Kogeneracija Stankovci 2020, projekt izgradnje bio-tehnološke zgrade koja bi se koristila kao centar za sanaciju otpadne biološke mase lokalnih pogona uljara maslina i destilerija aromatskih biljaka. Izgaranjem otpadne biomase u bio kotlu generirala bi se toplinska energija i posljedično pomoću ORC uređaja zelena električna energija.

 

Zgrada za generiranje toplinske energije pogona te električne energije za vlastitu potrošnju pogona sušare i primarne proizvodnje kompostane. Sva oprema će imati visoki stupanj automatizacije da se smanji na minimum potreban broj radnika jer je osjetan deficit radne snage na lokaciji. Sva oprema će imati i daljinski nadzor rada od strane servisne službe koja će preko internet veze biti u mogućnosti cjelodnevnog nadzora rada postrojenja. U zgradi kogeneracije obuhvaćene su slijedeće funkcionalne cjeline:
- prostor kogeneracijskog postrojenje za generiranje toplinske i električne energije
- prostor za obradu i doradu, skladištenje i transport sirove biomase
- prijemni transporteri i međutransporteri biomase
- prostor za skladištenje proizvedenog supstrata za organsku gnojidbu bio komposta

Na građevinskoj čestici planiran je zahvat u prostoru, gradnja samostojeće proizvodno-poslovne zgrade.Projekt prikazuje namjeravani zahvat u prostoru kojim se uređuje građevinska parcela, građevina i drugi elementi značajni za izgradnju građevine. Zgrada je samostojeća prizemnica. Namjena zgrade je proizvodno-poslovna. Zgrada je pravokutnog oblika, te je paralelna sa jugoistočnom međom čestice. Krov zgrade je dvostrešni kosi, blagog nagiba, sakriven obodnim nadozidima. Završna obrada pročelja biti će iz suvremenih materijala primjerenih namjeni građevine. Površine unutar zgrade će se obložiti odgovarajućom oblogom u skladu s namjenom zgrade.

Proizvodno-poslovna zgrada sadrži prostorije za sušenje biootpada te pogonski sustav za dobivanje električne energije iz istog. Kao prateći prostori javljaju se prostorije zaposlenika, kontrolna soba te soba za sastanke. Predmet ulaganja je zgrada kogeneracije s nadstrešnicom za smještaj opreme za doziranje ulaznih sirovina, sa sustavom grijanja u svrhu sušenja sirovine za kompost i predušenje goriva za kotao, smještaj bunkera kotla te vanjska armirana betonska ploča za smještaj vanjske opreme kogeneracije (dimnjak, orc jedinica i rashladnik) te sva potrebna oprema za funkcioniranje kogeneracije.

Zelena masa se unosi dijelom u komposter gdje se vrši kompostiranje iste, zatim se suši i prenosi u skladište. Drugi dio biomase se unosi na uređaj za predušenje biomase koji ubacuje biomasu u bunker kotla. Nakon bunkera transporterom se biomasa ubacuje u kotao te koji je povezan s ORC generatorom za generiranje električne energije. Bio masa je sakupljena kao bio otpad na području obuhvata općine Stankovci i koristit će se isključivo u energetske svrhe. Kapacitet obrade bio mase je 1,0 tona dnevno, a pod biomasu se podrazumijeva otpad od komunalnih uređenja zelenih površina, vrtova, vinograda, maslinika i sl. te spada u neopasni otpad.

EMISIJA CO2 SUSTAVA

Sustav kompostišta koji se aplicira na poziv ''postrojenje za obradu biootpada'' predviđen je tako da zbrinjavanjem maslinove komine pridonosimo očuvanju okoliša. Njenom primjenom odnosno vraćanjem ponovno u tlo osim adekvatnog zbrinjavanja i njegovog pogodnog utjecaja na okoliš, imamo pogodan učinak i na CO2 odnosno smanjenje stakleničkih plinova.

U nekim se istraživanjima navodi da razgradnja maslinove komine nije posve neutralan već CO2 negativan proces jer se usvaja nešto više CO2 nego ga je nastalo stvaranjem masline. Tu tvrdnju možemo uzeti u obzir zbog ostatka ulja koje se izolira iz komine prilikom prerade odnosno preradi ili veže u neki drugi spoj.

Postrojenje je projektirano tako da komina koja će se prerađivati služi za energetsko snabdjevenije kompletne hale i proizvodne linije. Višak energije koristiti će se za isporuku u mrežu (kao OIE) i kompostiranje komine (također i ostataka od rezidbe maslina) za zainteresirane privatnike.

Sposobnost fiksiranja CO2 u tlu ovisi o više faktora. Neki od njih su ekološka proizvodnja, sastav i oplemenjivanje tla, usvajanje dobre poljoprivredne prakse, pomotehnika i drugo.

Drvni otpadci od rezanja maslina najčešće se strojevima odvoze iz maslinika, sabijaju i spaljuju. Na taj način gubimo potencijalnu organsku tvar i trošimo energiju za manipulaciju teretom (traktori). Zbrinjavanjem tog bio-otpada smanjujemo potrebu za fosilnim gorivima i oplemenjujemo tlo organskom tvari koji fiksira CO2.

Maslinik ima sposobnost da za svaku litru ulja fiksira 10 kg CO2 u tlo. Upija više atmosferskog CO2 nego ga stvara i ugrađuje u tlo pa tako i biljku. Upotrebom umjetnih gnojiva, kultivacijom, ekstezivnim načinom proizvodnje, sposobnost tla za usvajanje CO2 poremećen je. Upotrebom radnih strojeva i suvremenom preradom ulja odnos usvojenog i otpuštenog CO2 u atmosferu pomaknut je na nepovoljnu stranu.

Umetanjem organske tvari u tlo dobivene preradom komine i stvaranja kasnije blagog zelenog pokrova smanjuje CO2 za 0,32 – 0,6 t/ha. Nadodamo li bilanci i uporabu biljnog materijala dobivenog od rezidbe, ovaj način zbrinjavanja biootpada kao nus proizvod proizvodnje maslina svakako dopridonosi velikom smanjenju CO2 po litri maslinova ulja. 

OPIS PROIZVODNOG PROCESA

Kamion dovozi maslinovu kominu u sabirno mjesto za sirovinu (nasuprot hale, projektirano mjesto za to) za vrijeme kampanje prerade maslina. Iz sabirnog mjesta komina se utovarivačem unosi u halu u sušaru koja je raspodijeljena u tri sekcije zbog procesa (faza) sušenja. Svaka pojedina sekcija sušare može zaprimiti dovoljno sirovine što bi bilo dovoljno za srednju vrijednost mase ovisno o sastavu i vrsti prerade komine.
Sirovina se preslaguje u drugu pa treću sekciju i po želji se nakon nekoliko dana ponovno puni prva sekcija. Zatim sirovina ulazi u sušaru sa određenim predradnjama pripreme sirovine za ulazak u aerobni fermentor. Trajanje pripreme sirovine vremenski zavisi o kvaliteti odnosno vrsti organske mase.
Sljedeći dio procesa je ulazak sirovine (sa sadržajem vlage od 50-70% ) u komposter gdje se vrši aerobna fermentacija. Uz dodatak kisika duboko kroz svaki dio organske mase aktivira se metabolizam bakterija.
Uz visoku temperaturu oko 50 stupnjeva C. dolazi do naglog razmnožavanja bakterija i njihove ubrzane aktivnosti. To ubrzava proces razgradnje celuloze koji inače u prirodi traje 2-4 godine. Temperatura se u završnoj fazi povisuje na preko 70 stupnjeva C pri kraju procesa. Tada dolazi do koagulacije proteina i inaktiviranja svih patogena (gljivica, algi, bakterija, pljesni, većina virusa…). Zbog visoke temperature također dolazi do inaktivacije klijanja sjemena te pogiblja većine bakterija. Taj dio zove se aerobna stabilizacija i u ovom djelu se i usvaja određeni dio CO2 koji je potreban kao nadomjestak potrošenom CO2 koji smo uzeli tijekom izoliranja ulja.
Masa dobivena kompostiranjem ide u transporter s predsušenjem gdje se dodatno isušuje i standardizira (u vidu količine vlage i frakcije) prije ulaska u kotao. To je jako bitno jer dobiveno ''biogorivo'' mora biti jednake kvalitete kako ne bi došlo do poremećaja rada uređaja za izgaranje ili njegova oštećenja. Proizvedeno ''biogorivo'' skladišti se u bunker kotla gdje se elektronski dozira po potrebi kotla za spaljivanje.
Kotao za sagorijevanje koji radi na dobiveno biogorivo proizvodi visoku temperaturu kojom se zagrijavaju uljni ORC moduli. ORC modul radi tako da preko isparivača zagrijava se radni ORC medij te potom vrti impulsnu turbinu koja je direktno povezana vratilom na osovinu sinkronog generatora. On daje istosmjernu električnu energiju koja se inverterom pretvara u izmjeničnu i pušta u dvosmjerno brojilo.
Pogon u početku troši puno električne energije no kasnije ju proizvodi u suvišku. a.
Toplinska energija koja je nus proizvod ORC modula koristi se za pogon kompostišta. Višak toplinske energije u hladnijem djelu godine osim za pogon proizvodne linije koristiti će se za grijanje plastenika koji će se nalaziti u slobodnom dijelu čestice.
U toplijem djelu godine toplinska energija koristiti će se za preradu komine i zelene mase od rezidbe masline koje će se uslužno obavljati za zainteresirane proizvođače.
Količina biogoriva koja je potrebna za pogon cijelog sustava preraspodjelom energije dovoljna je i za kompostiranje te preradu organskih ostataka od hortikulture, maslinarstva, vinogradarstva.
Ostatak sagorijevanja ''biogoriva'' je pepel kojeg mješamo u određenom omjeru s kompostom i na taj način ga dodatno oplemenjujemo mineralima. Kao takvo, organsko gnojivo vraća se nazad u polje te služi za gnojidbu i daljnju fiksaciju CO2.

GENERIRANJE TOPLINSKE ENERGIJE

U prostoru kotlovnice predviđa se kogeneracijski blok s bio kotlom s tehničkim uljem na biomasu koji se koristi za generiranje toplinske energije temperature do 320 °C. Generirana toplinska energija (u obliku termalnog ulja) se usmjerava dalje u ORC blok jedinicu koja ima svrhu da generira posljedično električnu energiju za potrebe: opreme za doziranje ulaznih sirovina sa sustavom grijanja u svrhu sušenja sirovine za kompostiranje i predušenje goriva za kotao kogeneracije, sušaru, te staklenike (koji nisu predmet građevinske dozvole). Odabrana je kotlovnica s tehničkim radnim uljem kao radnim medijem jer uređaj radi na atmosferskom tlaku te može osigurati veću radnu temperaturu uljnog medija. Pored kotla u prostoru kotlovnice se smješta i ostala potrebna oprema uljne instalacije: uljni spremnik, uljne pumpe, uljna otvorena ekspanzijska posuda, sigurnosna oprema te prateća oprema za automatsku regulaciju i upravljanje.

U donjem dijelu kotla nalazi se pužni transporter koji izbacuje generirani pepeo stoga je potrebno oko kotla osigurati minimalan radni i servisni prostor. Otpadni dimni plinovi se umjeravaju preko izmjenjivača koji predgrijava svježi zrak čime se vrši povrat toplinske otpadne energije. Potom dimni plinovi prolaze kroz ciklon za odvajanje preostalog pepela nakon čega se putem ventilatora dimni plinovi izbacuju kroz čelični dimnjak vezan uz konstrukciju zgrade. Ukupna potrebna toplinska energija pogona oscilira ovisno o energetskim potrebama pogona no analizom se dolazi do netto toplinske snage pogona što bi uz ukupnu učinkovitost postrojenja dalo potrebnu instaliranu snagu kotla. Slijedom potrebnih tehničkih uvjeta odabran je bio kotao toplinske bruto snage koja će se usmjeriti u ORC uređaj.

GENERIRANJE ELEKTRIČNE ENERGIJE

Očekivana maksimalna električna snaga ORC bloka bi se dalje usmjerila u sam pogon dok bi se višak prodavao u mrežu do max priključne snage. ORC uređaj dolazi smješten u tvorničkom bloku koji se može smjestiti u kontejner standardne veličine 20 ft ili u samu halu sa svom potrebnom funkcionalnom opremom za generiranje električne energije. Na ORC uređaj se dalje nastavlja i hladnjak pogona koji ima funkciju da na sebe prima svu preostalu toplinsku energiju ovisno o dinamici potrošnje toplinske energije ostale tehnološke opreme sustava.

ORC TURBOGENERATOR

ORC je varijacija Rankinovog ciklusa u kojem se umjesto vode kao radnog medija koristi organski fluid Zbog relativno niske temperature isparavanja organskog fluida moguće je iskorištavanje energetskih izvora niskih temperatura. ORC tehnologija može pretvoriti toplinsku energiju relativno niskih temperatura u rasponu od 80 °C do 350 °C u električnu energiju.

Prednost korištenja ORC tehnologije temelji se na činjenici da su potrebni niski radni tlakovi u odnosu na druge termodinamičke cikluse, kao što je Carnotov ili klasičan Rankinov ciklus. Također, kod ORC tehnologije izbjegava se problem korozije i erozije lopatica turbine i druge opreme postrojenja zbog karakteristika radnog fluida (veća molekularna masa). Okretaji turbine su niski koji omogućuju rad bez reduktora, što rezultira i manjim naprezanjima turbine. Za razliku od klasičnih termoelektrana, nije potrebna priprema vode. Radni vijek turbogeneratora je dug (više od 20 godina). Proces je u potpunosti automatiziran, te je održavanje jednostavno. Poslije ispada pokretanje modula je brzo i jednostavno. Važnost ORC tehnologije posebno se može promatrati u svijetlu povećane emisije štetnih (stakleničkih) plinova nastalih uglavnom procesom sagorijevanja fosilnih goriva.

Termo uljem se u isparivaču zagrijava radna tvar koja isparava na tlaku isparavanja. Para radne tvari predaje kinetičku energiju turbini, te turbina pokreće generator koji proizvodi električnu energiju. Nakon izlaska iz turbine paru je potrebno vratiti u kapljevito stanje, te ona ulazi u kondenzator. U kondenzatoru paru hladi rashladna voda koja uzima toplinu kondenzirane pare. Kapljevinu radne tvari potrebno je podići na tlak isparavanja što radi pumpa. Proces je zatvoren i ciklički se ponavlja. Radi pojednostavljenja ORC turbogenerator se može promatrati kao izmjenjivač topline između termo ulja i rashladne vode. Termo ulje prolazi kroz isparivač i turbinu i predaje toplinu rashladnoj vodi. Pri tome proizvede električnu energiju kroz električni generator koji pokreće turbina.

ENERGETSKI PRIKLJUČAK ELEKTRIČNE ENERGIJE
Priključak i mjerenje na elektro energetsku mrežu izvesti će se sukladno izrađenom EOTRP-u, a sve prema uvjetima HEP ODS-a. Smještaj razvodnih ormara riješiti će na način da se zadovolje tehnički i ekonomski optimalni uvjeti. Zaštita od indirektnog napona izvesti će se automatskim isklapanjem napajanja uz primjenu TN-C-S sustava razvoda i zaštitnim uređajem diferencijalne struje uz izvedbu temeljnog uzemljivača i glavnog izjednačenja potencijala. U predmetnoj građevini predviđeno je kogeneracijsko postrojenje na biomasu, čija predviđena proizvodnja električne energije odnosno predaja u mrežu iznosi prema EOTRP-u. U smjeru preuzimanja električne energije predviđa se potrošnja manje od generirane. Stoga se za ovu građevinu predviđa ugradnja dvosmjernog brojila u glavnom razvodnom ormaru (GRO). Prema proračunima ukupna potrošnja električne energije će biti min 100% pokrivena iz vlastite proizvodnje od ukupne proizvodnje električne enregije.

STAKLENIK

Pored pogona sušare planirani su staklenici za uzgoj biljaka (nisu predmet građevinske dozvole, prema glavnim projektima u skladu sa pravilnikom o jednostavnim i drugim građevinama i radovima NN 112/17, 34/18, 36/19, 98/19) te će se staklenici grijati tijekom hladnijih dana godine. Planirano je grijanje staklenika pomoću otpadne toplinske energije pogona sušare kada nema dostupne biomase za proizvodnju peleta. Osim toplinske energije staklenici će prema potrebi koristiti i električnu energiju. U Budućnosti je u planu izgraditi i skladište za smještaj prerađenih sirovina.

 

Strojarski projekt termotehnike
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.

Strojarski projekt hidrotehnike
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.