Biogas generator, kao kompletan set opreme koji pretvara biogas proizveden anaerobnom fermentacijom biomase u električnu energiju, ima konstrukcijski dizajn koji direktno utiče na njegovu operativnu efikasnost, stabilnost i ekološke performanse. Sve u svemu, sastoji se od jedinice za pripremu i prečišćavanje gasa, sistema za snabdevanje gasom, jedinice za proizvodnju električne energije, uređaja za rekuperaciju otpadne toplote, električne i kontrolne jedinice i sigurnosnog sistema zaštite. Ove komponente rade zajedno kako bi postigle cijeli proces konverzije iz sirovog plina u kvalifikovanu električnu energiju.
Jedinica za pripremu i prečišćavanje gasa je prednji-kraj cijelog sistema. Ova jedinica uglavnom uključuje anaerobni digestor, uređaj za miješanje, uređaj za grijanje i kontrolu temperature, te cjevovode za sakupljanje plina. Anaerobni digestor obično koristi zatvorenu čeličnu ili betonsku konstrukciju, održavajući unutrašnju sredinu srednje -temperature (35–38 stepeni) ili visoke{6}}temperature (55–58 stepeni) kako bi se omogućila efikasna metanogeneza mikroorganizama. Uređaj za miješanje osigurava dovoljan kontakt između materijala i mikroorganizama, dok uređaj za grijanje i kontrolu temperature održava stabilnu temperaturu reakcije. Nastali sirovi biogas se transportuje kroz cjevovode do jedinice za pročišćavanje kako bi se uklonile štetne nečistoće kao što su sumporovodik, vlaga, čestice i siloksani. Oprema za prečišćavanje obično uključuje toranj za odsumporavanje (suhi ili mokri proces), separator kondenzata, filter čestica i uređaj za adsorpciju aktivnog ugljena kako bi se osiguralo da sastav i čistoća plina koji ulazi u jedinicu za proizvodnju električne energije ispunjava zahtjeve jedinice.
Sistem za dovod gasa je odgovoran za stabilnu isporuku pročišćenog biogasa u komoru za sagorevanje. Ovaj sistem se sastoji od gasnog kompresora ili puhala, ventila za regulaciju pritiska, uređaja za mjerenje protoka i sigurnosnog{1}}zapornog ventila. Ventil za regulaciju pritiska automatski podešava pritisak dovoda gasa u skladu sa promenama opterećenja jedinice i pritiska gasa kako bi se obezbedilo stabilno sagorevanje; uređaj za mjerenje protoka prati dovod plina u realnom vremenu, pružajući osnovu za usklađivanje opterećenja i kontrolu; sigurnosni-ventil za zatvaranje može brzo prekinuti dovod plina kada otkrije curenje plina, nenormalan pritisak ili gašenje plamena kako bi spriječio eskalaciju nesreće.
Jedinica za proizvodnju energije je jezgro generatora bioplina. Trenutno, glavni pristup je korištenje generatorskog seta motora s unutarnjim sagorijevanjem na plin, s plinskim turbinama ili Stirlingovim motorima koji se koriste u nekoliko slučajeva. Plinski motor sa unutrašnjim sagorevanjem sastoji se od cilindra, klipa, klipnjače, mehanizma ventila i sistema za paljenje. Dizajn komore za sagorijevanje mora biti prilagođen niskoj kalorijskoj vrijednosti i promjenjivim karakteristikama sastava biogasnog goriva. Sistem paljenja prvenstveno koristi visoko{4}}energijsko elektronsko paljenje kako bi osigurao pouzdano paljenje čak i sa promjenama koncentracije gasa. Radilica motora sa unutrašnjim sagorevanjem je spojena na rotor generatora preko spojnice, pretvarajući povratno kretanje u obrtnu mehaničku energiju, koju zatim generator pretvara u električnu energiju. Neki modeli su opremljeni turbopunjačima izduvnih gasova za povećanje gustine usisnog vazduha i izlazne snage.
Uređaj za rekuperaciju otpadne topline koristi toplinu koju prenose visoko-izduvni plinovi iz motora sa unutrašnjim sagorijevanjem i rashladne vode iz cilindra, pretvarajući je u korisnu toplinsku energiju kroz izmjenjivače topline. Izmjenjivač topline ispušnih plinova vraća većinu osjetljive topline iz ispušnog plina za grijanje i izolaciju anaerobnih digestora ili daljinskog grijanja; Vodeni izmjenjivač topline cilindra uklanja toplinu iz rashladne vode za korištenje kao topla voda za kućnu proizvodnju ili procesno grijanje, čime se značajno poboljšava ukupna energetska efikasnost sistema.
Električna i upravljačka jedinica uključuje izlaznu rasklopnu jedinicu generatora, automatski regulator napona, uređaj za kontrolu priključka na mrežu i centralni sistem za nadzor. Automatski regulator napona održava stabilan izlazni napon, a uređaj za kontrolu priključka na mrežu osigurava sinhronizaciju i sigurnu vezu sa električnom mrežom ili nezavisnim opterećenjima. Centralni sistem za nadzor, zasnovan na PLC-u ili industrijskom računaru, prikuplja i prikazuje-podatke u realnom vremenu o pritisku gasa, temperaturi, protoku, brzini jedinice, izlaznoj snazi i indikatorima emisije. Također ima alarme za kvarove, automatsko isključivanje i mogućnosti daljinske komunikacije.
Sigurnosni zaštitni sistem integriran je u svaku jedinicu, opremljen detektorima curenja zapaljivog plina, detektorima plamena, temperaturnim senzorima, uređajima za zaštitu od pritiska i dugmadima za zaustavljanje u nuždi. Nakon otkrivanja opasnog stanja, sistem odmah implementira hitne mjere kao što su gas-isključenje, gašenje i ventilacija kako bi osigurao sigurnost osoblja i opreme.
Sve u svemu, dizajn generatora bioplina odražava integraciju više disciplina: od biohemijskih reakcija do toplotne energije, a zatim do električne automatizacije i sigurnosne zaštite, svi aspekti su usko povezani. Naučno dizajnirana struktura ne samo da osigurava efikasnu i stabilnu izlaznu snagu, već i pruža pouzdanu tehničku podršku za korištenje resursa i čistu proizvodnju organskog otpada.