Generátor bioplynu jako kompletní sada zařízení, které přeměňuje bioplyn vyrobený anaerobní fermentací biomasy na elektrickou energii, má konstrukční řešení, které přímo ovlivňuje jeho provozní účinnost, stabilitu a environmentální výkonnost. Celkově se skládá z jednotky přípravy a čištění plynu, systému zásobování plynem, energetické jednotky, zařízení na rekuperaci odpadního tepla, elektrické a řídicí jednotky a systému bezpečnostní ochrany. Tyto komponenty spolupracují na dosažení celého procesu přeměny ze surového plynu na kvalifikovanou elektrickou energii.
Jednotka pro přípravu a čištění plynu je přední-koncí celého systému. Tato jednotka obsahuje především anaerobní vyhnívací nádrž, míchací zařízení, zařízení pro vytápění a regulaci teploty a sběrné plynové potrubí. Anaerobní vyhnívací nádrž obvykle používá uzavřenou ocelovou nebo betonovou konstrukci, která uvnitř udržuje střední-teplotu (35–38 stupňů) nebo vysokou-teplotu (55–58 stupňů), aby se usnadnila účinná metanogeneze mikroorganismy. Míchací zařízení zajišťuje dostatečný kontakt mezi materiálem a mikroorganismy, zatímco zařízení pro ohřev a regulaci teploty udržuje stabilní reakční teplotu. Generovaný surový bioplyn je dopravován potrubím do čistící jednotky k odstranění škodlivých nečistot, jako je sirovodík, vlhkost, pevné částice a siloxany. Čistící zařízení obvykle zahrnuje odsiřovací věž (suchý nebo mokrý proces), odlučovač kondenzátu, filtr pevných částic a zařízení pro adsorpci aktivního uhlí, aby bylo zajištěno, že složení a čistota plynu vstupujícího do jednotky na výrobu energie splňují požadavky jednotky.
Systém dodávky plynu je zodpovědný za stabilní dodávání vyčištěného bioplynu do spalovací komory. Tento systém se skládá z plynového kompresoru nebo dmychadla, tlakového regulačního ventilu, zařízení pro měření průtoku a bezpečnostního uzavíracího-ventilu. Tlakový regulační ventil automaticky upravuje tlak přívodu plynu podle změn v zatížení jednotky a tlaku plynu, aby bylo zajištěno stabilní spalování; zařízení pro měření průtoku monitoruje dodávku plynu v reálném čase a poskytuje základ pro přizpůsobení a řízení zátěže; bezpečnostní uzavírací-ventil může rychle přerušit přívod plynu, když zjistí únik plynu, abnormální tlak nebo zhasnutí plamene, aby se zabránilo eskalaci nehody.
Elektrárna je jádrem generátoru bioplynu. V současné době je hlavním přístupem použití plynového generátoru s vnitřním spalováním, přičemž v několika případech se používají plynové turbíny nebo Stirlingovy motory. Plynový spalovací motor se skládá z válce, pístu, ojničního mechanismu, ventilového rozvodu a zapalovacího systému. Konstrukce spalovací komory musí být přizpůsobena nízké výhřevnosti a proměnlivému složení bioplynového paliva. Systém zapalování primárně využívá-elektronické zapalování s vysokou energií, aby bylo zajištěno spolehlivé zapálení i při změnách koncentrace plynu. Kliková hřídel spalovacího motoru je spojena s rotorem generátoru pomocí spojky, přeměňující vratný pohyb na rotační mechanickou energii, kterou pak generátor přeměňuje na elektrickou energii. Některé modely jsou vybaveny turbodmychadly výfukových plynů pro zvýšení hustoty nasávaného vzduchu a výkonu.
Zařízení na rekuperaci odpadního tepla využívá teplo přenášené -výfukovými plyny ze spalovacího motoru a chladicí vodou ve vložce válců a přeměňuje je na využitelnou tepelnou energii prostřednictvím výměníků tepla. Výměník tepla výfukových plynů rekuperuje většinu citelného tepla z výfukových plynů pro vytápění a izolaci anaerobních vyhnívacích nádrží nebo dálkového vytápění; vodní výměník tepla s válcovou vložkou odebírá teplo z chladicí vody pro použití jako horká voda pro domácí výrobu nebo procesní vytápění, čímž výrazně zlepšuje celkovou energetickou účinnost systému.
Elektrická a řídicí jednotka zahrnuje výstupní spínací zařízení generátoru, automatický regulátor napětí, zařízení pro řízení připojení k síti a centrální monitorovací systém. Automatický regulátor napětí udržuje stabilní výstupní napětí a zařízení pro řízení připojení k síti zajišťuje synchronizaci a bezpečné připojení k elektrické síti nebo nezávislým zátěžím. Centrální monitorovací systém, založený na PLC nebo průmyslovém počítači, shromažďuje a zobrazuje-údaje v reálném čase o tlaku plynu, teplotě, průtoku, rychlosti jednotky, výkonu a emisích. Obsahuje také alarmy poruch, automatické vypnutí a možnosti vzdálené komunikace.
V každé jednotce je integrován bezpečnostní ochranný systém vybavený detektory úniku hořlavých plynů, detektory plamene, teplotními senzory, zařízeními na ochranu tlaku a tlačítky nouzového zastavení. Po zjištění nebezpečné situace systém okamžitě zavede nouzová opatření, jako je uzavření-plynu, odstavení a ventilace, aby byla zajištěna bezpečnost personálu a zařízení.
Celkově návrh generátoru bioplynu odráží integraci několika disciplín: od biochemických reakcí po tepelnou energii a poté po elektrickou automatizaci a bezpečnostní ochranu, všechny aspekty jsou úzce propojeny. Vědecky navržená struktura zajišťuje nejen efektivní a stabilní výkon, ale také spolehlivou technickou podporu pro využití zdrojů a čistou produkci organického odpadu.