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
25.9.2014 Oldenburg 2 Projekt-Partner Landwirt Stefan Bleser
25.9.2014 Oldenburg 3 Hintergrund des Forschungsvorhabens Die Novellierung des EEG 2012.
25.9.2014 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.
25.9.2014 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
25.9.2014 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.
25.9.2014 Oldenburg 7 Zielstellung Energetische Effizienz von Biogas-Kleinanlagen in der landwirtschaftlichen Praxis. Langzeitmessungen über den Zeitraum von einem Jahr
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) 25.9.2014 Oldenburg 8
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) 25.9.2014 Oldenburg 9
Datenerfassung und -auswertung Strommengenzähler für: Rührwerke, Pumpen, Schnecken, Entschwefelung. (Quelle: Müller, 2013) 25.9.2014 Oldenburg 10
25.9.2014 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
25.9.2014 Oldenburg 12 Datenerfassung und -auswertung Eigenstromverbrauch. 80 70 60 kwh Tag -1 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Zeit (Monat)
Datenerfassung und -auswertung Wärmemengenzähler: BHKW, Heizsystem, Gesamtwärmeleistung, interner Wärmeverbrauch, externer Wärmeverbrauch. (Quelle: Müller, 2013) 25.9.2014 Oldenburg 13
25.9.2014 Oldenburg 14 Datenerfassung und -auswertung Heiztaschen Heiztaschen (Quelle: Eigene Darstellung)
25.9.2014 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
Datenerfassung und -auswertung Betriebsdaten Betriebsstunden des BHKW, Stromproduktion, Gasertrag, Zündölverbrauch, Substratinput. elektrischer und thermischer Wirkungsgrad % 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ƞel ƞth ƞgesamtƞ 25.9.2014 Oldenburg 16
25.9.2014 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
25.9.2014 Oldenburg 18 Datenerfassung und -auswertung Substratzusammensetzung 600.000 96% 500.000 96% Input pro Monat in kg 400.000 300.000 200.000 95% 95% 94% 94% Gülleanteil in % 100.000 93% 0 Frühling Sommer Herbst Winter Gülle NawaRo Gülleanteil 93%
Datenerfassung und -auswertung Gasanalyse CH 4, CO 2, O 2, H 2 S vor und nach dem Aktivkohlefilter. (Quelle: Müller, 2013) 25.9.2014 Oldenburg 19
25.9.2014 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
25.9.2014 Oldenburg 21 Datenerfassung und -auswertung 54,5 54 CH 4 Gehalt in % 53,5 53 52,5 52 51,5 51 50,5 0 5 10 15 20 Zeit (Monat)
Vorbehalte vs. Ergebnisse Gasertrag pro Monat 21.000 m³ Stromertrag pro Monat 52.000 kwh Monatlicher Umsatz = 13.000 Eigenstromverbrauch = 3,5 % (ca. 5.500 ) 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! 25.9.2014 Oldenburg 22
25.9.2014 Oldenburg 23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! (Quelle: Müller, 2013)
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)? 25.9.2014 Oldenburg 24
25.9.2014 Oldenburg 25 Das GüllEwerk (Quelle: agrikomp, 2012)