Nors biodujų jėgainių variantų nemažai, bet įvertinus disponavimo galią, operatyvumą, matmenis, eksploatavimo savybes lieka du bemaž lygiaverčiai variantai - kogeneraciniai moduliai su vidaus degimo varikliu arba mikroturbinos. Abiem atvejais būtina jėgainę įrengti taip, kad ji dirbtų ir energetinėje sistemoje, ir autonominiu režimu.

Jei lyginsime eksploatavimo sąnaudas ir galimybę moduliuoti generuojamą galią, mikroturbinos turės neginčijamą pranašumą. Generuojamos galios reguliavimas galimas nuo 10 proc. iki vardinės vertės. Labai ilgas darbo laikas tarp techninės priežiūros (apie 8 500 val.) ir mažos su tuo susijusios išlaidos. Kompaktiška konstrukcija. Patikimai dirba su mažos metano koncentracijos biodujomis. Vienas iš stimulų rinktis šiuos modulius būtų gamtinių dujų tiekimas gamybiniame objekte. Jei reikia, galima kompensuoti biodujų tiekimo sutrikimus jėgainės darbui gamtinėmis dujomis su labai mažomis išlaidomis įrangai.

Dar vienas privalumas - nėra vandens aušinimo sistemos, o visa perteklinė šiluma iš modulio išeina su degimo dujomis, o pagalbiniai agregatai ir variklio termiškai apkrauti mazgai aušinami oru. Taigi nereikia įrengti avarinio aušinimo sistemos, bet, kaip jau minėta, keliami nemaži reikalavimai dujų kokybei. Net ir maži drėgmės kiekiai pažeidžia kuro purkštukus, o didesnė kaip 0,03-0,06 mg/m³ (didelė tikimybė jei biodujoms gaminti naudojamas nuotekų dumblas) siloksanų priemaiša pažeidžia turbiną ir rekuperatorių. Didelės siloksanų koncentracijos gaunamos, perdirbant nuotekų valymo dumblą. Pastarieji sukelia daug problemų ir vidaus degimo varikliuose. Nors leidžiama koncentracija priklausomai nuo gamintojo ir variklio tipo sudaro nuo 5 iki 28 mg/m³, bet sukeliami pažeidimai taip pat dideli - genda vožtuvai, stūmokliai, cilindrų galvutės ir tarpinės, turbokompresoriai.

Šio tipo jėgainėse galimi du dujofikuoto dyzelinio variklio variantai - su kibirkštiniu ir su fakeliniu uždegimu. Pirmasis pagal veikimo principą tapatus benzininiam varikliui. Nuo standartinio dyzelinio skiriasi tik cilindrų galvutės konstrukcija ir uždegimo sistema. Dujofikuoti dyzeliniai varikliai su fakeliniu uždegimu (bivaletiniai) turi sudėtingesnę kuro tiekimo sistema. Įsiurbimo metu į cilindrą patenka biodujų ir oro mišinys, o uždegimas inicijuojamas įpurškiant nedidelį dyzelino kiekį. Šio tipo varikliai gali dirbti, naudodami vien tik dyzeliną. Nemažas privalumas yra tai, kad įrangos priežiūrą gali atlikti papildomai apmokyti mechanizatoriai, gana platus atsarginių dalių tiekimo tinklas. Tiesa, yra ir daug argumentų prieš šio tipo jėgaines. Pirmiausia, tai siauras moduliuojamos galios diapazonas, kuriame išlieka aukštas naudingumo koeficientas, būtina avarinio aušinimo sistema, dideli gabaritai ir keliamas triukšmas, o mažos taršos emisijos pasiekiamos naudojant vien tik biodujas.

Saugumas taip pat svarbus

Kitas svarbus momentas - saugi eksploatacija. Tam pagrindas bus dedamas jau projektavimo stadijoje. Metanas - lengvai užsidegančios dujos. Kad metanas savaime užsidegtų, būtinos tam tikros sąlygos: reikiamas dujų kiekis, deguonis procesui palaikyti, energija degimui sukelti. Papildoma sąlyga - metano ir deguonies kiekio proporcija, dar nurodoma kaip žemutinė sprogimo riba tūrio dalies procentais degioms dujoms ir garams.

Esant žemutinei sprogimo ribai (ŽSR), susikaupia deguonies perteklius, kuris absorbuoja degimo šilumą ir palaiko degimą. Esant viršutinei sprogimo ribai (VSR), degių dujų perteklius - susidariusių degimo dujų temperatūra daug žemesnė ir savaiminis degimas nepalaikomas. Reikia nepamiršti, kad kai kurie veiksniai (įjungta ventiliacinė sistema, pravertos patalpos durys ir pan.) gali sudaryti sąlygas ŽSR atsirasti. Jos vertei įtakos turi aplinkos temperatūra, slėgis, neutralių dujų (CO₂; N) kiekis, degių medžiagų garų koncentracija ir kiti.

Iš pateiktos schemos matyti, kad metano ir aplinkos oro mišiniui ŽSR yra 4,9, o VSR - 15,4 proc. (atitinkamai C ir D taškai). Didėjant inertinių dujų koncentracijai ŽSP kyla, VSR mažėja, o degimo zona siaurėja (CDE). Jei metano koncentracija aplinkos ore atitinka tašką F (saugi zona), tai ventiliuojant patalpą arba paduodant į ją inertines dujas metano koncentracija keisi pagal tiesę FH. Zonoje žemiau tiesės GA patalpas galima ventiliuoti aplinkos oru be sprogimo pavojaus, o žemiau BG tiesės - metano ir deguonies mišiniu be inertinių dujų. Bet kokie fermentacinių ir pofermentacinių talpyklų, dujų rezervuarų, dujų paruošimo ir jėgainių salėse remonto ir techninės priežiūros darbai ir žmonių buvimas šiose teritorijose, kai CH₄ koncentracija yra CDE zonoje, yra draudžiami.

Kad rizika biojėgainėse būtų kuo mažesnė, yra numatyta skirtingo pavojingumo zonos (Z0; Z1; Z2) ir jose leistinų naudoti prietaisų ir įrengimų apsaugos klasės (direktyva 94/9/EC ATEX). Didžiausio pavojingumo zonos (Z0) biodujų jėgainėse yra fermentacinės ir perpylimo talpyklos bei sifonai. Mažiausia pavojingos zonos (Z2) yra matavimo ir kontrolės prietaisų patalpos. Visi kiti pavojingi punktai (dujų kompresorinių patalpos su priverstine ventiliacija bei eksplozimetrais, apsauginių ir oro išleidimo vožtuvų aplinka, iš dalies sandarūs priežiūros liukai) priskiriami vidutiniam lygiui (Z1). Dauguma jų yra atviroje erdvėje ir pavojinga koncentracija apie juos gali susidaryti 0,5-5 m spinduliu. Nustatytose zonose galima naudoti tik specialius saugumo reikalavimus tenkinančią įrangą bei prietaisus.

Daug problemų biojėgainėse sudaro korozija. Tam yra gana palanki aplinka - didelis kiekis rūgščių ir agresyvių medžiagų, kurių aplinkoje atsidūrę metalai sudaro elektrochemines poras, generuojančias elektrocheminius potencialus ir intensyvinančias žemos temperatūros korozijos procesą. Biodujose esantys sieros junginiai (H₂S; SO₂) degimo metu sudaro sieros rūgštį. Išmetimo kanaluose, šilumokaičiuose vykstant kondensacijai, metalai apiplaunami sieros rūgšties tirpalu.

Kuo didesnė rūgšties koncentracija, tuo didesnė kondensacija, esant aukštai temperatūrai. Rasos taško priklausomybę nuo sieros kiekio iliustruoja pateiktame paveiksle nubrėžtos kreivės. Viršutinė kreivė nurodo rasos taško temperatūrą, o apatinė - maksimalios korozijos ribą. Labiausiai agresyvus 20-60 proc. sieros rūgšties tirpalas. Dujas naudojančiuose varikliuose kondensacija vyksta, esant aukštai temperatūrai. Labiausiai pažeidžiami stūmokliai, cilindrų galvutės ir vožtuvai. Padidintas sieros oksidų kiekis darbines variklio dalis veikia ir kaip abrazyvas. Laiku nepastebėti pažeisti degimo dujų kanalai ir variklių darbinės dalys gali tapti didelės avarijos priežastimi biodujų jėgainėse.

Investicijų dydis

Paskutinis parengiamasis etapas - projekto įgyvendinimo išlaidos. Jų pasiskirstymas pagal atskiras projekto dalis iki 1,5 MW galios kogeneracinei jėgainei pateiktas paveiksle. Konkrečiam atvejui dedamųjų dalis ir bendra projekto kaina gali skirtis dešimtimis procentų. Pavyzdžiui, substratų, reikalaujančių sanitarinio apdorojimo, naudojimas biodujoms gaminti investicijas padidins apie 20 procentų.

Lyginamosios projekto išlaidos skaičiuojamos 1 kW instaliuotos galios arba 1 m³ fermentacinio reaktoriaus talpyklos. Kuo didesnė jėgainės galia, tuo lyginamosios išlaidos mažesnės. Žinoma, kad atskirų dedamųjų dalis gali ir išaugti, didinant jėgainės galią (pvz., išlaidos infrastruktūrai, sklypui). Vokietijoje statomų biodujų jėgainių lyginamųjų sąnaudų dydis pateiktas grafike. Lietuvoje statomų biodujų jėgainių lyginamosios išlaidos bus mažesnės negu Vokietijoje dėl mažesnių darbo jėgos, statybinių medžiagų ir konstrukcijų kainų.

Eksploatacinės biojėgainės išlaidos sudaro nuo 14 iki 23 proc. investicijų. Jas labai (net iki 20 proc.) gali padidinti išlaidos substratui įsigyti ir transportuoti. Tai dar vienas stimulas maksimaliai išnaudoti vietinius žaliavų resursus. Lieka nemažai išlaidų, priklausančių nuo jėgainės statybos finansavimo ir eksploatavimo išlaidų: energijos supirkimo tarifai ir jų stabilumas, įplaukos už atliekų utilizavimą ir parduotą perdirbtą substratą, kredito kaina ir finansinė parama, eksploatacijos ir priežiūros bei remonto išlaidos, amortizacijos atskaitymai, pelno mokestis ir kiti. Tai gana sudėtingas uždavinys su įvairiais kintamais parametrais. Biojėgainės, įrengtos paukštyne, variantas yra mažai tinkamas mišrios veiklos ūkyje. Aklas projektų kopijavimas negarantuos ekonominės naudos. Tik įvertinus visus veiksnius, galima žinoti, ar projektas atsipirks ar bus nuostolingas. Kad investicijos bus padengtos per 5-7 metus, nereikėtų tikėtis. Remiantis užsienio valstybių patirtimi, biodujų jėgainė atsiperka ne anksčiau kaip per 20-25 metus.

Rimvydas AMBRULEVIČIUS

Mano ūkis, 2013/12