Biyokütlenin anaerobik fermantasyonundan üretilen biyogazı elektrik enerjisine dönüştüren eksiksiz bir ekipman seti olan biyogaz jeneratörü, operasyonel verimliliğini, stabilitesini ve çevresel performansını doğrudan etkileyen yapısal bir tasarıma sahiptir. Genel olarak gaz hazırlama ve arıtma ünitesi, gaz besleme sistemi, enerji üretim ünitesi, atık ısı geri kazanım cihazı, elektrik ve kontrol ünitesi ve güvenlik koruma sisteminden oluşur. Bu bileşenler, ham gazdan nitelikli elektrik enerjisine dönüşüm sürecinin tamamını gerçekleştirmek için birlikte çalışır.
Gaz hazırlama ve arıtma ünitesi tüm sistemin ön ucudur. Bu ünite esas olarak bir anaerobik çürütücü, bir karıştırma cihazı, bir ısıtma ve sıcaklık kontrol cihazı ve gaz toplama boru hatlarından oluşur. Anaerobik çürütücü tipik olarak, mikroorganizmaların verimli metanojenezini kolaylaştırmak için orta-sıcaklık (35–38 derece) veya yüksek-sıcaklık (55–58 derece) ortamını dahili olarak koruyan kapalı bir çelik veya beton yapı kullanır. Karıştırma cihazı malzeme ile mikroorganizmalar arasında yeterli teması sağlarken ısıtma ve sıcaklık kontrol cihazı stabil bir reaksiyon sıcaklığı sağlar. Üretilen ham biyogaz, hidrojen sülfit, nem, partikül madde ve siloksanlar gibi zararlı yabancı maddelerin uzaklaştırılması için boru hatları aracılığıyla arıtma ünitesine taşınır. Arıtma ekipmanı tipik olarak, güç üretim ünitesine giren gazın bileşiminin ve temizliğinin ünitenin gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için bir kükürt giderme kulesi (kuru veya ıslak proses), bir yoğuşma ayırıcısı, bir partikül filtresi ve bir aktif karbon adsorpsiyon cihazını içerir.
Gaz besleme sistemi, arıtılmış biyogazın yanma odasına stabil bir şekilde iletilmesinden sorumludur. Bu sistem bir gaz kompresörü veya üfleyiciden, bir basınç düzenleme vanasından, bir akış ölçüm cihazından ve bir emniyet-kapama vanasından oluşur. Basınç düzenleme valfi, kararlı yanmayı sağlamak için ünite yükündeki ve gaz basıncındaki değişikliklere göre gaz besleme basıncını otomatik olarak ayarlar; akış ölçüm cihazı gaz beslemesini gerçek zamanlı olarak izleyerek yük eşleştirme ve kontrol için bir temel sağlar; emniyet kapatma valfi-kazanın tırmanmasını önlemek için gaz sızıntısını, anormal basıncı veya alev sönmesini algıladığında gaz beslemesini hızlı bir şekilde kesebilir.
Güç üretim ünitesi biyogaz jeneratörünün çekirdeğidir. Şu anda ana yaklaşım, gaz türbinleri veya Stirling motorlarının birkaç durumda kullanıldığı bir gaz içten yanmalı motor jeneratör seti kullanmaktır. Gazlı içten yanmalı motor, bir silindir, piston, biyel mekanizması, valf mekanizması ve ateşleme sisteminden oluşur. Yanma odası tasarımı, biyogaz yakıtın düşük kalorifik değerine ve değişken bileşim özelliklerine göre uyarlanmalıdır. Ateşleme sistemi, gaz konsantrasyonundaki değişikliklerde bile güvenilir ateşleme sağlamak için öncelikle yüksek-enerjili elektronik ateşlemeyi kullanır. İçten yanmalı motor krank mili, bir kaplin yoluyla jeneratör rotoruna bağlanarak ileri geri hareketi dönme mekanik enerjisine dönüştürür ve bu daha sonra jeneratör tarafından elektrik enerjisine dönüştürülür. Bazı modeller, emme havası yoğunluğunu ve güç çıkışını artırmak için egzoz gazı turboşarjlarıyla donatılmıştır.
Atık ısı geri kazanım cihazı, içten yanmalı motordan ve silindir gömleği soğutma suyundan-yüksek sıcaklıktaki egzoz gazı tarafından taşınan ısıyı kullanır ve bunu ısı eşanjörleri aracılığıyla kullanılabilir ısı enerjisine dönüştürür. Egzoz gazı ısı eşanjörü, anaerobik çürütücülerin veya bölgesel ısıtmanın ısıtılması ve yalıtımı için egzoz gazından duyulur ısının çoğunu geri kazanır; silindir gömleği su ısı eşanjörü, evsel üretim veya proses ısıtması için sıcak su olarak kullanılmak üzere soğutma suyundaki ısıyı uzaklaştırır, böylece genel sistem enerji verimliliğini önemli ölçüde artırır.
Elektrik ve kontrol ünitesi, jeneratör çıkış şalt sistemini, otomatik voltaj regülatörünü, şebeke bağlantı kontrol cihazını ve merkezi izleme sistemini içermektedir. Otomatik voltaj regülatörü, kararlı çıkış voltajını korur ve şebeke bağlantı kontrol cihazı, elektrik şebekesi veya bağımsız yüklerle senkronizasyon ve güvenli bağlantı sağlar. PLC veya endüstriyel bilgisayara dayalı merkezi izleme sistemi, gaz basıncı, sıcaklık, akış hızı, ünite hızı, güç çıkışı ve emisyon göstergelerine- ilişkin gerçek zamanlı verileri toplar ve görüntüler. Aynı zamanda arıza alarmları, otomatik kapanma ve uzaktan iletişim yeteneklerine de sahiptir.
Yanıcı gaz sızıntısı dedektörleri, alev dedektörleri, sıcaklık sensörleri, basınç koruma cihazları ve acil durdurma düğmeleriyle donatılmış her üniteye entegre bir güvenlik koruma sistemi bulunmaktadır. Tehlikeli bir durum tespit edildiğinde sistem, personelin ve ekipmanın güvenliğini sağlamak için gazı-kesme, kapatma ve havalandırma gibi acil durum önlemlerini derhal uygular.
Genel olarak, biyogaz jeneratörünün tasarımı birden fazla disiplinin entegrasyonunu yansıtır: biyokimyasal reaksiyonlardan termal güce, ardından elektriksel otomasyon ve güvenlik korumasına kadar tüm hususlar birbiriyle yakından bağlantılıdır. Bilimsel olarak tasarlanmış yapı, yalnızca verimli ve istikrarlı güç çıkışı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda kaynak kullanımı ve organik atıkların temiz üretimi için güvenilir teknik destek sağlar.