Máy tạo khí sinh học, là một bộ thiết bị hoàn chỉnh chuyển đổi khí sinh học được tạo ra từ quá trình lên men kỵ khí sinh khối thành năng lượng điện, có thiết kế cấu trúc ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động, tính ổn định và hiệu quả môi trường. Nhìn chung, nó bao gồm một bộ phận chuẩn bị và lọc khí, hệ thống cung cấp khí, bộ phát điện, thiết bị thu hồi nhiệt thải, bộ phận điện và điều khiển cũng như hệ thống bảo vệ an toàn. Các thành phần này phối hợp với nhau để đạt được toàn bộ quá trình chuyển đổi từ khí thô sang năng lượng điện đủ tiêu chuẩn.
Bộ phận chuẩn bị và lọc khí là-phần đầu của toàn bộ hệ thống. Bộ phận này chủ yếu bao gồm một bể phân hủy kỵ khí, một thiết bị khuấy, một thiết bị kiểm soát nhiệt độ và gia nhiệt cũng như các đường ống thu gom khí. Bể phân hủy kỵ khí thường sử dụng cấu trúc thép hoặc bê tông kín, duy trì môi trường-trung bình (35–38 độ ) hoặc nhiệt độ-cao (55–58 độ ) bên trong để tạo điều kiện cho vi sinh vật tạo khí metan hiệu quả. Thiết bị khuấy đảm bảo tiếp xúc đầy đủ giữa vật liệu và vi sinh vật, trong khi thiết bị gia nhiệt và kiểm soát nhiệt độ duy trì nhiệt độ phản ứng ổn định. Khí sinh học thô được tạo ra được vận chuyển qua đường ống đến bộ phận lọc để loại bỏ các tạp chất có hại như hydro sunfua, độ ẩm, chất dạng hạt và siloxan. Thiết bị lọc thường bao gồm tháp khử lưu huỳnh (quy trình khô hoặc ướt), thiết bị tách nước ngưng, bộ lọc hạt và thiết bị hấp phụ than hoạt tính để đảm bảo thành phần và độ sạch của khí đi vào thiết bị phát điện đáp ứng yêu cầu của thiết bị.
Hệ thống cấp khí có nhiệm vụ cung cấp ổn định khí sinh học đã tinh chế vào buồng đốt. Hệ thống này bao gồm máy nén khí hoặc máy thổi khí, van điều chỉnh áp suất, thiết bị đo lưu lượng và van ngắt-an toàn. Van điều chỉnh áp suất tự động điều chỉnh áp suất cấp khí theo sự thay đổi của đơn vị tải và áp suất khí để đảm bảo quá trình đốt cháy ổn định; thiết bị đo lưu lượng giám sát việc cung cấp khí theo thời gian thực, tạo cơ sở cho việc điều chỉnh và điều chỉnh tải; van ngắt-an toàn có thể nhanh chóng cắt nguồn cung cấp khí khi phát hiện rò rỉ khí, áp suất bất thường hoặc tắt lửa để ngăn tai nạn leo thang.
Đơn vị phát điện là cốt lõi của máy phát điện khí sinh học. Hiện nay, phương pháp chủ đạo là sử dụng tổ máy phát điện động cơ đốt trong chạy khí, trong một số ít trường hợp có sử dụng tua bin khí hoặc động cơ Stirling. Động cơ đốt trong chạy khí bao gồm một xi lanh, piston, cơ cấu thanh truyền, bộ truyền động van và hệ thống đánh lửa. Thiết kế buồng cháy phải phù hợp với nhiệt trị thấp và đặc tính thành phần dao động của nhiên liệu biogas. Hệ thống đánh lửa chủ yếu sử dụng đánh lửa điện tử năng lượng cao-để đảm bảo đánh lửa đáng tin cậy ngay cả khi nồng độ khí thay đổi. Trục khuỷu của động cơ đốt trong được nối với rôto máy phát điện thông qua khớp nối, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành cơ năng quay, sau đó được máy phát điện chuyển hóa thành năng lượng điện. Một số mẫu xe được trang bị bộ tăng áp khí thải để tăng mật độ khí nạp và công suất đầu ra.
Thiết bị thu hồi nhiệt thải tận dụng nhiệt do khí thải-nhiệt độ cao từ động cơ đốt trong và nước làm mát ống lót xi lanh, chuyển nhiệt này thành năng lượng nhiệt có thể sử dụng được thông qua bộ trao đổi nhiệt. Bộ trao đổi nhiệt khí thải thu hồi hầu hết nhiệt lượng hợp lý từ khí thải để sưởi ấm và cách nhiệt các bể phân hủy kỵ khí hoặc sưởi ấm khu vực; bộ trao đổi nhiệt nước lót xi lanh loại bỏ nhiệt từ nước làm mát để sử dụng làm nước nóng cho sản xuất gia dụng hoặc sưởi ấm quy trình, do đó cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng tổng thể của hệ thống.
Bộ phận điện và điều khiển bao gồm thiết bị đóng cắt đầu ra máy phát điện, bộ điều chỉnh điện áp tự động, thiết bị điều khiển kết nối lưới và hệ thống giám sát trung tâm. Bộ điều chỉnh điện áp tự động duy trì điện áp đầu ra ổn định, đồng thời thiết bị điều khiển đấu nối lưới đảm bảo đồng bộ, kết nối an toàn với lưới điện hoặc các phụ tải độc lập. Hệ thống giám sát trung tâm, dựa trên PLC hoặc máy tính công nghiệp, thu thập và hiển thị dữ liệu-thời gian thực về áp suất khí, nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, tốc độ đơn vị, công suất đầu ra và các chỉ báo phát thải. Nó cũng có tính năng báo lỗi, tự động tắt và khả năng liên lạc từ xa.
Hệ thống bảo vệ an toàn được tích hợp khắp từng thiết bị, được trang bị thiết bị phát hiện rò rỉ khí dễ cháy, thiết bị phát hiện ngọn lửa, cảm biến nhiệt độ, thiết bị bảo vệ áp suất và nút dừng khẩn cấp. Khi phát hiện tình trạng nguy hiểm, hệ thống sẽ ngay lập tức thực hiện các biện pháp khẩn cấp như tắt-khí, tắt và thông gió để đảm bảo an toàn cho nhân viên và thiết bị.
Nhìn chung, thiết kế của máy phát khí sinh học phản ánh sự tích hợp của nhiều lĩnh vực: từ phản ứng sinh hóa đến nhiệt điện, sau đó đến tự động hóa điện và bảo vệ an toàn, tất cả các khía cạnh đều được liên kết chặt chẽ với nhau. Cấu trúc được thiết kế khoa học không chỉ đảm bảo sản lượng điện hiệu quả và ổn định mà còn cung cấp hỗ trợ kỹ thuật đáng tin cậy cho việc sử dụng tài nguyên và sản xuất sạch chất thải hữu cơ.