Biokaasugeneraattorilla, joka on täydellinen laitesarja, joka muuntaa biomassan anaerobisessa käymisessä tuotetun biokaasun sähköenergiaksi, on rakenteeltaan sellainen, että se vaikuttaa suoraan sen toimintatehokkuuteen, vakauteen ja ympäristönsuojeluun. Kokonaisuudessaan se koostuu kaasunkäsittely- ja puhdistusyksiköstä, kaasunsyöttöjärjestelmästä, voimantuotantoyksiköstä, hukkalämmön talteenottolaitteesta, sähkö- ja ohjausyksiköstä sekä turvasuojajärjestelmästä. Nämä komponentit toimivat yhdessä saavuttaakseen koko prosessin, jossa raakakaasu muutetaan laadukkaaksi sähköenergiaksi.
Kaasun valmistus- ja puhdistusyksikkö on{0}}koko järjestelmän etupää. Tämä yksikkö sisältää pääasiassa anaerobisen keittimen, sekoituslaitteen, lämmitys- ja lämpötilansäätölaitteen sekä kaasunkeräysputket. Anaerobisessa keittimessä käytetään tyypillisesti suljettua teräs- tai betonirakennetta, joka ylläpitää sisäisesti keskilämpötilaa (35–38 astetta) tai korkeaa lämpötilaa (55–58 astetta) mikro-organismien tehokkaan metanogeneesin helpottamiseksi. Sekoituslaite varmistaa riittävän kosketuksen materiaalin ja mikro-organismien välillä, kun taas lämmitys- ja lämpötilansäätölaite ylläpitää vakaata reaktiolämpötilaa. Syntynyt raakabiokaasu kuljetetaan putkistoja pitkin puhdistusyksikköön haitallisten epäpuhtauksien, kuten rikkivedyn, kosteuden, hiukkasten ja siloksaanien poistamiseksi. Puhdistuslaitteet sisältävät tyypillisesti rikinpoistotornin (kuiva- tai märkäprosessi), lauhteen erottimen, hiukkassuodattimen ja aktiivihiiliadsorptiolaitteen, jolla varmistetaan, että voimantuotantoyksikköön tulevan kaasun koostumus ja puhtaus vastaavat yksikön vaatimuksia.
Kaasunsyöttöjärjestelmä vastaa puhdistetun biokaasun vakaasta toimittamisesta polttokammioon. Tämä järjestelmä koostuu kaasukompressorista tai -puhaltimesta, paineensäätöventtiilistä, virtausmittauslaitteesta ja varo-sulkuventtiilistä. Paineensäätöventtiili säätää automaattisesti kaasun syöttöpainetta yksikkökuorman ja kaasun paineen muutosten mukaan varmistaakseen vakaan palamisen; virtausmittauslaite valvoo kaasun syöttöä reaaliajassa, mikä tarjoaa perustan kuormituksen sovitukselle ja ohjaukselle; turvasulkuventtiili-voi katkaista nopeasti kaasun syötön, kun se havaitsee kaasuvuodon, epänormaalin paineen tai liekin sammumisen estääkseen onnettomuuden pahenemisen.
Voimantuotantoyksikkö on biokaasugeneraattorin ydin. Tällä hetkellä yleisenä lähestymistapana on käyttää kaasupolttomoottorigeneraattorisarjaa, jossa joissakin tapauksissa käytetään kaasuturbiineja tai Stirling-moottoreita. Kaasupolttomoottori koostuu sylinteristä, männästä, kiertokankimekanismista, venttiilisarjasta ja sytytysjärjestelmästä. Polttokammion suunnittelu tulee mukauttaa biokaasupolttoaineen alhaiseen lämpöarvoon ja vaihteleviin koostumusominaisuuksiin. Sytytysjärjestelmä käyttää ensisijaisesti korkean{4}}energistä elektronista sytytystä varmistaakseen luotettavan sytytyksen myös kaasupitoisuuden muuttuessa. Polttomoottorin kampiakseli on kytketty generaattorin roottoriin kytkimen kautta, mikä muuttaa edestakaisen liikkeen pyörimismekaaniseksi energiaksi, jonka generaattori muuttaa sitten sähköenergiaksi. Jotkut mallit on varustettu pakokaasuturboahtimella imuilman tiheyden ja tehon lisäämiseksi.
Hukkalämmön talteenottolaite hyödyntää polttomoottorin korkean -lämpöisen pakokaasun ja sylinteriputken jäähdytysveden kuljettamaa lämpöä ja muuntaa sen käyttökelpoiseksi lämpöenergiaksi lämmönvaihtimien kautta. Pakokaasulämmönvaihdin ottaa talteen suurimman osan järkevästä lämmöstä pakokaasusta anaerobisten keittimien tai kaukolämmön lämmitykseen ja eristykseen; Sylinterin vesilämmönvaihdin poistaa lämpöä jäähdytysvedestä käytettäväksi kuumana vedena kotitalouksien tuotantoon tai prosessilämmitykseen, mikä parantaa merkittävästi järjestelmän kokonaisenergiatehokkuutta.
Sähkö- ja ohjausyksikkö sisältää generaattorin lähtökytkinlaitteen, automaattisen jännitesäätimen, verkkoliitännän ohjauslaitteen ja keskusvalvontajärjestelmän. Automaattinen jännitesäädin ylläpitää vakaata lähtöjännitettä ja verkkoliitännän ohjauslaite varmistaa synkronoinnin ja turvallisen yhteyden sähköverkkoon tai itsenäisiin kuormiin. PLC- tai teollisuustietokoneeseen perustuva keskusvalvontajärjestelmä kerää ja näyttää reaaliaikaista-tietoa kaasun paineesta, lämpötilasta, virtausnopeudesta, yksikön nopeudesta, tehosta ja päästöindikaattoreista. Siinä on myös vikahälytykset, automaattinen sammutus ja etäviestintäominaisuudet.
Jokaiseen yksikköön on integroitu turvasuojajärjestelmä, joka on varustettu palavien kaasujen vuodonilmaisimilla, liekkiilmaisimilla, lämpötila-antureilla, painesuojalaitteilla ja hätäpysäytyspainikkeilla. Havaittuaan vaarallisen tilanteen järjestelmä toteuttaa välittömästi hätätoimenpiteet, kuten kaasun-sulkemisen, sammutuksen ja tuuletuksen varmistaakseen henkilöstön ja laitteiden turvallisuuden.
Kaiken kaikkiaan biokaasugeneraattorin suunnittelu heijastelee useiden tieteenalojen integrointia: biokemiallisista reaktioista lämpövoimaan ja sitten sähköautomaatioon ja turvallisuussuojaukseen, kaikki näkökohdat liittyvät läheisesti toisiinsa. Tieteellisesti suunniteltu rakenne ei ainoastaan takaa tehokkaan ja vakaan tehon, vaan myös luotettavan teknisen tuen resurssien hyödyntämiselle ja orgaanisen jätteen puhtaalle tuotannolle.