Repowering

Bestehende Biogasanlagen arbeiten oft gut, schöpfen aber bei weitem nicht das gesamte Potential aus, das ihnen eigentlich zur Verfügung steht. BTS Biogas hat verschiedene Repoweringkonzepte ausgearbeitet, die alle auf eine maßgebliche Steigerung der Gesamteffizienz der Biogasanlage zielen.

Jedem Konzept liegt der Austausch der gesamten Fütterungslinie und der Einbau einer auf die vorhandenen Substrattypen angepassten Aufbereitungstechnik zu Grunde. 

Repowering
Beispiel für das Repowering einer Anlage

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Repowering Deutsch

Repowering


Schritte zur Optimierung

1. Checkup der Gesamtanlage

Checkup

Eine bestehende Biogasanlage muss vor Beginn einer geplanten Optimierungsmaßnahme einem Gesamt-Checkup unterzogen werden um nachhaltige wirtschaftliche Entscheidungen treffen zu können.

Dieser Checkup umfasst folgende wesentliche Bereiche:

  • eingesetzte Substrate
  • biologischer Wirkungsgrad der Anlage
  • technischer Zustand der eingesetzten Technik 
  • Energieeffizienz der vorhanden Technik 
  • vorhandene Sicherheitstechnik 
  • Zustand der baulichen Anlagen, Gebäude und Behälter 
  • Einhaltung Wasserrecht (AwSV) 
  • Vorliegen der Prüfprotokolle gemäß Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und Wasserrecht (AwSV) 
  • Einhaltung der Düngeverordnung am Beispiel 9 Monate Lagerspeicher für flüssige Gärreste 
  • generelle Genehmigungskonformität gemäß der aktuellen Gesetzeslage.

2. Biologische Anlagenbewertung mit Hilfe der Datenbank dinaMetan

dinaMETAN

Repowering beginnt grundsätzlich mit der Bewertung der Substrateinsatzstoffe.

Die von BTS Biogas entwickelte Biogas-Software dinaMetan ermöglicht eine exakte Bewertung. Die aus rund 100.000 im firmeneigenen Labor durchgeführten Laboranalysen entwickelte, webbasierte Datenbank, ermöglicht exakte Bestimmung und Einstufung des aktuellen biologischen Wirkungsgrades von Biogasanlagen.

Genaue Futterkontrollen durch Analysen mittels Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) sind Grundlage für Prognosen und Planung eines optimierten wirtschaftlichen Substratmix durch dinaMetan. Die Bestimmung des optimalen biologischen Wirkungsgrades, der maximalen Erzeugung von Energie, der Abbaugeschwindigkeit der Substrate, des Eigenverbrauches Bakterien während des Fermentationsprozesses, der idealen Raumbelastung, der optimalen Verweilzeit im Fermenter, der günstigsten Substratkosten pro erzeugte kWh werden mit dinaMetan möglich. Für alle Biogasanlagen, ob für Nachwachsende Rohstoffe, Nebenprodukte der Lebensmittelindustrie, Schlachthöfe oder Monovergärung von Hühnerkot und sonstigen organischen Reststoffen, kann so die höchstmögliche Anlageneffizienz gezielt vorab geplant und somit nachhaltig umgesetzt werden.


3. Substrataufbereitung mit dem BIOaccelerator

BIOaccelerator

Die Vergärung kostengünstiger oder kostenloser Substrate wie Landschaftspflegematerial, Grassilage und sonstiger organischer Nebenprodukte setzt eine Substrataufbereitung voraus. Mit der Substrataufbereitungstechnik BIOaccelerator werden alle organischen Feststoffe zerkleinert und Zellwände aufgebrochen. Die Biogas-Bakterien können durch die damit wesentlich vergrößerte Oberfläche des
Substrates ihre Abbautätigkeit erheblich steigern. Die Inhaltsstoffe der Pflanzenzellen wie Enzyme und Nährsalze werden optimal zur Gasproduktion genutzt. Die Abbauzeit der organischen Masse verkürzt sich wesentlich. Der biologische Wirkungsgrad der organischen Stoffe kann je nach Grundsubstanz auf nahezu 100 Prozent gesteigert werden. Weiterer Effekt ist die Einsparungen von bis zu 60 Prozent Rührenergie und die erheblich verbesserte Pumpleistungen in der gesamten Biogasanlage.


4. Energieeffiziente Beschickungstechnik

Beschickungstechnik

In bestehenden Biogasanlagen ist der Feststoffbeschicker in 80% aller Fälle zu klein ausgelegt. Aus arbeitswirtschaftlichen Gründen sollte einmal pro Tag befüllt werden müssen. Feststoffbeschicker aus korrosionsfreien Materialien in Größen von 15 m³ bis 130 m³ Volumen sind heute Stand der Technik. Für einen Kubikmeter lockere Silage kann rund 300 kg Gewicht angesetzt werden. Dies bedeutet dass bei einer 500 kW Anlage, mit 30 Tonnen Silage täglich, ein Beschicker von rund 90 m³ Volumen notwendig ist.


5. Energieeffiziente Rührtechnik

Rührwerk

Die Rührtechnik verursacht mit rund 60 Prozent den höchsten Anteil am Eigenstrombedarf einer Biogasanlage. Ein Biogasfermenter mit 1.500 - 3.000 m³ Volumen verursacht einen jährlichen Stromverbrauch von über 100.000 kWh. Energieeffiziente Rührwerke werden, nach dem Stand der Technik, mit Frequenzumrichtern automatisch dem jeweiligen Leistungsbedarf angepasst und haben einen jährlichen Energiebedarf von 30.000 kWh. Es werden also 70.000 kWh oder bis zu 15.000,- EUR pro Behälter eingespart.


6. Energieeffiziente Pumptechnik

Exzenterschneckenpumpen

Exzenterschneckenpumpen sind heute Stand der Technik. Sie können mit Frequenzumrichtern exakt dem notwendigen Leistungsbedarf angepasst werden und sind damit höchst energieeffizient. Durch die Substrataufbereitung mit dem Bioaccelerator sind keine Störstoffe und langfaserigen Bestandteile im Substrat vorhanden, was die Standzeiten der Pumpen wesentlich verlängert.


7. Prüfung undichter Foliendächer und Gasleckagen an Anlagenkomponenten

Tragluftdach

Durch unqualifizierte Montagen von Behälterdächern und Rohrinstallationen von Nichtfachleuten entstehen sehr oft schon bei der Inbetriebnahme Leckagen. Zunehmend ist auch festzustellen, dass Foliendächer und hier speziell einschalige Dächer, nach 5 -10 Jahren undicht werden und Biogas in die Atmosphäre entweicht. Auch im Bereich von Rohrverbindungen kommt es immer wieder zu Leckagen. Neben der Emissionsbelastung für die Umwelt und dem Sicherheitsaspekt ist der Verlust von Biogas ein erheblicher finanzieller und wirtschaftlicher Verlust. Das Auftreten von Gasleckagen ist auch bei den im Rhythmus von drei Jahren vorgeschriebenen, wiederkehrenden Anlagenprüfungen nach Betriebssicherheits-Verordnung § 14 und § 15 zu überprüfen.


8. Wärmenutzung für Trocknungsanlagen von landwirtschaftlichen Produkten

BIOdry

Trocknungsanlagen sind nach den Erfordernissen des Erneuerbaren Energien Einspeisegesetz (EEG 2009) auszuführen. Nur so kann der Betreiber den KWK Bonus von 3 Cent / kWh für sinnvoll genutzte Wärme erhalten. Alle zu trocknenden Produkte sind zu bilanzieren. Anfangsfeuchten und Gewichte sind den Endfeuchten und Gewichten der getrockneten Produkte gegenüber zu stellen. Der Energieaufwand kann maximal 1,0 - 1,5 kWh Wärme pro Liter verdampftes Wasser betragen.
Gärreste müssen gemäß EEG 2009 als Wirtschaftsdünger durch ein akkreditiertes Labor deklariert werden. Das EEG 2012 verlangt generell eine Wärmenutzung von mehr als 60%, ein KWK Bonus ist nicht mehr vorgesehen.


9. Mess-, Regel- und Steuerungstechnik

Steuerungstechnik

Die gesamte Mess-, Regel- und Steuerungstechnik spielt beim Repowering eine tragende Rolle.
Neben der Steuerung aller Anlagenkomponenten, aller Fühler für Fermenterheizung, Gasspeichervolumen, Flüssigkeitsstände in den Behältern, Zeitschaltuhren, ist die Archivierung sämtlicher relevanten Daten eine grundlegende Anforderung für wirtschaftlichen Biogasanlagen-Betrieb. Eine dem Stand der Technik entsprechende Mess-, Regel- und Steuerungstechnik ist die Grundvoraussetzung für die Optimierung der Technik und damit für die Gesamtfunktion einer Anlage.


10. Sicherheitstechnik nach Stand der Technik

Sicherheit

Viele ältere Biogasanlagen entsprechen nicht mehr den aktuellen geforderten Sicherheitsmaßvorschriften. Eingebaute PVC Rohrleitungen sind durch Edelstahl- und PE Rohre zu ersetzen. Fehlende Überfüllsicherungen und Füllstandregelungen stellen eine große Umweltgefahr dar. Funktionierende Gaswarneinrichtung und Brandmelder fehlen an vielen Anlagen. Gasfackeln oder adäquate Gasverbrauchseinrichtungen sind laut Gesetz zwingende Vorschrift ab Januar 2014. Die Beachtung wasserrechtlicher Vorschriften, besonders der neuen AwSV, ist besonders umweltrelevant.

Neben der Biogasanlage sind hier auch zukünftig alle Fahrsilos und Substratlagerplätze mit einzubeziehen.


11. Konzeptänderung und Anlagenumstellung auf Lieferung bedarfsgerechter Regelenergie

Im Rahmen von Repowering-Maßnahmen an Biogasanlagen ist es aus aktueller politischer Sicht besonders sinnvoll, eine Konzeptänderung und Umstellung auf Regelenergie zu überprüfen. Gemäß dem politischen Willen soll Biogas gespeichert und bei Bedarf als Regelenergie abgerufen werden. Ein dafür geeignetes Betreiberkonzept könnte die sogenannte 16/8 Betriebsweise sein. Das bedeutet, Biogas wird 16 Stunden täglich gespeichert, die BHKW werden aber nur 8 Stunden pro Tag betrieben. Am Beispiel einer 1 MW Anlage sind für diesen Fall folgende Punkte zu betrachten.
Der Betrieb der Biogasmotoren, der BHKW, erfolgt beispielsweise von 6:00 -10:00 Uhr Vormittag und 17:00 – 21:00 Uhr Abends. Die BHKW werden im Bereich einer Minutenreserve betrieben, sie können innerhalb von 15 Minuten aktiviert bzw. abgeschaltet werden. In den Zwischenzeiten stehen die Motoren still. Jede andere Betriebsvariante ist nach regionalen Erfordernissen möglich. Weil die Gasproduktion immer weiter erfolgt, ist ein Gasspeicher von rund 8.000 m³ bei einer Anlage mit 1 MW Bemessungsleistung notwendig. Um die Bemessungsleistung, also eine durchschnittliche elektrische Jahresleistung von 1 MW zu erreichen, muss dann eine BHKW Gesamtleistung von 2,5 MW installiert werden. Entsprechend große Pufferspeicher zum Speichern der Wärme in Form von
Warmwasser sind ein weiterer wesentlicher Bestandteil des Konzeptes. Die technische Durchführbarkeit und der notwendige Investitionsbedarf für größere Gasspeicher, Erhöhung der BHKW Leistung, Anpassung der Prozessleittechnik und Anlagensteuerung, Optimierung der Sicherheitstechnik und mögliche Auflagen beim Genehmigungsverfahren sind sehr genau von Fachplanern und Sachverständigen zu ermitteln. Ebenfalls sehr wichtig sind von Fachjuristen geprüfte Verträge zwischen Biogasanlagenbetreiber und Strom-Vermarkter und Netzbetreiber.
Mit dem Betreiberkonzept 16/8 für Biogasanlagen ist es möglich, die dreifache Energiemenge aus Biogas sinnvoll zu nutzen. Das BHKW ist nur ein Drittel des gesamten Tages in Betrieb. Die Strom-Ressourcen aus Windkraft und Photovoltaik können damit ebenfalls sehr viel effizienter genutzt werden.


Check Up

  • 1) General-Check der Anlage durch unsere Techniker und Biologen

    • Probenentnahme aus allen Behältern
    • Substratanalyse anhand des mobilen NIRS
    • Erhebung aller relevanten Daten der Anlage

  • 2) Untersuchung der Technik und biologische Analysen

    • Biologische Untersuchung der Proben im Labor
    • Auswertung der Möglichkeiten zur Optimierung der Fütterung mit dinaMETAN
    • Feststellung von eventuell notwendigen Änderungen in der Technik

  • 3) Besuch und Berichterstattung

    • Biologische Ergebnisse
    • Vorschläge für die effizienteste Fütterung der Anlage
    • Technische Lösungsvorschläge zur Optimierung der Leistung und Wirtschaftlichkeit der Anlage



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