Jednym z nieodzownych elementów instalacji biogazowych są zbiorniki biogazu. Pozwalają one na tymczasowe magazynowanie gazu wytworzonego w trakcie procesu fermentacji metanowej. Jest to bardzo istotne, ponieważ biogaz, w ciągu całego dnia, produkowany jest w nierównomiernych ilościach (co wynika z rodzaju i okresu stosowanego systemu „zakarmiania” zbiornika fermentacyjnego). Zbiorniki magazynujące muszę być całkowicie gazoszczelne (przed rozruchem zbiorniki poddawane są testom szczelności), wytrzymałe na nagły wzrost lub spadek ciśnienia, odporne na działanie promieniowania UV, temperaturę i zmienne warunki pogodowe. Ponadto, ze względów bezpieczeństwa, wszystkie zbiorniki pozwalające na magazynowanie biogazu, muszą być wyposażone w zabezpieczenia przed nadciśnieniem, jak również spadkiem ciśnienia. Pozwala to zapobiec niedopuszczalnie wysokim zmianom ciśnienia wewnątrz rezerwuaru gazu.  

Biogaz jest mieszaniną gazów, składającą się głównie z metanu, dwutlenku węgla oraz śladowych ilości pozostałych gazów (m.in. siarkowodoru i amoniaku). Należy jednak pamiętać, że w połączeniu z tlenem atmosferycznym, biogaz staje się wybuchowy w określonych granicach. Dlatego już na etapie budowy, a następnie eksploatacji biogazowni (w tym magazynów biogazu), należy przestrzegać szczególnych przepisów bezpieczeństwa.  

Wśród zbiorników magazynujących biogaz wyróżnia się dodatkowe dwa typy: mokre i suche. Zbiorniki mokre montowane są bezpośrednio nad zbiornikiem fermentacyjnym. Natomiast zbiorniki suche to oddzielne instalacje, które wykonywane są najczęściej w pobliżu komór fermentacyjnych. Do ich budowy wykorzystuje się materiały z tworzywa sztucznego lub gumy.  

W chwili obecnej, na rynku zbiorników wyróżnia się magazyny nisko-, średnio- oraz wysokociśnieniowe. W instalacjach biogazowych najczęściej zastosowanie znajdują zbiorniki niskociśnieniowe, które wykorzystują nadciśnienie w zakresie od 0,05 do 0,5 mbar. Mogą one być wykonane z materiałów metalowych, żelbetonowych lub elastycznych tworzyw sztucznych. Dodatkowo, magazyny te mogą mieć różnorodny kształt i budowę. Powszechnie wykorzystywane są membranowe zbiorniki dachowe (którymi pokryte są fermentory). Zbiorniki magazynujące biogaz występują również, jako formy sferyczne, przykrycia pływające oraz w formie gazowych poduszek. Ostatnie z wymienionych, dla dodatkowej ochrony przed warunkami pogodowymi umieszcza się w odpowiednich budynkach lub przykrywa drugą powłoką foliową.  

Membranowe zbiorniki dachowe 

Membranowe zbiorniki dachowe montuje się nad komorą fermentacyjną lub zbiornikiem na substancję pofermentacyjną. Pozwalają one na magazynowanie biogazu wytwarzanego bezpośrednio w fermentorze. Tego typu konstrukcje zalicza się do magazynów typu mokrego. Sama powłoka zbiornika membranowego przymocowana jest do zbiornika fermentacyjnego za pomocą specjalnych systemów mocujących, które pokryte są dodatkowo membraną obciążoną na obrzeżach wraz z systemem specjalnych uszczelek i kołnierzy. Natomiast w samym zbiorniku wykonuję się stelaż nośny, który pozwala na utrzymanie folii, gdy magazyn biogazu jest pusty. Kopuła magazynowa rozszerza się w zależności od stanu wypełnienia zbiornika. Należy jednak pamiętać, że zastosowanie folii do magazynowania biogazu wiąże się ze stratami biogazu rzędu 1-5‰. Do zalet zastosowania tego typu zbiorników można zaliczyć m.in. brak konieczności budowy dodatkowego budynku lub wyznaczenia dodatkowego miejsca.  

Zbiorniki fermentacyjne z dachem membranowym.

W praktyce zastosowanie znajdują również tzw. zbiorniki pneumatyczne. W tego typu magazynach stosowana jest dodatkowa osłona w postaci drugiej kopuły foliowej nakładanej na właściwą folie magazynującą biogaz. Przestrzeń pomiędzy obiema foliami wypełniana jest wdmuchiwanym powietrzem nośnym. W rozwiązaniu tym wierzchnia warstwa jest zawsze napięta, natomiast folia dolna dopasowuje swój kształt do objętości magazynowanego gazu.  

Sferyczne zbiorniki biogazu 

Innym typem magazynów biogazu są zbiorniki sferyczne dwumembranowe, które należą do grupy zbiorników suchych. Mają one kształt sfery ½ lub ¾. Zbiorniki te wykonane są z powłok poliestrowych, które dodatkowo pokryte są materiałem PVC. Oferowane na rynku magazyny mogą mieć objętość od 10 do nawet 20 000 m3 (gdzie średnica zbiorników wynosi od 3 do 30 m, natomiast wysokość do ok. 20 m).  

Sferyczny zbiornik biogazu

Jednym z najważniejszych czynników, o których należy pamiętać, w przypadku stosowania tego rodzaju zbiorników, jest utrzymanie prawidłowego ciśnienia w strefie międzymembranowej. W tym celu wykorzystywane są wentylatory, pozwalające na wdmuchiwanie powietrza atmosferycznego do przestrzeni między dwoma powłokami. Stosowane obecnie urządzenia pozwalają dodatkowo na automatyczną regulację dopływu powietrza. Biogaz powinien być dostarczany do zbiorników magazynujących przy wykorzystaniu rurociągu ze stali nierdzewnej. Rozwiązanie to pozwala uniknąć ryzyka związanego z powstawaniem korozji w całym układzie transportu gazu. Do określenia objętości biogazu znajdującego się w zbiorniku, wykorzystuje się specjalne sondy ultradźwiękowe umieszczone w szczycie zbiornika lub za pomocą dodatkowego przepływomierza.  

Pływające systemu magazynowania biogazu 

Wyprodukowany w biogazowni gaz, może być również przechowywany w specjalnych zbiornikach pływających. Jest to rzadko stosowany system magazynowania suchego, wykorzystujący niskie ciśnienie zwykle nie przekraczające 3 mbar. W systemie tym wykorzystuje się rury wypełnione wodą, które stanowią specjalną przeciwwagę pozwalającą na utrzymanie się kopuł z gazem na powierzchni fermentora. Tego rodzaju magazyny wykorzystuje się najczęściej do przykrycia cylindrycznych lub prostokątnych zbiorników otwartych (np. lagun pofermentacyjnych).  

Poduszkowe systemu zbierania biogazu 

Ostatnim sposobem przechowywania biogazu jest zastosowanie zbiorników przypominających kształtem poduszki. Należą one do magazynów bezciśnieniowych typu suchego. Zbiorniki te mogą być instalowane zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz pomieszczeń. Objętość oraz kształt poduszek zależą natomiast od indywidualnego zapotrzebowania klienta. Wykonywane są one z materiału poliestrowego dodatkowo pokrytego obustronnie PVC. Dzięki temu magazyny charakteryzują się większą odpornością na zmienne warunki atmosferyczne. 

Średnio i wysokociśnieniowe zbiorniki magazynowania biogazu 

Inną metodą magazynowania wyprodukowanego biogazu, lecz nie znajdującą zastosowania w instalacjach w skali przemysłowej jest wykorzystanie średnio- oraz wysokociśnieniowych zbiorników gazu. Ciśnienie robocze w tego rodzaju magazynach mieści się w przedziale od 5 do nawet 250 bar. W tym celu wykorzystywane są zbiorniki lub butle stalowe. Największą wadą tego rodzaju zbiorników, ograniczającą ich praktyczne zastosowanie, jest wysokie zapotrzebowanie na energię potrzebną do zmagazynowania biogazu. W przypadku zbiorników ciśnieniowych do 10 bar zapotrzebowanie to wynosi do 0,22 kWh/m3, natomiast w przypadku zbiorników o ciśnieniu do 200-300 bar parametr ten może osiągać wartość ok. 0,31 kWh/m3

Pochodnia awaryjna 

W przypadku, gdy zbiorniki magazynujące są całkowicie wypełnione i nie ma możliwości wykorzystania dodatkowych ilości biogazu, wyprodukowany gaz należy zutylizować. W tym celu wykorzystuje się tzw. pochodnie awaryjne. Urządzenia te są elementem niezbędnym w każdej instalacji biogazowej. W zależności od możliwości transportu biogazu na instalacji wykorzystuje się urządzenia z ciągiem naturalnym lub posiadające dodatkową dmuchawę. Należy również pamiętać, że pochodnie są jednym z istotnych elementów instalacji, pozwalających na utylizację biogazu, który np. nie może zostać wykorzystany w silniku kogeneracyjnym. Ponadto nie wymagają one prawie żadnej konserwacji.  

Pochodnia awaryjna

Podsumowanie, czyli jak magazynować biogaz?

W chwili obecnej najpopularniejszym systemem przechowywania gazu produkowanego w biogazowniach są dachowe zbiorniki membranowe. Ze względu na możliwość wykorzystania dostępnej przestrzeni nad zbiornikami fermentacyjnymi nie wymagana jest dodatkowa powierzchnia do budowy osobnego magazynu. Dzięki temu koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne dla inwestora są zdecydowanie niższe. Należy jednak pamiętać, że zbiorniki te pozwalają na przechowywanie wyprodukowanego gazu do maksymalnie dwóch dni. W związku z tym, w instalacjach, które nie wykorzystują biogazu na bieżąco (np. w silnikach kogeneracyjnych) zaleca się zastosowanie zbiorników sferycznych lub poduszkowych. Wiąże się to jednak z dodatkowymi kosztami.  

Podobne wpisy