Ein erweitertes Biogas-BHKW unterstützt durch seinen flexiblen Betrieb die Stabilisierung des Stromnetzes und versorgt ein Nahwärmenetz sowie eine industrielle Holztrocknung mit Wärme.
Der Biogasbauer Andreas Rohlfs im niedersächsischen Wehrbleck betreibt seit 2001 eine Biogasanlage mit zunächst einem BHKW und einer elektrischen Leistung von 180 kW. 2005 wurden zwei Zündstrahlmotoren dazugebaut. Jeder leistet 340 kWel und 309 kWth. Zusammen erzeugen sie knapp 5,4 Mio. kWh elektrische Energie und speisen 4,1 Mio. kWh thermische Energie ins Wärmenetz ein. Aus dem BHKW wurden anfangs fünf Häuser versorgt, 2008 folgte eine industrielle Holztrocknung als weitere Wärmeabnahme.
Das Biogas wird zu 60 % aus Mais erzeugt, 40 % der Einsatzstoffe sind Mist und Gülle aus der Region. Künftig will man den Mais teilweise ersetzen und verstärkt andere Stoffe wie Maisstroh vergären.
Kräftige Erhöhung der Leistung
Ab Anfang 2018 arbeitet man daran, die Biogasanlage zum „Regenerativen Speicherkraftwerk Rohlfs Biogas KG“ auszubauen und ihre Leistung dabei kräftig zu erhöhen. Die Planung übernahm die Energethik Ingenieurgesellschaft mbH, Osnabrück, die sich auf den Bau von regenerativen Speicherkaftwerken und Wärmenetzen spezialisiert hat.
Für die Flexibilisierung seiner Anlage erhält der Biogasbauer bis zum Jahr 2025 die Flexibilitätsprämie aus dem EEG als Zuschuss auf seine Investition.Anschließend kann er an der EEG-Ausschreibung teilnehmen, um eine Vergütung für weitere 10 Jahre zu erhalten. Die hohe installierte Leistung kommt ihm dabei zugute, weil der zusätzliche Flexzuschlag mit 40€/kW ausgezahlt wird. Der Strom wird an der Börse bedarfsgerecht vermarktet. Investiert hat man in Erweiterung und Flexibilisierung 1,6 Mio. Euro − die zunächst veranschlagten 1,9 Mio. Euro konnten um 300.000 Euro unterboten werden.
Im Januar 2019 ging das regenerative Speicherkraftwerk in Betrieb. Neu dazu kam ein Biogasmotor des Typs TCG 2020 V20 von MWM mit 2 MWel und 2,3 MWth. Er wird nach den Planungen jährlich rund 5,7 Mio. kWh elektrische Energie und knapp 5,8 Mio. kWh Wärme erzeugen.
Sie geht ins Fernwärmenetz zur Beheizung der kommunalen Gebäude und der Wohngebäude, wird aber auch für die Trocknung der Hackschnitzel verwendet. Durch die Trocknung steigt deren Heizwert deutlich und sie sind länger lagerbar.
Die alten Blockheizkraftwerke stellen noch Regelenergie bereit und dienen als Sicherheit. Flexibel wird die Anlage durch einen Kombigasspeicher mit 8.490 m3 und durch einen Wärmespeicher mit rund 1.000 m3.
Das mit Biogas betriebene BHKW wird zusammen mit den Speichern tageszeitlich stromgeführt und jahreszeitlich wärmegeführt betrieben. Für den Betrieb und die Vermarktung des Stroms an der Börse sorgt ein Direktvermarkter. Gegenwärtig steuert er das Kraftwerk nach dem aktuellen Strompreis. Den Füllgrad der Wärmespeicher kann er noch nicht in seine Steuerung einbeziehen, das soll aber nach Angaben der Planer folgen. Das Blockheizkraftwerk besitzt keinen Notkühler, die Wärme wird immer entweder im Netz oder im Speicher untergebracht.
Fast vollständig entschwefeltes Biogas
Treibstoff für die Anlage ist Biogas, das über eine Grobentschwefelung und einen Aktivkohlefilter fast vollständig entschwefelt wird. Der Schwefelgehalt sinkt damit vom Ausgangswert von rund 5.000 ppm (parts per million) auf Werte zwischen 50 und 100 ppm. Eine weitere Feinentschwefelung macht das Gas dann für den Motor bereit. Dieser verträgt noch bis zu 5 ppm Schwefelgehalt
Gelagert wird der Brennstoff in einem Kombigasspeicher. Darin trennt eine Membran das ungereinigte Biogas von dem gereinigten, dem sogenannten Reingas, im oberen Abschnitt. Damit musste für das neue BHKW keine zusätzliche Gasreinigung installiert werden, die zusammen mit ihm betrieben wird. Der Motor kann jetzt vielmehr auf das bereits entschwefelte und separat gelagerte Gas zurückgreifen.
Flexibel wird die Anlage durch einen Kombi-Gasspeicher und einen Wärmespeicher
Trotz der sehr geringen Schwefelkonzentration im gereinigten Biogas kann noch Schwefelwasserstoff (H2S) entstehen und zu Schwefelsäure werden, wenn das Abgas kondensiert. Das passiert insbesondere durch den stark flexibilisierten Betrieb des Motors. Wegen des Flexbetriebs durchläuft man nach den Berechnungen von Energethik im Schnitt zweimal pro Tag die Kondensationsgrenze.
Durch eine Sicherheitskette wird das BHKW vor unzulässig hohen Schwefelmengen geschützt. Ab einer Konzentration von 2 ppm bekommt der Betreiber einen Alarm: Eine automatische Absperrklappe riegelt die Gaszufuhr zum Reingasspeicher ab und der Gasverdichter, der das Gas in den Reingasspeicher fördert, wird heruntergefahren. Der Motor kann aber noch das restliche Gas im Reingasspeicher aufbrauchen.
Falls doch noch geringe Mengen an H2S in das Abgas gelangen und dort kondensieren, wird die ätzende Flüssigkeit möglichst schnell aus dem Abgasstrom entfernt. Dazu ist der zweite Abgaswärmetauscher stehend neben dem BHKW-Container ausgeführt. Das kontaminierte Kondensat läuft dann an der Tauscherfläche rasch in den darunterliegenden Kondensattopf und anschließend in die Neutralisationsanlage. Die Kontaktzeit der Schwefelsäure mit der Tauscherfläche wird dadurch minimiert, den Kondensattopf kann man bei Bedarf leicht austauschen.
Auch die Biogasproduktion ist flexibilisiert
Auf dem Containerdach wurde bei der Planung der Abgasführung bereits die Nachrüstung einer Entstickung mit einem SCR-Katalysator berücksichtigt. Sowohl der Bauraum ist für den Katalysator vorhanden wie auch eine Reserve beim Abgasdruck.
Damit der Direktvermarkter die Leistung des BHKW bei Bedarf sofort abrufen kann, muss der Motor immer warmgehalten werden. Dafür nutzt man heißes Wasser aus dem Wärmenetz, das über eine kleine energieeffiziente Zirkulationspumpe entnommen wird.
Bei der Flexibilisierung des Betriebs des Blockheizkraftwerks helfen nicht nur die Speicher, sondern auch die Biogasanlage selbst. Durch eine Änderung der Einsatzstoffmengen lässt sich die Biogasproduktion so drosseln, dass das BHKW bei Bedarf zurückgefahren werden kann, ohne den Gasspeicher zu überlasten. Normalerweise sind die Speicher so bemessen, dass der Motor ohne eine Änderung der Gasproduktion 24 Stunden in Bereitschaft stehen kann. Bei einer Anpassung der Fütterung der Biogasanlage kann das BHKW auch ein ganzes Wochenende stillstehen, wenn der Strompreis für einen Betrieb unattraktiv ist.
Der Wärmespeicher mit 1.000 m3 Volumen kann 40.600 kWh thermische Energie speichern und das Wärmenetz etwa 50 Stunden versorgen, ohne dass das BHKW in Betrieb gehen muss. Die Umweltentlastung durch das regenerative Speicherkraftwerk berechnen die Planer mit jährlich etwa 2.683 t CO2 bei der Stromproduktion. Hierbei ist der BHKW-Betrieb mit den Emissionen des deutschen Strommixes verglichen. Rund 1.150 t CO2 werden auf der Fernwärmeseite eingespart, wenn man die Emissionen des Kraftwerks mit denen aus Erdgaskesseln vergleicht. Rechnet man noch die Prozesswärme dazu, erhöht sich die CO2-Einsparung auf 1.308 t jährlich.
Die Anlage auf einen Blick
Betreiber: Rohlfs Biogas KG, Wehrbleck
Planer: Energethik Ingenieurgesellschaft mbH, Osnabrück
Anlage: Flex-BHKW von ETW Energietechnik Weiss GmbH für Biogasanlage mit 2 MWel und 2,3 MWth sowie Gas- und Wärmespeicher
Besonderheit: Brennstoff Biogas, die Anlage wird tageszeitlich stromgeführt
und jahreszeitlich wärmegeführt
Effizienz: rund 3.800 t CO2-Einsparung gegenüber herkömmlicher Strom-
und Wärmeproduktion
Ansprechpartner: Jaroslav Litau, j.litau@energethik-ingenieure.de,
Tel.: 05 41 / 20 28 04 11