Untersuchungen zur Effektivität von Biogas-Kleinanlagen in Kombination mit der Milcherzeugung

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1 Untersuchungen zur Effektivität von Biogas-Kleinanlagen in Kombination mit der Milcherzeugung Dipl.-Ing. agr. Frauke P.C. Müller gefördert durch: Chancen der Güllevergärung in kleinen Hofbiogasanlagen

2 Oldenburg 2 Projekt-Partner Landwirt Stefan Bleser

3 Oldenburg 3 Hintergrund des Forschungsvorhabens Die Novellierung des EEG 2012.

4 Oldenburg 4 Ausgangssituation & Motivation Kleinanlagen mit überwiegender Güllevergärung genießen Sonderstatus. Förderung hin zur Investitionsentscheidung für diesen Anlagentyp. Trotz hoher Einspeisevergütung sind die Vorbehalte potentieller Anlagenbetreiber noch sehr groß.

5 Oldenburg 5 Ausgangssituation & Motivation Nutzen-Effekte Erschließung neuer Einkommensquellen im tierhaltenden Familienbetrieb mögliche innerbetriebliche Abwärmenutzung Flüssigmistlagerung im geschlossenen Behälter ( minimale Geruchs-, Ammoniak- und Methanemissionen) energetische und stoffliche Kaskadennutzung der pfl. Erntegüter

6 Oldenburg 6 Ausgangssituation & Motivation Vorbehalte: Gülle = kein hohes Biogas-Potential, sehr große Güllemengen erforderlich, mäßiger Wirkungsgrad (ca. 36 % el.), hoher Prozesswärmebedarf, geringes Potential zur Abwärmenutzung, Hoher Arbeitsaufwand Geringe Gewinnchargen.

7 Oldenburg 7 Zielstellung Energetische Effizienz von Biogas-Kleinanlagen in der landwirtschaftlichen Praxis. Langzeitmessungen über den Zeitraum von einem Jahr

8 Der Praxisbetrieb Landkreis Cochem-Zell Betriebsgröße: 165 ha 150 Kühe, 140 wbl. Jungtiere (220 GV) Milchleistung 8000 kg pro Kuh und Jahr (Quelle: Müller, 2013) Oldenburg 8

9 Das GüllEwerk Kompaktbauweise: Pfropfenstromfermenter und BHKW (75 kw el ) in separaten Containern, Betriebstemperatur 55 C (thermophil), tägl. 12 m³ Input, davon mind. 10 m³ Gülle, gasdichtes Gärrestlager (Verweilzeit 150 Tage). (Quelle: Müller, 2013) Oldenburg 9

10 Datenerfassung und -auswertung Strommengenzähler für: Rührwerke, Pumpen, Schnecken, Entschwefelung. (Quelle: Müller, 2013) Oldenburg 10

11 Oldenburg 11 Datenerfassung und -auswertung Nr. Parameter Einheit Ø STABW.N 1 Rührwerk Fermenter kwh*tag -1 10,70 1,81 2 Rührwerk Vorgrube kwh*tag -1 11,44 3,91 3 Rührwerk Gasdicht kwh*tag -1 19,74 5,96 4 Steuersp. Netzüberwachung kwh*tag -1 3,09 0,30 5 Komp. Beleuchtung kwh*tag -1 1,29 0,42 6 Entschwefelung kwh*tag -1 3,86 0,41 7 Pumpe Vorgrube kwh*tag -1 2,03 0,44 8 Abführpumpe kwh*tag -1 4,30 0,92 9 Stopfschnecke kwh*tag -1 0,74 0,35 10 Steigschnecke kwh*tag -1 2,29 0,96 11 Auflöseschnecke kwh*tag -1 0,39 0,29 12 Eigenstromverbrauch kwh*tag -1 59,87 8,83

12 Oldenburg 12 Datenerfassung und -auswertung Eigenstromverbrauch kwh Tag Zeit (Monat)

13 Datenerfassung und -auswertung Wärmemengenzähler: BHKW, Heizsystem, Gesamtwärmeleistung, interner Wärmeverbrauch, externer Wärmeverbrauch. (Quelle: Müller, 2013) Oldenburg 13

14 Oldenburg 14 Datenerfassung und -auswertung Heiztaschen Heiztaschen (Quelle: Eigene Darstellung)

15 Oldenburg 15 Datenerfassung und -auswertung Thermisch Leistung Nr. Parameter Einheit Ø Stabw 1 externe Wärme kw 23,59 6,77 2 AWT kw 21,45 6,66 3 Notkühler kw 4,87 5,96 4 Heiztaschen kw 6,73 1,06 5 Gülle Nachheizung kw 6,67 0,77 6 Kocher kw 6,54 1,42 7 thermische gesamt Leistung kw 69,85 5,57

16 Datenerfassung und -auswertung Betriebsdaten Betriebsstunden des BHKW, Stromproduktion, Gasertrag, Zündölverbrauch, Substratinput. elektrischer und thermischer Wirkungsgrad % ƞel ƞth ƞgesamtƞ Oldenburg 16

17 Oldenburg 17 Datenerfassung und -auswertung Monat th. Leistung (kw) el. Leistung (kw) Auslastung BHKW Juni 66,2 74,7 96 Juli 68,4 74,9 96 August 67,5 74,9 96 September 66,7 74,1 95 Oktober 64,5 74,6 96 November 68,9 74,9 97 Dezember 64,1 74,7 96 Januar 69,1 74,9 97 Februar 67,1 74,7 95 März 66,6 74,6 96 April 66,4 75,4 96 Mai 65,4 74,7 96 Juni 65,4 74,9 96

18 Oldenburg 18 Datenerfassung und -auswertung Substratzusammensetzung % % Input pro Monat in kg % 95% 94% 94% Gülleanteil in % % 0 Frühling Sommer Herbst Winter Gülle NawaRo Gülleanteil 93%

19 Datenerfassung und -auswertung Gasanalyse CH 4, CO 2, O 2, H 2 S vor und nach dem Aktivkohlefilter. (Quelle: Müller, 2013) Oldenburg 19

20 Oldenburg 20 Gasanalyse Ergebnisse aus einem Jahr. Nr. Parameter Einheit Ø Stabw 1 CH 4 % 52,21 0,77 2 CO 2 % 43,59 0,56 3 O 2 % 1,03 0,25 4 H 2 S Punkt 1 ppm 143,74 114,02 5 H 2 S Punkt 2 ppm 27,95 44,48

21 Oldenburg 21 Datenerfassung und -auswertung 54,5 54 CH 4 Gehalt in % 53, , , , Zeit (Monat)

22 Vorbehalte vs. Ergebnisse Gasertrag pro Monat m³ Stromertrag pro Monat kwh Monatlicher Umsatz = Eigenstromverbrauch = 3,5 % (ca ) Extern zur Verfügung stehende Wärme = Ø 24 kw WG el = Ø 42 % Methangehalt = 52 % bei 95 % Gülleanteil Arbeitsaufwand = ca. 45 Minuten pro Tag Konstante Leistung, keine jahreszeitlich bedingte Schwankungen Für die Untersuchte Anlage kann gesagt werden, dass das Konzept Biogaskleinanlage und Milchviehbetrieb funktioniert! Oldenburg 22

23 Oldenburg 23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! (Quelle: Müller, 2013)

24 Weitergehende Projektfragen: Lässt sich die Biogas-Ausbeute durch das innerbetriebliche Rezirkulieren separierter Feststoffe steigern? Wo lässt sich innerbetrieblich die Abwärme in der Milcherzeugung am besten verwerten? Welche Stall- und Entmistungskonzepte haben eine besonders hohe Passfähigkeit zur Biogastechnologie? Welchen Einfluss können anfallende Waschwasser aus dem Melkstand auf die Methanausbeute haben? Nährstoffbilanzierung Kunstdüngersubstituierung! Wo entsteht das meiste Biogas (Fermenter/Nachgärer)? Wie läuft die Anlage ökonomisch (Arbeitszeitaufwand)? Oldenburg 24

25 Oldenburg 25 Das GüllEwerk (Quelle: agrikomp, 2012)