Fachtagung "Prozessmesstechnik an Biogasanlagen" 25. und 26. März 2014 in Leipzig

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1 Fachtagung "Prozessmesstechnik an Biogasanlagen" 25. und 26. März 2014 in Leipzig Erfahrungen bei der messtechnischen Erfassung von Rohbiogas- und Biomethanmengen Dr. sc. agr. Hans-Joachim Nägele Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie - LA 740 Garbenstraße Stuttgart Gliederung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Vorstellung Forschungsbiogasanlage Unterer Lindenhof Messtechnik an der BGA Ausgewählte Ergebnisse Forschungsbedarf 2

2 Einführung Vielen Dank Forschungsbiogasanlage für Ihre Aufmerksamkeit Unterer Lindenhof 3 Einführung Technische Beschreibung 186 kw elektrisch (Gas-Otto-Motor) 202 kw thermisch 2 Fermenter 1 Nächgärer á 923 m³ Volumen 3 Tauchmotorrührwerke in jedem Behälter Fermenter 1 mit Propeller-Langachsrührwerk (Rema Biogator) Fermenter 2 mit Propeller-Langachsrührwerk (Streisal Biobull) 2 unterschiedliche Eintragssysteme 3 unterschiedliche Heizungssysteme Vielfältige Messtechnik 4

3 Einführung Skizze BGA Unterer Lindenhof 5 Einführung Technische Beschreibung 6

4 Stand der Technik Messverfahren Volumetrische Messung (Vortex Prinzip Karmannschen Wirbelstraße) Massestrommessung Thermische Massestrommessung Wirkdruckmessung Schwebekörpermessung Fluidistorprinzip Ultraschallmessung 7 Stand der Technik Einbausituation ABB Fermenter ABB TRIO Wirl VT41 Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 8

5 Stand der Technik Einbausituation Esters Fermenter Esters Elektronik GmbH; GD 300 Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 9 Stand der Technik ABB & Esters vor BHKW 10

6 Stand der Technik ABB & Esters vor BHKW ABB FV 4000 TRIO Wirl VT 41 ESTERS Fluidistor GD 100 ab Stand der Technik ABB vor Fackel Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 12

7 Stand der Technik Umrechnung in Normkubikmeter Messwerte fallen bei aktuellem Leitungsdruck und der jeweils vorherrschender Temperatur an Umrechnung auf Normbedingungen notwendig 13 Ergebnisse Substratzufuhr 2013 Gülle Festmist Maissilage Grassilage GPS Getreide Pferdemist [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] Summe Fermenter Summe Fermenter Summe Nachgärer Summe Gesamt BGA Summe Gülle: Summe NawaRo: 3743 Summe Einsatzstoffe 7083 Stromproduktion kwh el. Leistung Input kwh Input Methan m³ Input Biogas m³ kg Biogas/a t Gärreste 14

8 Ergebnisse Substratzufuhr Oktober 2013 Fütterungsmengen & theoretischer Gasertrag Oktober 2013 Fermenter 1 Fütterungsmenge [kg/d] Pferdemist [kg/d] Getreide [kg/d] Grassilage [kg/d] Maissilage [kg/d] Festmist [kg/d] Gülle [kg/d] m³ Biogas/d m³ biogas/h Theoritischer Biogasertrag [m³/d], [m³/h] Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 15 Ergebnisse 6000 BHKW Menge errechnet Gaserzeugung Summe F1+F2+NGL errechnet Substratqualität nicht ausreichend da Pferdemistqualität sehr schlecht - Berechnung ungenau m³ Biogas/d

9 Ergebnisse 6000 Gaserzeugung BHKW Menge errechnet Summe F1+F2+NGL errechnet F1+F2 ZAS gemessen m³ Biogas/d 5000 ABB durch Esters ersetzt; F1 und F2 Esters 2. Generation verbaut 4000 Esters Fermenter zugesetzt m³ Biogas/d Ergebnisse 6000 Gaserzeugung & vor BHKW BHKW Menge errechnet Summe F1+F2+NGL errechnet ABB vor BHKW+ABB Fackel Esters vor BHKW+ABB Fackel F1+F2 ZAS gemessen m³ Biogas/d 5000 ABB durch Esters ersetzt; F1 und F2 ABB vor Gasfackel installiert 4000 Esters 2. Generation verbaut m³ Biogas/d Counter in der ZAS nicht aktiv 18

10 Ergebnisse Einfluss der Rührwerke - Hochaufgelöst Submersible motor mixer Incline shaft agitator Biogas flow rate [Nm³/h] :30 13:50 14:11 14:32 14:53 15:14 15:35 15:55 16:16 16:37 16:58 17:19 Time 19 Ergebnisse Einfluss der Rührwerke - Hochaufgelöst Submersible motor mixer Incline shaft agitator Incline shaft agitator & Submersible motor mixer Biogas flow rate [Nm³/h] :30 13:50 14:11 14:32 14:53 15:14 15:35 15:55 16:16 16:37 16:58 17:19 Time 20

11 Ergebnisse Einfluss der Rührwerke 80 Submersible motor mixer Biogas flow rate [m³/h] :00 10:40 12:20 14:00 15:40 17:20 19:00 20:40 22:20 00:00 01:40 03:20 05:00 06:40 08:20 21 Ergebnisse Einfluss der Rührwerke Submersible motor mixer Incline shaft agitator 60 Biogas flow rate [m³/h] :00 10:40 12:20 14:00 15:40 17:20 19:00 20:40 22:20 00:00 01:40 03:20 05:00 06:40 08:20 22

12 Ergebnisse Einfluss der Rührwerke Submersible motor mixer Incline shaft agitator Incline shaft agitator & Submersible motor mixer 60 Biogas flow rate [m³/h] :00 10:40 12:20 14:00 15:40 17:20 19:00 20:40 22:20 00:00 01:40 03:20 05:00 06:40 08:20 23 Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Ergebnisse aus dem Abschlussbericht Intensimessprogramm der Bioenergieforschungsplattform Baden-Württemberg Nägele/Thomas

13 Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Vergleich der Messergebnisse beider Volumenstrommessungen Errechneter Normvolumenstrom November 2010: 105,1 Nm³/h ABB +3,4 % Esters -4,9 % Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Direkte Messfehler und Gesamtfehler durch die Messwertübertragung Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas

14 Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Ermittlung des Biogasvolumenstroms durch Bilanzierung des Abgas- und Luftstroms Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Biogasvolumenstromberechnung aus dem Abgasvolumenstrom Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas

15 Ergebnisse Biogasvolumenstromberechnung aus dem Luftvolumenstrom Kontrolle der Rührqualität Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas Zusammenfassung Unterschiedliche Messtechnik am Markt verfügbar Einsatz unter Praxisbedingungen herausfordernd Hoher Kontroll- und Wartungsaufwand Validierung unbedingt erforderlich Hohe Messgenauigkeit vor dem BHKW Messung am Fermenter auch bei niedrigen Drücken und geringem Gasvolumenstrom möglich Keine Forschungsarbeiten zum Vergleich verschiedener Messverfahren 30

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit This project was funded by the Ministry of Rural Areas and Consumer Protection (Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg), with financial resources from the Baden-Württemberg Stiftung ggmbh, as part of the bioenergy research platform. 31