Technische Konzeption der Forschungs - Biogasanlage

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Beate Beckenbauer
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1 1 Technische Konzeption der Forschungs - Biogasanlage - Dr. Andreas Lemmer - Universität Hohenheim ALB Mitgliederversammlung am Mittwoch, 02. April 2008 Biogasforschung in Hohenheim Hohenheimer Biogasertragstest als Hochdurchsatzverfahren zur Bestimmung des genotyp-spezifischen Methanertragspotenzials stehende bzw. liegende Fermenter zur Bestimmung der Verfahrensgrößen im Durchflussbetrieb, Übertragung von Bach- auf Durchflusssysteme Universität Hohenheim

April 2008 Biogasforschung in Hohenheim Hohenheimer Biogasertragstest als Hochdurchsatzverfahren zur Bestimmung

2 Weltenergieverbrauch bis Exajoules Quelle: Shell Studie, 2004 noch offen Geo-/ozeanische Energie Solarenergie Neue Biomasse Windenergie Wasserkraft Trad. Biomasse Kernkraft Erdgas Erdöl Kohle 3 A. LEMMER; lemmeran@uni-hohenheim.de Zeddies, A. LEMMER; lemmeran@uni-hohenheim.de

3 5 Biogas: Effizient und leistungsfähig Biogas ist: Energieeffizient: Biogas benötigt bei der Herstellung im Vergleich zu anderen Kraftstoffen den geringsten Einsatz an fossiler Energie Biogas bietet: Beste Verwertung der Flächen: Biomethan ist der Biokraftstoff mit der höchsten Flächeneffizienz bei der Verwertung nachwachsender Rohstoffe Quelle: Studie der EON Ruhrgas, Biogas: Effizient und leistungsfähig Biogas ist: Variabel bei den Ausgangsstoffen: Mit dem Verfahren der anaeroben Konversion können nahezu sämtliche strukturarmen Biomassen unabhängig von deren Feuchtegehalt genutzt werden Multitalent in der Nutzung: Ob als Brennstoff in stationärer Kraft-Wärme- Kopplung, aufbereitet ins Erdgasnetz eingespeist oder als Ausgangsstoff für die stoffliche Nutzung bietet Biogas vielfältige Nutzungsmöglichkeiten

und leistungsfähig Biogas ist: Variabel bei den Ausgangsstoffen: Mit dem Verfahren der anaeroben Konversion können nahezu sämtliche strukturarmen Biomassen unabhängig von deren Feuchtegehalt genutzt

4 7 Zielsetzung: Biogasanlage Unterer Lindenhof Zielsetzung der Forschungsbiogasanlage: Erweiterung der bestehenden Forschungskapazitäten Aufbau einer dynamischen Forschungsplattform Forschungsfelder: Untersuchungen zum Einfluss der Bereitstellung, Konservierung und Aufbereitung der Biomasse (Pflanzenbau, Verfahrenstechnik, Ökonomie) Untersuchung zur Prozessstabilität und Prozesssteuerung im Praxismaßstab (Verfahrenstechnik, Physik, Mikrobiologie, Pflanzen- und Tierhygiene) Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität Steigerung des Gesamtwirkungsgrades (Verfahrenstechnik, Ökonomie) 8 Biogasanlage Unterer Lindenhof : Raumplanung Gülle GV Gülle/a Menge/a kg/d TS-Gehalt kg ots/d Y CH4/oTSo [m³/a] [m³/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] [m³/kg ots] Methan [m³/d] Rinder- und Schweinegülle m³ , ,23 68 Festmist t , , Kosubstrate Anbaufläche Ertrag Menge/a kg/d TS-Gehalt kg ots/d Y CH4/oTSo Methan [ha] [dt TS/ha] [dt/a] u [kg FM /d] [%] [kg/d] [m³/kg ots] [m³/d] Ackerfutterbau dt , , Wiesen 2. und 3. Schnitt dt , ,34 Getreide dt , ,38 Wasser 0 m³ Faulsubstrat 0 m³ - 5,0-0 Gesamt , BHKW F1 + F2 Methan gesamt [m³/d] Substratmenge [m³/d] 16,54 Biogasenergie [kwh] Verweilzeit [d] 97,00 Bruttoenergie (incl. ZÖ) [kwh] Raumbelastung [kg ots/m³*d] 2,12 Wirkungsgrad elektrisch [%] 37 Elektrische Energie [kwh/tag] Elektrische Energie (incl. ZÖ) [kwh/tag] - Fermentergröße [m³ netto] 1604,71 Laufzeit BHKW: [h/d] 21 Leistung, elektr. ZS-BHKW [kw] - Fahrsilogröße [m³ netto] 2441,96 Leistung, elektr. GAS-BHKW [kw] F1 => F2 48,5 4,24 802,36

Praxismaßstab (Verfahrenstechnik, Physik, Mikrobiologie, Pflanzen- und Tierhygiene) Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität Steigerung des Gesamtwirkungsgrades (Verfahrenstechnik, Ökonomie) 8

5 9 Biogasanlage Unterer Lindenhof : Wärme Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wärmeüberschuss Eigenbedarf BGA Lieferung BGA 10 Biogasanlage Unterer Lindenhof : Wärme Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wärmebedarf Wärmeüberschuss Eigenbedarf BGA Lieferung BGA

000 - Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wärmeüberschuss Eigenbedarf BGA Lieferung BGA 10

6 11 Planung: Biogasanlage Unterer Lindenhof 12 Planung Biogasanlage Unterer Lindenhof

7 13 Planung Biogasanlage Unterer Lindenhof Fahrsiloanlage 2 Fermenter a 923 m³ Volumen Zentralpumpe und Steuerung Nachgärer mit Gasspeicher Vorgrube 14

8 15 Realisierungsphasen Aufteilung des Gesamtprojektes in Erschließung und Anlagentechnik Erschließung: Anlagentechnik: Zuständigkeit => Uni Bauamt Zuständigkeit => Universität + Bauamt Einbindung der Anlage - Nahwärmenetz - Erdgasnetz - Stromnetz - etc. Erdarbeiten und Untergrundprüfung Bau des BHKW-Gebäudes und der Fahrsiloanlage Fermenter inkl. Technik Eintragtechnik für Substrate - Feststoffdosierer - Zentralpumpe - Wiegemischbehälter Rohgasaufbereitung + BHKW Mess-, Steuer- und Regelungstechnik Finanzierung: - Ellrichshausen Stiftung, FAIR ENERGIE, EnBW 16 BHKW Gebäude -BHKW-Raum - Steuerung - Zentralpumpe

Erdarbeiten und Untergrundprüfung Bau des BHKW-Gebäudes und der Fahrsiloanlage Fermenter inkl.

9 17 Erschließungsarbeiten weitgehend abgeschlossen - Erdgasleitung - Fernwärmeleitung - Stromanschluss - Leerrohre für Datenkabel 18 Anbindung der Fernwärme- und Elektroleitungen an die bestehenden Versorgungseinrichtungen

Leerrohre für Datenkabel 18 Anbindung der Fernwärme-

10 19 Erdarbeiten für Fermenter: - Abschluss bis Ende KW 42 / 07 - Beginn der Betonarbeiten in KW 43 / 07 20

11 21 Derzeit: Ausbau der Fermenter und Rohrleitungsbau 22 Fermenter- und Nachgärerheizung:

12 23 Rührwerkstechnik: 24 Flüssigsubstrattechnik:

13 25 Steuerung und Trafostation: 26 Konzept der Steuerung für die BGA Unterer Lindenhof Fernzugriff in Hohenheim Router (ISDN od. DSL) Leitsystem vor Ort Eningen Gebäudeleittechnik Unterer Lindenhof Router (ISDN od. DSL) Netzwerk BGA FU Ferm. 1 Langachs-RW FU Zentrale Exc.-Pumpe FU FD 2 Austragschn. FU FD 2 Eintragschn. CANOpen BHKW Steuerung MDE MMC Zentrale Anlagensteuerung (ZAS) Modbus RTU mit RS 485 Biogas Analysator INCA BIO 04 Profibus DP mit RS 485 FU Ferm. 2 Langachs- Rührwerk

1 Langachs-RW FU Zentrale Exc.-Pumpe FU FD 2 Austragschn. FU FD 2 Eintragschn.

14 27 BHKW mit Peripherie: Erste Forschungsprojekte Zukunftsoffensive IV des Landes Baden-Württemberg Aufbau einer Bioenergie-Forschungsplattform => Kristallisationspunkt Biogasanlage Unterer Lindenhof Forschungsschwerpunkte: - Cluster I: Systemanalyse - Cluster II: Unterer Lindenhof Optimierung der Bereitstellung und Konversion von Biomasse - Cluster III: Gasreinigung: Aufbereitung des Biogases auf Erdgasqualität Forschungspartner: Universität Stuttgart, Universität Hohenheim, Universität Karlsruhe (jeweils mit mehreren Instituten) Hochschule Reutlingen, Hochschule Rottenburg, ZSW 28 A. LEMMER; lemmeran@uni-hohenheim.de

Bereitstellung und Konversion von Biomasse - Cluster III: Gasreinigung: Aufbereitung des Biogases auf Erdgasqualität Forschungspartner: Universität

15 Zusammenfassung: Sicherung der nachhaltigen Energie- und Nahrungsmittelbereitstellung ist eine der großen Herausforderungen unserer Generation Herausforderung Biomasse: Effiziente energetische Nutzung sowohl organischer Reststoffe als auch nachwachsender Rohstoffe Organische Ausgangssubstrate können fermentativ mit einer hohen Energieeffizienz in den erneuerbaren Energieträger Methan überführt werden Biogasanlage Unterer Lindenhof : Vielfältig nutzbares Forschungsinstrument - Supply Chain Managment - Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik der anaeroben Konversion - Optimierung der Gasnutzung 29 A. LEMMER; lemmeran@uni-hohenheim.de 30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Projektinitiative: Prof. Jungbluth, Dr. Oechsner, Hr. Peitz Vorplanung und LV: Methavis GmbH, Hr. Helffrich Baugenehmigungsplanung und Bauleitung: Ing. Büro Watzlawik Detailplanung u. Generalunternehmer: NOVATECH-Wolpertshausen Subunternehmer Steuerung: AVAT- Reutlingen Beratende Ingenieure: MZ Anlagenbau: Hr. Miertzschke Abt. Finanzen Hohenheim: Herr Berkau, Frau Müller Unibauamt: Hr. Lang, Hr. Györi, Fr. Berg Betriebssicherheitsanweisung: Ing. Büro Vaßen, Biogaskontor Köberle Finanzierung: Ellrichshausen-Stiftung, EnBW, FAIR ENERGIE Vielen Dank für die gute Zusammenarbeit!

überführt werden Biogasanlage Unterer Lindenhof : Vielfältig nutzbares Forschungsinstrument - Supply Chain Managment - Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik der anaeroben Konversion - Optimierung

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