BHKW: Beim Kauf an den Flächenbedarf denken

Transkript

1 Neue Energie BHKW: Beim Kauf an den Flächenbedarf denken Blockheizkraftwerke arbeiten entweder mit Diesel- oder mit Otto-Motoren. Bei der Entscheidung für oder gegen eines dieser Systeme sollten Sie die Flächenausstattung Ihres Betriebes im Auge behalten. Neulinge in der Biogasbranche haben es schwer. Wer erfahrene Berufskollegen oder Berater um Hilfe bei der Auswahl des richtigen Blockheizkraftwerkes bittet, bekommt oft ganz gegensätzliche Ratschläge. Denn die Branche ist in zwei Lager gespalten. Auf der einen Seite die Verfechter der herkömmlichen Blockheizkraftwerke mit Gas-Otto-Motoren. Auf der anderen Seite die Befürworter der so genannten Zündstrahler, deren Hersteller auf Gas- Diesel-Motoren setzen. Doch welches System ist das bessere? Zusammen mit Beratern und Praktikern haben wir die Stärken und Schwächen der jeweiligen Typen analysiert und sagen Ihnen, welche Technik am besten zu Ihrer Biogasanlage passt. Zündstrahler nutzen das Dieselprinzip Beide Technologien haben auf den ersten Blick mehr gemeinsam, als sie trennt: Sie verbrennen das Biogas in einem Motor, wandeln die dabei entstehende thermische Energie in mechanische um und erzeugen damit im Generator Strom. Die Systeme unterscheiden sich allerdings in der Art und Weise wie sie das Biogas im Motor verwerten. Der Gas-Otto- Motor ähnelt einem Benzin-Motor: Ein Biogas-Luft-Gemisch wird vom Kolben (im Abwärtsgang) in den Zylinder des Motors gesaugt bevor eine Kerze den Kraftstoffmix mit einem Funken zündet. Zündstrahler arbeiten nach dem Dieselprinzip, sagt Volker Aschmann, Motorenexperte an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Freising. Bei ihnen saugt zwar auch der Kolben das Gas-Luft-Gemisch in den Zylinder, es wird aber deutlich stärker verdichtet als im Gas-Otto-Motor. Außerdem zündet das Gas-Luft-Gemisch nicht eine Kerze, sondern ein Zündöl (z. B. Pflanzenöl oder Friedrich Trumann favorisiert die Zündstrahler, weil diese einen höheren elektrischen Wirkungsgrad haben als Gas-Otto-BHKW. Zündstrahler sind wartungs- und reparaturanfällig: Ein Grund für Jürgen Henkelmann auf Gas-Otto-BHKW zu setzen. 82 top agrar 7/2009

2 Biodiesel). Dieses wird hierzu nach dem Verdichten des Gases in den Zylinder gespritzt und explodiert unter dem hohen Druck von allein. Ein Zündfunke ist nicht notwendig. Gas-Otto-Motoren erzeugen weniger Strom Die stärkere Verdichtung des Gases im Zylinder beschert den Zündstrahlern einen klaren Vorteil gegenüber ihren Konkurrenten: Sie erzeugen aus der gleichen Menge Energie im Biogas mehr Strom als Gas-Otto-Motoren, erklärt der Biogasproduzent Friedrich Trumann aus Höfer in Niedersachsen. Er gehört zu den wenigen Betreibern, die sowohl Erfahrungen mit einem Gas-Otto-BHKW als auch mit einem Zündstrahler gesammelt haben. Ursprünglich wollte ich meine 500-Kilowatt-Biogasanlage nur mit der Gas- Otto-Motortechnik ausrüsten, aber dann haben mich die hohen Wirkungsgrade des Zündstrahlers doch zu einem Umdenken bewogen, fügt er hinzu. Heute hat er zwar noch ein Gas-Otto-BHKW in Betrieb, daneben verrichten aber mittlerweile zwei Zündstrahler ihren Dienst. Auskunft über die Effizienz der Stromerzeugung gibt der Wirkungsgrad. Hersteller von Zündstrahlmotoren werben mit Werten von bis zu 46 % (Übersicht 1). Das heißt, aus Wattstunden Energie im Technik wohin das Auge reicht. Bei der Auswahl des Blockheizkraftwerkes für ihre Biogasanlage verlieren vor allem Neueinsteiger schnell den Überblick. Biogas erzeugt das BHKW 460 Wattstunden Strom. Blockheizkraftwerke mit einem Gas-Otto-Motor kommen dagegen auf eine maximale Ausbeute von 410 Wattstunden (41 %). Der höhere Wirkungsgrad der Zündstrahler schont auch das Portemonnaie. Denn sie benötigen weniger Substrat als Gas-Otto-BHKW, um die gleiche Strommenge zu erzeugen. Durch den geringeren Verbrauch wird daher auch weniger Übers. 1: Die BHKW-Typen im Vergleich Zündstrahler Gas-Otto-BHKW elektrischer Wirkungsgrad bis zu 46 % bis zu 41 % thermischer Wirkungsgrad bis zu 41 % bis zu 50 % Ansprüche an die Gasqualität toleriert Biogas mit weniger als 40 % Methan mind. 40 % Methan im Biogas notwendig Zündölanteil je nach Typ: 2 bis 10 % Zündöl notwendig kein Zündöl nötig Zahl der Hersteller einer ca. 20 Wartung- und Reparatur wartungs- und reparaturanfälliger weniger wartungs- und reparaturanfällig Lebensdauer bis Stunden bis zu Stunden Lagerfläche und weniger Fermentervolumen benötigt, was sich positiv in den Investitionskosten der Anlage niederschlägt, sagt der Biogasberater Dr. Arne Dahlhoff von der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen. Der Einsatz eines Zündstrahlers kann beispielsweise bei einer Anlage mit einer elektrischen Leistung von 250 Kilowatt den Substratverbrauch um 680 t Mais pro Jahr entlasten, hat Dahlhoff errechnet Auf dem BHKW- Markt werden zwei verschiedene Bautypen angeboten: Zündstrahler und Gas-Otto-BHKW. Beide haben Stärken und Schwächen. top agrar 7/

3 Neue Energie (Übersicht 2). Und die Investitionskosten für die gesamte Anlage können im Vergleich zur Gas-Otto-BHKW-Variante um gedrückt werden. Allerdings sollten Sie nicht blind den Versprechen Ihres Herstellers glauben. Denn die Unternehmen werben in der Regel mit Wirkungsgraden, die unter optimalen Bedingungen ermittelt wurden. In der Praxis können diese unter anderem wegen schwankender Gasqualitäten häufig nicht erreicht werden, warnt Aschmann. Berater wie Dahlhoff empfehlen daher: Für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung sollten Sie von den Hersteller-Angaben immer zwei Prozentpunkte abziehen sowohl beim Zündstrahler als auch beim Gas-Otto-BHKW. Schlechtes Gas kein Problem Punkten kann der Zündstrahler im Vergleich mit seiner Konkurrenz auch deshalb, weil er selbst bei sehr schlechter Gasqualität Strom und Wärme erzeugt. Denn dann reduziert der Zündstrahler den Gasanteil im Kraftstoffmix und hebt den des Zündöles automatisch an. Gas-Otto-Motoren hingegen schalten bei einer schlechten Gasqualität (weniger als 40 % Methan im Biogas) auf Störung und erzeugen somit keine Wärme und keinen Strom mehr. Das bleibt nicht folgenlos: Wer z. B. die Abwärme aus der Biogasanlage an seine Nachbarn verkauft, muss in einem solchen Fall für Ersatz sorgen. Die Eigenschaft des Zündstrahlers, auch geringe Methangehalte im Biogas zu tolerieren, kam Trumann beim Anfahren seiner Biogasanlage entgegen. Diese Phase ist insofern heikel, da das Biogas in den ersten Wochen oft noch nicht die Qualität hat, wie sie der Gas-Otto-Motor fordert. Wir konnten von der ersten Stunde an Strom und Wärme erzeugen, berichtet Trumann stolz. Zwar verbrauchten seine Zündstrahler in der Anlaufphase sehr viel mehr Zündöl, aber so stand auch immer genügend Wärme zu Verfügung, um die Fermenter aufzuheizen. Ohne Blockheizkraftwerke werden von den Herstellern in der Regel vormontiert in Containern zur Anlage geliefert. Mais - der Kostentreiber für Biogasanlagen. Wer auf Blockheizkraftwerke mit einem hohen Wirkungsgrad setzt, kann zumindest bei diesen Ausgaben sparen. Zündstrahler hätten wir eine mobile Heizung mieten müssen, um die Anlage auf Volllast zu bringen, so Trumann weiter. Die Zündstrahltechnik hat aber nicht nur Vorteile. Für den Betrieb eines Zündstrahlers wird ein Zündmittel benötigt, berichtet beispielsweise Trumanns Berufskollege Jürgen Henkelmann aus Anröchte-Klieve in Nordrhein-Westfalen. Er hat ebenfalls mit beiden Techniken Erfahrungen gesammelt. Zwar unterstreicht er die Vorteile des Zündstrahlers, im Großen und Ganzen ist er aber eher auf Seiten der Gas-Otto-Motoren-Befürworter. Der Anteil des Zündöls an der gesamten Treibstoffmenge (Gas plus Öl) beträgt laut Dahlhoff bei neuen Modellen rund 2 % und bei älteren auch schon mal 10 %. Das hört sich nach wenig an, sollte aber nicht unterschätzt werden, warnt Henkelmann. Bei einem Zündstrahler mit 250 Kilowatt elektrischer Leistung summieren sich zum Beispiel die Ausgaben für das Zündöl auf rund im Jahr (Zündölanteil 5 %, 1,10 /l Biodiesel). Hinzu kommt, dass der Preis für das Zündöl schwanken kann, was ein weiterer Unsicherheitsfaktor für die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist. Außerdem ist nach dem Erneuerbaren-Energien- Gesetz nur noch Biodiesel (1,10 /l) oder Pflanzenöl (65 Ct/l) als Zündöl erlaubt, die relativ teuer sind. Nur in Blockheizkraftwerken, die vor dem 1. Januar 2007 in Betrieb genommen wurden, ist auch der Einsatz von Heizöl möglich, das nur etwa 60 Ct/ l kostet (Stand 05/2009). Zündstrahler werden zudem nur im kleineren Leistungsbereich angeboten. Die derzeit größte Maschine kommt auf 340 Kilowatt, berichtet Aschmann. Gas- Otto-Motoren gibt es hingegen auch in der Megawattklasse. 84 top agrar 7/2009

4 Außerdem haben sich nur wenige Hersteller der Zündstrahltechnik verschrieben. Intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit wird derzeit nur von einem Unternehmen betrieben. Gas-Otto- BHKW vertreiben hingegen rund 20 Firmen. Das Angebot ist somit vielseitiger. Zündstrahler sind wartungs- und reparaturanfälliger als Gas-Otto-Motoren, nennt Henkelmann einen weiteren Nachteil der Dieseltechnik. Für einen Zündstrahler mit 250 Kilowatt Anlagenleistung fallen beispielsweise diese Kosten mit rund 1,4 Cent je Kilowattstunde Strom zu Buche. Bei einem vergleichbaren Gas- Otto-Motor liegen sie in der Regel etwa um 0,2 Cent je Kilowattstunde niedriger. Bei einer Jahresproduktion von rund zwei Millionen Kilowattstunden ist dies immerhin eine Ersparnis von Zudem haben Zündstrahler eine geringere Laufzeit als Gas-Otto-Motoren. So kommen sie auf eine Lebensdauer von etwa Stunden, ihre Konkurrenten halten doppelt so lange durch. Bei einer Laufzeit von Stunden pro Jahr wird das Gas-Otto-BHKW somit rund dreieinhalb Jahre älter. Schwächen offenbart der Zündstrahler auch dort, wo neben der Stromproduktion die Wärmeerzeugung aus Biogas eine große Rolle spielt. So kommt die Dieseltechnik zwar auf einen hohen elektrischen Wirkungsgrad, schneidet aber mit einem thermischen Wirkungsgrad von maximal 41 % schlechter ab als ihre Konkurrenz (bis zu 50 %). Allerdings nutzen die wenigsten Landwirte die Wärme aus ihren Biogasanlagen und wenn, dann fast nie zu 100 %. Damit spielt der thermische Wirkungsgrad keine Rolle für die meisten Betreiber. Wir fassen zusammen Zündstrahler sind mit Motoren ausgerüstet, die nach dem Dieselprinzip arbeiten. Gas-Otto-BHKW arbeiten mit Maschinen, die Ähnlichkeit mit Benzinmotoren haben. Der wesentliche Unterschied: Zündstrahler erreichen höhere elektrischen Wirkungsgrade als ihre Mitbewerber. Daher kommen sie mit weniger Substrat aus als Gas-Otto-BHKW, um auf die gleiche Leistung zu kommen. Allerdings ist der Zündstrahler wartungs- und reparaturanfälliger als ein Gas- Otto-Motor. Außerdem benötigt er teures Zündöl als Stützfeuerung. Diethard Rolink Wie sich die Vor- und Nachteile auf die Wirtschaftlichkeit auswirken, lesen Sie auf den nächsten Seiten. top agrar 7/

5 Neue Energie BHKW: So rechnen sich die verschiedenen Typen Wie sich die verschiedenen Blockheizkraftwerk-Typen im wirtschaftlichen Vergleich schlagen, haben wir an zwei typischen Beispielen aus der Praxis kalkuliert. Die Entwicklung und Produktion von Blockheizkraftwerken ist teuer. An den Gesamtkosten einer Biogasanlage machen sie bis zu 20 % aus. 86 top agrar 7/2009 Blockheizkraftwerke gibt es mit Diesel- oder Gas-Otto-Motoren. Beide Systeme haben Stärken und Schwächen. Lesen Sie hierzu auch den Artikel auf der Seite 82. Zusammen mit Dr. Arne Dahlhoff von der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen haben wir daher an zwei typischen Praxisbeispielen ermittelt, wie sich die verschiedenen Technologien rechnen. Betrieb A: Stefan Ballast (Name geändert) ist Schweine- und Hähnchenmäster (1 000 Schweine und Hähnchenmastplätze). Sein Betrieb liegt in einer Veredlungshochburg, in der Fläche knapp und teuer ist. Dennoch möchte er eine Biogasanlage bauen. Um den lukrativen Güllebonus für den erzeugten Biogasstrom zu erhalten, muss er nach dem EEG mindestens 30 % Gülle in seiner Anlage einsetzen. Diese Grenze, darf aber nicht einmal unterschritten werden, da andernfalls der Bonus aberkannt wird und zwar für immer. Daher empfiehlt Dahlhoff mit einem Sicherheitspuffer von 5 % zu kalkulieren, so können die gesetzlichen Vorgaben leichter eingehalten werden. In unseren Berechnungen (Übersicht) haben wir deshalb einen Grenz-Wert von 35 % unterstellt. Insgesamt fallen auf dem Betrieb Ballast etwa m 3 Gülle an. Hinzu kommen rund 300 t Hähnchenmist, die ebenfalls nach Maßgabe des EEG auf die 30 %- Grenze angerechnet werden dürfen. Über freie Flächen verfügt der Betrieb aber nicht, er müsste somit für die Biogasanlage Flächen pachten oder Mais zukaufen. Zündstrahler für die Veredlungsregion Wenn Ballast den Güllebonus einstreichen will, kann er bei diesen Mengen eine Biogasanlage mit maximal rund 190 Kilowatt elektrischer Leistung bauen. Mit einer größeren Anlage würde er andernfalls die 35 %-Grenze nicht sicher einhalten können. In dieser Größenordnung werden auf dem Markt allerdings nur ein 180 Kilowatt Zündstrahler oder ein 190er Gas-Otto- Motor angeboten, sagt Dahlhoff. Daher stehen derzeit viele Landwirte vor der Frage: Welches der beiden Aggregate passt besser zu meinem Veredelungsbetrieb? Punkten kann der Zündstrahler mit einem höheren Wirkungsgrad von 40 % (laut Hersteller 42 %, 2 % Sicherheitsabschlag). Der Gas-Otto-Motor kommt dagegen nur auf einen Wirkungsgrad von 37 %. Auch hier wurde ein Sicherheitsabschlag von 2 % berücksichtigt. Dieser Umstand macht sich beim Maisanbau bzw. -zukauf bemerkbar. So muss Ballast für das Gas-Otto-BHKW 700 t Mais mehr zur Verfügung stellen. Bei einem Maispreis von 32 /t sind dies Zusatzkosten in Höhe von Allerdings kommen beim Zündstrahler hohe Ausgaben für das Zündöl und für Wartung und Reparatur hinzu. Außerdem erzeugt der Gas-Otto-Motor aufgrund der höheren Leistung von 10 kw mehr Strom. Im Vollkostenvergleich überrundet das

6 Gas-Otto-BHKW daher mit einem mittleren Jahresüberschuss von rund vor Steuern den Zündstrahler um etwa Allerdings ist dies nur die halbe Wahrheit: Denn der höhere Substrat- und Flächenverbrauch des Gas-Otto-BHKW könnten Ballast die Freude über das bessere Ergebnis auf lange Sicht deutlich vermiesen. Die Erfahrungen der letzten Jahre haben nämlich gezeigt, dass die Substratpreise stark schwanken können vor allem in Veredlungshochburgen. Wenn beispielsweise der Maispreis auf 42 /t steigt, würden in der Gas-Otto-Motor-Variante Mehrausgaben in Höhe von anfallen. Der Mehrgewinn von wäre vernichtet. Dahlhoff empfiehlt Ballast daher: Der Zündstrahler ist die richtige Wahl. Das Risiko steigender Substratpreise ist gerade in den Veredlungshochburgen zu hoch. Ein Blick in die Praxis bestätigt dies: In Übersicht 2: Wie sich Blockheizkraftwerke rentieren 180 Kilowatt Zündstrahler Betrieb A 190 Kilowatt Gas-Otto-Motor 250 Kilowatt Zündstrahler Betrieb B ßer als die von Ballast. Er hat somit mehr Gülle zur Verfügung und kann daher sogar eine Anlage mit 250 Kilowatt Leistung bauen, ohne die 35 %-Grenze für den Güllebonus zu unterschreiten. In dieser Größenklasse stehen sowohl ein Zündstrahler als auch Blockheizkraftwerke mit Gas-Otto-Motorentechnik zur Verfügung. Wie in der Variante A kann der Zündstrahler beim elektrischen Wirkungsgrad und Substratverbrauch deutlich punkten. Daher müsste Bouwer 600 t mehr Mais einkalkulieren, wenn er sich für die Gas-Otto-Motor-Variante entscheidet. Mehrkosten bei einem Maispreis von 32 /t im Vergleich mit dem Zündstrahler: Allerdings schlagen wie in der Variante A auch beim Zündstrahler die hohen Ausgaben für das Zündöl zu Buche. Hinzu kommen die höheren Belastungen durch Wartungs- und Reparaturarbeiten. Im Endergebnis überrundet deshalb der Gas-Otto-Motor den Zündstrahler. So kommt die Dieseltechnik auf einen Überschuss von , der Gas- Otto-Motor auf Das 250 Kilowatt Gas-Otto-Motor elektrischer Wirkungsgrad BHKW 40 % 37 % 41 % 38 % Substrateinsatz Hähnchenmist in t (TS-Gehalt: 55 %) Schweinegülle in m 3 (TS-Gehalt: 5 %) Mais (TS-Gehalt: 32 %) Flächenbedarf in Hektar (bei einem Maisertrag von 45 t/ha) Gesamtkosten der Biogasanlage in... davon für BHKW Laufende Kosten in Euro pro Jahr Abschreibung Zinsen (4,5 %) Wartung und Versicherung für das BHKW Wartung und Versicherung für die Restanlage Allgemeinkosten 1) Ausgaben für Betriebsmittel... für Substrate... für Stromzukauf... für Zündöl Summe Betriebsmittel den viehstarken Regionen werden nach wie vor relativ viele Biogasanlagen gebaut. Zwar sollte der neu eingeführte Güllebonus den Einsatz von Hauptfrüchten reduzieren, der Effekt ist aber bei 35 % Gülle in der Ration kaum spürbar. Durch den Einsatz der Gülle ersetzt Ballast beispielsweise nur fünf Hektar Mais in seiner Anlage!, sagt Dahlhoff. Sprich: Die Konkurrenz um die Fläche wird durch die neue Zusatzvergütung somit kaum entschärft. Preiskapriolen wie in den vergangenen Jahren sind vorprogrammiert. Gas-Otto-BHKW für den Ackerbau Betrieb B: Hartmut Bouwer (Name geändert) hat es besser. Er wirtschaftet als Viehhalter in einer Region, in der Flächen genügend vorhanden sind. Auch er hat Hähnchenmastplätze, seine Schweinemast ist mit Plätzen allerdings grö Arbeitskosten Summe Erlöse in Euro pro Jahr Stromverkauf Wärmeverkauf Summe Überschuss in Euro pro Jahr Die ausführlichen Berechnungen finden Sie im Internet unter 1) Allgemeinkosten: Berufsgenossenschaft, Buchführung, Verwaltung, Analysen usw. heißt, die Gas-Otto-BHKW- Variante dürfte in unserem Beispiel höhere Investitionskosten verursachen, bevor der jährliche Überschuss in beiden Varianten gleich hoch ist. Da Bouwer über genügend Fläche verfügt, empfiehlt Dahlhoff daher das Gas-Otto-BHKW. Wir halten fest Zündstrahler haben einen höheren elektrischen Wirkungsgrad als Gas-Otto- BHKW. Letztere benötigen daher auch mehr Substrat als ihre Konkurrenz, um die gleiche Strommenge zu erzeugen. Daher empfehlen Berater: Dort, wo kaum Flächen zur Verfügung stehen, sollte man auf Zündstrahler setzen. Wer hingegen in der glücklichen Situation ist und über genügend Fläche verfügt, der fährt mit einem Gas-Otto- BHKW besser. Denn dieses schneidet im wirtschaftlichen Vergleich etwas besser ab. Diethard Rolink Gas-Otto-Motoren schneiden in beiden Fällen besser ab, verbrauchen aber auch mehr Fläche. top agrar 7/