یک ژنراتور بیوگاز، به عنوان مجموعه کاملی از تجهیزات که بیوگاز تولید شده از تخمیر بی هوازی زیست توده را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند، دارای طراحی ساختاری است که مستقیماً بر راندمان عملیاتی، پایداری و عملکرد محیطی آن تأثیر می گذارد. به طور کلی، شامل یک واحد آماده سازی و تصفیه گاز، یک سیستم تامین گاز، یک واحد تولید برق، یک دستگاه بازیابی حرارت زباله، یک واحد الکتریکی و کنترل و یک سیستم حفاظت ایمنی است. این اجزا برای دستیابی به کل فرآیند تبدیل از گاز خام به انرژی الکتریکی واجد شرایط با هم کار می کنند.
واحد آماده سازی و تصفیه گاز قسمت جلویی-کل سیستم است. این واحد عمدتاً شامل هاضم بی هوازی، دستگاه همزن، دستگاه گرمایش و کنترل دما و خطوط لوله جمع آوری گاز می باشد. هاضم بی هوازی معمولاً از یک سازه فولادی یا بتنی بسته استفاده می کند که دمای متوسط{38} (35-38 درجه) یا دمای بالا (55-58 درجه) را در داخل برای تسهیل متانوژنز کارآمد توسط میکروارگانیسم ها حفظ می کند. دستگاه همزن تماس کافی بین مواد و میکروارگانیسم ها را تضمین می کند، در حالی که دستگاه گرمایش و کنترل دما دمای واکنش پایدار را حفظ می کند. بیوگاز خام تولید شده از طریق خطوط لوله به واحد تصفیه منتقل می شود تا ناخالصی های مضر مانند سولفید هیدروژن، رطوبت، ذرات معلق و سیلوکسان ها حذف شود. تجهیزات تصفیه معمولاً شامل برج گوگردزدایی (فرایند خشک یا مرطوب)، جداکننده میعانات، فیلتر ذرات و دستگاه جذب کربن فعال است تا اطمینان حاصل شود که ترکیب و تمیزی گاز ورودی به واحد تولید برق مطابق با نیازهای واحد است.
سیستم تامین گاز وظیفه انتقال پایدار بیوگاز تصفیه شده به محفظه احتراق را بر عهده دارد. این سیستم از یک کمپرسور یا دمنده گاز، یک شیر تنظیم کننده فشار، یک دستگاه اندازه گیری جریان و یک شیر قطع کننده{1}}ایمنی تشکیل شده است. شیر تنظیم فشار به طور خودکار فشار عرضه گاز را با توجه به تغییرات بار واحد و فشار گاز تنظیم می کند تا از احتراق پایدار اطمینان حاصل شود. دستگاه اندازه گیری جریان جریان گاز را در زمان واقعی نظارت می کند و مبنایی را برای تطبیق و کنترل بار فراهم می کند. دریچه قطع{3}}ایمنی هنگامی که نشت گاز، فشار غیرعادی یا خاموش شدن شعله را تشخیص دهد می تواند به سرعت جریان گاز را قطع کند تا از تشدید حادثه جلوگیری کند.
واحد تولید برق هسته مولد بیوگاز است. در حال حاضر، رویکرد اصلی استفاده از مجموعه ژنراتور موتور احتراق داخلی گازی است که در موارد معدودی از توربینهای گازی یا موتورهای استرلینگ استفاده میشود. موتور احتراق داخلی گاز شامل سیلندر، پیستون، مکانیزم شاتون، قطار سوپاپ و سیستم جرقه زنی است. طراحی محفظه احتراق باید با ارزش حرارتی پایین و ویژگیهای ترکیب نوسان سوخت بیوگاز تطبیق داده شود. سیستم جرقه زنی در درجه اول از احتراق الکترونیکی با انرژی بالا استفاده می کند تا از احتراق مطمئن حتی با تغییر غلظت گاز اطمینان حاصل شود. میل لنگ موتور احتراق داخلی از طریق یک کوپلینگ به روتور ژنراتور متصل می شود و حرکت رفت و برگشتی را به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل می کند که سپس توسط ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. برخی از مدل ها به توربوشارژرهای گاز اگزوز مجهز هستند تا چگالی هوای ورودی و توان خروجی را افزایش دهند.
دستگاه بازیابی گرمای اتلاف از گرمای حمل شده توسط گاز خروجی{0}در دمای بالا از موتور احتراق داخلی و آب خنک کننده آستر سیلندر استفاده می کند و آن را از طریق مبدل های حرارتی به انرژی گرمایی قابل استفاده تبدیل می کند. مبدل حرارتی گاز خروجی بیشتر گرمای معقول را از گاز خروجی برای گرم کردن و عایق کاری هاضم های بی هوازی یا گرمایش منطقه ای بازیابی می کند. مبدل حرارتی آب سیلندر گرما را از آب خنک کننده برای استفاده به عنوان آب گرم برای تولید خانگی یا گرمایش فرآیند حذف می کند، بنابراین به طور قابل توجهی بازده انرژی کلی سیستم را بهبود می بخشد.
واحد برق و کنترل شامل تابلو برق خروجی ژنراتور، تنظیم کننده اتوماتیک ولتاژ، دستگاه کنترل اتصال به شبکه و سیستم مانیتورینگ مرکزی است. تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک ولتاژ خروجی را ثابت نگه می دارد و دستگاه کنترل اتصال به شبکه همگام سازی و اتصال ایمن را با شبکه برق یا بارهای مستقل تضمین می کند. سیستم نظارت مرکزی، مبتنی بر PLC یا کامپیوتر صنعتی، دادههای زمان واقعی فشار گاز، دما، سرعت جریان، سرعت واحد، توان خروجی و نشانگرهای انتشار را جمعآوری و نمایش میدهد. همچنین دارای هشدارهای خطا، خاموش شدن خودکار و قابلیت های ارتباط از راه دور است.
یک سیستم حفاظت ایمنی در سرتاسر هر واحد یکپارچه شده است، مجهز به آشکارسازهای نشت گاز قابل احتراق، آشکارسازهای شعله، سنسورهای دما، دستگاههای حفاظت فشار و دکمههای توقف اضطراری. به محض تشخیص یک وضعیت خطرناک، سیستم بلافاصله اقدامات اضطراری مانند خاموش کردن گاز، خاموش کردن، و تهویه را برای اطمینان از ایمنی پرسنل و تجهیزات اجرا می کند.
به طور کلی، طراحی ژنراتور بیوگاز ادغام چندین رشته را منعکس میکند: از واکنشهای بیوشیمیایی تا توان حرارتی، و سپس به اتوماسیون الکتریکی و حفاظت ایمنی، همه جنبهها ارتباط نزدیکی با هم دارند. ساختار طراحی شده علمی نه تنها خروجی توان کارآمد و پایدار را تضمین می کند، بلکه پشتیبانی فنی قابل اعتمادی را برای استفاده از منابع و تولید پاک زباله های آلی فراهم می کند.