoustupňová
absorpční chladící zařízení dva kondenzátory a dva vypuzovače. K tepelnému přenosu
dochází v porovnání s jednostupňovými jednotkami za vyšších teplot. Dvoustupňová zařízení
jsou samozřejmě energeticky efektivnější, ale i dražší (New Buildings Institute 1998).
Třístupňové absorpční chladící zařízení jsou prozatím ve fázi vývoje a představují další
krok v rozvoji absorpčního chlazení (New Buildings Institute 1998).
Využití absorpčního chlazení závisí na teplotě odpadního tepla, použitém chladivu a
absorbátoru, stejně jako na požadované teplotě pro chlazení. Absorpční jednotky s
chladivem LiBr/H2O jsou schopné chladit pod 6 °C a při použití kombinace NH3/H2O od 0 °C
až k -60 °C.
Pro porovnání chladících zařízení je zaveden tzv. chladicí faktor (EER - Energy Eficient
Ratio), který je podobný topnému faktoru (COP - Coefficient of Performance) u tepelných
čerpadel. Jedná se o poměr výkonu chladícího zařízení ( ) k výkonu tepelného zdroje ( ).
Výkon čerpadla je pro bilanci zanedbatelný (PP). EER u současných chladicích systémů bývá
obvykle nižší než 1. Typická hodnota pro komerční chladící jednotky se pohybuje v mezích
od 0,65 do 0,8 pro jednostupňová zařízení a od 0,9 do 1,2 pro zařízení dvoustupňová
(Skagestad & Mildenstein n.d.).
ý
ř
EER
Vzorec 13
chladic faktor
Výkon chlad c ho zař zen [kW]
Př kon tepeln ho zdroje [kW]
PP
Př kon erpadla [kW]
Schéma absorpčního systému amoniak-voda je uvedeno na Obrázek 29. V tomto
procesu slouží amoniak (NH3) jako chladivo a voda (H2O) jako transportní prostředek
(absorbent). Ve výparníku vytváří chladivo (čistý amoniak v kapalném skupenství) chladící
efekt. Amoniak absorbuje teplo z prostoru výparníku, a tím se odpařuje a zároveň ochlazuje
prostor výparníku. Páry amoniaku z výparníku jsou následně převáděny do absorbéru, kde je
slabý roztok amoniaku a vody. Voda, užitá jako transportní prostředek, je nenasycená
amoniakem a má proto volnou kapacitu k absorpci dalších par amoniaku. Absorpce je
spojena s uvolňováním tepla (absorpční teplo). Zvyšováním teploty se snižuje množství par
amoniaku, které mohou být absorbovány vodou. Proto je absorbér chlazen chladící vodou.
Koncentrovaný roztok amoniaku je z absorbéru dopravován pod vysokým tlakem čerpadlem
do vypuzovače (generátor), který je vytápěn odpadním teplem z bioplynové stanice. Ve
vytápěném vypuzovači dochází k odpařování amoniaku z vodního roztoku. Páry amoniaku
odchází do kondenzátoru a voda (absorbent) se přes chladič a škrtící ventil vrací do
absorbéru. Vzhledem k vysoké afinitě vody k amoniaku obsahují odcházející páry amoniaku
z vypuzovače zbytky vody. Proto je za vypuzovačem zařazen separátor, který je svou
46
konstrukcí podobný destilační koloně. Čisté páry amoniaku vstupují do kondenzátoru s
vysokým tlakem a přechází do kapalné fáze. Uvolněné teplo (kondenzační teplo) je
odváděno z kondenzátoru chladící vodou. Kapalný amoniak postupuje přes škrtící ventil, kde
dochází k rychlému poklesu tlaku a teploty. Chladivo s nízkou teplotou pak znovu odnímá
teplo z prostoru výparníku a cyklus je uzavřen.
Obrázek 29: Průběh práce typického amonného/vodního absorpčního chladiče
3.3.2
Dálkové chlazení
Dálkové (centrální) chlazení je principiálně podobné dálkovému vytápění, jenom místo tepla
je distribuována ochlazená voda. Ačkoli se poptávka po chlazení neustále zvyšuje, nebývá
dálkové chlazení vzhledem k vyšším požadavkům na chladicí systémy a vyšším venkovím
teplotám v souvislosti se změnou klimatu tak rozšířené jako dálkové vytápění. Několik
evropských měst nicméně zavedlo systém lokálního chlazení jako cestu ke snížení emisí
skleníkových plynů (Obrázek 30).
47
Obrázek 30: Roční úspora CO2 ve vybraných evropských městech díky centrálnímu chlazení (Zdroj:
Euroheat & Power)
Zdroje chlazení mohou zprostředkovávat oba výše uvedené typy zařízení (absorpční nebo
kompresorové chlazení), ale i jiné zdroje, jako je například přírodní chlazení, získáváním
chladu z hlubokých jezer, řek, aquifér či oceánů. Různé chladicí systémy se samozřejmě
mezi sebou mohou kombinovat. Zásadní výhodu využívání odpadního tepla z bioplynových
stanic pro provoz chladicích systémů představuje vysoká sezónní dostupnost tepla z letních
měsíců, kombinovaná s vysokou poptávkou po chlazení ve stejné době. V závislosti na
dohodě se spotřebiteli může být chlazená voda poskytována jak v základním režimu, tak ve
špičkovém režimu. Vzhledem k vyšším pořizovacím nákladům absorpčních chladících
zařízení mohou být pro zajištění dodávek chladu ve špičkách použity kompresorové chladící
jednotky.
Konstrukce systému pro centrální chlazení bývá určena následujícími klíčovými faktory:

Rozdíl teplot mezi přívodem chladu a zpátečkou

Tlak v síti a rozdíl tlaků v potrubích mezi přívodem chladu a zpátečkou.
Úspěšnost realizace systému pro centrální vytápění či chlazení silně závisí na schopnosti
systému získat vysoké teplotní rozdíly (ΔT) mezi přivaděčem a zpátečkou (Skagestad &
Mildenstein). Hodnota ΔT je u chlazení typicky omezena na 8-11°C. Systémy obvykle
upravují teplotu distribuované chlazené vody vzhledem k teplotě okolního prostředí. Systémy
pro dálkové chlazení je možné rozdělit do tří skupin dle dodávkových teplot:

Systémy konvenční teploty chlazené vody: 4°C do 7°C

Systémy ledové vody: +1°C

Systémy s ledovou tříští: -1°C
Vzhledem k nízkému teplotnímu gradientu mezi potrubní sítí a okolní zeminou, není potrubí
nutné nějak izolovat. Podzemní potrubí v distribuční síti jsou obvykle umístěna do hloubky
48
okolo 60 cm. V teplých klimatických podmínkách či v případě nadzemního potrubí je však
izolace nutná.
Maximální přípustné rychlosti toku se řídí tlakovými ztrátami v potrubí a možnými
systémovými poruchami způsobenými přechodovými jevy. Obecně se nedoporučuje
používat vyšší rychlosti toku média než 2.5 – 3.0 m/s, pokud není celý potrubní systém
speciálně navržen a zabezpečen pro rychlosti vyšší.
3.3.3
Aplikace chlazení
Pro rozsáhlejší systémy centrálního chlazení bývá množství odpadního tepla z bioplynových
stanic většinou nedostatečné. Chlazená voda z odpadního tepla nicméně může být do
stávajících systémů integrována.
Specializované centralizované chladicí systémy (nebo také mikro-chladící systémy) mohou
být vybudovány v menším měřítku a užívat odpadní teplo z bioplynové stanice tak, že budou
obsluhovat jen jednoho nebo několik spotřebitelů. Výhodou zůstává, že největší dostupnost
odpadního tepla bývá v letním období, kdy je rovněž vysoká poptávka po chlazení. Pořád je
však využití odpadního tepla pro chlazení málo rozšířené. Příklady chlazení za pomoci
odpadního tepla z bioplynových stanic čítají:

Klimatizace veřejných a soukromých budov

Klimatizace skladů potravin: obilovin, zeleniny, ovoce, masa

Klimatizace stájí: chovy prasat

Klimatizace serverových místností pro zpracování dat

Rybí průmysl: chlazení skladovacích hal a výroba ledu

Mlékárenský průmysl: chlazení mléka na farmách, chlazení mléka a mléčných
výrobků v průmyslovém měřítku

Malý průmysl: chlazení nástrojů pro zpracování polymerů
Speciální aplikací pro proces chlazení je výroba ledu. Skladování ledu tak může dočasně
vyvažovat poptávku a dodávku tepla. Podobně jako tomu je u přepravy tepla v kontejnerech,
může být i led snadno transportován ke spotřebitelům, a tak redukovat potřebu potrubní sítě
v rámci centrálního chlazení. Při využití odpadního tepla z bioplynových stanic to však není
příliš obvyklé.
3.4
Dodatečná výroba elektřiny
Jak již bylo popsáno v předešlých kapitolách, elektřina představuje velmi kvalitní typ energie,
protože může být jednoduše převedena do jiných energetických forem. Odpadní teplo z
bioplynových stanic s teplotami pohybujícími se od 80°C do 550°C je mnohem méně
hodnotné (je složité ho převést do jiných energetických forem). Existují však technologická
řešení pro převod odpadního tepla na doplňkovou elektrickou energii v termodynamických
cyklech, a tedy zisk vyšších příjmů z cen vyrobené elektřiny.
Obecně řečeno, termodynamický cyklus (neboli tepelný oběh) se skládá ze série
termodynamických procesů, které převádějí teplo a práci změnou tlaku, teploty a dalších
stavových veličin.
3.4.1
CRC systémy
Teplo může být převedeno na mechanickou energii a následně na energii elektrickou
prostřednictvím Rankinova cyklu (rovněž také Clausiův-Rankinův cyklus, CRC). V uzavřené
smyčce je obvykle voda ohřívána, přeměněna na páru, ta pak prochází turbínou, která
rozpohybuje generátor na výrobu elektřiny. Tento cyklus se používá ve většině tradičních i
49
moderních systémů výroby elektrické energie, včetně elektráren na biomasu, solárních,
uhelných a jaderných elektráren.
Obrázek 31:Schéma Rankinova cyklu (Zdroj: Anglická Wikipedie, uživatel Andrew.Ainsworth)
Existují celkem čtyři fáze Rankinova cyklu. Tyto fáze jsou na Obrázek 31 označeny
příslušnými čísly:

1-2: Pracovní kapalina je čerpána napájecím čerpadlem z oblasti nízkého tlaku do
kotle (parního generátoru). Protože se jedná o kapalné medium, je spotřeba energie
na čerpání malá.

2-3: Kapalina vstupuje do kotle pod vysokým tlakem, kde je ohřívána za stálého tlaku
odpadním teplem z bioplynové stanice a mění se zde na suchou nasycenou páru.

3-4: Suchá nasycená pára je přivedena do parní turbíny, kde expanduje, pohání
turbínu a vyrábí elektrickou energii. Při expanzi klesá teplota a tlak páry, může
docházet k částečné kondenzaci.

4-1: Vlhká pára vstupuje do kondenzátoru, kde kondenzuje za konstantní teploty a
přeměňuje se na nasycenou kapalinu.

Cyklus je uzavřen a znovu začíná stadium 1-2
Účinnost procesu se vypočte pomocí Vzorec 14.
50
Vzorec 14
ηterm Termodynamick ú innost procesu
Přivedený výkon ve formě tepla do syst mu
P
Spotřebovaný mechanický výkon
3.4.2
ORC systémy
Organický Rankinův cyklus (ORC) představuje speciální formu Rankinova cyklu (Obrázek
32, Obrázek 33), který místo vody a páry využívá organickou kapalinu (Obrázek 34). To
umožňuje využívat tepelné zdroje s nižší teplotou, jako je například právě odpadní teplo z
bioplynové stanice s teplotami v rozmezí 70–90°C. Děje se tak díky nižšímu bodu varu
používaných organických kapalin v porovnání s vodou, jež má bod varu při 100°C. Mimo
tohoto rozdílu je princip ORC systému stejný jako u Rankinova cyklu s vodou. Pracovní
kapalina je čerpána do kotle, kde se vypaří, expanduje v turbíně a nakonec znovu
zkondenzuje.
Výběr správné pracovní kapaliny je u nízkoteplotního Rankinova cyklu klíčovým faktorem.
Důležitým parametrem je účinnost přenosu tepla, protože ten ovlivňuje termodynamickou
charakteristiku kapaliny a tím i provozní podmínky procesu. Nejčastěji užívanými pracovními
kapalinami jsou chladiva a uhlovodíky. Používané kapaliny jsou charakterizovány níže
uvedenými parametry, některé používané komerčně jsou uvedeny v Tabulka 9 a některé z
nich mohou být vzájemně míchány s cílem zvýšit účinnost systému.

Izentropická křivka nasycených par

Teplota varu a tuhnutí

Maximální tolerovaná teplota

Latentní teplo a hustota

Potenciál narušení ozónové vrstvy (ODP) a potenciál globálního oteplování (GWP)

Korozivita, hořlavost a toxicita

Dostupnost a cena
Odhaduje se, že z odpadního tepla kogenerační jednotky o výkonu 1 MW el může být
vyrobeno až 7-10% dodatečné elektrické energie (70-100 kW el) (FNR 2010). Celková
elektrická účinnost bioplynové stanice se tak může navýšit až k hodnotě 45%. Odpadní teplo
z ORC procesu může být teoreticky dále využito pro vytápění, nicméně častěji bývá
vypouštěno do okolí.
Obrázek 35 ukazuje příklad ORC modulu pro standardní bioplynovou stanici. V tomto
konkrétním případě může jedna jednotka generovat až 125 kW elektřiny z tepelného zdroje o
výkonu 980 kW th. Minimální teplota je 121°C. Větší část pochází z rekuperace tepla
výfukových plynů a menší část z předehřevu chladící vody motoru.
51
Tabulka 9: Charakteristiky vybraných kapalin z hlediska termodynamických procesů
Teplota varu
Kritický bod
Kritický bod
[°C]
[MPa]
Voda
374,00
22,06
100,00
-
Amoniak (NH3)
132,30
11,33
-33,30
477,00
n-Butan C4H10
152,20
3,80
-0,40
-
n-Pentan C5H12
196,80
3,37
36,20
-
C6H6
289,20
4,90
80,00
327,00
C7H8
5645,00
4,10
110,60
-
R134a
(HFC-134a)
101,20
4,06
-25,00
177,00
C8H10
343,20
3,50
138,00
-
R12
112,00
4,13
-29,80
177,00
HFC-245fa
157,70
3,64
15,40
247,00
HFC-245ca
178,60
3,86
25,20
R11 (CFC-11)
198,00
4,41
23,20
147,00
HFE-245fa
171,00
3,73
-273,00
-
HFC-236fa
130,80
3,18
-1,00
-
R123
183,90
3,70
28,00
-
CFC-114
145,90
3,26
3,70
-
R113
214,30
3,41
47,40
177,00
n-PerfluoroPentan C5F12
147,60
2,05
29,40
-
Kapalina
52
[°C]
Teplota rozkladu
[°C]
(při tlaku 1 atm.)
Obrázek 32: ORC systém (R245fa) na bioplynové
stanici Dublovice, Česká republika
(Zdroj: GE Energy)
Obrázek 33: ORC systém (R245fa) (kontejner
vpředu) a bioplynové motory (kontejner
vzadu), na skládce, Warrington, Velká
Británie (Zdroj: Verdesis Services UK
Limited)
Obrázek 34: Schéma 125 kW “Clean Cycle” ORC modulu od GE Energy (Převzato od GE Energy)
53
Obrázek 35: “Clean cycle” ORC modulu od GE Energy (Zdroj: GE Energy)
3.4.3
Kalinův cyklus
Alternativu k ORC procesům, co se výroby elektrické energie z odpadního tepla
bioplynových stanic týče, představuje tzv. Kalinův cyklus. V současné době se však aplikace
Kalinova cyklu v rámci bioplynových stanic příliš nevyskytují.
Na rozdíl od výše zmíněných ORC procesů využívá Kalinův cyklus kapalnou směs vody a
amoniaku. Jelikož mají tyto dvě látky různé body varu, k odpařování dochází ve škále teplot
podobných destilaci. Proto může být ze zdroje získáno větší množství tepla než za
přítomnosti pouze jedné pracovní kapaliny. Při zvolení optimálního poměru mezi složkami
roztoku se může bod varu výsledné směsi nastavit tak, aby vyhovoval vstupní hodnotě tepla.
Voda a amoniak patří mezi nejčastěji používanou kombinaci, nikoli však jedinou.
Mezi výhody Kalinova procesu oproti ORC procesu patří:

Amoniak a voda jsou levnější než organické kapaliny použité v ORC procesu.

Je možná adaptace na různé teplotní úrovně.

Energetická účinnost je vyšší než u ORC jednotek.
Mezi nevýhody Kalinova cyklu oproti ORC patří:
54

Malá zkušenost s aplikací Kalinova cyklu na teplo z bioplynových stanic.

Amoniak má relativně vysoký korozivní potenciál což vede ke zvýšenému
opotřebování zařízení a je potřeba speciálních materiálů.

Celkové investiční náklady jsou vyšší než u ORC modulu.

Amoniak je jedovatý a zapáchá, proto je potřeba zamezit jeho úniku do okolního
prostředí.

Amoniak je hořlavý a výbušný.
3.4.4
Stirlingův motor
Stirlingův motor je tepelný motor pracující na bázi cyklické komprese a expanze vzduchu
nebo jiného plynu v různých teplotních úrovních za pomoci externího zdroje tepla, jako je
například právě odpadní teplo z bioplynových stanic. Stirlingův motor konvertuje teplo na
mechanickou práci, a tak může generátor produkovat elektřinu. Základním principem práce
motoru je cyklus, ve kterém se stlačuje studený plyn, následně ohřívá, rozpíná a zase
ochlazuje. Systém je tak uzavřený a žádný plyn není do cyklu přidáván ani odebírán. Proto
bývá Stirlingův motor označován jako spalovací motor s vnějším spalováním. Teplo je
přenášeno přes tepelný výměník, který ohřívá plyn v motoru.
Existují různé druhy Stirlingova motoru, jako je například alfa typ s dvěma písty či modifikace
beta a gama doplněné dalším pístem (tzv. přeháněčem, který přesunuje pracovní plyn z
teplého prostoru do studeného a naopak). Princip práce Stirlingova motoru je zobrazen na
Obrázek 36, kde jsou znázorněné 4 fáze motoru typu alfa. Takový motor obsahuje dva písty
v separátních válcích, jeden teplý a jeden studený. Teplý válec je umístěn uvnitř výměníku
tepla s vysokou teplotou a studený ve výměníku s nízkou teplotou. Tento typ motoru má
vysoký poměr výkonu k objemu, ale má technické nedostatky s životností těsnění na straně
teplého pístu. Píst bývá v praxi zakryt izolační hlavicí, nicméně děje se tak na úkor prostoru.
(Wikipedie)
1. Nejvíce pracovního plynu je v teplém válci v kontaktu se stěnami.
Plyn se zahřívá a jeho roztahování pohání teplý píst ke dnu válce.
Expanze pokračuje ve studeném válci, který je o 90° „pozadu“ za
teplým pístem v cyklu klikového mechanismu a odebírá energii
horkému plynu.
2. Plyn má největší objem. Píst teplého válce začíná přesunovat plyn
do studeného válce, kde se ochladí a tlak klesne.
3. Skoro všechen plyn je ve studeném válci a dále se ochlazuje.
Studený píst hnaný klikovým mechanismem (nebo jiným párovým
pístem na tom samém hřídeli) stlačuje pracovní plyn.
4. Plyn dosáhl minimálního objemu. Bude se v teplém válci ohřívat a
expandovat. Přitom bude pohánět teplý píst při pracovního zdvihu.
Obrázek 36: Základní princip alfa typu Stirlingova motoru (Zdroj: Wheeler R. (Zephyris), Wikipedie 2007)
Obecně platí, že Stirlingovy motory mají mnohem nižší účinnost než motory s vnitřním
spalováním, a bývají proto využívány jen ve specializovaných aplikacích. Použití takového
motoru pro zpracování odpadního tepla z bioplynových stanic je vzhledem k nízkým teplotám
velmi omezené, jelikož Stirlingův motor pracuje optimálně při vyšších teplotách (nad 900°C).
55
V současné době jsou Stirlingovy motory komerčně dostupné pouze s malými výkony (okolo
40 kW el.), pořizovací ceny jsou navíc stále velmi vysoké. Mezi další problémy patří koroze a
zanášení výměníku tepla výfukovými plyny, které obsahují oxid siřičitý (SO2).
3.4.5
Plynová turbína pro využití spalin
Další možností ke zvýšení celkového elektrického výkonu bioplynové stanice je instalace
plynové turbíny do spalinové cesty kogenerační jednotky. Snahou je v tomto případě
eliminovat korozivní poškození turbíny. V současné době však nabízí kvalitní turbíny
využívající spaliny jenom několik výrobců.
Obrázek 9 zobrazuje motor s duálním palivem a instalovanou turbínou. Turbína je
integrována do spalinové větve dvoupalivové kogenerační jednotky dodávané firmou
SCHNELL. Disponibilní tepelná energie se prostřednictvím této turbíny a s ní spojeného
rychlootáčkového turbogenerátoru přeměňuje na energii elektrickou. Díky použitému
invertoru je pak možné z turbíny získat až 30 kW elektrické energie navíc. Dle firmy
SCHNELL se energetická účinnost zvýší v porovnání s konvenčními kogeneračními jednotky
s instalovaným motorem typu Otto až o 20%.
Obrázek 37: Dvojpalivový motor (typ Gas-Pilot
Obrázek 38: Turbína z předchozího obrázku
Injection), kapacita 235 kWel, integrovaná
(Zdroj: Schnell Motoren AG)
turbína na výfukové plyny, kapacita 30 kWel
(Zdroj: Schnell Motoren AG)
56
4 Inovativní koncepty efektivního využití bioplynu
Jak již bylo uvedeno v předchozích kapitolách, existuje několik možností pro využití bioplynu.
V současnosti je nejrozšířenější spalování bioplynu v kogeneračních jednotkách spojené
s výrobou elektrické energie a tepla. Kogenerační jednotky jsou v naprosté většině případů
umístěny přímo u bioplynové stanice. Posun výroby energie od fosilních zdrojů k většímu
využívání obnovitelných zdrojů energie vede k hledání, výzkumu a aplikací energeticky
efektivnějších konceptů pro využití bioplynu. I když tyto koncepty nejsou přímo předmětem
obsahu této příručky, která se soustředí na využívání odpadního tepla z bioplynových stanic,
je o nich stručně pojednáno, aby byla prezentována celá škála možností využití bioplynu.
V závislosti na stavu budoucích energetických systémů může bioplyn hrát nové a dokonce
ještě významnější role. Využívání bioplynu s cílem maximalizovat výrobu elektrické energie
v kogeneračních jednotkách k výrobě může postupně klesat a naopak nové způsoby využití
bioplynu budou nabývat na významu.
4.1
Bioplynovody a satelitní kogenerační jednotky
Jedním z přístupů, který efektivně využívá energetický obsah bioplynu, je přepravit ho
pomocí plynových potrubí (mikrosítě bioplynu) do takzvaných satelitních kogeneračních
jednotek, které jsou blízko odběrateli tepla (Obrázek 40, Obrázek 39). Počet projektů
s takovými systémy (s jednou nebo více KJ jednotkami) se zvyšuje. Tyto projekty se většinou
realizují u výroben bioplynu, které nemají většího odběratele přímo na místě. Aby bylo
možné plně využívat teplo, přepravuje se bioplyn samostatným potrubím k zákazníkům.
Tento systém je dobrou alternativou k malým oblastním vytápěcím systémům, kde se
zákazníkům dodává potrubím horká voda.
V Tabulka 10 je obecné srovnání bioplynových a teplovodních potrubí. Výběr vhodného
systému je ovlivněn mnoha lokálními faktory a obsahuje technická, ekonomická a právní
hlediska. Všeobecně lze říci, že bioplynová potrubí a sítě dávají lepší výsledky než lokální
rozvody tepla, a to přímo úměrně k velikosti sítě. Rozvody tepla jsou omezeny jen na okolí
satelitní kogenerační jednotky, takže energetické ztráty jsou mnohem menší.
Předpokladem k přepravě bioplynu potrubím k satelitním KJ je dobře vysušený plyn. Pokud
je plyn příliš mokrý, sráží se voda v potrubí a způsobuje korozi a ucpávání. Kvůli korozi je
třeba plyn také odsířit.
57
Obrázek 39: Začátek bioplynového potrubí do satelitní kogenerační jednotky v Třeboni, Česká republika
(Zdroj: D. Rutz)
Obrázek 40: Bioplynové potrubí k satelitním kogeneračním jednotkám (vlevo), malý vytápěcí systém
(vpravo)
58
Tabulka 10: Porovnání různých charakteristik bioplynových a teplovodních vedení
Charakteristika
Bioplynové potrubí
Teplovodní potrubí
Umístění kogeneračních jednotek (KJ)
Většinou jedna KJ v místě
výrobny bioplynu (pro
vytápění fermentorů) a
několik satelitních KJ na
konci bioplynového potrubí
Jedna nebo několik KJ,
centralizovaných u
výrobny bioplynu
Přepravovaná látka
Bioplyn
Horká voda
Kompresor/čerpadlo
Plynový kompresor
Vodní oběhové čerpadlo
Počet potrubí
Je potřeba jen jedno potrubí
Pro uzavřený okruh je
potřeba přívodní a zpětné
potrubí
Potrubí
Plynová potrubí: odolná vůči
korozi, ocelové nebo
plastové potrubí s ochranou
proti korozi
Izolované oblastní
teplovodní potrubí:
většinou z plastů
Ztráty
Nízké ztráty plynu
Tepelné ztráty závisí na
izolaci, ale všeobecně
jsou energetické ztráty
vyšší než u plynu
Předúpravy
Sušení plynu, odsíření (<10
ppm), natlakování
Ohřev vody
Právní podmínky
Často není právní situace
zatím jasná a neexistuje
klasifikace bioplynových
potrubí. Vyšší požadavky na
bezpečnost.
Většinou již schválený
systém
Náklady
Náklady na plynové
kompresory jsou mnohem
vyšší než na cirkulační
vodní čerpadla
U teplovodního potrubí
jsou obvykle vyšší náklady
na montáž
Vyspělost řešení
Existuje jen několik příkladů
v některých zemích
Malé místní vytápěcí
systémy jsou velmi
rozšířené
Všeobecná vhodnost
Vhodnější pro delší
vzdálenosti
Vhodnější pro kratší
vzdálenosti
4.2
Úprava bioplynu a vtláčení biometanu do sítě
Další možností pro efektivní využití bioplynu je úprava (upgrading) na kvalitu biometanu a
následné vtláčení do sítě zemního plynu. V procesu úpravy se bioplyn nejprve zbaví nečistot,
jakými jsou sulfan, voda, dusík, amoniak, siloxany, drobné částice a kyslík. Odstranění
těchto látek a dosažení potřebné úrovně čistoty závisí na druhém kroku, ve kterém se
odstraní CO2 a podíl metanu se zvýší z 45-70% CH4 na >95% CH4. Tím se zvýší energetická
hustota. Základem celého procesu je technologie úpravy bioplynu, kterou lze rozdělit do čtyř
typů.
59

Adsorpční technologie: adsorpce pomocí technologie střídání tlaků (pressure swing
adsorption, PSA)

Absorpční technologie: vodní vypírka, fyzikální vypírka organickými rozpouštědly,
chemická vypírka

Permeační technologie:
membránová separace

Kryogenní rektifikace-vymrazování CO2
vysokotlaká
membránová
separace,
nízkotlaká
Nejčastěji používanou metodou je vodní vypírka, při které je stlačený plyn veden do
protiproudé kolony zkrápěné vodou, kde jsou oxid uhličitý a ostatní nežádoucí složky
surového bioplynu absorbovány do prací vody.
Po úpravě je biometan před vtlačením do sítě zemního plynu ještě kondicionován – upraven
na přesné požadované složení a výhřevnost, odorizován a stlačen.
V posledních letech se počet zařízení na rafinaci bioplynu postupně zvyšuje. V Německu je
v současné době v provozu kolem 100 zařízení na úpravu bioplynu, další se nachází v jiných
zemích, například Švédsku, Švýcarsku a Rakousku. Hlavní výhodou je, že když se biometan
zavede do sítě zemního plynu, lze ho snadno skladovat a využívat na kterémkoliv místě
s plynovou přípojkou. Tím lze využít veškerou jeho energii, neboť bioplyn lze využívat
například u odběratelů tepla. Hlavní nevýhody zařízení na úpravu bioplynu lze shrnout do
následujících bodů:

Vyšší investiční náklady na celý proces úpravy

V současné době kvůli vysokým nákladům vhodné jen pro větší bioplynové stanice

Proces úpravy vyžaduje energii

V mnoha zemích není vhodná infrastruktura
Koncept využití odpadů pro výrobu bioplynu a následnou úpravu na biometan se také nazývá
Waste-to-Biomethane (WtB), a v 5 evropských městech ho podporuje projekt UrbanBiogas
(výroba biometanu z městského odpadu, vtláčení do sítě a přeprava v městských oblastech)
(Rutz et al. 2011, Rutz et al. 2012). V mnoha evropských regionech je odpadové
hospodářství stále velkým problémem, a jen málo závodů využívá organický odpad pro
výrobu biometanu.
60
Obrázek 41: Technologie Pressure
Swing Absorption (PSA),
Aiterhofen, Německo
(Zdroj: Rutz)
4.3
Obrázek 42: Technologie vodní vypírky společnosti Swedish
Biogas International, Lidköping, Švédsko (Zdroj: Rutz)
Transport biometanu v kontejnerech
V místech bez sítě zemního plynu nebo bez přístupu k vedení zemního plynu může být
biometan skladován v kontejnerech a poté dopraven na místo spotřeby. V takovém případě
se biometan stlačí a plní do nádob ve formě Bio-CNG (Compressed Natural Gas – Stlačený
zemní plyn) nebo CBG (Compressed Biomethane Gas – stlačený biometan), viz Obrázek 43.
Tento přístup je častý ve Švédsku, kde je jen velmi malá hustota distribučních sítí zemního
plynu. Nádoby s Bio-CNG se dopravují do čerpacích stanic, jelikož většina biometanu ve
Švédsku se používá pro dopravu.
Biometan lze též zkapalnit jeho ochlazením na -162 ºC. Toho lze docílit použitím tekutého
dusíku. Kapalný biometan se nazývá Bio-LNG (Liquefied Natural Gas – zkapalněný zemní
plyn) nebo CBG (Liquid Biomethane Gas – zkapalněný biometan) a skladuje se v chlazených
nádobách, které se dodávají zákazníkům. Hlavní výhodou zkapalněného biometanu je vyšší
hustota energie (cca 5x vyšší než u Bio-CNG), což zvyšuje efektivitu transportu na velké
vzdálenosti. Na samotný proces zkapalnění je však potřeba velké množství energie. Proces
se v současné době používá pouze ve zkušebních centrech (viz Obrázek 44). Je možné, že
se v budoucnosti uplatní ve specializovaných případech, například v lodní nebo letecké
dopravě. Hlavními nevýhodami jsou vysoké náklady, vysoké energetické ztráty a
bezpečnostní rizika.
61
Obrázek 43: Nádoby na transport CBG u bioplynové stanice v Borasu, Švédsko (Zdroj: Rutz)
Obrázek 44: Bioplynová stanice společnosti Swedish Biogas International produkující LBG, Lidköping,
Švédsko (Zdroj: Rutz)
4.4
Využití biometanu v dopravě
Na biometan se stále častěji nahlíží jako na možné alternativní palivo v dopravě. V mnoha
zemích již existuje velmi kvalitní infrastruktura pro použití CNG v dopravě, včetně sítí
čerpacích stanic.
Jakmile je biometan vtlačen do distribuční sítě zemního plynu, lze ho používat pro dopravu
za použití existující infrastruktury pro CNG vozy (Rutz & Janssen 2008). Čerpací stanice
nabízející čistý CBG jsou zatím vzácné, většinou se nabízí směs CNG a CBG. V některých
případech je možné koupit čistý CBG, někdy i přímo na bioplynové stanici. V Evropě ve
využití CBG vedou Švédsko a Švýcarsko.
Zásadní překážkou využívání CBG (a CNG) je uložení biometanu ve vozidle a omezený
dojezd na jednu nádrž. Často se používají kombinované systémy na metan a benzín či
etanol. Mnoho osobních i nákladních vozidel je přestavěna – nádrž na stlačený plyn byla
dodatečně instalována v zavazadlovém prostoru a k původnímu benzínovému systému byly
přidány rozvody pro plyn (Al Seadi et al. 2008).
Zvyšuje se i počet vozidel jezdících čistě na biometan. Tyto jsou optimalizované pro vyšší
účinnost a lepší umístění nádrží na plyn bez omezení zavazadlového prostoru. Bioplyn se
skladuje při tlaku 200 – 250 barů v tlakových nádobách vyrobených z oceli nebo slitin hliníku
(ibid.).
62
Obrázek 45: Čerpací stanice biometanu společnosti Svensk Biogas Obrázek 46: CBG nádrž nákladního
v Linköpingu, Švédsko (Zdroj: Rutz)
automobilu, Švédsko
(Zdroj: Rutz)
4.5
Využití bioplynu pro řízení zátěže a zajištění stability sítě
Klíčovou výzvou pro budoucí energetické systémy (hlavně budoucí systémy elektrické
energie) je integrace mnoha různých drobných, decentralizovaných zdrojů energie do
celkového energetického systému. Se zvyšujícím se objemem energie z větrných a solárních
elektráren v síti je třeba nalézt nové, inteligentní řídicí systémy, které udrží stabilitu
energetického systému. Při stabilizaci budoucí elektrické sítě budou mít velkou roli systémy
pro skladování energie, stejně jako systémy, které dokáží rychle reagovat na měnící se
zátěž. Inteligentním elektrickým sítím s automatickou interakcí a komunikací systémů
nabídky a poptávky elektrické energie se též říká smart grids (chytré sítě).
Zemní plyn, bioplyn a biometan jsou energetické nosiče, které lze snadno skladovat
v zařízeních různé velikosti – od malých nádrží, které jsou součástí každé bioplynové
stanice, až po velké skladovací prostory, jakým je například samotná síť zemního plynu.
Energetické zdroje vyrábějící elektřinu z plynu (turbíny, motory) lze navíc velmi rychle
zapnout a vypnout. Tyto systémy jsou proto velmi vhodné pro stabilizaci sítě a kompenzaci
zátěže.
Elektřina ze zdrojů využívající kombinovanou výrobu elektřiny a tepla (KVET) spalujících
bioplyn nebo biometan může přispět ke stabilizaci sítě. V praxi by to znamenalo, že
provozovatel bioplynového závodu by nastavil provoz KGJ podle potřeb sítě. To je možné
jednoduchým zapínáním a odstavením kogenerační jednotky. K tomu by provozovatel
bioplynového závodu potřeboval signál od provozovatele distribuční soustavy nebo prodejce
elektřiny. Pomocí takových signálů by provoz KGJ mohl být řízen automaticky.
Cílem provozovatelů bioplynových stanic je však většinou maximalizace produkce elektrické
energie, zvlášť v případě, že mají příjem za každou kWh prodanou do sítě. Pokud by se
provozovatel bioplynové stanice měl účastnit stabilizace elektrické sítě, pak by se
kogenerační jednotky mohly pravidelně odstavovat. Za tuto službu a za ušlý zisk z prodeje
elektřiny by však musel provozovatel dostat kompenzaci. Dále by bylo třeba provozovatele
kompenzovat za investice do dodatečných kapacit pro skladování bioplynu.
Kromě dodatečné skladovací kapacity bioplynu může provozovatel bioplynové stanice také
řídit fermentační proces dávkováním surovin do fermentoru. Vzhledem k tomu, že proces
63
anaerobní digesce a potřebuje určitý čas na adekvátní odezvu v produkci bioplynu,
potřeboval by provozovatel vědět informace o potřebné výrobě elektrické energie předem.
Několik výzkumných a předváděcích projektů již implementovalo podobná inteligentní řešení
a potvrdilo jejich použitelnost (E-Energy, AlpEnergy).
4.6
Biometan a koncept Power-to-Gas
V konceptu Power-to-Gas (energie do plynu) (Obrázek 47) se přebytečná energie převádí
na syntetický metan. Se zvyšujícím se počtem větrných a solárních/fotovoltaických
elektráren vzniká přebytečná energie v průběhu roku a dne stále častěji. To se stává
v případech, kdy se vyrobí více energie z obnovitelných zdrojů, než lze spotřebovat nebo
přepravovat přes síť. Jednou z možností, jak vyřešit tento problém a udržet stabilitu sítě, je
tyto větrné a solární elektrárny odstavovat. Další možností je využít nadbytečnou energii
k výrobě syntetického metanu.
Pomocí nadbytečné energie se elektrolýzou rozštěpí voda na kyslík a vodík. Vodík se spolu
s CO2 (získaného například ze zařízení na úpravu bioplynu) přemění na metan pomocí
Sabatierova efektu (viz Rovnice 15 ). Tento metan lze dodávat do sítě zemního plynu, kde
funguje jako jeho náhrada.
Rovnice 15
Tento proces lze kombinovat buďto se zařízením na úpravu bioplynu, které dodá přímo CO2,
nebo s běžnou výrobnou bioplynu, který také obsahuje velké množství CO2.
Skladovací kapacita sítě zemního plynu, do které se čerpá syntetický metan, je velmi velká.
Systém Power-to-Gas je alternativou k hydroenergetickým skladovacím systémům
v místech, kde nelze vybudovat hydroenergetickou infrastrukturu. Je také alternativou k jiným
skladovacím systémům, například bateriím, setrvačníkům, stlačenému vzduchu atd. Nutným
předpokladem pro tento systém je dostupnost vody a zdroje CO2. Vyrobený kyslík je
vedlejším produktem, který lze též využít k prodeji.
Podle údajů Worldwatch Institute (2012) jednou z hlavních nevýhod tohoto přístupu jsou
značné energetické ztráty. Konverze energie na metan má účinnost pouze cca 60%. Pokud
se metan později použije v elektrárně k výrobě energie, klesne účinnost na 36%.
Hydroenergetická úložiště s čerpadly mají naopak účinnost 70-80%. Z ekologického hlediska
je ale jistě lepší využít tuto technologii, než zcela „ztratit“ elektrickou energii odstavením
větrných a solárních elektráren.
V Německu, které má velké kapacity větrných elektráren na severu a velkou poptávku po
energii na jihu, by systémy Gas-to-Power mohly být jedním z opatření ke stabilizaci
energetické sítě. V současné době se buduje několik výzkumných a předváděcích zařízení,
které jsou uvedeny v následujícím seznamu (Dena 2012).
64

Enertrag-Hybridkraftwerk, Prenzlau

E.ON-Pilotanlage, Falkenhagen

SolarFuel-Alpha-Anlage, Stuttgart

250-kW-Power-to-Gas-Pilotanlage, Stuttgart

Audi-e-gas-Anlage, Werlte

Demonstrations- und Innovationsprojekt RH2, Werder/Kessin/Altentreptow
Obrázek 47: Koncept Power-to-Gas
65
5 Možnosti využití pro vytápění
Jak je dokumentováno v této příručce, pro efektivní využití bioplynu existuje mnoho
možností. Cílem všech je maximalizovat využití energie z konverze bioplynu.
Pro provozovatele bioplynové stanice je hlavním cílem maximalizovat tržby z výroby bioplynu
a zároveň dodržovat zákonné požadavky. Tato kapitola proto poskytuje přímé rady pro
provozovatele bioplynové stanice, jak zvolit nejlepší možnosti využití tepla pro různé
rámcové podmínky.
Nejúčinnějším a nejziskovějším způsobem využití bioplynu je výroba elektřiny a tepla
v účinné a moderní kogenerační jednotce s výrobou tepla (KVET) a využití vyrobeného
tepla přímo v areálu bioplynové stanice. Teplo lze použít pro různé účely. V praxi však
málokdy nastává situace, kdy lze zároveň maximalizovat jak výrobu elektrické energie, tak i
poptávku a nabídku tepla.
Obecně velmi dobrou alternativou k současné maximalizaci výroby elektřiny a tepla je
dodávka upraveného bioplynu do sítě zemního plynu. Tím lze biometan využívat v satelitních
kogeneračních jednotkách v místech s vysokou poptávkou po teplu i elektřině. Zde jsou
problémem velmi vysoké investiční náklady zařízení na úpravu bioplynu, a proto je řešení
vhodné pro velká zařízení.
V prvotní plánovací fázi projektů na využití odpadního tepla z bioplynových stanic je potřeba
ještě před zahájením podrobného rozpracovávání projektu si položit následující čtyři klíčové
otázky

Je možné teplo z kogenerační jednotky využít přímo na místě (např. vyhřívání
fermentoru, vytápění vlastních domů a stájí, chlazení a sušení zemědělských
produktů, sušení odpadního kalu, hygienizace, atd.)? Kolik tepla lze využít pro vlastní
potřebu?

Nachází se v okolí stanice potenciální externí odběratel tepla? Jak spolehlivá je
poptávka po teplu? Jak daleko je zákazník od bioplynové stanice? Je poptávka
nepřetržitá nebo sezónní? Jaké smlouvy a na jakou dobu lze se zákazníkem uzavřít?

Pokud nelze žádného zákazníka pro teplo najít, lze nějakého „vytvořit“ v blízkosti
výrobny bioplynu (např. sušárna, skleníky, aquakultura)?

Pokud nelze žádného zákazníka pro teplo najít, vyplatilo by se vybudovat zařízení
na úpravu bioplynu? Je závod dostatečně velký? Jak daleko se nachází síť
zemního plynu? Existuje v zákoně podpora výroby biometanu?
Kromě těchto otázek poskytuje následující kontrolní seznam přehled dalších důležitých
aspektů, které je třeba vzít v úvahu při podrobném plánování:
Jaký je hlavní cíl bioplynové stanice?

Současná situace stanice (existující nebo plánovaná)

Maximalizace výroby elektřiny a tepla (a výnosy ze sazby za prodej elektřiny do sítě)

Maximalizace výroby tepla

Zapojení se do řízení zátěže se zvýšenými skladovacími prostory plynu a výkony
kogeneračních jednotek
Jaké jsou legislativní možnosti a omezení?

66
Příslušné zákony týkající se výroby obnovitelné energie z bioplynu

Specifické legislativní aspekty týkající se využití tepla, účinnosti, velikosti zařízení atd.
(např. požadavek 60% využití tepla v Německu)

Specifické legislativní aspekty týkající se dodatečných kapacit pro skladování plynu

Specifické legislativní aspekty týkající se přispívání ke stabilitě energetické sítě

Specifické legislativní aspekty týkající se klasifikace a ochrany území (například
chráněné oblasti)

Specifické legislativní aspekty týkající se bezpečnosti

Schvalovací procesy
Jaká jsou omezení na místě?

Dostupné místo pro další zařízení

Majetkové vztahy s dotčenými osobami (například potrubí procházející pozemky
různých majitelů)

Klasifikace a ochrany oblastí (například chráněné oblasti)
Které technologické aspekty je třeba zvážit?

Dodatečné skladovací kapacity pro bioplyn

Dodatečná kapacita kogeneračních jednotek pro špičky v odběru elektřiny

Dodatečné plynové hořáky pro špičky v odběru tepla

Životnost zařízení

Požadavky na údržbu

Vyspělost a spolehlivost technologie

Technický monitoring
Které finanční aspekty se projektu týkají?

Cena elektřiny

Cena vytápění a chlazení

Cena za další služby, např. sušení

Cena za produkty aquakultury

Investiční náklady na potřebné vybavení a instalace

Náklady na kapitál (úroková sazba)

Poměr vlastních aktiv a úvěrů

Náklady na potřebná zařízení

Náklady na výměnu zařízení

Náklady na provoz a údržbu

Náklady na dodatečné pracovní síly

Dostupné dotace z veřejných zdrojů
67
Jaké jsou kapacity provozovatele?

Znalosti a kvalifikace provozovatele

Kvalifikované pracovní síly

Potřebné přesčasové práce
Které smluvní vztahy s (obchodními) partnery jsou relevantní k projektu?
68

Smlouvy na dodávku elektřiny

Smlouvy na dodávku tepla

Trvání smluv

Zaručená/nezaručená dodávka

Spolehlivost výrobců

Existující zkušenosti s obchodními partnery

Vztahy se sousedy

Partneři ze soukromého nebo veřejného sektoru

Investoři
6 Závěr
Na závěr lze říci, že nejčastější koncepty využití tepla u zemědělských bioplynových
stanic v dnešní době představují přímé využití tepla pro vlastní potřebu (vytápění domů,
stájí) a sušení biomasy v zemědělských zařízeních. V těchto případech dostupné teplo často
přesahuje poptávku (v létě), takže je pořád velká část tepla mařena. U některých zařízení se
teplo využívá k sušení obilovin a zásobování blízkého okolí teplem. Využívání tepla pro
klimatizaci skleníků, pro chlazení a pro aquakulturu je zatím jen okrajové.
Nejčastějším konceptem využití tepla u bioplynových stanic zpracovávajících biodpad je
využití pro vlastní potřeby, například hygienu a sanitaci. Některé stanice také dodávají teplo
do lokálních systémů vytápění. Některé stanice navíc využívají teplo k sušení digestátu. To
samé platí pro čistírny odpadních vod, které čistírenský kal používají pro výrobu bioplynu.
Zvláštním případem je Švédsko, kde nejčastějším případem je úprava bioplynu na biometan
a následná distribuce do čerpacích stanic biometanu.
V Německu se zvyšuje množství budovaných stanic na výrobu biometanu a jeho vtláčení do
sítě zemního plynu. Z přibližného počtu 7500 existujících bioplynových stanic je v současné
době v provozu kolem 100 stanic s úpravou bioplynu na biometan. Vláda plánuje tento počet
značně zvýšit.
Omezená dostupnost zdrojů, konkurence ve využívání půdy a zvýšená konkurence ve
využívání odpadních materiálů: To jsou všechno faktory, které vyvíjí tlak na bioplynové
stanice. Bude proto stále důležitější maximalizovat využitelnou energii získanou z bioplynu.
To znamená aplikovat kvalitní a efektivní koncepty pro využití tepla z bioplynových stanic
spojených s kogeneračními jednotkami. Bez kvalitního konceptu pro využití tepla hrozí
budoucím bioplynovým stanicím, že přestanou být rentabilní a ekologicky výhodné.
Cíl maximalizace výroby energie platí i pro zařízení na úpravu bioplynu.
Zvláštní roli hraje využití biometanu v dopravě. V současné době je doprava silně závislá na
pohonných hmotách na bázi uhlíku. Použití bezuhlíkatých paliv (vodík, elektrická energie)
hraje v současné době jen malou roli v dopravě. I když je biometan také uhlíkatým palivem,
mohl by v budoucnosti významně přispět do palivového mixu v dopravě. Toto je důležité,
neboť alternativy uhlíkatých paliv jsou velmi omezené. Tím by mohla být akceptována
všeobecně nižší účinnost spalovacích motorů vozidel.
69
Glosář a zkratky
V glosáři a přehledu zkratek jsou popsány a definovány různé běžné i specifické výrazy,
termíny a slova používaná v této příručce. Hlavním cílem přehledu je usnadnit překlad
příručky do národních jazyků. Mnohé z výrazů byly převzaty z encyklopedie Wikipedia.
Absorpce: proces, v němž atomy, molekuly nebo ionty vstupují do masy objemnější látky
(plyn, kapalina, pevný materiál). Tento proces se liší od adsorpce, poněvadž molekuly
podstupující absorpci jsou pojmuty objemem, ne povrchem (jako je tomu u adsorpce).
AD: viz Anaerobní digesce
Adsorpce: přilnavost atomů, iontů nebo molekul plynu, kapaliny nebo rozpuštěné pevné
látky k pevnému povrchu
Amoniak (čpavek): Plynná sloučenina vodíku a dusíku, NH3, se silně čpícím zápachem a
palčivou chutí.
Anaerobní digesce: Nazýváno také vyhnívání nebo fermentace: mikrobiální proces rozkladu
organické látky v bezkyslíkatém prostředí, na kterém se podílí široké konsorcium
mikroorganizmů. Anaerobní digesce (AD) má dva hlavní koncové produkty: bioplyn (plyn
sestávající ze směsi metanu, oxidu uhličitého a dalších plynů a stopových prvků) a digestát
(fermentační zbytek). Proces AD je běžný v mnoha přirozených prostředích a využívá se
dnes k výrobě bioplynu ve vzduchotěsných reakčních nádržích, které se obvykle nazývají
fermentory.
Aquakultura: Aquakultura, rovněž známá jako aquafarmaření, je chov vodních organizmů,
jako jsou ryby, korýši, měkkýši a vodní rostliny. Aquakultura zahrnuje kultivaci sladkovodních
a mořských populací za kontrolovaných podmínek a liší se od komerčního rybolovu, což je
odchyt volně žijících ryb. Aquakultura může fungovat v přirozených nebo umělých vodních
nádržích, případně v uzavřených umělých systémech.
Aquaponický: uměle vytvořené slovo obsahující výrazy aquakultura (ryby) a hydroponický
(rostliny).
Bio-CNG: viz Stlačený biometan
BiogasHeat: Projekt (Rozvoj trvale udržitelných tepelných trhů pro bioplynové stanice
v Evropě) financovaný v rámci programu Evropské komise Inteligentní energie pro Evropu, v
rámci kterého byla zpracována i táto příručka.
Bioplyn: Plyn vznikající anaerobní fermentací organických látek, sestávající především
z metanu a oxidu uhličitého, obsahující dále minoritní složky jako jsou sulfan, voda, a další
sloučeniny.
Bio-LNG: viz Zkapalněný zemní plyn
Biometan: Bioplyn upravený na kvalitu zemního plynu s obsahem CH4 >95%
CBG: viz Stlačený biometan
Centralizované chlazení: Centralizované chlazení je systém umožňující rozvod chlazené
vody, případně směsí vody a ledu z centrálního zařízení za účelem bytového a komerčního
chlazení, např. klimatizace.
Centralizované vytápění: Centralizované vytápění je systém pro přenos tepla (pomocí
horké vody nebo páry) vytvářeného centrálně za účelem uspokojení požadavků bytového a
komerčního vytápění, např. vytápění prostor či ohřev vody.
70
CH4: viz Metan
CHP (combined heat and power): český ekvivalent KVET (kombinovaná výroba
elektřiny a tepla): Společná výroba elektřiny a tepla (synonymum kogenerace): Současná
výroba elektřiny a využitelné tepelné energie z jednoho zdroje. Odpadní teplo
z průmyslových procesů může být využito k pohánění elektrického generátoru (bottoming
cycle). Naopak zbytkové teplo z elektrárenského zařízení může být použito pro průmyslové
procesy nebo za účelem vytápění prostorů či ohřevu vody (topping cycle).
Citelná energie: viz termín „citelné (zjevné) teplo“
Citelné (zjevné) teplo: Citelné teplo je teplo vyměňované termodynamickým systémem,
jehož jediným účinkem je změna teploty.
Clausiův-Rankinův cyklus (CRC): Termodynamický uzavřený cyklus, v němž zpravidla
voda ohřívaná, odpařovaná, dopravována na turbínu, kde dochází k adiabatické expanzi
páry a následně nastává kondenzace páry. Uvolněná energie slouží k pohonu turbíny a
generátoru výroby elektřiny.
CNG: Stlačený zemní plyn
CO2: viz oxid uhličitý
Kondenzační kotel: Kondenzační kotle slouží k ohřevu vody a mají vysokou účinnost
(běžně přes 90 %), které je dosaženo využitím odpadního tepla spalin k předehřívání
studené vody vstupující do kotle. Mohou spalovat plyn, topný olej nebo biopaliva.
Kondenzační kotle využívají skupenské teplo vodní páry odcházejících ve spalinách její
kondenzací
COP: viz Topný faktor
CRC: viz Rankinův-Clausiův cyklus
DH (district heating): Centralizované zásobování teplem (CZT)
DHC: Centralizované vytápění a chlazení
DHW (domestic hot water: teplá užitková voda (TUV), nově pouze „teplá voda (TV)
Dodávka teplé vody pro domácnosti
Diagram doby trvání tepelného výkonu: Graf podobný časovému diagramu potřeb, ale
odlišuje se v tom, že údaje o potřebě tepla jsou uvedeny v sestupném pořadí dle velikosti,
nikoli chronologicky.
Diagram potřeby tepla: Diagram potřeb tepla je graf, který znázorňuje skutečnou spotřebu
tepla nebo elektřiny v průběhu času, obvykle jednoho roku (8 760 hodin). Poskytuje tak
informace ohledně celkové dodávky tepla, zatížení ve špičkách a další charakteristiky
zatížení vzhledem k časovému průběhu.
Digestát: Upravený/zfermentovaný zbytek po procesu AD (syn. AD zbytky, digestovaná
biomasa, anaerobně fermentovaná biomasa, fermentační zbytek)
Digesce (fermentace): viz Anaerobní digesce
Drůbež: Kategorie domestikovaného ptactva, chovaného člověkem za účelem sběru vajec či
chovu pro maso, event. peří.
Dvoupalivový motor: viz Plynový vznětový motor se zápalným paprskem
EER: viz Chladicí faktor
Elektrolýza: Elektrolýza je metoda využívající stejnosměrný elektrický proud (DC) k průběhu
chemické reakce, k níž by jinak spontánně nedošlo. Elektrolýzou lze například rozložit vodu
na jednotlivé prvky vodík a kyslík.
Poskytovatel energetických služeb (ESCo, ESCO): poskytovatel energetických služeb je
komerční podnik poskytující širokou škálu komplexních energetických řešení včetně návrhu
71
a realizace projektů na úsporu energie, akumulace energie, outsourcingu energetické
infrastruktury, výroby elektřiny, dodávek energie a managementu rizik.
Ekvivalent barelu ropy (boe): Množství energie obsažené v jednom barelu surové ropy, tj.
přibližně 6,1 GJ, tedy 1 700 kWh. „Barel ropy“ je jednotka objemu kapalin shodná s 42 U.S.
galony (35 imperiálních galonů nebo 159 litrů). Přibližně 7,2 barelů je ekvivalentem jedné
metrické tuny ropy.
Entalpie: Entalpie je měřítko celkové energie termodynamického systému.
Entropie: Entropie je měřítko rovnoměrnosti, s jakou je energie distribuována v systému. Ve
fyzikálním systému poskytuje entropie měřítko pro množství energie, která nemůže
být využita ke konání práce.
ESCo: viz Poskytovatel energetických služeb
Exergie: V termodynamice značí exergie systému maximální užitečnou práci, která může být
využita během procesu, který uvede systém do rovnováhy se zásobníkem tepla. Je-li
zásobníkem okolí, představuje exergie schopnost systému zapříčinit změnu, jakmile
dosáhne rovnováhy se svým okolím. Exergie je energie, která je k dispozici pro využití. Poté
co systém a okolní prostředí dosáhnou rovnováhy, má exergie nulovou hodnotu. Určení
exergie bylo prvním cílem termodynamiky.
Feed-in: Dodávka elektřiny do elektrické sítě. Obdoba dodávky biometanu do sítě zemního
plynu.
Fermentor: (někdy nazýván také bioreaktor) uzavřená nádrž, zpravidla tvaru vertikálního či
horizontálního válce, případně garážový fermentor (pro suchou fermentaci), kde může
probíhat proces anaerobní fermentace.
osilní palivo: Fosilní paliva se tvořila milióny let přírodními procesy, jako je například
anaerobní rozklad uhynulých organizmů.
Generátor: Zařízení na přeměnu mechanické energie na elektrickou. Generátor
v absorpčních chladících jednotkách je zařízení, ve kterém se za pomoci dodávky tepla
odděluje chladící médium od transportního.
GWP: viz termín „potenciál globálního oteplování“
H2: viz termín „vodík“
H2O: viz termín „voda“
H2S: viz termín „sulfan“
h-x diagram: Mollierův h-x diagram umožňuje definovat měnící se charakteristiky vlhkého
vzduchu při jeho zahřátí, ochlazení, zvlhčení a vysoušení.
Hořák na nizkovýhřevný plyn: Hořák, který se používá ke spalování plynu s nízkou
výhřevností (menší než 8,5 MJ/Nm3).
Hydroxid barnatý: chemická sloučenina se vzorcem Ba(OH)2. Sloučenina, známá rovněž
jako baryt, je jednou z hlavních sloučenin baria. Běžnou komerčně využívanou formou je bílý
granulovaný monohydrát.
Hygienizace: Hygienizace je způsob tepelné a/nebo tlakové předúpravy vstupní suroviny
(odpadů) prováděné za účelem snížení výskytu patogenních mikroorganismů ve vstupní
surovině.
Chlazení: Chlazení je přenos tepelné energie tepelným zářením, vedením tepla nebo
prouděním, čímž dochází ke změně teploty cílového systému z vyšších teplot na teploty
nižší.
ibid. (tamtéž): je výraz používaný při citaci nebo uvedení odkazu na poslední citovaný zdroj.
72
Instalovaný výkon: Instalovaný výkon je celkový elektrický nebo tepelný výkon zařízení na
výrobu energie.
Joule (J): Metrická jednotka energie, která je definována jako práce kterou koná síla 1
Newtonu působící po dráze jednoho metru. 1 joul (J) = 0,239 kalorie; 1 kalorie (cal) = 4,187 J
Kalinův proces: Kalinův proces nebo cyklus je termodynamický proces pro přeměnu
tepelné energie na využitelnou mechanickou energii. Jako pracovní kapalinu využívá roztok
2 kapalin s různými body varu.
Kapacita: Maximální výkon, který je stroj nebo systém schopen vydat nebo bezpečně
přenést (maximální momentální výkon zdroje za specifických podmínek). Kapacita
energetických zdrojů se zpravidla vyjadřuje v kilowattech nebo megawattech.
Kilowatt (kW): Jednotka elektrického nebo tepelného výkonu, rovnající se 1 000 W.
Kilowatthodina (kWh): Nejčastěji používaná jednotka energie. Znamená jeden kilowatt
elektřiny nebo tepla dodaného za jednu hodinu.
Koeficient energetické účinnosti (EER): poměr výkonu a spotřebované elektřiny
specifického zdroje, u chlazení též chladicíc faktor
Kogenerace: viz Společná výroba elektřiny a tepla (KVET)
Křivka doby trvání odběru: Křivka doby trvání odběru se podobá odběrové křivce, avšak
údaje o odběru jsou spíš než chronologicky seřazeny v sestupném pořadí.
kWel: Elektrický výkon (kapacita)
kWh: viz termín „kilowatthodina“
kWth: Tepelný výkon
Kyslík: Při standardní teplotě a tlaku jde o dva spojené atomy chemického prvku, které
vytváří bezbarvý, dvouatomární plyn bez chuti a zápachu s chemickým vzorcem O2. Kyslík je
důležitou součástí atmosféry a je nezbytně nutný pro zachování pozemského života.
LBG: Zkapalněný biometan
LNG: viz termín „zkapalněný zemní plyn“
LPG: viz termín „zkapalněný propan“
m³: Metr krychlový představuje objem 1x1x1 m. Jeden metr krychlový přibližně odpovídá 1
tuně vody.
Materiál s látkovou přeměnou (PCM): Materiál s látkovou přeměnou je materiál s vysokým
skupenským teplem tání, který je při tání a tuhnutí za určité teploty schopen uchovat a uvolnit
velké množství energie. K absorpci či uvolnění tepla dochází při změně skupenství materiálu
z tuhého na kapalné a naopak.
Mezofilní proces: Proces anaerobní fermentace při teplotě 25°C až 45°C.
Metan: CH4 je hořlavý, výbušný a bezbarvý plyn bez zápachu a chuti, který je málo
rozpustný ve vodě a rozpustný v alkoholu a éteru; teplota varu je -161,6ºC a teplota tání 182,5ºC. Vzniká v močálech a bažinách z rozkládající se organické hmoty a představuje
hlavní nebezpečí exploze v podzemí. Metan je hlavní složkou (až 97%) zemního plynu,
používá se jako surovina v petrochemii a jako palivo. Ve směsi se vzduchem tvoří vysoce
třaskavou směs a je významný skleníkový plyn.
Minisíť (nebo mikrosíť): Integrovaný lokální systém pro výrobu, přenos a distribuci elektřiny
nebo tepla pro zásobení několika zákazníků.
mol: Mol je jednotka SI používaná v chemii pro vyjádření množství chemické látky,
definovaná jako množství látky obsahující tolik elementárních entit (např. atomů, molekul,
iontů a elektronů), kolik je atomů v 12 g čistého uhlíku. To odpovídá hodnotě
6,02214179(30)×1023 elementárních entit látky.
73
Motor se zážehovým paprskem: plynový motor používající malý podíl kapalného paliva,
jehož vstřikováním se palivová směs vzněcuje jako u vznětových motorů
NH3: viz termín „amoniak“
Nm³: V zemích, kde se používá metrická soustava jednotek SI, se výraz „normální metr
krychlový“ (Nm3) velmi často používá pro označení objemu plynu za určité normalizované
či standardní podmínky. Přitom neexistuje všeobecně akceptovaný soubor
normalizovaných či standardních podmínek. V Německu představuje jednotka Nm³ objem
plynu za následujících normálních podmínek: 1,01325 bar, vlhkost 0% (suchý plyn), 0°C
(DIN) nebo 15°C (ISO).
O2: viz termín „kyslík“
Obsah vody: Poměr hmotnosti vody obsažené v materiálu (biomase) a vlastní hmotnosti
vlhkého materiálu.
Octan sodný: Chemická sloučenina se vzorcem CH3COONa, často zkracovaná jako NaOAc
nebo také označovaná jako ethanoát sodný, je sodná sůl kyseliny octové. Tato bezbarvá
sůl má široké spektrum použití.
ODP: viz termín „potenciál poškozování ozonové vrstvy“
Odpadářské bioplynové stanice: Bioplynové stanice používající jako vstupní surovinu
průmyslový či komunální organický odpad.
Odpadní teplo: Teplo z jakéhokoliv procesu, např. z kogenerační jednotky, které se uvolňuje
do atmosféry a není dále využito. Odpadní teplo se také může označovat termínem
„přebytečné teplo“, jelikož teplo jako druh energie nemůže podle zákona o zachování
energie zmizet.
ORC: Organický Rankinův cyklus
Organický Rankinův cyklus: Proces ORC je pojmenován pro použití organické vysoko
molekulární kapaliny se změnou skupenství kapalina-pára, které nastává při teplotě nižší,
než při změně vody v páru. Použití takovéto kapaliny umožňuje využití odpadního tepla
Rankinova cyklu ze zdrojů s nižší teplotou, např. bioplynových stanic.
Ottův plynový motor: Motor, který byl speciálně navržen pro využití plynů jako paliva.
Funguje na základě Ottova principu. Ottův motor je historický předchůdce všech zážehovým
motorů.
Oxid uhličitý: CO2 je přirozeně se vyskytující chemická sloučenina složená z dvou atomů
kyslíku s kovalentními vazbami k jednomu atomu uhlíku. Za standartní teploty a tlaku se
vyskytuje v plynné formě. Jako stopový plyn v koncentraci 0,039 % objemových se vyskytuje
se v atmosféře Země.
Palivový článek: Zařízení, které přímo přeměňuje energii paliva na elektřinu a teplo, aniž by
docházelo ke spalování.
Pára: Pára je technický výraz pro vodní páru čili plynnou fázi vody.
Plynová mikroturbína: Malá spalovací turbína s výkonem 25 až 500 kW. Mikroturbíny se
skládají z kompresoru, spalovacího zařízení, turbíny, alternátoru, rekuperátoru a
generátoru. V porovnání s dalšími technologiemi na výrobu elektřiny v malém měřítku
mikroturbíny nabízejí několik výhod, včetně malého počtu pohybujících se součástí,
kompaktní velikosti, nízké hmotnosti, větší účinnosti, nižších emisí, nižších nákladů na
elektřinu, a možnost k využití spalin.
Plynové turbíny využívající výfukové plyny: plynové turbíny, které využívají část
výfukových plynů pro dodatečnou výrobu elektřiny.
Plynové motory se zápalným paprskem: Plynové motory s pilotním vstřikem (nazývané
také dvoupalivové motory) jsou založeny na principu dieselového motoru.
74
Plynová turbína (synonym spalovací turbína): Turbína, která přeměňuje energii horkých
stlačených plynů (vznikajících hořením paliva ve stlačeném vzduchu) na mechanickou
energii. Standardně používaným palivem je zemní plyn nebo topný olej.
Potenciál globálního oteplování: GWP (Global warming potential) je relativní míra,
označující kolik tepla zachytí skleníkový plyn v atmosféře. Porovnává množství tepla
zachycené v určité hmotnosti zkoumaného plynu s množstvím tepla zachyceným stejnou
hmotností oxidu uhličitého. GWP se počítá za specifický časový interval - běžně za 20, 100
nebo 500 let. GWP je vyjádřen jako násobek oxidu uhličitého, jehož potenciál globálního
oteplování je standardizován na hodnotu 1. Např. GWP metanu za dobu 20 let je 72, což
znamená, že pokud by byla do atmosféry vypuštěna stejná hmotnost metanu a oxidu
uhličitého, metan zachytí v příštích 20 letech 72krát více tepla než oxid uhličitý.
Potenciál poškozování ozonové vrstvy (ODP): ODP (Ozone Depletion Potential)
chemické sloučeniny je veličina popisující míru schopností dané látky odbourávat ozón za
stratosférických podmínek. Vyjadřuje se relativním způsobem, přičemž jako základ pro
porovnání byl vzat freon CFC-11 (trichlorofluormetan), nebo R-11 jehož hodnota ODP byla
položena rovna jedné. Hodnoty ODP u ostatních freonů a halonů se pak vyjadřují jako
násobky ODP freonu CFC-11. Např. chlorodifluormetan (R-22) má hodnotu ODP 0,055.
CFC 11 nebo R-11 se vyznačuje maximálním potenciálem pro poškození ozonové vrstvy
mezi chlorouhlovodíky přítomnosti tří atomů chlóru v molekule. ODP se často používá ve
spojitosti s potenciálem globálního oteplování (GWP), jako míra škodlivosti sloučeniny pro
životní prostředí. GWP představuje potenciál dané látky, jakým přispívá ke globálnímu
oteplování.
Přebytečné teplo: viz termín „odpadní teplo“
PCM (Phase change material): viz termín „materiál s látkovou přeměnou“
Proces Power-to-Gas (proces přeměny energie na plyn): Proces pro výrobu syntetického
metanu využitím elektrolýzy vody.
Pressure Swing Adsorption (adsorpce se střídáním tlaků): Způsob úpravy bioplynu na
kvalitu biometanu.
PSA: viz termín „Pressure Swing Adsorption“ (adsorpce se střídáním tlaků)
Psychrofilní proces: Proces anaerobní fermentace při teplotě pod 25°C.
r.: viz výraz "rok"
Rankinovy cykly: viz termín „Clausius-Rankinův cyklus"
Rok: Kalendářní rok označuje dobu jednoho oběhu Země kolem Slunce. Kalendářní rok v
Gregoriánském (i Juliánském) kalendáři má buď 365 (běžný rok) nebo 366 (přestupný rok)
dní. Roční fond provozních hodin u zařízení bioplynové stanice je brán jako 8 760 hodin.
Ropný ekvivalent: Tuna ropného ekvivalentu (toe) je jednotkou energie: udává množství
energie uvolněné při spálení jedné tuny surové ropy, cca 42 GJ/kg.
Satelitní kogenerační jednotka (KJ): Kogenerační jednotka na výrobu tepla a elektřiny,
která není umístěna v areálu bioplynové stanice, ale na jiném místě. S bioplynovou stanicí
je propojena potrubím na bioplyn.
SI: Mezinárodní soustava jednotek (zkratka SI pochází z francouzštiny: Système
international d'unités) je moderní forma metrické soustavy a představuje soustavu jednotek
měření sestavenou na základě sedmi základních jednotek a použití číslovky 10.
Skupenské (latentní) teplo: Skupenské teplo je teplo uvolňované nebo absorbované
tělesem či termodynamickým systémem během procesu bez změny teploty. Typickým
příkladem je změna skupenství, tj. přechod fází, např. tání ledu nebo var vody. Na rozdíl od
skupenského tepla vytváří citelná energie nebo teplo procesy, které mají za následek
změnu teploty systému.
75
Skleníkový plyn: Plyny, které zachycují sluneční teplo v zemské atmosféře, přičemž vzniká
skleníkový efekt. Dvěma hlavními skleníkovými plyny jsou vodní výpary a oxid uhličitý.
Mezi další skleníkové plyny patří metan, ozón, freony a oxid dusný.
Smart grid (Inteligentní síť): Inteligentní síť je elektrická síť, která používá informační a jiné
technologie k co nejefektivnějšímu přizpůsobení nabídky a poptávky. Inteligentní sítě jsou
měřítkem pro zlepšování účinnosti energií a s nárůstem využívání obnovitelných energií
budou nabývat na významu i při stabilizaci sítě.
kaly: Tekuté nebo tuhé kaly z čistírny odpadních vod, které, které vznikají při čištění
odpadních vod.
Stlačený biometan: stlačený biometan (CBG – Compressed biomethane gas) se získává
stlačením biometanu. Poněvadž má stejné vlastnosti jako stlačený zemní plyn, přejděte
k heslu „Stlačený zemní plyn“.
Stlačený zemní plyn: CNG – Compressed natural gas, se získává stlačením zemního plynu
na méně než 1 % objemu, který zabírá při standardním atmosférickém tlaku. Je uchováván a
distribuován v kontejnerech a nádržích pod tlakem 200–248 bar (2 900–3 600 psi).
Stirlingův motor: Stirlingův motor je tepelný motor fungující na bázi cyklického stlačování a
expanze vzduchu či jiného plynu, pracovního média, při různých úrovních teplot tak, aby
došlo k přeměně tepelné energie na mechanickou práci.
Sulfan (sirovodík): H2S je bezbarvý, velmi jedovatý hořlavý plyn charakterizovaný
zápachem zkažených vajec. Často vzniká bakteriálním rozkladem organické látky při
absenci kyslíku (anaerobní fermentace).
Syntetický metan: Metan vyrobený procesem Power-to-Gas.
Technologické teplo: Teplo používané v různých vnitřních či vnějších procesech (např.
ohřev fermentorů).
Teplo: Teplo je energie přenášená z jednoho systému do druhého pomocí tepelné interakce.
Na rozdíl od práce je teplo vždy doprovázeno přenosem entropie. Proudění tepla z místa o
vyšší teplotě do místa s nižší teplotou nastává samovolně. Tento proud energie je možno
využít a pomocí tepelného motoru částečně přeměnit na užitečnou práci. Druhý
termodynamický zákon sice nedovoluje proudění tepla z tělesa o nízké teplotě do tělesa o
vysoké teplotě, avšak s pomocí tepelného čerpadla lze využít externí práci k přenosu
energie z prostředí o nízké teplotě do prostředí o vysoké teplotě. V běžné angličtině má
výraz heat několik různých významů, zahrnující i teplotu. Ve fyzice je „teplo“ definováno
jako přenos energie a vždy souvisí s určitým druhem procesu. Termín „teplo“ se zaměňuje
za „tepelné proudění“ nebo „přenos tepla“. K přenosu tepla může docházet mnoha různými
způsoby: vedením, sáláním, prouděním, přenosem hmoty, třením nebo viskozitou a
chemickou disipaci.
Teplotní rozdíl (ΔT): Rozdíl dvou úrovní teplot, přičemž výsledek je vždy kladný.
Termodynamika: Termodynamika je odvětví přírodních věd zabývající se teplem a jeho
vazbou na další formy energie a práce. Zkoumá zejména změny v teplotě, entropii, objem
a tlak, které popisují průměrné vlastnosti těles a záření a vysvětluje, jak spolu souvisejí a
podle jakých zákonů se mění v průběhu času.
Termofilní proces: Proces anaerobní fermentace při teplotě mezi 45°C až 70°C.
Topný faktor (COP): COP = z anglického Coefficient Of Performance. Určuje účinnost
jednotky tepelného čerpadla, neboli kolik kW tepelné energie je vyrobeno oproti 1kW dodané
(spotřebované) energie (např. COP 3 znamená = 1kW dodané/ 3kW vyrobené energie).
Faktor COP byl vytvořen za účelem srovnání tepelných čerpadel co do jejich energetické
účinnosti Pro správně uváděný údaj, je velmi důležité znát podmínky při stanovení tohoto
parametru, především teplotu venkovního vzduchu, teplotu topné vody, příkon ventilátoru,
spotřebu energie pro rozmrazování atd.).
76
Turbína: Zařízení pro přeměnu tepelné energie páry nebo plynu s vysokou teplotou na
mechanickou energii. V turbíně prochází proud par nebo plynu vysokou rychlostí řadami
lopatek umístěných za sebou a připevněných ke středovému hřídeli.
Účinnost přenosu tepla: Poměr mezi využitelným množstvím získaného tepla a teplem
produkovaným ve spalovacím zařízení.
Vlhkost: Vlhkost označuje množství vodních par ve vzduchu
Voda: H2O obsahuje jeden atom kyslíku a dva atomy uhlíku a v běžných podmínkách je
kapalná, avšak často koexistuje na Zemi v pevném skupenství jako led nebo v plynném
skupenství jako vodní výpary či pára. Voda pokrývá 70,9 % zemského povrchu a je životně
důležitá pro všechny formy života.
Vodík: H2 je nejlehčí prvek a jeho jednoatomová forma (H1) je nejčastěji vyskytující se
chemickou látkou, která odhadem představuje 75% baryonické hmoty vesmíru. Při
standardní teplotě a tlaku je vodík bezbarvý, netoxický, a vysoce hořlavý plyn bez zápachu
a chuti s molekulárním vzorcem H2. Atomární vodík se vyskytuje na Zemi velmi vzácně.
Vodní pára: Vodní pára je plynné skupenství vody. Viz termín „pára.“
Vstupní surovina: Jakýkoli materiál vstupující do procesu, který je přeměněn na jinou formu
či produkt.
Vtláčení do sítě: Vtláčení biometanu do plynárenské sítě; ekvivalentem v sektoru elektřiny
je dodávka elektřiny do elektrické sítě.
Výměník tepla: Zařízení pro účinný přenos tepla z jednoho média do druhého, přičemž
kapaliny mohou být odděleny pevnou stěnou tak, aby nedošlo k jejich smíchání, nebo
mohou spolu být v přímém kontaktu.
Výfukový plyn: Plyn uvolněný ze spalovacího zařízení (hořák, motor) následkem spalování.
Obsahuje hlavně CO2 a další sloučeniny.
Výhřevnost: Množství tepla uvolněné během spalování stanoveného množství paliva
(bioplyn, biometan).
Výkon: Množství vytvořené práce nebo přenesené energie za jednotku času (definice ve
fyzice).
Výpar: Výpar je látka v plynném skupenství při teplotě nižší, než je její bod přeměny
skupenství. To znamená, že výpar může zkondenzovat do podoby kapaliny nebo pevné
látky zvýšením jeho tlaku, aniž by došlo k poklesu teploty. Např. voda má bod přeměny
skupenství 374°C (647 K), což je nejvyšší teplota, v jaké může voda v kapalné fázi
existovat. Z tohoto důvodu v atmosféře při běžných teplotách voda v plynném skupenství
(známá jako vodní výpary) bude kondenzovat v kapalinu, pokud dojde k dostatečnému
nárůstu jejího dílčího tlaku. Vodní výpary mohou koexistovat s kapalinou (nebo pevnou
látkou).
Watt (W): Standardní jednotka soustavy SI pro rychlosti spotřeby energie v zařízení nebo
rychlosti, s jakou se energie pohybuje z jednoho místa na druhé. Jedná se rovněž o
standardní jednotku měření elektrického výkonu. Výraz „kW“ znamená „kilowatt“, tj. 1 000
W. Výraz MW znamená „megawatt“, tj. 1 000 000 W.
Zemní plyn: Zemní plyn je směs fosilního uhlovodíkového plynu, obsahující zejména metan
a pak další uhlovodíky, oxid uhličitý, dusík a sulfan.
Zeolit: Mikroporézní hlinitokřemičitanové minerály běžně používané jako komerční
adsorpční látky.
Zkapalněný biometan: biometan v kapalné fázi vzniklé po ochlazení na teplotu pod bodem
varu tj. -160°C
Zkapalněný zemní plyn: zemní plyn, který je ochlazen na teplotu pod bodem varu (-160°C)
77
Zkapalněný propan-butan: LPG je směs propan-butanu, označovaná také jako LPG nebo
LP plyn
ΔT: viz teplotní rozdíl
Převodní jednotky
Tabulka 11: Předpony jednotek energie
Předpona
Zkratka
Faktor
Počet
Deka
Da
10
Deset
Hekto
H
10²
Sto
Kilo
K
10³
Tisíc
Mega
M
10
Giga
G
10
Tera
T
10
Peta
P
10
Exa
E
10
6
Million
9
Miliarda
12
Bilion
15
Biliarda
18
Trilion
Tabulka 12: Převody energetických jednotek (kilojoule, kilokalorie, kilowatthodina, tuna ekvivalentu uhlí,
metr krychlový zemního plynu, tuna ekvivalentu ropy, britská teplotní jednotka)
m³
CH4
toe
0,000032
2,4 10
0,00013
0,000123
8 140
7 580
41 868 000
1 barrel
5 694,048
1 BTU
1,055
kJ
kcal
kWh
TCE
1 kJ
1
0,2388
0,000278
3,4 10
1 kcal
4,1868
1
0,001163
14,3 10
1 kWh
3,600
860
1
1 TCE
29 308 000
7 000 000
1 m³ CH4
31 736
1 toe
78
-8
barel
1,76·10
-7
1 10
7,35·10
-7
0,113
0,000086
0,000063
1
924
0,70
52
8,816
0,001082
1
0,000758
0,0056
10 000 000
11 630
1,428
1 319
1
7,4
1 360,000
1 582
0,19421
179,42
0,136
1
-8
-8
-7
Tabulka 13: Převody jednotek výkonu (kilokalorie za sekundu, kilowatt, koňská síla = PS)
kcal/s
kW
hp
PS
1 kcal/s
1
4,1868
5,614
5,692
1 kW
0,238846
1
1,34102
1,35962
1 hp
0,17811
0,745700
1
1,01387
1 PS
0,1757
0,735499
0,98632
1
Tabulka 14: Převody jednotek teploty
Jednotka
Celsius
Kelvin
Fahrenheit
Celsius
°C
-
°C = K − 273,15
°C = (°F − 32) × 1,8
Kelvin
K
K = °C + 273,15
-
K = (°F + 459,67) × 1,8
Fahrenheit
°F
°F = °C × 1,8 + 32
°F = K × 1,8 –
459,67
-
Tabulka 15: Převody jednotek tlaku (pascal, bar, technická atmosféra, standardní atmosféra, torr, libra na
metr čtvereční = psi)
Pa
1 Pa
bar
at
0,00001
0,000010197
atm
Torr
psi
0,0075006
0,0001450377
0,98692
750,06
14,50377
0,9678411
735,5592
14,22334
760
14,69595
−6
9,8692×10
1 bar
100 000
1 at
98 066,5
0,980665
1 atm
101 325
1,01325
1,0332
1 Torr
133,3224
0,001333224
0,001359551
0,001315789
1 psi
6894,8
0,068948
0,0703069
0,068046
1,0197
0,01933678
51,71493
79
Seznam použité literatury
AlpEnergy (2012) http://www.alpenergy.net
Al Seadi, T., Rutz, D., Prassl, H., Köttner, M., Finsterwalder, T., Volk, S., Janssen, R. (2008).
Biogas Handbook. Esbjerg, Denmark: University of Southern Denmark.
Al Seadi T., Drosg b., Fuchs W., Rutz D., Janssen R. (2013, in print) Digestate quality and
utilization. – In: Wellinger A., Murphy J., Baxter D. (eds.) The biogas handbook: Science,
production and applications. - Woodhead Publishing Series in Energy No. 52
BDEW (2009) Erdgas in Gärtnereien. - BDEW Bundesverband der Energie- und
Wasserwirtschaft e. V.; Berlin, Germany;
http://www.www.hortigate.de/Apps/WebObjects/Hortigate.woa/vb/bericht?nr=39553
Berk J. (2008) Haltung von Jungmasthühnchen (Broiler, Masthähnchen). – DLG Merkblatt
347; Frankfurt am Main, Germany;
http://statictypo3.dlg.org/fileadmin/downloads/merkblaetter/dlg-merkblatt_347.pdf
BMU (2012) Biomass Ordinance (BiomasseV) (as amended as of 1 January 2012); Federal
Ministy for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety; Germany;
http://www.bmu.de/english/renewable_energy/downloads/doc/5433.php
Dena (2012) www.powertogas.info Deutsche Energie Agentur – German Energy Agency
[20.07.2012]
DIRECTIVE 2004/8/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 11
February 2004 on the promotion of cogeneration based on a useful heat demand in the
internal energy market and amending Directive 92/42/EEC
DLR (2012) http://www.dlr.de/tt/desktopdefault.aspx/tabid-2872/4415_read-6487/
[10.07.2012]
Dzene I., Rochas C., Rutz D., Janssen R., Ramanauskaite R., Kulisic B., Maras Abramovic
J., Malek B., Devetta M., Surowiec M., Amann C., Leutgoeb K., Hinge J., Ofiteru A.,
Adamescu M., Fevrier N., Froning S. (2012) Development of Sustainable Heat Markets for
Biogas Plants. - Proceedings of the 20th European Biomass Conference and Exhibition
E-Energy (2012) http://www.e-energy.de/
Euroheat & Power: District Cooling The sustainable response to Europe’s rising cooling
demands. – Brochure;
http://www.euroheat.org/Files/Filer/documents/District%20Heating/Cooling_Brochure.PDF
[10.07.2012]
FNR (2010) Leitfaden Biogas: Von der Gewinnung zur Nutzung. - 5., vollständig
überarbeitete Auflage, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR); Gülzow, Germany;
http://www.fnr-server.de/ftp/pdf/literatur/pdf_208-leitfaden_biogas_2010_neu.pdf
[10.07.2012]
FNR (2012) Bioenergy in Germany: Facts and Figures. – Fachagentur Nachwachsende
Rohstoffe (FNR); Gülzow, Germany; http://www.fnr-server.de/ftp/pdf/literatur/pdf_484basisdaten_engl_web_neu.pdf [10.07.2012]
Fraunhofer (2012) http://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2012/june/compactand-flexible-thermal-storage.html [10.07.2012]
Gaderer M., Lautenbach M., Fischer T. (2007) Wärmenutzung in kleinen landwirtschaftlichen
Biogasanlagen. – Bayerisches Landesamt für Umweltschutz (LfU), Augsburg, Germany;
http://www.lfu.bayern.de/energie/biogas/doc/machbarkeitsstudie_abwaermenutzung.pdf
[10.07.2012]
80
Grundfor (2012) http://www.grundfos.com/service-support/encyclopedia-search/dewpoint.html [10.07.2012]
Hiegl W., Rutz D., Janssen R. (2011) Information Material Biomass Systems. – Training
Handbook for Sanitary and Heating Installers; WIP Renewable Energies, Munich,
Germany; Academy for In-Service Teacher Training and Staff Development (ALP),
Dillingen a.d. Donau, Germany; Report of the IEE Project Install+RES
Karalus W. (2007) Ernte und Lagerungf von Getreide. - Sächsische Landesanstalt für
Landwirtschaft; Dresden, Germany;
http://www.landwirtschaft.sachsen.de/landwirtschaft/download/GetreideimOeL_ErnteLage
r_2_Kennwortschutz.pdf
Kirchmeyr F., Anzengruber G. (2008) Leitfaden zur Wärmenutzung bei Biogasanlagen. –
ARGE Kompost und Biogas Österreich; Linz, Austria
Kralemann M. (2007) Einleitung: Wärmenutzung in Biogasanlagen. - In: Schröder D.
Wärmenetze an Biogasanlagen Ein Leitfaden. – Fachkongress am 20 November 2007,
Hitzacker; Region Aktiv Wendland/Elbtal; http://www.projektbioenergie.com/wcms/ftp//p/projektbioenergie.com/uploads/leitfaden_biogaswrmenetze_11071.pdf [10.07.2012]
New Buildings Institute (1998) Guideline: Absorption Chillers. - New Buildings Institute; Fair
Oaks; Canada; http://www.stanford.edu/group/narratives/classes/0809/CEE215/ReferenceLibrary/Chillers/AbsorptionChillerGuideline.pdf [10.07.2012]
Paeger J. (2012) http://www.oekosystem-erde.de/html/energie.html
Ramanauskaite R., Rutz D., Bailon L., Dzene I., Vorisek T., De Filippi F., Amann S., Amann
C., (2012): Good Practice Examples for Efficient Heat Use from Biogas Plants. - WIP
Renewable Energies: Munich, Germany; Report elaborated in the framework of the
BiogasHeat project (Contract Number: IEE/11/025)
Rutz D., Janssen R. (2008) Biofuel Technology Handbook. - 2nd version; BIOFUEL
MARKETPLACE Project funded by the European Commission (EIE/05/022); WIP
Renewable Energies, Germany; 152p.
Rutz D., Janssen R., Letsch H. (2006) Installateurs-Handbuch Biomasseheizanlagen. - EUIEE EARTH Project; 241p.www.earth-net.info
Rutz D., Janssen R., Hoffstede U., Beil M., Hahn H., Kulisic b., Jurić Z., Kruhek M., Ribic B.,
Haider p., Gostomska A., Nogueira M.A., Martins A.S., Martins M., do Céu Albuquerque
M., Dzene I., Niklass M., Gubernatorova I., Schinnerl D., Ruszel m., Pawlak P. (2011)
Organic Waste for Biogas Production in Urban Areas. - Proceedings of the 19th European
Biomass Conference and Exhibition; pp. 2125-2131; ISBN 978-88-89407-55-7; DOI:
10.5071/19thEUBCE2011-VP3.4.27
Rutz D., Janssen R., Ramanauskaite R., Hoffstede U., Hahn H., Kulisic B., Bosnjak R.,
Kruhek M., Ribic B., Surowiec T., Surowiec M., Nogueira M.A., Martins A.S., Duarte D., do
Céu Albuquerque M., Martins M., Dzene I., Niklass M., Pubule J., Schinnerl D., Kalandyk
k., Zapora D. (2012) The use of Bio-Waste for biomethane Production in European Cities.
- Proceedings of the 20th European Biomass Conference and Exhibition; pp. 1481 –
1490; ISBN 978-88-89407-54-7; DOI: 10.5071/20thEUBCE2012-3CO.2.2
Schröder D. (2007) Konzeption eines Wärmenetzes: Von „Wärmeabfall“ zum wirtschaftlichen
Nutzungskonzept. – In: Schröder D. Wärmenetze an Biogasanlagen Ein Leitfaden. –
Fachkongress am 20 November 2007, Hitzacker; Region Aktiv Wendland/Elbtal;
http://www.projekt-bioenergie.com/wcms/ftp//p/projektbioenergie.com/uploads/leitfaden_biogaswrmenetze_11071.pdf [10.07.2012]
Schulz W., Heitmann S., Hartmann D., Manske S., Erjawetz S.P., Risse S., Räbiger N.,
Schlüter M., Jahn K., Ehlers B., Havran T., Schnober M., Leitfaden Verwendung von
81
Wärmeüberschüssen bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen. – Bremer Energie Institut;
Bremen, Germany
Skagestad B., Mildenstein P. (no date) District Heating and Cooling Connection Handbook. –
International
Energy
Agency
(IEA)
District
Heating
and
Cooling.
http://dedc.dk/sites/default/files/programme_of_research_development_and_demonstratio
n_on_district_heating_and_cooling.pdf [10.07.2012]
Wiese G. (2007) Wärmeverluste: Vorsicht mit pauschalen Angaben! – In: Schröder D.
Wärmenetze an Biogasanlagen Ein Leitfaden. – Fachkongress am 20 November 2007,
Hitzacker; Region Aktiv Wendland/Elbtal; http://www.projektbioenergie.com/wcms/ftp//p/projektbioenergie.com/uploads/leitfaden_biogaswrmenetze_11071.pdf [10.07.2012]
Worldwatch Institute (2012) http://blogs.worldwatch.org/revolt/is-%E2%80%9Crenewablemethane%E2%80%9D-energy-storage-an-efficient-enough-option/ [17.07.2012]
82