Jak dobrze wykorzystać ciepło z biogazowni?

Ekologiczny ciepłociąg w Gminie Potęgowo w woj. pomorskim jest realizacją postulatu o wykorzystaniu energii odnawialnej wytwarzanej dla celów bytowych w miejscu jej produkowania, dzięki czemu społeczność gminna mogła osiągnąć samowystarczalność energetyczną i poprawić jakość powietrza, odstępując od tradycyjnych sposobów ogrzewania węglem. Ciepłociąg łączy odnawialne źródło energii cieplnej z mieszkańcami, a wraz z węzłami tworzy jeden z nowocześniejszych systemów ciepłowniczych, zachęcając do naśladownictwa inne gminy.

W Potęgowie istniał mały system ciepłowniczy, którego źródłem ciepła była kotłownia miałowo-węglowa o mocy 2,2 MW. Ze względu na niską sprawność i dużą emisyjność – nawet do 3 tys. ton CO₂ do atmosfery rocznie – powinna zostać zamknięta lub poddana kosztownej modernizacji. Problemem była również prawie 40-letnia czteroprzewodowa sieć ciepłownicza zbudowana w systemie kanałowym z izolacją wełną mineralną, która nie spełniała już żadnych norm, generując liczne awarie i znaczne straty ciepła na przesyle. Topniejący śnieg na trasie starego ciepłociągu wskazywał na zły stan sieci przesyłowej, a odbiorcom w każdej chwili groziło odcięcie ciepła.

Zobacz: Biogazownia w ZUOK Orli Staw

Biogazownia w Potęgowie – pomysł i realizacja

Geneza projektu związana jest z wybudowaniem w 2013 r. elektrowni wiatrowej w Darżynie przez prywatnego inwestora – Nadmorskie Elektrownie Wiatrowe Darżyno Sp. z o.o. oraz elektrowni biogazowej zasilanej masą organiczną, dostarczaną z okolicznej produkcji rolno-spożywczej. Efektem ubocznym produkcji energii elektrycznej było ciepło uwalniane bezpośrednio do atmosfery. Po kilku latach eksploatacji układu postanowiono przeprowadzić analizy techniczno-ekonomiczne, aby odpowiedzieć na pytanie, czy ciepło odpadowe może zostać wykorzystane do ogrzewania domostw Potęgowa. Wynik analizy dał pozytywną odpowiedź i przystąpiono do dalszych prac.

W ten sposób powstała inwestycja przekształcająca wyspową biogazownię produkującą tylko energię elektryczną w zasilaną biomasą elektrociepłownię, której elementami składowymi są urządzenia do wyprowadzania ciepła o parametrach 90/65^oC w sezonie grzewczym dla c.o. i c.w.u. oraz 70/30^oC poza sezonem na potrzeby c.w.u., tj. wymiennikownia ciepła o mocy 2,4 MW, wspomagana szczytowym kotłem grzewczym niskotemperaturowym Viessman Vitoplex o mocy 0,7 MW, zasilanym biogazem.

Fot. 1. Biogazownia w gminie Potęgowo. Nowa wymiennikownia

W celu doprowadzenia ciepła do odbiorców wykonano dwuprzewodową sieć magistralną o długości 1788 mb. i średnicy 2 x Dz 219,1 x 4,5/315 mm oraz 3163 mb. sieci i przyłączy o średnicach od 42,4 x 2,6/110 mm do 219,1 x 4,5/315 mm, na terenie miejscowości Potęgowo. Do budowy sieci użyto wysokiej jakości rur preizolowanych Logstor z barierą dyfuzyjną, wyprodukowanych metodą ciągłą osiową (Axial Conti). Rura preizolowana jest zespołem rurowym składającym się ze stalowej rury przewodowej zaizolowanej sztywną pianką PUR oraz płaszcza osłonowego PE-HD. Występuje z systemem alarmowym lub bez niego.

Fot. 2 Budowa rury preizolowanej Logstor z barierą antydyfuzyjną (źródło: Logstor)

Zastosowane rury wytwarzane są w ciągłym procesie technologicznym poprzez formowanie pienionej izolacji w ruchomych formach, z wykorzystaniem folii PE z aluminium. Następnie na izolację wytłaczana jest osłona z płynnego PE-HD. Folia umieszczona pomiędzy izolacją a osłoną spełnia funkcję bariery dyfuzyjnej, która zapobiega wymianie gazów pomiędzy pianką PUR a otoczeniem, co pozwala na zachowanie wysokiej jakości izolacji przez kilkadziesiąt lat. Rury te charakteryzują się również wysokim współczynnikiem przewodzenia ciepła X50 = 0,0223 W/mK (norma PN-EN 253 X50 = 0,029 W/mK), dzięki czemu w okresie 30 lat można obniżyć straty ciepła na przesyle o ok. 25% w porównaniu do rur preizolowanych produkowanych metodą tradycyjną. W przypadku przedmiotowej inwestycji uzyskane oszczędności ciepła na przesyle tylko z tego tytułu mogą wynieść średnio nawet 1220 GJ/rok.

Do izolacji połączeń pomiędzy rurami zastosowano złącza sieciowane radiacyjnie „SX-WP” z korkami wtapianymi, które przechodzą pozytywnie „badania w skrzyni z piaskiem wg PN-EN 489” – badania obciążenia od gruntu na 1000 cykli przemieszczeń w skrzyni z piaskiem. Mufa, dzięki swojej specjalnej budowie, umożliwia wcześniejsze podgrzanie środkowej części złącza w celu nadania jej odpowiedniej temperatury przed zalaniem pianką PUR. Dzięki temu wykonawca miał możliwość kontynuowania prac podczas okresów przejściowych, kiedy występowała niższa temperatura otoczenia.

Rys. 1 Różnice w stratach ciepła wynikające ze starzenia izolacji PUR na przestrzeni 30 lat (źródło: Logstor)

Sieć została wyposażona w impulsowy system alarmowy, który nadzorują nowoczesne lokalizatory awarii (Logstor X4) w systemie aktywnym.

Dzięki wysokiej jakości wykonania całego systemu preizolowanego Logstor na etapie produkcyjnym, montaż na budowie jest przystępny dla wykonawcy.

Czytaj także:

• Innowacyjna mikrobiogazownia w Studzionce
• Specyfika projektowania zbiorników na ciecze
• Biogazownia rolnicza

W ramach inwestycji wykonano i zamontowano także 30 węzłów cieplnych, w większości dwufunkcyjnych, w tym 6 w obiektach użyteczności publicznej oraz 17 w blokach. Zamontowane zostały węzły cieplne dwufunkcyjne: zmieszania pompowego dla potrzeb instalacji centralnego ogrzewania (c.o.) o parametrach maks. 80/60^oC oraz wymiennikowy z zasobnikiem ciepła dla przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) o parametrach stałych 60/10^oC. Węzły zostały wyposażone w nowoczesną automatykę ciepłowniczą firmy Danfoss, która zapewnia dużą niezawodność działania oraz maksymalne dopasowanie parametrów pracy węzłów do instalacji odbiorczych w budynkach przy jednoczesnym ekonomicznym gospodarowaniu pobieranym ciepłem. Zastosowane regulatory pogodowe umożliwiają rozbudowanie systemu o zdalny monitoring pracy węzłów i zdalne sterowanie.

Fot. 3. Montaż sieci magistralnej 2 x Dz 219,1 x 4,5/315 mm w technologii Logstor

Cały system ciepłowniczy objął ok. 1000 na 1400 mieszkańców miejscowości Potęgowo oraz obiekty użyteczności publicznej, takie jak Urząd Gminy Potęgowo, Szkoła Podstawowa w Potęgowie, Przedszkole w Potęgowie, Gminne Centrum Kultury w Potęgowie, Gminny Ośrodek Pomocy Społecznej w Potęgowie oraz kotłownię osiedlową. Sieć została zaprojektowana w sposób umożliwiający dalszą rozbudowę w przyszłości, a także przyłączanie się nowych użytkowników.

Biogazownia – korzyści

Poza licznymi korzyściami ekologicznymi i społecznymi, związanymi ze zmniejszeniem emisyjności, dzięki wyłączeniu starej kotłowni uzyskano również oszczędności w opłatach za wyprodukowane ciepło, wynoszące ok. 20%, które bezpośrednio przekładają się na finanse odbiorców. Produkcja ciepła i prądu elektrycznego z odpadów spożywczych oraz istnienie elektrowni wiatrowych jak w Potęgowie skłaniają do budowy „wyspy energetycznej”. Główne elementy już istnieją, potrzebna jest wola prawodawcy i współpraca z nauką, aby taki model propagował gminną niezależność energetyczną.

Firma Infracorr Sp. z o.o. została finalistą i otrzymała wyróżnienie za wykonanie inwestycji „Ekologiczny ciepłociąg gminny zasilany z biogazowni w Gminie Potęgowo” w Ogólnopolskim Otwartym Konkursie Modernizacja Roku & Budowa XXI w. w kategorii „odnawialne źródła energii i technologie ochrony środowiska” oraz nagrodę Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa. Nagrody otrzymali również inwestor Gmina Potęgowo i projektant Technika Sanitarna Kazimierz Kurkowski Grudziądz.

mgr inż. Paweł Zapaśnik
specjalista ds. sieci ciepłowniczych, Infracorr Sp. z o.o.