Utvärdering av Plönninge gårdsbiogasanläggning. Erik Karlsson Sten Strömberg 4 mars 2011 Bioprocess Control Sweden AB

Transkript

1 Utvärdering av Plönninge gårdsbiogasanläggning Erik Karlsson Sten Strömberg 4 mars 2011 Bioprocess Control Sweden AB

2 ii

3 Innehåll 1 Sammanfattande rekommendationer Bakgrund Studiens syfte Studiens genomförande Beskrivning av Plönninge biogasanläggningen Utvärdering av substrat Testade substrat Nötflytgödsel Frukt och grönt Hästgödsel Rapspellets Potatis Ensilage Stärkelse Sockerbetor Substrat som inte testades Sylt Glykos Utrötningsförsök Utrustning Metod Resultat Sammanfattning av utrötningsförsök Utvärdering av drift och processutformning Inmatningssystem Gödselbrunnar (PB2 och PB3) Blandningstank (PB1) Bufferttank (BT1) Rötkammaren Rötrestlagring och användning Gassystem Panna och värmesystem Uppgradering Stirlingmotor iii

4 6 Utvärdering av driftdata Uppskattning av mängder Uppskattning av mängden dagvatten Uppskattning av mängden nötflytgödsel Erhållen driftdata Övervakning och uppföljning av processen Styrsystem Inkommande substrat Rötningsprocessen Övervakning av stabilitet Övervakning av effektivitet Anläggningens ekonomi Förslag till förbättring Förslag på substrat för att optimera driften Ökad belastning Jämnare drift Jämn inpumpning Jämn substratblandning Resultat Ta bort bufferttanken Bättre substrathantering Förslag på utrustning Recirkulering av rötkammarinnehåll Recirkulering med existerande utrustning Recirkulering med ny utrustning Tillsatser av fast substrat direkt till rötkammaren Förslag på utrustning Fördelar Nackdelar Förbättrad övervakning och uppföljning av processen Stabilitet Effektivitet Bilaga A Processchema över Plönninge biogasanläggning Bilaga B Innehåll substratblandningar & standardblandning iv

5 1 Sammanfattande rekommendationer Biogasanläggningen i Plönninge är en småskalig anläggning som har stora möjligheter att producera mer än dagens produktion. Framför allt bör det finnas utrymme att ladda processen med mer fast substrat. Många små driftsproblem med huvudsakligen pumpar har lett till att driften blivit ojämn vilket givet en sämre miljö för bakterierna i rötkammaren att verka i. Det är därför viktigt att minimera risken för att sådana problem fortsätter att uppkomma i framtiden. Stora mängder regnvatten har dessutom gjort att substratet spätts ut vilket givet en kortare uppehållstid och sämre gasutbyte som följd. Detta har nu rättats till genom att regnvattnet istället leds bort till ett rötrestlager. Genom denna insats kommer man kunna öka på uppehållstiden i rötkammaren med upp till 10 dagar. Slutsatsen från en utvärdering av alla tillgängliga substrat var att potatis är det mest lämpade att använda i processen. Anledningen är den goda tillgången, snabba nedbrytningen och relativt höga gasproduktionen samtidigt som den är lätt att lagra. För att potatis ska kunna användas i en större utsträckning behöver det dock investeras i en utrustning som kan sönderdela potatisen effektivt innan den tillsätts processen. Ett förslag på en handlingsplan för att förbättra anläggningen: 1) Bättre bevakning och uppföljning av processen: I dagens läge är bevakningen av processen bristfällig vilket leder till att kunskaperna om hur processen mår är dålig. Dessutom sprids kunskaperna dåligt vilket leder till att operatören blir isolerad i sin roll. Att sätta upp klara rutiner för hur processen ska bevakas är därför viktigt för att få en förståelse över vad som händer samt att möjligöra en uppföljning av processen. 2) Ta bort bufferttanken: Bufferttanken tjänare inget direkt syfte utan utgör bara ytterligare en risk för driftsproblem. Blandningstanken är tillräckligt stor för att utgöra en ordentlig buffert ändå. 3) Hoppa över onödiga substrat: I nuläget tillsätts flera olika substrat i små volymer. Summan av varje sådan liten tillsats blir en relativt stor tidsåtgång. Det är istället bättre att satsa på att tillsätta stora mängder av få substrat. Exempel på substrat som bör undvikas är frukt och grönt, glykos och sylt. Om inte utrustning för att sönderdela potatisen införskaffas (se punkt 6) bör inte potatis användas heller. 4) Ladda blandningstanken med mer substrat: Processen kan definitivt ta emot mer substrat än vad som matas in idag. Därför bör mer fast substrat tillsättas till blandningstanken. Ett bra riktmärke att börja med är 1 ton/dag. 5) Ladda blandningstanken jämnare: Idag laddas blandningstanken för ojämnt för att en jämn drift ska kunna upprätthållas. För att bakterierna i rötkammaren ska må så bra som möjligt och därmed producera så mycket gas som möjligt är det viktigt att de inte chockas av ojämna mängder substrat. Ett bra riktmärke är att ladda blandningstanken minst en gång per dag. 6) Investera i utrustning för att sönderdela potatis: Idag finns det stora tillgångar på potatis som dock inte kan tillsättas processen på grund av att kapaciteten för att sönderdela potatisen är för dålig. Genom att investera i utrustning som ökar denna kapacitet möjliggörs en enklare och mer omfattande laddning av potatisen vilket är nödvändigt för att kunna använda mer substrat i processen. 1

6 Dessa 6 punkter utgör en bra början för att förbättra anläggningen. Om data från bevakningen säger att processen kan belastas ytterligare är recirkulering som diskuteras i avsnitt 7 ett bra alternativ. 2

7 2 Bakgrund Region Halland har med sin satsning att bygga upp Bioenergicentrum Halland som målsättning att främja regional utveckling kopplat till bioenergiområdet. Fokus ligger på lantbruksföretag. Huvuddelen av arbetet sker med Plönninge naturbruksgymnasium som bas. Här finns en demonstrationsanläggning för gårdsbaserad biogas. För att denna anläggning ska vara intressant att visa upp är det viktigt att den drivs på ett effektivt sätt och har bra utformning. I denna delrapport redovisas det utvärderingsprojekt av biogasanläggning i Plönninge som genomförts. I projektet har en utvärdering av anläggningens utformning och drift genomförts för att se hur effektiv den är och vad som kan förbättras. Slutresultatet är de rekommendationer som redovisas i avsnitt 7 och sammanfattas i avsnitt 1 ovan. Projektet har också undersökt hur uppföljning och övervakning av processen kan förbättras och ligger därför också till grund för nästa delprojekt som syftar till att utveckla system och rutiner för en effektiv driftsuppföljning. 2.1 Studiens syfte Studiens syfte är följande: Utvärdera nuvarande substratblandning och ge förslag på hur den kan optimeras för att öka gasproduktionen Utvärdera nuvarande drift för att se hur väl anläggningen utnyttjas och därmed uppskatta hur stort utrymme det finns för att öka belastningen och därmed gasproduktionen Utvärdera anläggningens processutformning och ge förslag på hur anläggningen kan effektiviseras Utvärdera övervakning och uppföljning av driften och ge förslag på hur den kan förbättras 2.2 Studiens genomförande Studien har genomförts genom att vara på plats på anläggningen och arbeta tillsammans med operatören. Detta har gett en god bild då man med egna ögon har kunnat se hur anläggningen fungerar och drivs. Intervjuer med operatören har gett information om tidigare processproblem vilket behövts för att få en helhetssyn på anläggningen. Utifrån den insamlade informationen och diskussioner med olika personer kopplade till biogasanläggningen har rekommendationer för hur driften kan effektiviseras tagits fram vilka presenteras i denna rapport. På grund av stora driftsproblem under vintern har det inte varit möjligt att samla in så mycket data för anläggningens effektivitet och drift som först planerats men en sammanställning av det som finns presenteras i denna rapport. Detta bedöms dock inte påverka slutsatserna utan bara säkerheten i analysen av hur effektiv processen är i nuläget. Att det går att göra stora förbättringar råder det inget tvivel om. För att testa hur bra de substrat som rötas på anläggningen är som biogasråvara har satsvisa utrötningsförsök i labbskala utförts. Substraten hämtades på anläggningen vid två tillfällen och analyserades i Bioprocess Controls laboratorium. 3

8 3 Beskrivning av Plönninge biogasanläggningen Plönninge biogasanläggning stod färdig 2004 och byggdes av Läckeby Water AB. Tanken med anläggningen är att röta gödsel och ensilagerester från den egna gården med tillsats av andra lämpliga substrat i regionen. Rötkammarvolymen är på ca 275 m 3 vilket ger en dimensionerad rågasproduktion på ungefär m 3 /dag (55-70 kw) beroende på substrat. I Figur 1 visas en översikt över anläggningens utformning. Från de ca 80 mjölkkorna som finns på gården genereras flytgödsel som samlas upp i en gödselbrunn. Gödseln pumpas sedan vidare till en blandningstank där även andra substrat tillsätts, exempelvis frukt- och grönsaker, potatis och kasserat ensilage. Därefter pumpas substratblandningen vidare till en bufferttank där järnklorid tillsätts för att fälla ut svavel och därmed sänka halten svavelväte i gasen. Slutligen pumpas blandningen in i rötkammaren. Rötresten lagras i en 1600 m 3 brunn, och för att ytterligare utöka lagringsmöjligheterna byggdes under 2010 en andra lagringsbrunn på 1500 m 3. Från början byggdes bara en gaspanna på ca 80 kw som konverterade all den producerade gasen till värme som användes för att värma rötkammaren och byggnaderna på Plönningegymnasiet. Detta gjorde att man kunde spara på bränsle till den brikettpanna som annars värmer upp området. Dock vill man även demonstrera produktion av mer högvärdig energi, och därför byggde man en uppgraderingsanläggning och tankstation för fordonsgas är Samma år installerades även en stirlingmotor för att demonstrera småskalig elproduktion. Figur 1 Förenklat processchema över biogasanläggningen I Plönninge Uppgraderingsanläggningen byggdes av företaget Biorega AB i Långaryd som har utvecklat ett eget koncept för småskalig uppgradering. Den bygger på vanlig vattenskrubberteknik men är så förenklad det bara går för att få ned kostnaderna. Uppgraderingsanläggningen har en kapacitet på upp mot 18 Nm 3 /h. Stirlingmotor har tillverkats av Intersol i Halmstad AB och har en maximal elektrisk effekt på 8 kw. Tyvärr blev motorn inte korrekt inkopplad när den installerades. Detta då den kopplades till den befintliga kulverten för varmvatten för att kunna utnyttja all värme som produceras. Temperaturen var för hög på vattnet i kulverten vilket gjorde att motorn inte fick tillräcklig kylning. Detta kommer att åtgärdas under våren 2011 genom installationen av en kylare. 4

9 4 Utvärdering av substrat Två utrötningsförsök har genomförts för att testa metanpotentialen i de substrat som rötas på anläggningen idag samt några som kan vara intressanta att ta in i framtiden. Resultaten har används för att ge rekommendationer för vilka substrat som är mest lämpliga. 4.1 Testade substrat Totalt testades 8 olika typer av substrat i utrötningsförsöken. Nedan följer en kort beskrivning av de olika testade substraten Nötflytgödsel Nötgödsel utgörs av urin, avföring samt halm från omkring 80 mjölkkor. En del vatten används också för att tvätta i lagården och detta hamnar tillsammans med gödseln i gödselbrunn 1. Tillgången på gödsel varierar stort säsongsvis med en lägre tillgänglighet under sommarhalvåret då djuren går ute. Nötgödsel används som bas i substratblandningen och kan inte anses vara flexibel när det gäller mängd avfall utan den mängd som produceras bör också rötas, även då det är möjligt att pumpa det direkt till rötrestlagret Frukt och grönt Frukt- och grönsaksavfall från en ICA Maxi butik i Halmstad. Totalt insamlas 6 tunnor om 190 L (ca 100 kg) varje vecka. Innehållet i dessa varierar ganska mycket och det är svårt att ta ett representativt prov. Provet som användes i utrötningsförsöken innehöll delar av: banan, paprika, tomat och två sorters matsvamp. Allt frukt- och grönt hämtas under torsdagar och fredagar och tillsätts ganska omgående till blandningstanken (normalt samma dag eller dagen efter) Hästgödsel Det finns många hästar i Plönninge och deras gödsel används inte i någon större omfattning idag men man planer införa det någon gång i framtiden. Uppskattningsvis kan upp till 92 ton rötas varje år. För att lättare kunna röta gödseln har man börjat använda halmpellets som strömaterial. Det testas också att använda papperspellets. Användandet av pellets leder till att gödseln får en hög TS-halt och hanteras därför som fastgödsel Rapspellets Den rapskaka som återstår efter att rapsoljan pressats ut från fröna kan pelleteras och används ofta som djurfoder. Då den är relativt energirik, eftersom en viss mängd olja finns kvar, är den idealisk att använda för biogasproduktion. Rapspellets köps in för en avgift och därför bör de ökade kostnaderna beaktas då användandet av rapspellets utvärderas. Tidigare har uppskattningsvis ton rapspellets rötats i processen med ett bra resultat Potatis Består av utsorterade och tvättade hela potatisar som uppskattas vara i relativt gott skick. Kan variera stort i storlek eftersom de i många fall blivit utsorterade på grund av att de är för små eller för stora. Som regel anses potatis vara lättnedbrytbart med en relativt hög 5

10 metanpotential och då tillgången på potatisavfallet uppskattas vara stor är det ett intressant alternativ för att öka metanpotentialen av substratbladningen. All potatis hämtas under torsdagar och fredagar för att sedan tillsättas jämnt över veckan med undantag för helgen då inget tillsätts. För att kunna användas i processen bör de hela potatisknölarna sönderdelas i ett första steg. Utrustningen som finns tillgänglig just nu anses inte klara av detta tillräckligt bra eftersom det kräver mycket manuellt arbete och tar för lång tid Ensilage Utsorterade ensilagerester av vall som anses hålla för dålig kvalitet för att ges till djuren rötas istället i biogasanläggningen. Tillgången varierar årsvis beroende på hur väl ensileringen lyckats och kan därför inte styras av operatören Stärkelse Det finns tillgång på stärkelsegranuler, vilka är ca 1 mm i diameter, har relativt låg densitet och löser sig lätt i vatten Sockerbetor I regionen finns odling av sockerbetor som används för energiproduktion. Eftersom betorna även kan användas som djurfoder måste substrat köpas in. De levereras flisade vilket gör att de enkelt kan tillsättas i blandningstanken utan att behöva ytterligare sönderdelning. Dock kan det anses vara tveksamt hur länge det går att lagra betorna då de lätt ruttnar när de är sönderskurna. 4.2 Substrat som inte testades Alla tillgängliga substrat kunde inte utrötas på grund av begränsningar i tid och tillgång till utrustning. Nedan följer en kortfattad beskrivning av substrat som inte testades i utrötningsförsöken Sylt Emellanåt finns det tillgång till syltavfall från en industri i närområdet till Plönninge. Huvudsakligen är det sylt som på något sätt ansets för dålig för att säljas till kund. Substratet levereras i fat och kan relativt lätt tillsättas till processen med hjälp av en frontlastare. Tillgången får anses vara mycket varierande och därför svår att förutse Glykos Glykos finns också tillgängligt då och då från en industri i närområdet. Substratet behöver värmas upp med en doppvärmare för att kunna tillsättas till processen. Precis som sylten levereras glykosen också med fat med en varierande tillgång. 4.3 Utrötningsförsök Totalt utfördes 18 utrötningar av olika substrat och substratblandningar inom detta projekt. Dessa försök gjordes i två omgångar (utrötningsförsök 1 och 2) under Nov 2010 Jan

11 4.3.1 Utrustning Vid genomförande av utrotningsförsöken användes Bioprocess Controls Automatic Methane Potential Test System (AMPTS), se Figur 4-1. Detta system bygger på samma principer som konventionella system, med undantaget att gasflödesmätningen från varje reaktor är helt automatisk vilket ger låg arbetsbelastning. Resultaten är helt jämförbara med andra metoder men flödesmätningen har högre noggrannhet på grund av att den har betydligt fler mätpunkter. Då det är produktionen av metangas som är intressant har utrustningen försetts med en enhet som fixerar koldioxiden i natriumhydroxid och därmed mäts bara metanflödet. Figur 4-1 Utrustningen som använts i utrötningsförsöken, Automatic Methane Potential Test System från Bioprocess Control Metod Två uppsättningar av Bioprocess Controls laboratorieutrustning användes vid båda utrötningsförsöken. Varje system består av 15 reaktorer på vardera 500 ml som står i ett vattenbad. Den producerade gasen från respektive reaktor leds till en flaska som står på ett magnetomrörningsbord innehållande natriumhydroxid för att fixera koldioxiden. Flödet av den producerade metangasen mäts sedan med flödesceller som är kopplat till ett datainsamlingssystem. Temperaturstyrningen på vattenbadet höll temperaturen runt 37⁰C. Varje flaska/reaktor hade intermittent omrörning, dvs. omrörningen alternerade mellan att vara på i 60 sekunder och av i 60 sekunder Utrötningsförsök 1 De olika substratproven samlades in 17/ under ett besök på anläggningen i Plönninge och transporterades direkt till Bioprocess Controls labb där de sattes på kylning. Det efterföljande dygnet utfördes VS och TS mätningar på alla substratprov. För att efterlikna den verkliga situationen på anläggningen i Plönninge sönderdelades de substrat som ansågs ha för stora partiklar (frukt och grönt samt potatis) med hjälp av kniv och köksberedare. 7

12 Utrötningsförsöken påbörjades 19/ Totalt fanns 30 flaskor tillgängliga för försöket och prover av 5 enskilda substrat och 3 olika substratblandningar testades. Dessa 8 prover blandades sedan med ymp (dvs. reaktorinnehåll som innehöll den önskade bakteriefloran). I ett utrötningsförsök behöver man också en blank som är en referens för hur mycket gas som produceras i ympen utan att något substrat tillsätts. I tre flaskor rötades dessutom cellulosapulver för att fungera som kontroll och ge indikation på om processen fungerar som den ska. Detta kan man se eftersom metanpotentialen för cellulosapulver redan är känd. För att kunna erhålla tillförlitliga resultat användes tre kopior (triplikat) av varje substratblandning. Utformningen av försöket kan ses i Tabell 4-1. Alla flaskor innehöll en total mängd (substrat + ymp) på 400 mg vars interna fördelning baserades på VS förhållandet. Tabell 4-1 Försöksuppställning för utrötningsförsök 1 Flaska nr Innehåll VS-förhållande ymp:substrat VS-halt 1-3 Blank 1:0 2,29 % 4-6 Hästgödsel med halmpellets 2:1 32,38% 7-9 Frukt och grönt 2:1 9,73% Potatis 2:1 16,43% Rapspellets 2:1 84,76% Ensilagerester 2:1 21,81% Substratblandning blandningstank 2:1 4,02% 8 Kommentar Substratblandning bufferttank 2:1 4,23% Innehåller järnklorid Egen blandning 1,81:1 8,83% Kontroll (Cellulosa) 2:1 95,40% Stärkelsegranuler 2:1 93,02% Utfördes med ett separat system Högproducerande blandning= Substratblandning blandningstank + hästgödsel + Potatis + Rapspellets 29/ påbörjades ytterligare ett utrötningsförsök med stärkelsegranuler som skickats till Bioprocess Control via post. Triplikat användes även denna gång och som ymp användes samma sats som i de tidigare påbörjade försöken. En stor brist i försöksuppsättningen var att nötgödsel inte kunde testas. Detta berodde på att nivån i förvaringstanken var för låg för att ett prov skulle kunna tas. Eftersom nötgödsel utgör majoriteten av det substrat som idag rötas i anläggningen är ett representativt prov mycket viktigt för att kunna göra en korrekt utvärdering. Nötflytgödsel kunde däremot testas i utrötningsförsök 2. Tyvärr var substratblandningarna i blandningstanken och bufferttanken utspädda av regnvatten vilket gjorde att TS-halten var låg. Detta problem fanns inte i det efterföljande utrötningsförsöket då systemet för pressvatten och dagvatten inte hamnade i blandningstanken utan i en separat brunn, se avsnitt 5.1. För att få en uppfattning om hur mycket metanpotentialen kunde ökas genom att tillsätta större andel torra substrat till blandningstanken bereddes en sådan blandning, Egen blandning. I Tabell 4-2 visas förhållandena mellan de olika substraten i den högproducerande blandningen. Provet från blandningstanken användes som bas och antogs innehålla en

13 representativ mängd av ensilagerester samt frukt och grönt och därmed gjordes inga ytterligare tillsatser av dessa. Eftersom hästgödsel med halmpellets kommer att rötas i framtiden med en bestämd mängd tillsattes detta så att samma volymförhållande som skulle gälla i ett sådant framtida scenario upprätthölls. Potatis och rapspellets fylldes sedan på med lika stor mängd TS var för att uppnå en total TS-halt på 10 %. Gränsen sattes vid 10 % TS för att blandningen skulle vara pumpbar. Tabell 4-2 Innehåll i Egen blandning Substrat Volymförhållande TS förhållande VS-förhållande Blandningstank 80,03% 40,53% 36,45% Hästgödsel med halmpellets 2,29% 8,17% 8,41% Potatis 14,80% 25,65% 27,54% Rapspellets 2,88% 25,65% 27,61% Den 20 december 2010 avslutades försöken som då hade varit igång i 30 dagar. I detta skede ansågs det mesta av proverna vara fullständigt utrötade och de två AMPTS-systemen som frigjordes gjorde det möjligt att påbörja ett andra utrötningsförsök Utrötningsförsök 2 I utrötningsförsök 2 testades hästgödsel igen, men denna gång fanns det två prover, ett med halmpellets och ett med papperspellets som strömaterial. Dock var provet med halmpellets mindre nedbrutet och gav ett betydligt färskare intryck än provet i försök 1. I försök 2 testades också nötflytgödsel, prov från blandningstanken samt sockerbeta. Utöver rötningar av de enskilda substraten utfördes även 4 tester där olika fasta substrat (potatis, rapspellets och sockerbeta) tillsattes till en standardblandning för att se hur metanpotentialen påverkades. Dessa tester var nödvändiga för att se hur substratet fungerar tillsammans med den standardblandning som rötas idag. I en av blandningarna användes ett högt TS (25% jämfört med 15% för övriga blandningar) för att se effekterna av ett riktigt högkoncentrerat substrat. Prover och ymp för utrötningsförsök 2 samlades in 15 december 2010 och förvarades därefter i kylskåp tills försöket startades 28 december En försöksuppställning för utrötningsförsök 2 är presenterad i Tabell 4-3. Anledningen till ymp/substrat-förhållandet inte är 2:1 för de 4 blandningarna beror på att testerna beredes baserad på beräknande VShalter. När sedan korrekta och VS-analyser kunde utföras (efter att testen startat) kunde det verkliga ymp/substrat-förhållandet beräknas. De olika substratbladningarna I utrötningsförsök II utgjordes av en standardblandning baserad på ett årligt genomsnitt av alla tillsatta substrat samt tillsatser av mängd potatis, rapspellets och sockerbeta. För att få en mer realistisk standardblandning för framtiden subtraherades mängden nötflytgödsel med den uppskattade mängden dagvatten (baserad på avrinningsyta och årsnederbörd), för exakt innehållsbeskrivning se Appendix B. Nedan följer en kort beskrivning om varje blandning. 9

14 Mix med potatis. Eftersträvade en TS-halt på 15% genom att tillsätta erforderlig mängd potatis till standardblandningen. Totalt utgjordes mixen av 37,5% potatis och 62,5% standardblandning. Mix med rapspellets Eftersträvade en TS-halt på 15% genom att tillsätta erforderlig mängd rapspellets till standardblandningen. Totalt utgjordes mixen av 2,21% rapspellets och 97,79% standardblandning. Mix med sockerbeta Eftersträvade en TS-halt på 15% genom att tillsätta erforderlig mängd sockerbeta till standardblandningen. Totalt utgjordes mixen av 24,41% potatis och 75,59% standardblandning. Mix med högt TS Eftersträvade en TS-halt på 25% genom att tillsätta lika stora mängder av potatis, sockerbeta och rapspellets till standardblandning. Totalt utgjordes mixen av 13,25% potatis, sockerbeta och rapspellets samt 60,24% standardblandning. Tabell 4-3 Försöksuppställning för utrötningsförsök 2 Flaska nr Innehåll VS-förhållande ymp:substrat VS-halt 1-3 Blank 1 : 0 2,54% 4-6 Hästgödsel med halmpellets 2 : 1 31,18% 7-9 Hästgödsel med papperspellets 2 : 1 54,36% Nötflytgödsel 2 : 1 7,02% Sockerbeta 2 : 1 23,65% Blandningstank 2 : 1 5,97% Blandning mkt potatis 2,1 : 1 12,96% Blandning mkt raps 2,1 : 1 12,57% Blandning mkt sockerbeta 2,4 : 1 10,58% Blandning med hög TS 2,2 : 1 20,88% Den 28 januari 2010 avslutades försöken som då hade varit igång i 30 dagar. I detta skede ansågs det mesta av proverna vara fullständigt utrötade Resultat Utrötningsförsök 1 I figur 4-2 visas diagram över resultaten från utrötningsförsök 1. Generellt kan sägas att alla utrötningar gick bra och inga tydliga indikationer av inhiberingar kan urskiljas. 10

15 Andel av total metanproduktion Specifik metanproduktion [NL/gVS] Hästgödsel med Halmpellets Frukt och Grönt Potatis Rapspellets Ensilage Blandtank Bufferttank Egen blandning Stärkelsegranuler Kontroll 0,50 0,45 A 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Tid [dagar] 100% 90% B 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Tid [dagar] Figur 4-2 Specifik metanproduktion (A) samt andel av total metanproduktion efter 30 dagar (B) från utrötningsförsök I 11

16 Av resultaten kan några intressanta slutsatser dras: Rapspellets har en högre potential (0,49 NL/gVS) jämfört med de andra substraten. Hästgödsel med halmpellets har en låg potential (0,189 NL/gVS) och långsam nedbrytningsprocess (tar 14,33 dagar att producera 90 % av den totala produktionen) Potatis har en mycket snabb nedbrytningshastighet (90 % efter 3,33 dagar) och relativt hög potential (0,364 NL/gVS) I Egen blandningen ökar metanpotentialen med 20 % jämfört med bara innehållet i blandningstanken I tabell 4-4 visas en sammanställning av relevant data från utrötningsförsök 1. Tabell 4-4 Sammanställning av data från utrötningsförsök I Innehåll Metanpotential efter 30 dagar [NL/gVS] Åtgången tid för 90% av total metanpotential efter 30 dagar [dagar] Rapspellets 0,49 11 Stärkelsegranuler 0,41 6 Frukt och grönt 0,37 6 Potatis 0,36 3 Ensilagerester 0,35 11 Högproducerande blandning 0,35 8 Kontroll (cellulosa) 0,33 4 Substratblandning bufferttank 0,24 9 Substratblandning blandningstank 0,27 11 Hästgödsel med halmpellets 0, Utrötningsförsök 2 I figur 4-3 visas diagram över resultaten från utrötningsförsök 2. Generellt kan sägas att alla utrötningar i försök 2 också gick bra och att inga tydliga indikationer av inhiberingar kan urskiljas. 12

17 Andel av total metanproduktion Specifik metanproduktion [NL/gVS] 0,50 0,45 0,40 Sockerbeta Nötflytgödsel Hästgödsel med papperspellets Mix med rapspellets Mix med sockerbeta A Blandningstank Hästgödsel med halmpellets Mix med potatis Mix med högt TS 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 100% 90% B Tid [dagar] 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Tid [dagar] Figur 4-3 Specifik metanproduktion (A) samt andel av total metanproduktion efter 30 dagar (B) från utrötningsförsök I 13

18 Av resultaten kan några intressanta slutsatser dras: Blandningen med högt TS-halt har en hög metanpotential (0,44 NL/gVS) dock är rötningsprocessen relativt långsam. Blandningen med sockerbeta ger också en bra metanpotential (0,40 NL/gVS) Hästgödsel med halmpellets ger en ganska mycket högre metanpotential än vad som registrerades i utrötningsförsök 1 (0,32 mot 0,19 NL/gVS). Detta an delvis förklaras av att provet var färskare än den som rötades vid det tidigare försöket. I båda utrötningsförsöken är dock processen relativt långsam vilket sannolikt beror på att halmen innehåller mycket fiberrikt material som tar lång tid att bryta ned. Hästgödsel med papperspellets ger en ganska låg metanpotential (0,18 NL/gVS) som får anses ganska mycket lägre än motsvarande med halmpellets (0,32 NL/gVS) Sockerbeta rötas likt potatis väldigt snabbt (3 dagar) har dock lite lägre metanpotential (0,32 < 0,36 NL/gVS) Nötflytgödsel har en relativt hög metanpotential (0,25 NL/gVS) för att vara nötflytgödsel men tar samtidigt lite längre tid att röta (13 dagar för 90 %). Denna lite längre tid är troligen förklaringen till att blandningarna också kräver lite längre tid jämfört med de enskilda rötningarna av de fasta substraten. I tabell 4-4 visas en sammanställning av relevant data från utrötningsförsök 2. Tabell 4-4 Sammanställning av data från utrötningsförsök II Innehåll Metanpotential efter 30 dagar [NL/gVS] Åtgången tid för 90% av total metanpotential efter 30 dagar [dagar] Mix med högt TS 0,44 10 Mix med sockerbeta 0,40 10 Mix med rapspellets 0,38 11 Hästgödsel med halmpellets 0,32 16 Sockerbeta 0,32 3 Mix med potatis 0,31 7 Blandningstank 0,28 11 Nötflytgödsel 0,25 13 Hästgödsel med papperspellets 0, Potential i rötrest Resultat från båda utrötningsförsöken visar att rötresten har en metanpotential strax över 0,07 NL/gVS efter 30 dagar (Figur 4-4 och Tabell 4-5). Trenden på kurvan visar också att det finns relativt mycket potential kvar i rötresten även efter 30 dagars rötning. Detta är dock ganska vanligt och ska inte jämföras med en situation där rötresten lagras öppet utan värmetillförsel. 14

19 Specifik metanpotential [NL/gVS] Rötrest I Rötrest II Medel 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0, Tid [dagar] Figur 4-4 Specifik metanproduktion av rötresten använd i utrötningsförsök I och II Tabell 4-5 Resultat från rötrest från utrötningsförsök I och II Innehåll Metanpotential efter 30 dagar [NL/gVS] Rötrest från utrötningsförsök I 0,077 Rötrest från utrötningsförsök II 0,072 Medel 0, Simulering av substratblandningar För att kunna utröna hur bra effekt en viss substratblandnig har jämfördes den erhållna metanproduktionen mot en simulerad. Den simulerade metanproduktionen utgjordes av summan av den samlade produktionen från varje komponent i blandningen. Som underlag för detta användes data från utrötningsförsöken av de enskilda substraten. En jämförelse mellan de olika blandningarna visar på varierande resultat (Figur 4-5 och Tabell 4-6). Blandningarna med rapspellets, sockerbeta och högt TS visar alla på positiva effekter då de rötas tillsammans med standardmixen. Störst effekt har blandningen med sockerbeta (36 % ökning) dock bör detta resultat beaktats med att sockerbeta hade en ganska låg potential vid den enskilda rötningen (0,32 NL/gVS) samt att ymp/substratförhållandet var högre än i de andra utrötningarna (2,4:1 > 2:1). Blandningen med högt TS har den högsta metanpotentialen av de testade blandningarna (0,44 NL/gVS). Den höga potentialen beror sannolikt på att en stor del av blandningen utgjordes av rapspellets som från försök 1 har visat ha en hög metanpotential. 15

20 Specifik metanproduktion [NL/gVS] 0,45 0,40 0,35 Egen blandning erhållen Mix med potatis erhållen Mix med rapspellets erhållen Mix med sockberbeta erhållen Egen blandning simulerad Mix med potatis simulerad Mix med rapspellets simulerad Mix med sockberbeta simulerad 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Tid [dagar] Figur 4-5 Jämförelse av erhållen och simulerad specifik metanproduktion av testade substratblandningar Tabell 3-6 Jämförelse av erhållen och simulerad specifik metanproduktion av testade substratblandningar Blandning Metanpotential efter 30 dagar Procentuell förändring Erhållen Simulerad Mix med sockerbeta 0,40 0,29 36% Mix med högt TS 0,44 0,40 11% Mix med rapspellets 0,38 0,34 10% Högproducerande blandning 0,35 0,35-1% Mix med potatis 0,31 0,33-5% 4.4 Sammanfattning av utrötningsförsök Då flera av de testade substraten visar en hög nedbrytningshastighet bör dessa kunna användas för att öka belastningen i biogasanläggningen utan att förlora så mycket av gaspotentialen (dvs. uppehållstiden kan hållas relativt kort). Högst gaspotential har rapspellets medan potatis och sockerbeta är de substrat som bryts ned snabbast. Halmpellets bör användas som strömaterial för hästgödsel då metanpotentialen visat sig vara högre för just halmpellets jämfört med papperspellets. Hästgödsel bryts dock ned långsamt och har relativt låg metanpotential jämfört med de andra substraten. När fast substrat har blandats med en standardblandning av substrat har sockerbeta visat sig vara den som ger mest positiva samrötningseffekter (ökad gaspotential jämfört med bara sockerbeta). Hög TS-halt (25%) med en blandning av potatis, rapspellets och sockerbeta visade sig också ge goda samrötningseffekter. 16

21 5 Utvärdering av drift och processutformning I detta avsnitts presenteras och utvärderas den nuvarande drift och processutformning av biogasanläggningen. I Tabell 5-1 presenteras en sammanställning av relevant driftinformation för de olika driftsenheterna på anläggningen. I bilaga A presenteras ett processflödesschema för hela anläggningen och i de kommande avsnitten beskrivs de olika delarna. Tabell 5-1 Sammanställning av relevant data av driftsenheter på biogasanläggningen Driftsenhet Förkortning Volym Omrörning Uppvärmning Sensorer/Reglering Anslutningar in Anslutningar ut Gödselbrunn 1 PB2 12 m 3 Rundpumpning Nej Nivåreglering Stall (ko) PB1 Blandningstank PB1 50 m 3 Sänkbar radiell omrörare, rundpumpning Nej Nivåreglering PB2, Manuell laddning BT1 Bufferttank BT1 12 m 3 Rundpumpning Nej Nivåreglering PB1 RK1, ERK1 Rötkammare RK1 300 m 3 Axiell omrörare Värmeslinga Nivåreglering, BT1 nivåvakt & temperatursensor (2st) ERK1 Rötrestlager 1 ERK m 3 Sänkbar radiell omrörare (2st) Nej Nivåreglering RK1 ERK2 Rötrestlager 2 ERK m 3 Nej Nivåreglering ERK1 5.1 Inmatningssystem Inmatningssystem till rötkammaren i Plönninge utgörs av två stycken gödselbrunnar (PB2 Grönsaker Potatis och PB3), en omblandningstank (PB1) samt en bufferttank (BT1). I Figur 5-1 visas ett processchema hur de olika Hästgödsel driftenheterna + är sammankopplade. Halmpellets Ensilage Gasvarnare PG Sla Manuell substratladdning Gaslager GL1,?? Kondens Slamfälla SF2 Skärande sönderdelare LS LC FI TC Omblandningstank PB1, 50 m 3 P1 LC FeCl2 P4 Till Rötkammare LC TC LC P2 Bufferttank BT1, 12 m 3 Rötkammare RK1, 300 m 3 PS Gödselbrunn 1 (mjölkkor) PB2, 12 m 3 Från rötkammare LC P3 Gödelsbrunn 2 (ungdjur) PB3, 50 m 3 Till lagertank för nötgödsel TI TI Figur 5-1 Processchema över nuvarande inmatningssystem i Plönninge biogasanläggning FI Flödesgivare LC Nivåkontrol PS Tryckutlösare LS TC Nivåutlösare Temperaturkontrol 17 PI PG Tryckmätare (analog) Tryckgivare Lagertank Nötgödsel LT1, 1200 m 3 Gasp GP1, 6

22 5.1.1 Gödselbrunnar (PB2 och PB3) Nuvarande drift I nuläget finns det 2 stycken gödselbrunnar kopplade till biogasanläggning på gården i Plönninge. Dessa två brunnar är direktkopplade via ett avloppssystem till varsitt stall med nötkreatur. Gödselbrunn 1 (PB2) har en volym på 12 m 3 och är kopplad till ett stall med huvudsakligen fullvuxna mjölkkor. Gödselbrunn 2 (PB3) har en volym på 50 m 3 och är kopplad till ett stall med huvudsakligen ungdjur. I nuläget rötas bara gödsel från mjölkkorna (PB2), gödsel från ungdjuren (PB3) pumpas istället till en större lagringstank (LT1) om 1200 m 3. Båda gödselbrunnarna har en rektangulär utformning vilket försvårar en bra och jämnt fördelad omblandning. Innehållet blandas om genom att det pumpas runt med samma pump som också sköter utpumpningen från systemet. Detta sköts med en ställbar trevägsventil som antagligen släpper tillbaka allt innehåll till brunnen eller låter allt flöda vidare i systemet. Vanligtvis aktiveras rundpumpningen en tid före en utpumpning för att får ett homogent flöde. Tiden för rundpumpningen kan ställas in av operatören men ligger vanligtvis på 5-10 minuter. Utvärdering av drift Den rektangulära utformningen på tankarna kommer att leda till att omrörningen blir begränsad. Eftersom innehållet är ganska flytande och endast består av nötgödsel så uppskattas detta inte innebära några större problem. Tidigare har det varit problem med att det blivit stopp i ledningarna, främst från gödselbrunn 1 (PB2) till blandningstanken (PB1), men efter ombyggnader under slutet av 2010 har problemen minskat Blandningstank (PB1) Nuvarande drift Från gödselbrunnen pumpas nötgödseln till en blandningstank med en rund utformning med volymen 50 m 3. Omrörningen sker både med en sänkbar omrörare som styrs manuellt samt rundpumpning på samma sätt som i gödselbrunn 1 och 2. De sänkbara omrörarna anses vara mycket effektiva men på grund av den manuella driften och höga energiförbrukningen körs de bara en gång under ett par timmar var dag. I blandningstanken tillsätts alla de fasta substraten. Detta görs antingen med en lastare via lucka direkt ner i tanken eller med containrar via en skärande sönderdelare. Skopan som lastare använder innehåller vågceller vilket möjliggör vägning av det tillsatta provet. I dagsläget tillsätts ensilageresterna och hästgödsel på detta viset. Glykos och sylt tillsätts också med lastare men använder en annan typ av skopa som är specialanpassad för de fat som substraten kommer i. 18

23 Tidigare rann dagvatten och pressvatten från 7 plansilos ner i blandningstanken vilket gjorde att substratblandningen späddes ut när det regnade mycket. För att undvika detta problem har det grävts avrinningsbrunnar som ska se till att dagvattnet inte leds ner i blandningstanken utan till rötrestlager 2 (se vidare under avsnitt 6.1.1). A B Figur 5-2. Bild av omblandningstank A) Skärande sönderdelare där frukt och grönt samt potatis laddas B) Lucka för substrat som laddas med lastare C) Blandningstank Utvärdering av drift I nuläget utförs mycket av substratladdandet manuellt vilket begränsar kontinuiteten i driften. Speciellt hantering av potatis utgör ett problem, då de måste laddas försiktigt och bara 100 kg åt gången. Det skulle vara önskvärt att kunna ladda potatisen med lastare men eftersom potatisen bör sönderdelas före den kommer in i blandningstanken för att inte sätta igen pumpar. Det är dock möjligt att den befintliga stora omröraren klarar av en viss mängd potatis direkt i blandningstanken och om det finns möjlighet rekommenderas tester av detta. Under omrörningen idag sönderdelas det fasta material relativt väl. Vissa problem kan dock uppstå med ensilageresterna som inte sönderdelas lika bra som de andra substraten. I de fall lastare används idag (ensilage och hästgödsel) kan kg laddas på en gång, vilket möjliggör en mycket snabbare och effektivare drift. Detta kan i vissa fall leda till att svämtäcke bildas. Den relativt stora volymen (50 m 3 ) gör dessutom att processen inte blir så beroende när ett fast substrat tillsätts. Uppehållstiden i blandningstanken ligger normalt mellan 3-7 dagar Bufferttank (BT1) Nuvarande drift Från blandningstanken pumpas innehållet vidare till en 12 m 3 stor bufferttank som, liksom gödselbrunnarna, har en rektangulär utformning. Här tillsätts Järnklorid manuellt via en behållare som är uppställd bredvid bufferttanken. Omrörningen sker även här genom rundpumpning med en ställbar trevägsventil. Från bufferttanken pumpas sedan innehållet vidare in till rötkammaren. För att undvika tillbakaflöde och riskera en tömning av rötkammaren sitter här en backventil som säkerhet. Här finns också en flödesmätare som mäter det momentana och det ackumulerade dygnsflödet in till rötkammaren. C 19

24 Varje dag tillsätts järnklorid manuellt från en behållare belägen bredvid tanken. I dagsläget finns inget tydligt doseringssystem utan mängden järnklorid doseras dagligen efter operatörens omdöme. Från bufferttanken finns också en möjlighet att pumpa direkt till rötrestlagret. Detta kan vara intressant vid situationer då stora blandningstanken och bufferttanken innehåller för stora volymer, exempelvis vid kraftig nederbörd. B A C Figur 5-3. Bild av bufferttanken A) Järnkloridbehållare B) Pump till rötkammare C) Bufferttank Utvärdering av drift Precis som i gödselbrunnarna begränsar den rektangulära utformningen omblandningen i tanken. Generellt kan nyttan av att ha en bufferttank ifrågasättas eftersom blandningstanken borde räcka för att erhålla en tillräckligt bra substratbladning. Den manuella tillsatsen av järnklorid är också något som skulle kunna skötas automatiskt men eftersom det inte kräver särskilt mycket tid av operatören är detta inget som bör prioriteras I dagsläget härstammar de flesta flödeslarmen från bufferttanken och majoriteten av dem beror på att pumpen som pumpar från bufferttanken till rötkammaren (P4) inte fungerar som den ska. Normalt flöde ska ligga kring ca 40 m 3 /h men i verkligheten uppnås ofta bara ett flöde under 20 m 3 /h. Pumpen har nyligen bytts ut vilket har resulterat i en mer problemfri inpumpning. Tidigare har nivån i tanken blivit för låg för att en omrörning ska kunna genomföras på ett fullgott sätt. Den bristfälliga omrörningen har vid ett tillfälle lett till att innehållet i tanken blivit för tjockt och därmed icke pumpbart. För att komma till bukt med detta tillkallades slamsugningstjänst för att rengöra brunnen. 20

25 5.2 Rötkammaren Nuvarande drift Rötkammaren har en total volym på 300 m 3 med en normal aktiv volym mellan m 3. Inpumpningen sker normalt pulsvis en gång i halv- eller heltimmen med ett standardinflöde omkring 0,3 m 3 /puls vilket ger ett genomsnittligt dagligt inflöde på 7,2 eller 14,4 m 3 /dag. Flödeshastigheten under pumpning ska normalt ligga kring m 3 /h medan utpumpning ska hålla en flödeshastighet kring 10 m 3 /h. Omrörningen sker med hjälp av en vertikal omblandare med 2 uppsättningar rotorblad som är fäst i taket av reaktorn. I botten på tanken sitter bafflar som generar extra virvlar vid omrörningen vilket minskar de risken för uppkomsten av döda volymzoner och således sedimentering av sand och grus. En gång per dag körs omröraren i motsatt riktning under 10 minuter för att få det som fastnat på omröraren att lossa. I normalt läge körs omröraren med en frekvens på 55 Hz vilket har visat sig vara tillräckligt för att undvika svämtäcken. Dock uppstod det problem med svämtäcke i februari 2011 vilket resulterade att omrörningen stannade då det blev för tungt för motorn. Detta löstes dock genom att sänka nivån i rötkammaren så att de övre bladen gick fria och sedan långsamt höja nivån så att bit för bit av täcket rördes om. En intern värmeslinga som sträcker sig runt nedre delen av reaktor används för att upprätthålla värmen. För att hålla reda på temperaturen i reaktorn finns där 2 stycken temperaturgivare installerade vid olika nivåer. Reaktortemperaturen styrs genom en PID-regulator som styr en shunt-ventil för inkommande varmvatten. Här finns också en nivågivare samt en nivåswitch som ser till att nivån i tanken aldrig överstiger en viss förutbestämd kritisk nivå. Den producerade gasen har en metanhalt som varierar mellan % beroende på substratsammansättning. Halten av svavelväte har vid mätningarna legat någonstans mellan 5-15 ppm. Halterna har bestämts genom manuella tester med hjälp ett bärbart mätinstrument av märket MSA Altair. Tanken tömdes senast för 4 år sedan och behöver som regel tömmas vart 5-8 år för att inte för mycket sand ska samlas på botten. 21

26 Till gassystem A B LS FI TC LC TC P4 Rötkammare RK1, 300 m 3 PS P6 Figur 5-4 A) Processchema över flödena kring rötkammaren B) fotografi av rötkammaren Utvärdering av drift Rötkammaren är av en ganska vanlig konstruktion med pulsvis in- och utpumpning tillsammans med en kontinuerlig omrörning. Normalt sett fungerar uppvärmningen som den ska med vid enstaka tillfällen sjunker temperaturen okontrollerat vilket leder till att operatören tvingas styra den manuellt. Detta är naturligtvis inte bra eftersom bara små förändringar på 1-2 C leder till att bakterierna blir chockade och gasproduktionen går ner. Om problemet fortsätter bör temperaturregleringen tittas närmare på eftersom att kunna upprätthålla en konstant temperatur är viktigt för att processen ska kunna prestera optimalt. Under senare delen av arbetet med detta projekt testades olika regulatorparametrar och det visade sig att ett P-värde på och ett I-värde på gav betydligt jämnare styrning vilket också gjorde att kylningen av uppgraderingsanläggningen fungerade bättre och inte löste ut pga. överhettning. När man börjar mata anläggningen med mer fasta substrat är det viktigt att hålla koll på omrörningen. Framför allt gäller det att inte få något svämtäcke vilket kan vara svårt att få bort om det väl byggts upp. Den bästa åtgärden mot detta borde vara att köra omrörningen så fort som möjligt (60 Hz) och se till att man håller rätt nivå så att de övre omrörarbladen kommer åt att förstöra täcket. Om det ändå blir problem verkar det fungera att sänka nivån och sedan långsamt höja den som gjordes under februari

27 5.3 Rötrestlagring och användning A B Figur 5-5. Fotografi av A) Rötrestlager 1 och B) Pumpstation Nuvarande drift I dagsläget finns två stycken rötrestlager (ERK1 och ERK2) med volymerna 1600 respektive 1500 m 3 i drift. Dessa är seriekopplade tillvarandra och den stora kapaciteten (3100 m 3 ) är nödvändig för att möjliggöra en tillräcklig tillgång på biogödsel året runt. Två stycken sänkbara omrörare som styrs manuellt från operatörspanelen sköter omblandningen rötrestlager 1 medan rötrestlager 2 saknar omblandning. Rötrestlager 1 har en plastduk som tak vilket skyddar mot regnvatten medan lager 2 helt saknar täckning. Från början var tanken att rötrestlager 1 skulle fungera som en efterrötkammare där all den producerade gasen skulle samlats upp tillsammans med gasen från rötkammaren. Dock har det varit stora problem med att få taket att hålla tätt vilket har lett till att denna lösning inte har varit möjlig. Utvärdering av drift Naturligtvis är den öppna lösningen inte ett bra alternativ eftersom den metan och även andra gaser som produceras i rötrestlagret släpps direkt ut till atmosfären. Den väldigt utbredda utformningen av kammaren gör det dock svårt och kostsamt att få den tät. Möjligtvis är det bättre att fokusera på att se till att rötresten har så låg potential som möjligt när den kommer till rötrestlagret och på så vis minska utsläppen till atmosfären. 5.4 Gassystem Från rötkammaren leds den producerade gasen via ett rör med mynning i taket. Ett processschema över gassystemet kan ses i Figur 5-6 och 5-7. Ett gaslager (GL1) finns inkopplat i anslutning till den producerade rågasen för att möjliggöra en jämt flöde av gas. Före rågaslagret finns en slamfälla (SF2) för att kondensera bort vatten på gas till och från gaslagret. Den maximala volymen i rågaslagret ska enligt tillverkarna vara 30 m 3 men i den nuvarande driften uppnår fyllnadsgraden aldrig mer än 92% av detta. I anslutning till gassystem finns också säkerhetsventil som stänger till gassystemet då ett gaslarm utlösts. Gaslarmet använder sig av en katalytisk detektor för att avgöra om metan läcker ut ifrån system. Rågaslagret har även en intern säkerhetsventil som aktiveras om trycket överstiger 11 mbar, vilket leder till att gasen släpps ut i atmosfären. 23

28 PG FI Gasvarnare PG Gasfackla FI Gaslager GL1,?? Slamfälla SF2 Kondens Gaslager GL1,?? Kondens Slamfälla SF2 Gasvarnare Slamfälla SF1 Kondens Slamfälla SF1 GF1Gasfackla GFL1 Kondens GF1 GFL1 P4 LC FeCl 2 FI Bufferttank BT1, 12 m 3 Figur 5-6 Processchema över gassystem (del 1) LS TC LS FI I huvudledningen fortsätter gasen till ytterligare TC en slamfälla (SF1) som också fäller ut LC vattnet genom kondensering. TC LC LC En gasfackla finns tillgänglig här för tillfällen TC då all den producerade gasen inte kan tas tillvara P4 på. Gasfacklan kontrolleras med en automatisk ventil som öppnas om trycket i rågaslagret Rötkammare P6 Rötrestlager 1 överstiger 9 mbar (kan ställas i operatörspanelen). ERK1, 1600 m 3 RK1, 300 m 3 Rötkammare PS LC Rötrestlager 1 ERK1, 1600 m 3 RK1, 300 m Gasen passerar sedan ett torrfilter 3 för att PS rena bort de orenheter som fortfarande är kvar. Under de år biogasanläggningen varit i drift har mycket litet fastnat i filtret och det har bara P7 behövts byta en gång. P7 LC Gasen leds sedan vidare via en gasfläkt (GFL1) som LCär till för att öka flödeshastigheten och försäkra att gasen färdas i rätt riktning. P6 Rötrestlager 2 ERK2, 1500 m 3 Rötrestlager 2 ERK2, 1500 m 3 TI TI TI TI Elproduktion Elproduktion Stirlingmotor SM1,??kW Stirlingmotor SM1,??kW FI FI Nötgödsel 200 m 3 Gaspanna GP1, 60 kw Gaspanna GP1, 60 kw Vattenskrubber WS1 Vattenskrubber Gaslager Pumpstation Gaslager Pumpstation WS1 Figur 5-7. Processchema över gassystem (del 2) Ett system har satts upp för att fördela gasen mellan uppgraderingen, stirlingmotorn och gaspannan. Generellt kan man säga att prioriteringsordningen är: 1) Uppgradering 2) Sterlingmotor 3) värmepanna och 4) fackling. Detta system styrs av fyllnadsgraden i rågaslagret (GL1) vars gränser sätts manuellt av operatören samt fyllnadsgraden i högtrycksgaslagret. Under ett besök på anläggningen 17 nov 2010 användes gränsvärdena dokumenterade i Tabell 5-3. Dessa värden uppskattas inte ändras särskilt ofta och de kan därför anses vara de som gäller för anläggningen i praktiken. 24

29 Med gränsvärdet för Start menas den fyllnadsgrad i rågaslagret som krävs för att ventilen för respektive operativ enhet ska öppnas. Gränsvärdet för Stopp syftar till den nedre gräns i rågaslagret då ventilen stängs. Tabell 5-3. Gränsvärden (17 nov 2010) för fyllnadsgraden i rågaslagret som styr hur rågasen ska distribueras. Enhet Max Start Stopp Uppgradering - 50 % 20 % Stirlingmotor - 80 % 20 % Gaspanna 95 % 60 % 20 % Uppgraderingen styrs även av trycket i fordonsgaslagret. Då trycket understiger ett minvärde aktiveras uppgraderingen och stängs av när ett maxvärde erhållits (dessa värden ställs i uppgraderingens styrsystem). 5.5 Panna och värmesystem En gaspanna (GP1) på 80 kw används för att generera värme genom förbränning av den producerade biogasen. En del av den producerade värmen används till att värma upp rötkammaren medan resten används i det vanliga värmesystemet. Verkningsgraden på pannan ligger kring 90 % enligt mätningar av ELDAB AB som genomför underhåll på pannan med jämna mellanrum. Gaspannans kapacitet på 80 kw uppskattas inte vara tillräcklig då biogasanläggningen går för fullt och högtryckslagret är fullt (uppgraderingen eller stirlingmotor körs inte). Det maximala tillflödet av biogas kan enkelt uppskattas som: Q max = C panna 80 kw = ΔH CH4 X CH4 η panna 10 kwh/nm 3 60 % 90 % = 14,81 Nm3 /h = 356 Nm 3 /dag Där Q max är den maximal biogasflödet, C panna är gaspannans kapacitet, ΔH CH4 är Värmevärdet för metan, X CH4 är andelen metan i biogasen och η pa nna är verkningsgraden för gaspannan. Uträkningen visar att 356 Nm 3 /dag är den maximala biogasproduktionen som gaspannan kan hantera vid gällande värden. Givetvis kan detta värde variera lite beroende på framför allt metanhalten och den uppskattade panverkningsgraden. Vid tillfällen då processen går bra och högtryckslagret är fullt riskerar delar av gas facklas bort eftersom processen bör kunna generera mer än 356 Nm 3 /dag (motsvarar 1,27 Nm 3 /m 3 /dag) om belastningen ökas. Några förslag för att undvika problem med detta i framtiden är: Utöka gaspannas kapacitet Tanka mer fordonsgas så att uppgraderingen används mer Installera Stirlingmotorn Vid ett besök på anläggningen 25 februari 2011, var gasflödet endast 9,9 m 3 /h då gaspannan körde för fullt. Detta gasflöde är lägre än de 14,81 Nm 3 /h som 80 kw borde kunna hantera, istället motsvarar det en kapacitet på 53 kw. Den verkliga kapaciteten kan ligga något över detta men den är definitivt inte 80 kw (skulle kräva att metanhalten i rågasen är 90 %). Det kan således finnas möjligheter att med ganska små justeringar öka kapaciteten. Den låga kapaciteten ledde till att 0,8 m 3 /h rågas facklades bort vilket måste anses som onödigt. 25