Biogasanlagen. Agenda. 1 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage. 2 Aktuelle Situation in Deutschland. 3 Optimierungspotenzial bei

Transkript

1 Biogasanlagen in der Landwirtschaft - Überblick und aktuelle Projekte

2

3 Agenda 1 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage 2 Aktuelle Situation in Deutschland 3 Optimierungspotenzial bei Biogasanlagen 4 Aktuelles Projekt PROBIG 5 Kooperation BAV 6 Ausblick

4 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage Anaerobe Vergärung Faulung in anaerobem Milieu (unter Ausschluß von Sauerstoff) Umsetzung des Materials durch verschiedene Bakterien Produktion von Methangas (CH 4 )

5 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage Anaerober Vergärungsprozess

6 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage Anlagenkomponenten Lagertanks für unterschiedliche Substrate Fermenter mit flüssiger & gasförmiger Phase Endlager für anfallenden Gärrest Blockheizkraftwerke zur Verbrennung des Biogases

7 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage Schema Biogasanlage

8 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage Biogasreaktor (Fermenter) zwei Phasen 1000 m³ flüssige Phase und 300 m³ Gasphase (bei einer Leistung von 300 KW) konstante Temperatur drei Temperaturbereiche sind möglich psychrophil 25 C mesophil C thermophil > 50 C regelmäßige Durchmischung ist wichtig

9 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage Unterschied Nass- und Trockenfermentation Unterscheidung nach Trockensubstanzgehalt Nassfermentation ab einem TS < 15% Trockenfermentation ab einem TS > 25% Nassfermentation ist weiter verbreitet Wo liegen die Vorteile der Nassfermentation?

10 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage Verwendete Substrate

11 Aktuelle Situation in Deutschland Anzahl an Biogasanlagen in den Bundesländern Anteil am Biogasanlagenbestand Anteil an der Installierten elektrischen Gesamtleistung Bayern Baden-Württemb. Niedersachsen Nordrhein-Westf. Hessen Schleswig- Meckl.-Vorp. Sachsen Brandenburg Sachsen-Anhalt Thüringen Rheinland-Pfalz Saarland B / HB / HH 1,9 1,6 2 1,6 1,7 1,4 1,9 1,7 1,3 1,5 0,7 1 0,2 0,3 4 5,9 5,4 5,6 5,5 5, ,3 14,9 17,2 19, , Biogasanlagen in %

12 Aktuelle Situation in Deutschland Entwicklung des Anbaus von NawaRos

13 Aktuelle Situation in Deutschland Anstieg der Preise für NawaRos Verteuerung der Getreidepreise um 20% gegenüber dem Vorjahr weiterer Preisanstieg ist zu erwarten

14 Aktuelle Situation in Deutschland Erneuerbare-Energien- Gesetz (EEG) Mindestvergütung Gesetzesnovellierung 1.August 2004 Mindestvergütungssätze in Cent pro Kilowattstunde ab Inkrafttreten des Gesetzes Anlagenleistung bis einschließlich 150 kw el 11,50 Anlagenleistung bis einschließlich 500 kw el 9,90 Anlagenleistung bis einschließlich 5 MW 8,90 el Anlagenleistung bis einschließlich 20 MW el 8,40 Nawaro-Bonus Stromgewinnung ausschließlich aus Pflanzen- und Pflanzenbestandteilen, die keiner weiteren als zu ihrer Ernte, Konservierung oder Nutzung in der Biogasanlage erfolgten Aufbereitung oder Veränderung unterzogen wurde und/oder Gülle im Sinne der EG- Verordnung Nr. 1774/2002 a 6 Cent pro Kilowattstunde zusätzlich für Anlagen mit einer Leistung bis einschließlich 500 kw el 4 Cent pro Kilowattstunde für Anlagen mit einer Leistung bis einschließlich 5 MW el

15 Aktuelle Situation in Deutschland Technologie-Bonus Bei Einsatz neuer Technologien (thermochemische Vergasung, Brennstoffzelle, Gasturbine, Dampfmotor) b 2 Cent pro Kilowattstunde zusätzlich für Anlagen mit einer Leistung bis einschließlich 20 Mw el, ausschließlich für Strom im Sinne des KWK-Gesetzes Absenkung der Mindestvergütung für Anlagen, die ab diesem Zeitpunkt neu in Betrieb genommen werden Die im Jahr der Inbetriebnahme gültigen Vergütungen sind für die Dauer von 20 Jahren zu zahlen Beschränkung des Zündöleinsatzes ab dem 1. Januer 2005 jährlich jeweils um 1,5% des Vorjahreswertes Zahlungsverpflichtung für Vergütung und Zuschläge über 20 Jahre Zündstrahlmotoren, die ab dem 1. Januar 2007 in Betrieb genommen werden, müssen zur Zünd- und Stützfeuerung ausschließlich Biomasse oder Pflanzenölmethylester verwenden, ansonsten entfällt Vergütungspflicht.

16 Aktuelle Situation in Deutschland Landwirtschaftliche Biogasanlagen zwei Betriebsstrategien für landwirtschaftliche Biogasanlagen geringe Faulraumbelastung stabiler Fermentationsprozess schlechte Ausnutzung des Anlagenpotenzials hohe Faulraumbelastung maximale Ausnutzung der Anlagenkapazität sehr komplexe Anlagenregelung und steuerung

17 Aktuelle Situation in Deutschland Langfristige Ziele in der Biogastechnologie maximale Anlagenausnutzung + stabiler Fermentationsprozess Simulation diverser Substratkombinationen, um deren Auswirkungen abzuschätzen Fütterungsregelung in Abhängigkeit des Fermentationsprozesses Früherkennung von gefährlichen Zuständen Verbesserung der Anlageneffektivität

18 Optimierungspotenzial Zwei Bereiche der Optimierung biologische Optimierung des Fermentationsprozesses Erhöhung der Biogasproduktion durch zusätzliche Bakterienstämme Fällung von Hemmstoffen Regelungstechnische Optimierung des Fermentationsprozesses Erprobung neuer Messtechnik zur Prozessanalyse und beobachtung Entwicklung intelligenter Regelungsstrategien

19 Optimierungspotenzial Messtechnik auf Biogasanlagen ph-messung Redoxpotenzial TS-Gehalt der Substrate und im Fermenter Ammoniumstickstoff organische Säuren

20 Optimierungspotenzial Intelligente Regelungsstrategien Optimierung der Substratzufuhr mit Genetischen Algorithmen Simulation des Fermentationsprozess und Erstellung von Prognosen Früherkennung von Gefahrenzuständen Reduzierung der Substrat- und Energiekosten

21 Aktuelles Projekt PROBIG Optimale Prozessführung von Biogasanlagen mit einem intelligenten adaptiven Reglersystem Simulation der Biogasanlage Reenergie in Reinheim Optimierung der Substratzufuhr mit genetischen Algorithmen Warum ist Optimierung notwendig?

22 Aktuelles Projekt PROBIG IWA s ADM1-Modell ASM1m ADM1 ADM1 ADM1 ASM1m

23 Aktuelles Projekt PROBIG Kurzinformationen entwickelt von der IWA Task Group for Mathematical Modelling of Anaerobic Digestion Processes erschienen in 2001 dient der Beschreibung anaerober Abbauprozesse

24 Aktuelles Projekt PROBIG Analyse des Biogases ph-messung Beschickung der Biogasanlage CCM Roggenmaische Schweinegülle Fermenter Biogasgewinnung Endlagerung des Gärrestes Energiebilanz Energiegewinn aus Biogas - Beschickungskosten - Heizkosten des Fermenters

25 Aktuelles Projekt PROBIG

26 Aktuelles Projekt PROBIG Vorteile einer Simulation des Biogasprozesses Ertragraten verschiedener Substrate können simuliert werden. Produktion von Hemmstoffen kann von vornherein abgeschätzt werden. Berücksichtigung unterschiedlichster Umgebungsfaktoren und interner Prozessparameter. Beurteilung von Hand ist nicht möglich!

27 Aktuelles Projekt PROBIG Zusammenbruch der Biogasproduktion in der Simulation

28 Aktuelles Projekt PROBIG Kritischer Anstieg der organischen Säuren

29 Aktuelles Projekt PROBIG Folgende hemmende Prozesse können simuliert werden zu hoher Ammoniumstickstoffgehalt erhöhte Bildung von Ammoniak durch steigenden ph-wert zu hoher TS-Gehalt zu hoher Substratdurchsatz in zu kurzer Zeit erhöhte Bildung von organischen Säuren

30 Aktuelles Projekt PROBIG Substratoptimierung

31 Aktuelles Projekt PROBIG Parameter für die Bewertung der Lösungen Abbau des Substrates Biogasmenge Biogasqualität ph-wert Energieverbrauch

32 Aktuelles Projekt PROBIG Substratoptimierung

33 Aktuelles Projekt PROBIG Substratoptimierung

34 Aktuelles Projekt PROBIG Optimierungsergebnis

35 Aktuelles Projekt PROBIG Optimierungsergebnis Reduzierung der Substratmenge insgesamt um mehr als 20% Reduzierung der Energiekosten Gleiche Biogasausbeute Gleiche Biogasqualität Weiterhin stabiler Anlagenbetrieb Optimierungspotenzial hängt von der Anlage ab und ist stark unterschiedlich

36 Kooperation BAV Kooperation mit dem Bergischen Abfallwirtschaftsverband (in Vorbereitung) große Biogasanlage auf der ehemaligen Leppe Deponie elektrische Leistung 1,3 MW Substrate: Abfall aus der braunen Tonne Grünschnitt Simulation und Optimierung der Anlage und Test neuartiger Messtechnik zur Online-Prozessüberwachung

37 Ausblick Entwicklung der Biogasbranche Konsolidierung auf dem Biogasmarkt durch steigende Rohstoffpreise häufig inaktive Anlagenführung Flut von Biogasanlagenbauern auf dem Markt Online-Messungen gewinnen stark an Bedeutung. Entwicklung und Forschung nach neuen Regelungs- und Optimierungsstrategien weitere Verschärfung der Marktsituation durch neue Form des EEG.

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit