Kogeneracja to bardzo obszerny temat i nie sposób omówić wszystkich aspektów z nim związanych w ujęciu ogólnoprzemysłowym. W tym artykule skupimy się na jej zastosowaniu w biogazowniach, w odniesieniu do doświadczenia firmy PiAZAP, która od lat wdraża zaawansowane systemy automatyki procesowej i sterowania.
Ale po kolei i od początku…
Czym jest kogeneracja i dlaczego jest ważna?
Kogeneracja (ang. Combined Heat and Power, CHP) to technologia umożliwiająca jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła użytkowego w jednym procesie. Pozwala to znacznie zwiększyć efektywność energetyczną w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji energii. W obliczu rosnących cen energii i potrzeby zrównoważonego rozwoju, kogeneracja staje się kluczowym rozwiązaniem w nowoczesnych systemach energetycznych.
Kogeneracja w Polsce: stan obecny i perspektywy rozwoju
Zgodnie z Polityką Energetyczną Polski 2040 (PEP2040), kogeneracja została uznana za technologię przejściową. Planowany jest rozwój kogeneracji niskoemisyjnej i odnawialnej, opartej na gazie ziemnym, biogazie i biometanie, a także mikrokogeneracji dla domów i małych firm. Obecnie w Polsce działa ponad 350 elektrociepłowni kogeneracyjnych (dużych i małych) o łącznej mocy ponad 7 GW, z czego większość wykorzystuje węgiel (70%) i gaz (25%), choć rośnie udział biogazu i biomasy. Szczególnie dynamicznie rozwijają się lokalne instalacje CHP w sektorze rolno-spożywczym.
Rosnące ceny energii, potrzeba zagospodarowania lokalnych odpadów organicznych i presja na efektywność energetyczną sprawiają, że kogeneracja z biogazu wraca na listy priorytetów inwestycyjnych. Ale żeby taka instalacja działała bezpiecznie i wydajnie – nie wystarczy tylko silnik gazowy i kilka zbiorników. Serce całego systemu bije gdzie indziej: w systemie automatyki i sterowania.
Jak działa kogeneracja w biogazowni?
Rozwiązania kogeneracyjne dla biogazowni to technologia, która umożliwia przekształcenie energii chemicznej zawartej w biogazie (mieszanina głównie metanu i CO₂) w energię elektryczną oraz ciepło użytkowe. W biogazowniach kogeneracja przekształca biogaz – produkowany z odpadów organicznych, takich jak odpady rolnicze, kiszonki czy gnojowica – w energię elektryczną i ciepło. Biogazownie to przykład wykorzystania kogeneracji w praktyce. To efektywny sposób na zagospodarowanie lokalnie dostępnych surowców organicznych. Proces obejmuje trzy kluczowe etapy:
- Produkcja biogazu zachodzi w fermentatorach beztlenowych, gdzie w wyniku fermentacji metanowej substratów organicznych powstaje biogaz (50–65% metanu).
- Oczyszczanie biogazu usuwa zanieczyszczenia, siarkowodór, parę wodną i inne składniki szkodliwe dla silnika.
- Silnik gazowy (CHP) napędzany oczyszczonym biogazem wytwarza energię elektryczną. Ciepło z układów chłodzenia i spalin jest odzyskiwane do celów grzewczych (fermentatory, potrzeby zakładu, sieć ciepłownicza).
Biogaz, jako odnawialne źródło energii, sprawia, że kogeneracja w biogazowniach jest efektywnym sposobem na zrównoważoną produkcję energii.
Rola systemów sterowania i automatyki w kogeneracji
Nowoczesne biogazownie wymagają zaawansowanych systemów sterowania i automatyki, aby zapewnić bezpieczeństwo, efektywność i ciągłość procesów. Automatyzacja minimalizuje potrzebę obsługi manualnej, jednocześnie optymalizując produkcję biogazu i działanie jednostki kogeneracyjnej (CHP). Główne zadania systemów to:
- Automatyzacja procesów: temperatura, pH, ciśnienie, jakość biogazu.
- Monitoring pracy jednostki kogeneracyjnej i systemów pomocniczych.
Automatyzacja procesów biologicznych i fizykochemicznych
Automatyczny system sterowania nadzoruje i reguluje najważniejsze parametry wpływające na produkcję biogazu i jakość jego spalania takie jak:
■ Temperatura fermentacji: – Kluczowa dla stabilności procesów metanowych (mezofilna: ~37°C lub termofilna: ~55°C). System pomiarowy uzupełniają czujniki PT100 lub termopary w zbiornikach fermentacyjnych. Regulacja odbywa się poprzez sterowanie grzałkami lub zaworami wymienników ciepła (utrzymanie zadanej wartości).
■ pH i zasadowość – Wpływa na aktywność mikroorganizmów metanogennych. Kluczowe znaczenie mają elektrody i przetworniki pH do pomiarów online i analizatory chemiczne. W wielu wypadkach stosuje się automatyczne dozowanie dozowania buforów chemicznych (np. NaOH).
■ Ciśnienie biogazu – Utrzymanie bezpiecznego ciśnienia w zbiornikach i rurociągach (np. 5–50 mbar). Czuwają nad nim czujniki ciśnienia, zawory upustowe, zawory bezpieczeństwa, oraz stała kontrola pracy mieszadeł i wydajności fermentacji.
■ Skład i jakość biogazu – Analizatory online mierzą zawartość: CH₄ (metan) – kluczowego dla wartości opałowej, oraz CO₂, czy H₂S – wpływających na korozję i emisję, a także O₂ – którego poziom monitoruje wskaźnik nieszczelności. Wszystkie informacje zebrane przez system sterowania wykorzystywane są do sterowania oczyszczaniem biogazu i pracą silnika CHP.
Monitoring jednostki kogeneracyjnej i systemów pomocniczych
Zazwyczaj do monitoringu parametrów pracy używany jest system SCADA lub dedykowane oprogramowanie producenta agregatu. Systemy takie jak SCADA umożliwiają:
– Nadzór nad silnikiem gazowym – w tym kontrolę temperatury (oleju, spalin), ciśnienia oleju, temperatury wody chłodzącej, obrotów, napięcia, mocy czynnej i biernej, a także alarmy krytyczne (przegrzanie, spadki ciśnienia, usterki zapłonu).
– Zarządzanie agregatem – Automatyczne sekwencje uruchamiania i wygaszania jednostki w zależności od dostępności biogazu i potrzeb energetycznych.
– Odzysk ciepła – Regulacja przepływów wody grzewczej i odbiorników (fermentatory, budynki, sieć ciepłownicza). Kluczowe z poziomu nadzoru nad procesem jest zabezpieczenie przed przegrzaniem.
– Zarządzanie współpracą z siecią elektroenergetyczną – Synchronizacja z siecią, zabezpieczenia, zliczanie energii wyprodukowanej i oddanej
– Zdalny dostęp i raportowanie – pozwala na bieżącą kontrolę i optymalizację pracy instalacji.
System sterowania często zintegrowany z modułem zdalnego nadzoru (np. przez GSM, VPN, chmurę). Posiada możliwość przeglądu trendów, generowania raportów do analizy pracy i ekonomiki instalacji. Wysyła także automatyczne powiadomienia SMS/e-mail w razie awarii lub odchyleń od norm.
Jak Piazap wspiera inwestycje w biogazownie i kogenerację?
W Piazap doskonale rozumiemy, że skuteczna realizacja inwestycji kogeneracyjnych na biogaz wymaga nie tylko technologii, ale przede wszystkim sprawnego, bezpiecznego i przewidywalnego zarządzania całym obszarem automatyki i sterowania.
Dlatego jako partner dla Generalnych Wykonawców i inwestorów:
Dostarczamy kompleksowe rozwiązania w zakresie automatyki dla biogazowni i instalacji kogeneracyjnych:
- Projektowanie i wykonanie: Projektujemy i wykonujemy szafy automatyki i rozdzielnice NN, ściśle dopasowane do technologii i wymagań inwestora.
- Programowanie: Programujemy i uruchamiamy systemy PLC, SCADA, HMI oraz integrujemy je z systemami nadrzędnymi (np. DCS, BMS, EMS).
- Monitoring zdalny: Tworzymy systemy zdalnego monitoringu i raportowania, umożliwiające kontrolę produkcji i stanu technicznego przez internet, z dowolnego miejsca.
W PiAZAP zapewniamy niezawodność, zgodność z normami i elastyczność, wspierając inwestorów w realizacji projektów od projektu po serwis.
Zapewniamy kompleksowy nadzór nad procesami biologicznymi i energetycznymi:
- Automatyzujemy cały cykl fermentacji: temperaturę, pH, zasadowość, mieszadła, dozowanie substratów i buforów.
- Integrujemy analizatory składu biogazu i czujniki bezpieczeństwa z systemami sterowania.
- Zarządzamy jednostką kogeneracyjną CHP – w tym synchronizacją z siecią, odzyskiem ciepła i automatyzacją rozruchu/zatrzymania.
Gwarantujemy niezawodność i zgodność z wymaganiami:
- Zapewniamy wysoką jakość wykonania, zgodność z normami (PN-EN, IEC), a także integrację z wymaganiami środowiskowymi.
- Wspieramy rozruch instalacji, przeszkolenie personelu i serwis gwarancyjny oraz pogwarancyjny.
Jesteśmy elastycznym partnerem – reagujemy szybko i dostarczamy rozwiązania dopasowane do harmonogramu budowy i wymagań zakładu.
Podsumowanie: przyszłość kogeneracji z automatyką
Automatyka i systemy sterowania to serce każdej nowoczesnej instalacji kogeneracyjnej na biogaz. Dzięki nim możliwe jest nie tylko utrzymanie ciągłości pracy i bezpieczeństwa, ale także realne zwiększenie sprawności, obniżenie kosztów eksploatacyjnych i pełne wykorzystanie potencjału lokalnych surowców organicznych.
Piazap zapewnia kompleksową opiekę nad tym obszarem – od projektu i wykonania po integrację, uruchomienie i serwis. Pomagamy Generalnym Wykonawcom realizować inwestycje w sposób pewny, przewidywalny i zgodny z wymaganiami technicznymi oraz środowiskowymi.
FAQ
Co to jest kogeneracja?
Kogeneracja (ang. CHP – Combined Heat and Power) to technologia jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła użytkowego w jednym procesie technologicznym, co pozwala na zwiększenie efektywności energetycznej i obniżenie kosztów produkcji.
Jakie są główne zalety kogeneracji?
Kogeneracja pozwala na wyższą efektywność energetyczną, redukcję kosztów energii, ograniczenie emisji CO₂ oraz lepsze wykorzystanie lokalnych surowców, takich jak biogaz czy biomasa.
Jak działa kogeneracja w biogazowni?
W biogazowniach energia elektryczna i ciepło wytwarzane są z biogazu powstałego w procesie fermentacji beztlenowej odpadów organicznych. Proces obejmuje fermentację, oczyszczanie biogazu oraz produkcję energii.
Jakie technologie automatyzacji są stosowane w biogazowniach?
Nowoczesne biogazownie wykorzystują zaawansowane systemy sterowania do monitorowania temperatury, pH, ciśnienia oraz jakości biogazu, co pozwala na stabilną i efektywną pracę instalacji.
Jak Piazap wspiera inwestycje w kogenerację?
Piazap oferuje kompleksowe systemy sterowania, projektowanie szaf automatyki, programowanie systemów PLC, SCADA i HMI oraz integrację z nadrzędnymi systemami sterowania, zapewniając niezawodność i wydajność instalacji.
