Abstract
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 substrates containing food and feed ingredients. 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 quasi-continuous system. The designed heating installation, which uses additional solar energy, will allow, in the case of a periodic system, 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.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
References
J. Laskowski, M. Szpryngiel, J. Pabis, Inżynieria konwersji energii ze źródeł odnawialnych “OZE”. WWSZiP, Wałbrzych-Lublin, pp. 203–204 (2015). ISBN 978-83-60904-11-4
G. Jastrzębska, Energia ze źródeł odnawialnych i jej wykorzystanie, (Warszawa, WKŁ, 2017), pp. 149–150, ISBN 978-83-206-1983-6
G. Buraczewski, Fermentacja metanowa. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 11 (1989). ISBN 83-01-09533-4
A. Curkowski, A. Oniszk-Popławska, G. Wiśniewski, M. Zowsik, Mała biogazownia rolnicza, (Wydawca, Fundacja Instytut na rzecz Ekorozwoju, Warszawa, 2011), pp. 7–9, ISBN 978-83-89495-06-8
T. Kołodziejczyk, R. Myczko, Proces fermentacji beztlenowej. W: Budowa i eksploatacja biogazowni rolniczych: poradnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych. Red. A. Myczko. (Wydawnictwo ITP, Warszawa-Poznań, 2011) pp. 10–15, ISBN 978-83-62416-23-3
K. Biskupska, W. Romaniuk, Biogazownia rolnicza krok po kroku. (Wydawca: Hortpress sp. z o.o., Warszawa 2014), p. 5, ISBN 978-83-61574-58-3
M. Adamski, P.T. Szaferski, P. Gulewicz, W. Majkowski, Silage of Switchgrass (Panicum virgatum) as a Bioenergy Feedstock in Poland, In Practical Aspects of Chemical Engineering. Selected Contributions from PAIC 2017, eds. by M. Ochowiak, S. Woziwodzki, M. Doligalski, P.T. Mitkowski (2018), pp. 1–15, ISBN 978-3-319-73978-6
K. Durczak, M. Adamski, P.T. Mitkowski, W. Szaferski, P. Gulewicz, W. Majkowski, Chemical Processing of Switchgrass (Panicum virgatum) and Grass Mixtures in Terms of Biogas Yield in Poland, In Mitkowski Practical Aspects of Chemical Engineering. Selected Contributions from PAIC 2017, eds. by M. Ochowiak, S. Woziwodzki, M. Doligalski, P.T. (2018), pp. 85–99, ISBN 978-3-319-73978-6
J. Tys, D. Wiącek, Biogaz-wytwarzanie i możliwości jego wykorzystania. W: Acta Agrophysica Monographiae, z. 1. IAPAN, Lublin, (2015), s. 10–14, 30–35, ISSN 2084-3429, ISBN 978-83-89969-12-5
B. Bartoszek, G. Buraczewski, Biogaz wytwarzanie i wykorzystanie. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, s. 45–53 (1990), ISBN 83-01-09534-2
H. Gattermann, F. Scholwin, P. Weiland, Merkmale und Unterscheidung verschiedener Verfahrensvarianten. W: Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung. Wydawca: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Gülzow, Niemcy, s. 36–44 (2006), ISBN 3-00-014333-5.27.07.2017: http://www.big-east.eu/downloads/FNR_HR_Biogas.pdf
P.T. Mitkowski, M. Adamski, W. Szaferski, Experimental set-up of motionless hydraulic mixer and analysis of hydraulic mixing. Chem. Eng. J. 288, 618–637 (2016)
P.T. Mitkowski, W. Szaferski, M. Adamski, Hydraulic mixing, In Practical Aspects of Chemical Engineering. Selected Contributions from PAIC 2017, (eds.) by M. Ochowiak, S. Woziwodzki, M. Doligalski, P.T. Mitkowski (2018), pp. 291–306, ISBN 978-3-319-73978-6
A. Jędrczak, Biologiczne przetwarzanie odpadów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa (2007), s. 226–244, 395–396, 399–400, 406–407, ISBN 978-83-01-15166-9
A. Myczko, R. Myczko, T. Kołodziejczyk, R. Golimowska, J. Lenarczyk, Z. Janas, A. Kliber, J. Karłowski, M. Dolska, Budowa i eksploatacja biogazowni rolniczych, (Wyd. ITP Warszawa-Poznań 2011)
A. Dylla, Fizyka cieplna budowli w praktyce. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa (2015), ISBN 978-83-01-18168-0
Immergas: Instalacje solarne – wytyczne projektowe Pl (2014). www.immergas.com. Accessed 12 Dec 2017
F. Bazzocchi, L. Croci, Integration between a geothermal heat pump and thermo-photovoltaic solar panels. W: IEA Heat Pump Centre Newsletter, t. 33, nr 3, s. 34–37 (2015), ISSN 2002-018X
P. Kędzierski, Zabezpieczenia instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego (2009). http://www.is.pw.edu.pl/~pawel_kedzierski/Zabezpieczenie. Accessed 12 Dec 2017
M. Strzeszewski, Obliczenia hydrauliczne instalacji centralnego ogrzewania (2010). http://www.is.pw.edu.pl/~michal_strzeszewski/ioiw/hydraulika
M. Kłos, Ł. Michalski, Ł. Molik, J. Paska, Układy hybrydowe – integracja różnych technologii wytwarzania energii elektrycznej. W: Elektoenergetyka – Współczesność i Rozwój, nr 4 (6), s. 46–57, (2010), ISSN 2080-8593
E. Klugmann-Radziemska, Fotowoltaika w teorii i praktyce. Wydawnictwo BTC, Legionowo, s. 71–87, 159 (2010), ISBN 978-83-60233-58-0
B. Szymański, Instalacje fotowoltaiczne. GLOBEnergia, Kraków (2017), ISBN 978-83-65874-00-9
R. Tytko, Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej. Wydawnictwo i Drukarnia Towarzystwa Słowaków w Polsce, Kraków, s. 73–91, 168–185, 321–323, 348–350, 395,580–589, 603–608 (2016), ISBN 978-83-7490-649-4
Standard Used in the Research
DIN 38414 S 8. Niemiecka znormalizowana metoda badań wody, ścieków i osadów. Osady i sedymenty (grupa S). Określenie charakterystyki fermentacji (S. 8). DIN Deutches Institut fur Normung e. V., Berlin (2012)
KTBL-Heft 84 2009: Schwachstellen an Biogasanlagen verstehen und vermeiden. Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V. (KTBL), Darmstadt, Druckerei Lokay, Reinheim, 56 s
PN EN 12831 2004: Instalacje ogrzewcze w budynkach Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego
PN-74/C-04540/00. Wydawnictwo Normalizacyjne. Warszawa. Oznaczenie zasadowości
PN-75/C-04616/01. Wydawnictwo Normalizacyjne. Warszawa. Oznaczanie suchej masy osadu i substancji organicznych.Woda i ścieki. Badania specjalne osadów. Oznaczanie zawartości wody, suchej masy, substancji organicznych i substancji mineralnych w osadach ściekowych
PN-75/C-04616/04. Wydawnictwo Normalizacyjne. Warszawa. Oznaczenie lotnych kwasów tłuszczowych
PN-90 C-04540/01. Wydawnictwo Normalizacyjne. Warszawa. Woda i ścieki. Badania pH, kwasowości i zasadowości. Oznaczanie pH wód i ścieków o przewodności elektrolitycznej właściwej 10 µS/cm i powyżej metodą elektrometryczną
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2020 Springer Nature Switzerland AG
About this paper
Cite this paper
Adamski, M. et al. (2020). Analysis of the Possibilities of Using a Hybrid Heating System in the Process of Anaerobic Biomass Decomposition in Mesophilic Conditions. In: Wróbel, M., Jewiarz, M., Szlęk , A. (eds) Renewable Energy Sources: Engineering, Technology, Innovation. Springer Proceedings in Energy. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-13888-2_1
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-13888-2_1
Published:
Publisher Name: Springer, Cham
Print ISBN: 978-3-030-13887-5
Online ISBN: 978-3-030-13888-2
eBook Packages: EnergyEnergy (R0)