Główne elementy instalcji pilotażowej:

• kocioł biomasowy, wielopaliwowy (moc cieplna do 1.1 MW),
• układ oleju termalnego jako układ odbierający ciepło spalin,
• układ siłowni ORC (z turbogeneratorem o mocy 0.2 MWe),
• węzeł ciepłowniczy o mocy cieplnej 0.8 MWc,
• akumulator ciepła,
• system diagnostyki i sterowania kotłem wielopaliwowym, silnikiem spalinowym, obiegiem oleju termalnego i układem ORC,
• przyłączenie do sieci energetycznej i ciepłowniczej.

Okres realizacji - 2011-2012, zakończenie - 2013.

Rys. 1. Wykres temperatury w funkcji entropii, czynnik – olej silikonowy.

Rys. 2. Schemat blokowy i ideowy układu kogeneracyjnego instalacji pilotażowej.

W skład kompleksu wchodzi:

• zgazowarka biomasy (obecnie istniejąca),
• układ oczyszczania i uszlachetniania syngazu w celu przystosowania go do spalania w silniku spalinowym,
• silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do 0.5MW,
• układy odzysku ciepła ze spalin zgazowarki, syngazu oraz spalin z silnika spalinowego na potrzeby suszenia biomasy.

Czas realizacji 2012-2013.

Rys. 1. Schematy instalacji układu kogeneracyjnego dla zakładów przetwórstwa biomasy.

Realizacja instalacji pilotażowej dla zakładów przetwórstwa biomasy:

• Wykonanie projektu instalacji pilotażowej ze zgazowarką, układem oczyszczania syngazu, silnikiem spalinowym i suszarnią biomasy,
• Opracowanie dokumentacji technicznej instalacji pilotażowej,
• Wykonanie projektu budowlanego instalacji pilotażowej,
• Wykonanie instalacji pilotażowej,
• Przyłączenie do sieci elektroenergetycznej,
• Prace wykończeniowe,
• Przeprowadzenie badań cieplno-przepływowych kompletnej siłowni poligeneracyjnej.

Przewiduje się budowę modułowej, kontenerowej instalacji pilotażowej o dużej efektywności produkcji energii elektrycznej (40-50%), układ ten powstanie w IMPPAN, czas realizacji 2013-2014. Główne elementy instalacji pilotażowej:

• silnik spalinowy na biogaz (o mocy w paliwie 1.5 MW i mocy elektrycznej 0.5 MWe),
• pośredni układ oleju termalnego jako układ odbierający ciepło spalin i ciepło chłodzenia silnika,
• układ siłowni ORC (o mocy elektrycznej 0.1 MWe) z turbiną parową na czynnik niskowrzący,
• węzeł ciepłowniczy (o mocy cieplnej 0.6 MWc),
• akumulator ciepła,
• system diagnostyki i sterowania obiegiem silnika spalinowego, obiegiem oleju termalnego i układem ORC,
• przyłączenie do sieci energetycznej i ciepłowniczej.

Rys. 1. Schematy instalacji kontenerowej.

Wariant 1. Zakłada wykożystanie w układzie ORC oleju silnikowego jako czynnika roboczego.

Rys. 2. Schematy blokowy instalacji kontenerowej, wariant 1. z olejem silnikowym.

Rys. 4. Wykres temperatury w funkcji entropii, – olej silikonowy.

Wariant 2. Zakłada wykożystanie w układzie ORC czynnika chłodniczego HFE-7100 jako czynnika roboczego.

Rys. 4. Schematy blokowy instalacji kontenerowej, wariant 2. z czynnikiem HFE-7100.

Rys. 5. Wykres temperatury w funkcji entropii, – czynnik chłodniczy HFE-7100.

Realizacja instalacji pilotażowej:

• Wykonanie projektu instalacji z silnikiem / turbiną gazową i układem ORC,
• Opracowanie dokumentacji technicznej instalacji pilotażowej,
• Wykonanie projektu budowlanego instalacji pilotażowej,
• Roboty budowlane,
• Zakup silnika spalinowego, przystosowanie silnika do spalania gazów niskokalorycznych, montaż układu ORC,
• Przyłączenie do węzła cieplnego i sieci elektroenergetycznej,
• Prace wykończeniowe,
• Przeprowadzenie badań cieplno-przepływowych kompletnej siłowni poligeneracyjnej

Przewiduje się opracowanie dokumentacji technicznej i budowę instalacji pilotażowych:

1. Mikrobiogazowni fermentacyjnej o mocy 10-20 kWe z silnikiem spalinowym z kogeneracją (nadbudowany węzłem ciepłowniczym) na biogaz; mikrobiogazownia zostanie opracowana przez zespół z UMW, PG oraz PŚl.
   
   
2. Mikrobiogazownia o mocy 10-20 kWe ze zgazowaniem pirolitycznym i z silnikiem kogeneracyjnym (z węzłem ciepłowniczym) spalającym gaz syntezowy; mikrobiogazownia powstanie w IMPPAN.

W oparciu o wyniki badań własnych prowadzonych z wykorzystaniem instalacji badawczej powietrznego zgazowania biomasy w złożu stałym o mocy ~80kW, firma SYNGAZ Sp. z o.o. we współpracy z IChPW wybuduje i uruchomi pilotową (demonstracyjną) instalację zgazowania biomasy o mocy ~500kW. W instalacji tej biomasa poddawana konwersji - poprzez zintegrowany system magazynowania i załadunku – wprowadzana jest do reaktora zgazowania. Zastosowany prototypowy reaktor zgazowania w złożu stałym jest pionowym cylindrycznym reaktorem, w którym paliwo podlega sekwencyjnym procesom suszenia, pirolizy, spalania i zgazowania. Instalacja będzie w pełni zautomatyzowana.

Podstawowe parametry operacyjne instalacji będą następujące:

• wydajność - ~ 120÷150kg biomasy/h,
• moc cieplna - ~ 500kW,
• temperatura złoża - < 1300oC,
• temperatura gazu - ~ 850÷900oC,
• ciśnienie – atmosferyczne,
• wartość opałowa gazu - ~ 8÷10MJ/m3.

W skład instalacji wchodzi:

• zgazowarka biomasy (odpadów ściekowych i komunalnych),
• silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do 20 kW,
• układy odzysku ciepła dla podgrzewu wody użytkowej.

Zadanie służy opracowaniu nowatorskich technologii dedykowanej produkcji biomasy zielonej i lignocelulozowej, wykorzystaniu potencjału energetycznego frakcji organicznej odpadów przemysłu rolno-spożywczego oraz opracowaniu innowacyjnych technologii wytwarzania biopaliw.

Założenia technologiczne:

• wydajność biorafinerii – 25 l etanolu dziennie,
• dzienna podaż surowca – 200 kg suchej masy surowca lignocelulozowego,
• zabezpieczenie areału (grunty marginalne) produkcji biomasy – 15 ha,
• potencjalna lokalizacja – gospodarstwo Kocibórz (należące do ZBD Łężany) – instalacja byłaby komplementarna względem budowanych tam instalacji biopaliwowych i ekoenergetycznych – biorafinerii estrów (Kocibórz) oraz termozgazowarki (Łężany),
• pozostałości po produkcji etanolu (głównie lignina) zostaną wykorzystane jako paliwo w jednostce CHP. Energia cieplna i elektryczna będą wykorzystane w procesie technologicznym, a nadwyżka energii elektrycznej zostanie włączona do sieci energetycznej.

Opracowany zostanie model funkcjonalny reaktora cyklonowego zapewniającego dużą efektywność absorpcji CO2 dla oczyszczania biogazu. Planowana moc instalacji w zakresie 0,5-1 MW.

Przewiduje się opracowanie dokumentacji technicznej oraz budowę i testowanie instalacji oczyszczania syngazu z substancji smolistych i pyłów o mocy 1,5 MW. Zastosowana zostanie technologia mycia gazów olejem i następnie oczyszczanie tego oleju i jego filtracja.

Instalacja bazuje na własnym generatorze plazmy mikrofalowej, w którym wytwarzana plazma używana jest do reformingu (konwersji) węglowodorów, co pozwala na uzyskanie efektu redukcji zawartości smół w gazie ze zgazowania biomasy, a także zwiększenie zawartości wodoru. Dla wykonania planowanych badań generator plazmy musi zostać wyposażony w urządzenia do odfiltrowania sadzy (tworzącej się zazwyczaj podczas termicznej konwersji smół) oraz separacji gazowych produktów (np. adsorber zmiennociśnieniowy PSA lub filtr membranowy).

Parametry techniczne:

•     Szybkość produkcji wodoru z metanu: 10 kg H₂ / h,
•     Wydajność energetyczna: 1 kg H₂ / kWh
•     Koszt produkcji: 2 USD / kg H₂

Na bazie modułu stosu ogniw SOFC opracowana zostanie technologia układu sprzężonej generacji energii elektrycznej i ciepła (mikro-CHP) o mocy elektrycznej do 2,5 kW z wykorzystaniem ciepła odpadowego stosu ogniw SOFC do ogrzewania strumienia wody. Planowane są również badania nad konstrukcją palnika bezpłomieniowego umożliwiającego dopalenie gazu resztkowego ze stosu ogniw paliwowych o niskiej zawartości paliwa (20%), z wykorzystaniem gazu katodowego o niskiej zawartości tlenu (11-15%).

Projekt wykonawczy obejmował będzie również układ naboru danych i sterowania, umożliwiający pełną identyfikację układu energetycznego. Kolejnymi działaniami będzie konstrukcja, testy rozruchowe, oraz badania układu sprzężonej generacji mocy i ciepła (mikro-CHP). Określone zostaną charakterystyki osiągów pracy w tym sprawność elektryczna i sprawność całkowita układu zasilanego rzeczywistym lub symulowanym oczyszczonym biopaliwem. Przewidywana jest sprawność elektryczna w zakresie min. 35-45%. Sprawność elektryczna uzależniona jest m.in. od rodzaju paliwa zasilającego oraz od stopnia integracji cieplnej układu.