Überblick über Abwärmekonzepte für Biogasanlagen

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1 Überblick über Abwärmekonzepte für Biogasanlagen Seminar zur Abwärmenutzung von Biogasanlagen Dominik Rutz, Rita Mergner WIP Renewable Energies Sylvensteinstr München

2 Hintergrundinformation Handbuch Nachhaltige Wärmenutzung von Biogasanlagen Englische Version (kostenlos) verfügbar Deutsche Version (kostenlos) verfügbar (bisher nur online) Stellt verschiedene Abwärme-Konzepte vor Beinhaltet KEINE ökonomischen Daten, da diese Details separat im Projekt behandelt werden. 2

3 Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Beispiel: Bachelorarbeit zur Direktvermarktung Empfehlungen 3

4 Biogasnutzung bis zum Kochofen Dominik Rutz Von der Brenstoffzelle Dominik Rutz 4

5 Normale Verwendung von Biogas Dominik Rutz Dominik Rutz Dominik Rutz 5

6 Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Empfehlungen 6

7 Herausforderungen der Biogas-Abwärme Saisonalität: Sommer-Winter Abgelegenheit der BGA Wärmemenge und qualität Wirtschaftlichkeit Abhängigkeitsrisiko von Wärmeabnehmern Akzeptanz der Nachbarn Preise für andere Energieträger 7

8 Wärmemenge BHKW Effizienz (~90%) 10% Verluste 35% mechanische Energie (Strom) 55% nutzbare Wärme Beispiel: 500 kw el Anlage ~ 500 kwth ~4.000 MWh th /Jahr Ø Verbrauch (WW, Heizen) pro Person: kwh/jahr ~ Wärmebedarf für ca. 535 Personen ABER 8

9 Wärmequalität Lastgänge Quelle: BiogasHeat Handbook 9

10 Wärmequalität Wärmebedarf: Jahresdauerlinie Quelle: BiogasHeat Handbook 10

11 Wärmequalität Beispiele für benötigte Temperaturlevels: Warmwasser: C Beheizung Wohnhäuser: C Rankine Kreisläufe (ORC): C Trocknung von Agrarprodukten: C Zur Verfügung stehende Temperaturlevels (BHKW): 3-5% Strahlungsverluste (nicht nutzbar) 1-3% Schmieröl: C 30-49% Motorkühlung (Kühlwasser): C 50-60% Abgase: C 11

12 Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Empfehlungen 12

13 Nutzungspfade für Biogas Quelle: BiogasHeat Handbook 13

14 Konventionelle Wärmenutzung Source: Thermaflex Isolierprodukte GmbH Dominik Rutz Dominik Rutz Problem: oft keine Wärmeverbraucher vorhanden oder > 4 km entfernt 14

15 Konventionelle Wärmenutzung Positivliste EEG 2012: Beheizung, Warmwasserbereitstellung oder Kühlung von Gebäuden bis zu 200 kwh/m³/jahr Wärmeeinspeisung in ein Netz mit einer Länge von mindestens 400 m (Verluste < 25%) Prozesswärme für Industrie Trocknung von Holz: 0,9 kwh je Kilogramm Holz 15

16 Trocknung von Hackschnitzeln Dominik Rutz Dominik Rutz Positivliste EEG 2012: Trocknung von Holz: 0,9 Kilowattstunden je Kilogramm Holz 16

17 Stallheizung Positivliste EEG 2012: Beheizung von Tierställen mit folgenden Obergrenzen pro Kalenderjahr: aa) Geflügelmast: 5 Kilowattstunden pro Tierplatz, bb) Sauenhaltung: 350 Kilowattstunden pro Tierplatz, cc) Ferkelaufzucht: 75 Kilowattstunden pro Tierplatz, dd) Schweinemast: 45 Kilowattstunden pro Tierplatz 17

18 Gewächshaus Dominik Rutz Dominik Rutz Dominik Rutz EEG 2012 Positivliste: Beheizung von Unterglasanlagen für die Aufzucht und Vermehrung von Pflanzen 18

19 Hygienisierung: Abfallanlagen Dominik Rutz Dominik Rutz Dominik Rutz Positivliste EEG 2012: Nutzung als Prozesswärme zur Hygienisierung oder Pasteurisierung von Gärresten, die nach geltendem Recht der Hygienisierung oder Pasteurisierung bedürfen 19

20 Gärrestbehandlung Bandtrockner; Quelle: STELA Laxhuber GmbH Source: Chiumenti Positivliste EEG 2012: Nutzung als Prozesswärme zur Aufbereitung von Gärresten zum Zweck der Düngemittelherstellung 20

21 Aquakultur: Fisch & Garnelen Nischenlösung! Wasseranschluss Fachwissen: Aquakultur, Verarbeitung und Marketing Absatzmarkt Produktpreis & Qualität Verfügbare Technologie Investitionskosten Gesetzgebung

22 Alternative zu Nahwärmenetz: Biogasleitung und Satteliten-BHKW Nur eine Leitung notwendig BHKW ist direkt an der Wärmebedarfsquelle Keine Wärmeverluste in der Leitung Nur eine Leitung ist notwendig Geringere Installationskosten Gasleitung eher für längere, Wärmeleitung eher für kürzere Distanzen 22

23 Mobile Wärmetransport in Containern Latentwärmespeicher: PCM (Sodiumacetat, Bariumhydroxid) Taschenwärmer Wikipedia Güterzug-Container: TransHeat GmbH LKW-Container: LaTherm GmbH Thermodynamische Speicher: Zeolithe Wikipedia 23

24 Mobile Wärmetransport in Containern Niedrige Temperaturniveaus (48/78 C) Logistische Herausforderung Maximale Distanz: 30 km Mindestens 250 kw th der BGA Mindestens 125 kw th Abnahme Wenig Erfahrung (vor allem im Biogasbereich) Quelle: TransHeat GmbH 24

25 Zusätzliche Stromproduktion: ORC Anlagen Source: GE Energy Source: GE Energy Positivliste EEG 2012: Nutzung der Abwärme aus Biomasseanlagen, um hieraus Strom zu erzeugen, insbesondere in Organic-Rankine- und Kalina-Cycle-Prozessen. 25

26 Zusätzliche Stromproduktion: Abgasturbine (Quelle: Schnell Motoren AG) 235 kw el Zündstrahlmotor mit integrierter 30 kw el Abgasturbine Nach SCHNELL ist die Energieausbeute um 20% höher als in Gas-Otto-Motoren 26

27 Absorptionskältemaschine Anwendungsmöglichkeiten: Eisproduktion, Fischindustrie, Lebensmittelkühlung, Schweinestallklimatisierung, Molkerei/Milchverarbeitung, Metzgerei, Brauerei, Eisproduktion, etc. Quelle: BiogasHeat Handbook 27

28 Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Empfehlungen 28

29 Aufbereitung zu Biomethan Dominik Rutz Dominik Rutz Druckwechseladsorption, Druckwasserwäsche, Aminwäsche Momentan: hauptsächlich für große Anlagen Entscheidend: Distanz zum Erdgasnetz 29

30 Biomethantransport in Containern Dominik Rutz Borås Schweden 30

31 Biomethan in Fahrzeugen Dominik Rutz Linköping, Sweden Hauptsächlich für große Anlagen Hängt von Verkehrspolitik ab Dominik Rutz 31

32 Biogas als Beitrag zur Netzstabilität Regelenergie: Biogas-strom als Minutenreserve Direktvermarktung: Marktprämie, Managementprämie, Flexibilitätsprämie Quelle: Auswirkung auf Wärmeproduktion und Speicherung 32

33 Power-to-Gas Quelle: BiogasHeat Handbook 33

34 Innovative Konzepte Viele innovative Konzepte sind meist sehr investitionsintensiv und daher eher für größere Anlagen Normale Anlagen müssen unbedingt zeigen, dass sie effizient sind (d.h. Wärmenutzung haben) um öffentlicher Kritik standzuhalten 34

35 Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Empfehlungen 35

36 Empfehlungen Bei voller Wärmenutzung ist die Effizienz eines BHKWs klar im Vorteil (gegenüber Biomethaneinspeisung) und sollte daher Priorität haben. Zentrale Fragen: Kann die Abwärme selbst genutzt werden? Wie viel? Gibt es externe Wärmeabnehmer in der Nähe? Können neue Wärmeabnehmer in der Nähe angesiedelt werden, falls es keinen Wärmeabnehmer in der Nähe gibt? Falls kein Wärmeabnehmer gefunden werden: Biomethananlage, ORC, Biomethan-Container, Mobile Wärmespeicher (Probleme: Wirtschaftlichkeit, technische Probleme) 36

37 Weiterführende (kostenlose) Literatur BiogasHeat Handbuch (Deutsche Version; bald verfügbar) ( Leitfaden zur Wärmenutzung bei Biogasanlagen der ARGE Kompost & Biogas ( h=...biogas waermenutzungsleitfaden.pdf&itemid=145) Wärmenetze an Biogasanlagen ein Leitfaden Region Aktiv Wendland/Elbetal ( Abwärmenutzung von Biogasanlagen ( Wohin mit der Wärme von Biogasanlagen? ( 37

38 Vielen Dank! Kontakt: Dominik Rutz (Dipl.-Ing; M.Sc.) Rita Mergner (M.A.) Tel.: