Wzrost zapotrzebowania na energię powoduje, że dotychczas najczęściej wykorzystywane źródła energii zaczynają się kurczyć i w perspektywie najbliższych lat mogą stać się niewystarczające. Złoża się wyczerpują, konieczne jest więc poszukiwanie ich w coraz odleglejszych i mniej wyeksploatowanych miejscach, np. w Arktyce. To wszystko sprawia, że wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej staje się coraz droższe, a co za tym idzie, odbiorcy końcowi – konsumenci zmuszeni są ponosić znacznie wyższe koszty. Dodatkowo – co równie ważne, a może najważniejsze – pozyskiwanie energii elektrycznej i ciepła z paliw kopalnych, takich jak ropa i węgiel powoduje negatywne i nieodwracalne skutki w kwestiach środowiskowych.
Potrzeba poszukiwania niewyczerpalnych, ekologicznych źródeł energii wydaje się więc oczywista i od pewnego czasu większość tego rodzaju inwestycji zdecydowanie dominuje. Jeśli chodzi o nowe moce wytwórcze na całym świecie – w 2020 roku odnawialne źródła energii stanowiły ok. 80% wszystkich tego typu inicjatyw. Oznacza to, że udział OZE w ogólnoświatowej produkcji energii wzrósł na koniec 2020 roku do 50%. W Polsce najwięcej energii odnawialnej generują instalacje wykorzystujące energię wiatru, spalania biomasy i biogazu. Energia słoneczna mimo rosnącej popularności znajduje się dopiero na 4 miejscu, zaraz po elektrowniach wodnych.
W Polsce drugą co do popularności metodą produkcji energii ze źródeł odnawialnych jest obróbka biomasy. Jednym z bardziej interesujących sposobów jej wykorzystania jest przetworzenie w ekologiczny i bezpieczny sposób bioodpadów na gaz, który jako paliwo posłuży do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Proces ten w całości realizowany jest w biogazowniach, a technologia wytwarzania biogazu jest dostępna na rynku i popularyzowana od ponad 20 lat.
Biogazownia – duży żołądek
Biogaz powstaje w wyniku beztlenowej fermentacji metanowej, a substratem służącym do jego wytworzenia jest biomasa pochodząca z przetwórstwa rolno-spożywczego oraz hodowli, m.in. kiszonka z roślin energetycznych (np. kukurydzy, traw, żyta), odpady z przetwórstwa rolno-spożywczego (m.in. wysłodki buraczane, wytłoki owocowo-warzywne), gnojowica, obornik, odpady zwierzęce, itp
Kluczem do wydajnej i bezpiecznej produkcji biogazu jest odpowiednie zarządzanie procesem produkcji.
By łatwiej to zrozumieć, spróbujmy wyobrazić sobie biogazownię jako duży żołądek, do którego trafiają różne substraty (odpadki) organiczne, a naszym zadaniem jest stworzenie optymalnej diety i zarządzanie procesem trawiennym. Każdy z substratów charakteryzuje się innymi właściwościami i różnym potencjałem do wytworzenia biogazu, a do tego część z nich bardzo mocno reagują między sobą. Odpowiednio skomponowana dieta dla takiego żołądka ma więc kluczowe znaczenie. Dobór właściwej ilości poszczególnych składników i ich wzajemna kompozycja decyduje o ilości wytworzonego biogazu, a także przebiegu całego procesu trawienia (fermentacji) – czy będzie on spokojny i łagodny czy burzliwy i czekają nas ‘sensacje żołądkowe’.
W przypadku pojedynczego żołądka (pojedynczej biogazowni) łatwo sobie wyobrazić, że większość procesów – choć jest to bardzo pracochłonne – realizowanych jest ręcznie. Wyzwanie zaczyna się w momencie, gdy mamy do czynienia z farmą biogazową, w której jeden przełyk musi napełnić kilka żołądków. Pojawia się wtedy konieczność zarządzenia rozbudowanym procesem logistycznym obejmującym zaopatrzenie i równoczesną obsługę kilku procesów fermentacyjnych.
Jednak prócz zapewnienia ciągłości dostaw substratów, bardzo ważne jest też bieżące monitorowanie ich jakości i przewidywanie wzajemnych interakcji między poszczególnymi składnikami. Olbrzymim ułatwieniem byłby stały nadzór dedykowanego systemu wyposażonego w narzędzia predykcyjne. Pozwoliłby on w znacznym stopniu zwiększyć wydajność produkcji i obniżyć ryzyka wynikające z niekontrolowanych reakcji wewnątrz zbiorników fermentacyjnych będących skutkiem złego doboru substratów, ich niewłaściwej ilości lub zwykłego błędu ludzkiego.
Dla wytwórców, którzy mierzą się z wyżej opisanymi wyzwaniami to kluczowy moment do rozważenia zmiany strategii i przeanalizowania zasadności decyzji o inwestycji w nowe rozwiązania technologiczne.
Decyzja taka wymaga chłodnego oszacowania zysku z takiej inwestycji i możliwości znalezienia rzetelnego partnera posiadającego odpowiednie doświadczenie, wiedzę i potencjał do wdrożenia niezbędnego oprogramowania oraz dostosowania urządzeń i konfiguracji parametrów procesu.
Inteligentna biogazownia
Bardzo ciekawym projektem, który może stać się inspiracją przy wyborze tego typu zaawansowanych narzędzi – jest rozwiązanie Smart Plant. Jego zadaniem jest zoptymalizowanie prac biogazowni z wykorzystaniem stworzonych dla tych potrzeb, dedykowanych algorytmów machine learning, połączonych z odpowiednimi urządzeniami wykonawczymi.
W ramach projektu oprócz działań mających na celu dostosowaniu parku maszynowego do przyjęcia i obróbki zróżnicowanego materiału biomasy, wdrożone zostało oprogramowanie służące do sterowania i zarządzania procesem wytwarzania biogazu, gospodarką łańcucha dostaw a także predykcją poziomu produkcji energii elektrycznej. Całość rozwiązania została zbudowana z wykorzystaniem technologii AI z możliwością zdalnego monitorowania i zarządzania głównymi procesami.
Wdrożona technologia pozwala w pełni wykorzystać potencjał biogazowni, podnieść jej wydajność i w znaczny sposób obniżyć koszt wykorzystania posiadanych zasobów biomasy. Dodatkowo redukuje wydatki na utrzymanie i obsługę poprzez wprowadzenie procesu automatyzacji doboru rodzaju substratów i ich ilości. W bezpośredni sposób przełoży się to na redukcję niezbędnego do obsługi personelu a także w dużym stopniu ograniczenie problemów spowodowanych niewłaściwym dawkowaniem składników biomasy.
Wykorzystywany w oprogramowaniu sterującym algorytm machine learning pozwala zoptymalizować proces wytworzenia biogazu, dbając o jego stabilność nawet w wypadku zastosowania substratów o różnej jakości. Zaprojektowane rozwiązanie posiada wewnętrzny moduł predykcji, moduł planowania produkcji, raportowania i moduł operacyjny.
Rozwiązanie zostało wdrożone w jednej z największych Grup wytwarzającej energię elektryczną z biogazu w Polsce. Zgodnie z zapewnieniem zarządu Grupy, każda nowo zbudowana biogazownia będzie wyposażona już w system zarządzania Smart Plant
Jeżeli zastanawiasz się jak usprawnić funkcjonowanie swojej biogazownia albo potrzebujesz wsparcia w przygotowaniu rozwiązania do automatyzacji procesów produkcji – zapraszamy do kontaktu. Opisany powyżej projekt jest jednym z kilku realizowanych przez nas systemów dla sektora przemysłowego. Zapraszamy również do konsultacji, chętnie dzielimy się naszą wiedzą i doświadczeniem.