ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина VI, брой 1, 2014

Развитие на биогазовите инсталации в Европа

Развитие на биогазовите инсталации в Европа

Какво се случва с топлината при производството на електричество? Това е един често нерешим въпрос, който безпокои операторите на системи за производство на биогаз, тъй като ако топлината не може да се използва, електроенергията, произведена от биогаз е лошо решение. В тези случаи е по-добре да се инжектира в газопреносната мрежа и да се използва в интегрирани системи за комбинирано производство. Общоприето в бранша е, че тази ефикасна възможност трябва да се насърчава, тъй като инжектирането на биогаз в газопреносната мрежа ще даде възможност на градските райони и търговските обекти да бъдат снабдявани с възобновяема енергия. За няколко години биогазът е подобрен, за да стане биометан с качеството на природен газ.

Вначалото на 2012г. в Европа са били в експлоатация 155 биометан инсталации. От тях 120 инжектират подобрения биогаз в обществената мрежа за природен газ, докато останалите инсталации използват биометана на място, например като гориво. Съществуващите мощности в Европа могат да генерират 59000м3/ч биометан от суровини за производство на биогаз. Средната мощност на централа е около 500м3/ч биометан. Произведените обеми биометан са само малка част от общия суров биогаз, произвеждан в европейските инсталации. Доста препятствия, включително липсата на субсидии и значителната бюрокрация, пречат на бързото развитие на тази технология. Няколко държави имат наредби за инжектиране на подобрен биогаз в газопреносната мрежа или субсидии за производство на електроенергия от биометан, включително Германия, Франция, Великобритания, Люксембург, Холандия, Австрия, Полша, Швеция и Швейцария.

Въпреки че Швеция, Холандия и Швейцария имат дългогодишни традиции в използването на биометан и най-голям опит в използването на тази технология, например обновена инсталация успешно работи в Холандия от 1989г. насам, динамиката на пазара в тези страни в момента е много слаба. Една от причините може да бъде липсата на стимули, предоставени от преференциалните тарифи, ето защо тези страни се фокусират повече върху пазара на горива. За да се постигнат целите за възобновяема енергия до 2020г., в повечето страни се изискват положителни промени и значителни подобрения за генериране на биогаз, като критериите за избор на страни като пазар за биогаз включват, разбира се, техния потенциал за производство, в комбинация с целите за развитие, очертани в съответните Национални планове за възобновяема енергия. Въпреки това, съществува друг решаващ аспект, според който трябва да има субсидираща система с преференциални тарифи, премии или най-малкото сертификати. Инвеститорите в биогаз също се нуждаят от дълги срокове – от 12 до 15 години, с гарантирани цени и преференциални тарифи, тъй като това съответства на разходите за производство на електроенергия без разходите за материалите за производство. Дания, Естония, Финландия, Франция, Германия, Италия, Полша, Холандия, Румъния и Испания са интересни страни за производство на биогаз. Също така трябва да бъдат наблюдавани пазарите в Украйна, Чехия и Унгария.

Субсидиите, които имат значение
Полша и Чехия се идентифицират като примери за това как значителен потенциал и добри съпътстващи условия не могат автоматично да създадат функциониращ пазар. Например, възможно е да се търгуват сертификати от електрическа енергия от биогаз на полската енергийна борса и да получат до 70% инвестиционни грантове. Техните национални планове за възобновяема енергия също звучат много амбициозно, тъй като се планира да бъдат построени до 300 централи на биомаса за една година, за да се постигне целта до 2020г. Полша също има отличен потенциал благодарение на силното си промишлено животновъдство с големи обеми говежда, свинска, както и птича тор. Но в действителност продуктивна среда, която е изправена срещу силен сектор на изкопаеми горива за производство на електроенергия и планове за нови атомни електроцентрали. Сертификатите са недостатъчни, за да станат инсталациите за биогаз икономически изгодни, тъй като цената е само 7,4 €-ct/kWh. Освен това има високи бюрократични пречки. Това е довело до застой на пазара. В експлоатация са само 12 инсталации за биогаз и 10-15 проекта на етап планиране.

В Чехия правителството прилага мерки в отговор на високите цени на слънчевата енергия и проблемите при свързване към мрежата. Приет е закон за възобновяемите енергийни източници, който е предназначен да подкрепи инжектирането на биометан, въз основа на схема за стимулиране на възобновяване на топлина (RHI) във Великобритания. Британското правителство е въвело RHI схема за възобновяема енергия за отопление в началото на миналата година. В допълнение към цената на газа от 2 до 3 паунда се изплаща бонус от 6,8 паунда на kWh за инжектиране на биометан в газопреносната мрежа. Бонусите са съчетани с индекса на цените на дребно във Великобритания и са гарантирани за 20 години. От E.ON Bioerdgas Великобритания също смятат, че има широка подкрепа за разработване на биогаз извън обхвата на схемата RHI. Планът на правителството е постигането на целта от 1000 селскостопански инсталации и 200 търговски инсталации за биогаз, като част от своите цели до 2020г. Смята се, че RHI схемата предлага атрактивна възможност за инсталации, които произвеждат най-малко 300м3/ч биометан. Сега може да се избира между генериране на електричество или инжектиране на газ в газопреносната мрежа и вече до голяма степен може да се очаква същата капиталова възвращаемост. Компанията CNG Services предлага разработване на проекти и консултантски услуги във връзка с компресиран природен газ като гориво, а от 2006г. насам и биометан. Заедно с други фирми от сектора на природния газ, през 2010г. тя основава схема за сертифициране на зелен газ (GGCS). През същата година CNG инициира първата схема за инжектиране на биометан във Великобритания. В станцията за отпадни води на река Темза, работеща в Didcot, 120м3 суров биогаз на час се подобряват в скрубер с вода с високо налягане от Chesterfield BioGas. След това биометанът се инжектира в мрежата, принадлежаща към Scotia Gas Networks, от където се продава на енергийния доставчик British Gas. Една от малкото страни, които са показали положително развитието на пазара, е Австрия, където механизмите за държавна субсидия са довели до ръст.

В Швеция и Швейцария подобреният биогаз се използва предимно като гориво, до известна степен директно, без да се подава в газопреносната мрежа. Налице е също значителен потенциал за използване на биометан в областта на транспорта: в края на 2010г. в Европа 1,4 милиона превозни средства са били на природен газ и броят им нараства, а през 2004г. е имало само 0,5 милиона.

До момента най-големият пазар е Италия с повече от 700хил. превозни средства на природен газ. В допълнение към ползите за околната среда, определен плюс за биометана като гориво е, че не се нуждае от нова инфраструктура, защото мрежите и бензиностанциите за природен газ вече са на разположение. Биометанът също може да бъде смесен във всякакво съотношение.

Първите инсталации в Германия започват работа след 2006г. Оттогава обаче, германският закон за възобновяеми енергийни източници е довел до бързо развитие, като до скоро 66 инсталации захранваха с биометан мрежата за природен газ. Законът субсидира когенерационни централи с фиксирани преференциални тарифи за изкупуване, като Германия води останалата част от Европа по отношение на размера на плащането. Тъй като закона субсидира енергийни култури като входен материал за генериране на биогаз, немските инсталации за биогаз генерират значително количество газ чрез използване на произведена от селското стопанство биомаса. Въпреки положителното развитие в Германия, германското федерално правителство цели биометанът да съставлява 6% от потреблението на природен газ до 2020г. и 10% до 2030г., но трябва да се измине още дълъг път за да стане реалност.

Затова индустрията за производство на биогаз настоява за увеличено финансиране, но не е съгласна относно правилния начин за постигане на това, докато една част от индустрията би искала преференциални цени за газа, подобно на закона за ВЕИ в електроенергийния сектор, няколко големи компании предпочитат регулиране чрез квота за биометана. За да спазят закона, собствениците на жилища трябва да коригират своята тарифа за газ, например смес до 10% биометан.

Въпреки това, двете алтернативи ще доведат до допълнителни разходи за потребителите, тъй като биометана е около 50 до 80% по-скъп от природния газ.

В Германия около 90% от биометана се използва в когенерационни централи. Отоплението и пазарите на горива използват само 5%, като последните особено използват газ от отпадъчни материали.

Германският производител на биогориво Verbio BioEnergie е разработил нова концепция за завод. Каша, получена по време на производството на етанол, се превръща в биогаз чрез ферментация, който след това се подобрява до качеството на природния газ. Това дава възможност на суровините над всички зърнени растения да бъдат рециклирани два пъти, а останалите отпадъчни материали да се използват отново в селското стопанство като тор. Под марката "verbiogas", компанията за биоенергия продава биометана като гориво в станциите за природен газ на територията на Германия.

Подобряване на технологията за по-малки съоръжения
През пролетта на 2010г. започна да функционира съоръжението за преработка в Sundsvall в Швеция, което не само втечнява въглероден диоксид, но също така и метан. То постига това чрез по-нататъшно охлаждане на канализационен газ до -132°C. Демонстрационната инсталация, построена от Gastreatment Services, пречиства и втечнява канализационен газ, произведен от MittSverige Vatten. LBG (втечнен газ) се използва като гориво. Липсата на достатъчна инфраструктура на газопреносната мрежа в централната и северната част на Швеция означава, че втечненият биогаз може да бъде транспортиран по-ефективно до газстанциите от компресирания природен газ (CNG).

Освен криогенната технология, която се очаква да постигне мащабен пробив, трябва да се има предвид и голямото разнообразие на други технологии за подобряване. Сред съществуващите инсталации за подобряване на качеството на газа, доминиращите технологии са химична очистка, адсорбция под налягане (PSA) и пречистване с вода с високо налягане.

Съоръжението за изпитване на мембранни процеси се управлява от австрийската компания Evonik Fibres, която е дъщерно дружество на Evonik Industries. В допълнение, индустриалните групи като Air Liquide от Франция и Borsig от Германия работят върху развитието на мембранната технология. До този момент процесът е бил използван в Холандия, Австрия и Германия. Мембраните дават възможност да се използва различната пропускливост на газовите молекули. В момента няколко индустриални групи разработват кухи влакнести мембрани, направени от полимерен материал. Сухото мембранно отделяне използва само налягане и не изисква химикали. Основното предимство на мембранните процеси е компактна и сравнително проста структура на инсталациите, което също прави интересно инжектирането на газ за малките селскостопански съоръжения. Няколко производители на съоръжения за подобряване на биогаз също започнаха да предлагат допълнителни мембранни процеси. Например, MT-Biomethan от Германия, която преди оборудваше инсталациите с химично пречистване с амин, и Dirkse Milieutechniek от Холандия, която има в гамата си продукт "Carborex" за пречистване с вода с високо налягане. Холандците са използвали тази система в първото съоръжение за подобряване на пречиствателна станция в Zalaegerszeg, Унгария: това води до производството на 50-85м3/ч биометан, който се използва като гориво за автомобилния парк на западния унгарски град. Първият биометан, произведен във Великобритания от отпадъци от пивоварна и храни, се инжектира в националната мрежа за природен газ в пивоварна Adnams в Southwold, Suffolk. Органични отпадъчни продукти от седем супермаркета в местността също се рециклират тук. С това се получават още 60м3/ч. Използва се криогенна технология, която е все още нова в подобряването на качеството на биогаза. С този процес биогазът се охлажда на два етапа до -78°C, докато въглеродният диоксид бъде втечнен и отделен. Втечненият СО2 може да се използва като охладител за различни приложения или за растителни торове в оранжерии и аквариуми.

За да даде тласък на пазара за биометан в Европа, проектът Green Gas Grids бе стартиран от ЕС три последователни години. Проектът, който се координира от германската енергийна агенция (dena), е предназначен за идентифициране на пазарните пречки, да събере бизнес партньори, да предаде опит за "начинаещи" страни и да насърчи проектите там. Тя е насочена както към национални, така и към европейски нива, където са фокусирани аспектите по отношение на устойчивостта, техническите стандарти, търговията и политически цели. Все още няма европейски стандарт за инжектиране на биометан. Работна група ще подпомага развитието на стандарта CEN/TC 408 "Биометан за използване в транспорта и инжектиране в газопроводи за природен газ". Vertogas от Холандия, схемата за сертифициране на зелен газ (GGCS), асоциацията за анаеробно разлагане и биогаз (ADBA) от Великобритания, датският оператор на газовата мрежа Energinet и немската Biogasrat като представители на по-големи фирми от германската индустрия за производство на биогаз, в момента си сътрудничат с dena за разработване на европейска платформа за регистрация, която трябва да бъде съвместима с националните системи за сертифициране на търговията. Това следва да създаде основа за европейския пазар на биометан, която позволява доставките да бъдат балансирани икономически и в съответствие с потребностите между различните страни. Преференциалните тарифи за електроенергия могат да бъдат критичен стимул за развитието на захранване с биометан в газопреносната мрежа.