Analiza możliwości wykorzystania hybrydowego systemu grzewczego w procesie beztlenowego rozkładu biomasy w fermentorze kontenerowym

The subject of the work concerns the design of a hybrid solar system to maintain mesophilic conditions in the process of anaerobic biomass decomposition. The main purpose of the work was to design a hybrid heating installation for a biomass utilizer. It was assumed to simulate the use of three energy sources: photovoltaic panels, solar collector and heat from biogas combustion. It was assumed that the results of the analysis will be supported by evaluation of biogas yield for waste consisting food. The quasi-continuous and periodic operation of the rendering chamber was tested in relation to the energy demand for maintaining the mesophilic conditions in the fermentation process. As a result of the objective of the work, biogas productivity tests of the selected substrate mixture were carried out. A general design of the utilization plant (microbiogas plant) was also carried out, including thermal insulation and the design of the heating system. In order to determine the heat losses of the digester, the methodology based on the heat transfer coefficient by individual partitions was used. The level of biogas production was determined using a test stand complying with the requirements of DIN 38 414 S.8. On the basis of the volume of biogas production, thermal deficiencies resulting from its combustion were determined. Biogas deficiencies constituted more than 30% in the worst computing conditions for the periodic system and about 6% for the quasicontinuous system. The designed heating installation, which uses additional solar energy, in the case of a periodic system, allowed to cover 100% of the summer heat demand. In winter, the coverage of heat demand was around 90% for average monthly temperatures in December and January and 80% for the worst computing conditions. Identified energy shortages can be limited by optimizing the control of the biological process and optimizing the parameters of thermally insulating layers.Tematem pracy jest projekt hybrydowego systemu solarnego w celu utrzymania warunków mezofilnych w procesie beztlenowego rozkładu biomasy. Głównym celem pracy było zaprojektowanie hybrydowej instalacji grzewczej dla utylizatora biomasy. Założono symulację wykorzystania trzech źródeł energii: paneli fotowoltaicznych, kolektorów słonecznych i ciepła ze spalania biogazu. Wskazano, iż wyniki analizy będą poparte oceną wydajności biogazowej dla substratów zawierających składniki żywności i paszy. Quasi-ciągłe i okresowe działanie komory utylizacyjnej badano w odniesieniu do zapotrzebowania na energię do utrzymywania warunków mezofilnych w procesie fermentacji. W wyniku realizacji celu pracy wykonano biogazowe testy wydajności wybranej mieszaniny substratów. Wykonano również ogólny projekt instalacji utylizacyjnej (instalacji mikrobiogazowej), obejmującej izolację termiczną i projekt systemu grzewczego. W celu określenia strat ciepła komory fermentacyjnej zastosowano metodę opartą na współczynniku przenikania ciepła poszczególnych elementów konstrukcji. Poziom produkcji biogazu określono za pomocą stanowiska testowego zgodnego z wymaganiami normy DIN 38 414 S.8. Na podstawie wielkości produkcji biogazu określono niedobory termiczne wynikające z jego spalania. Niedobory biogazu stanowiły ponad 30% w najgorszych warunkach obliczeniowych układu okresowego i około 6% w systemie quasiciągłym. Zaprojektowana instalacja grzewcza, w której wykorzystywana jest dodatkowa energia słoneczna, będzie w przypadku układu okresowego bilansowała się na poziomie 100% letniego zapotrzebowania na ciepło. Zimą pokrycie zapotrzebowania na ciepło wynosiło około 90% w przypadku średnich temperatur miesięcznych w grudniu i styczniu oraz 80% dla najgorszych warunków obliczeniowych. Zidentyfikowane niedobory energii można ograniczyć, optymalizując kontrolę procesu biologicznego i optymalizując parametry warstw termoizolacyjnych