Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. Ergebnisse des Bundesmessprogramms Biogasanlagen (neue Länder) Vincent Plogsties Prof. Bernd Linke Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim Fachtagung Biogas 2008 Entwicklung und Erfahrungen aus der Praxis 23.10.2008 Potsdam
Gliederung Einleitung und Beschreibung des Gesamtprojekts Methodik Ausgewählte Ergebnisse Anlagenübersicht Eingesetzte Substrate Faulraumbelastung und Verweilzeit Methanausbeute und -produktivität BHKW-Auslastung Energie-Eigenbedarf Störungen und Arbeitsaufwand Beispielanlage im Jahresgang Zusammenfassung und Fazit
Einleitung Projekt: Bundesmessprogramm zur Bewertung neuartiger Biomasse-Biogasanlage (BMPII) 10/05-09/08 Förderung: FNR e.v. / BMELV, FKZ: 22003405 Partner: -Potsdam, vti Braunschweig, ILT Freising, LA Uni-Hohenheim, IE Leipzig, KTBL Darmstadt Ziele: Bewertung von Leistung, Funktion und der Betriebszuverlässigkeit von unterschiedlichen Systemen zur Biogaserzeugung
W th W th Methodik 16 Anlagen () wurden über einen Zeitraum von jeweils ca. 52 Wochen untersucht Luftzufuhr Luftzufuhr Gassp.: Ca. 450 m³ Gassp.: Ca. 450 m³ 18,5 kw el 40 C 40 C 40 C 18,5 kw el [1250m³] 17 kwel [1250m³] [283m³] Maissilage [1000 m³] Vorgrube mit Rindergülle Gärrückstandslager Gärrückstandslager [2280m³] [1000m³] Wirtschaftsgebäude Kondensatabscheider Gaskühlung Q T m CH 4 O 2 HS 2 Notkühlung Plogsties November 2007
W th W th Methodik Monatlich: Täglich: Probennahme aus allen Behältern/Substraten Substratmengen, Gasmengen/-zusammensetzung, Energieerzeugung/-verbrauch Luftzufuhr Luftzufuhr Gassp.: Ca. 450 m³ Gassp.: Ca. 450 m³ 18,5 kw el 40 C 40 C 40 C 18,5 kw el [1250m³] 17 kwel [1250m³] [283m³] Maissilage [1000 m³] Vorgrube mit Rindergülle Gärrückstandslager Gärrückstandslager [2280m³] [1000m³] Wirtschaftsgebäude Kondensatabscheider Gaskühlung Q T m CH 4 O 2 HS 2 Notkühlung Plogsties November 2007
Anlagenübersicht Anlagenparameter Anlage Inbetrieb inst. el. spez. Motor Stufen Faulraum nahme Leistung Faulraum kw -- m³ m³/kwel 003 2005 526 G 1 2650 5,04 004a 2005 340 ZS 1 1830 5,38 004b 2006 504 ZS 2 3150 6,25 005 2005 370 G 3 2783 7,52 007 2005 635 G 1 3214 5,06 012 2004 180 ZS 1 903 5,02 017 2004 500 ZS 2 1880 3,76 018 2004 330 ZS/G 1 2075 6,29 024 2006 660 G 1 2640 4,00 027 2005 520 G 2 2840 5,46 034 2005 505 ZS/G 2 3640 7,21 036 2000 47 ZS 1 680 14,47 037 2000 530 G 2 2850 5,38 038 2005 220 ZS 1 1782 8,10 042 2006 499 G 3 3800 7,62 045 2006 2128 G 1 2240 1,05
Substratmischung (%FM) Substratzusammensetzung 100% Flüssigmist Festmist Maissilage Grassilage Getreideschrot Getreide-GPS 80% 60% 40% 20% 0% 03 04 04b 05 07 12 17 18 24 27 34 36 37 38 42 45
HRT in d B R in kg ots /(m³ AV d) Faulraumbelastung/Verweilzeit Verweilzeit Belastung 120 12 100 10 80 8 60 6 40 4 20 2 0 03 04 04b 05 07 12 17 18 24 27 34 36 37 38 42 45 0
Methanausbeute in Nm³CH4/tsub Methanproduktivität in Nm³CH4/m³AVd Methanausbeute/- produktivität Methanausbeute Methanproduktivität 120 3,5 100 3 80 2,5 2 60 1,5 40 1 20 0,5 0 003 004a 004b 005 007 012 017 018 024 027 034 036 037 038 042 045 0
Auslastung in % BHKW-Auslastung elektrische Auslastung thermische Auslastung Fremdnutzer 8000 Volllaststunden mittlere elektrische Auslastung 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 003 004a 004b 005 007 012 017 018 024 027 034 036 037 038 042 045
Auslastung in % BHKW-Auslastung Elektrische Auslastung unter Bereinigung externer Faktoren elektrische Auslastung mittlere elektrische Auslastung 8000 Volllaststunden 100 90 +16 % +14 % 80 +34 % 70 maximale Einspeiseleistung begrenzt durch Trafo +17 % 60 Planungsfehler durch Betreiber: zu wenig Maisfläche 50 40 genehmigte Einspeiseleistung geringer installierte Leistung zu hoch 30 20 10 0 003 004a 004b 005 007 012 017 018 024 027 034 036 037 038 042 045
Eigenbedarf in % Energie-Eigenbedarf Strom Wärme Zündöl 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 (13 %) 2,0 0,0 003 004a 004b 005 007 012 017 018 024 027 034 036 037 038 042 045
Störungen und Arbeitsaufwand Anlage Routinearbeiten (h/wo) Störungsbehebungen Wertschöpfung Substratbehandlung (h/wo) kwh/akh /AKh Gesamt Wartung 003 29 15 6 1 2956 479 004a 26 15 4,5 9 2109 350 004b 37 21 7,5 7 2037 332 005 42 20 11 1 1273 211 012 13 7 1,5 4 1977 344 017 8 2,5 2 2 8505 1403 018 7 3 1,5 2 4831 826 024 40 34 4 k.a 2384 386 027 28 14,5 4 1 1622 271 034 13 7 3 1,5 6396 1042 036 7 3,5 1,5 1 1072 174 037 34 24,5 5,5 2 1938 314 038 14 3 6 3 2191 377 042 18 7 7 1 4424 712
Störungen und Arbeitsaufwand Biogasprozess Pumpen Feststoffeintrag Rührwerke Substratleitungen Gasreinigung BHKW MSR-Technik Sonstige Störungen 2% 9% 3% 9% 19% 45% 5% 1% 7%
W th W th CH 4 Beispielanlage - Beschreibung Inst. el. Leistung kw 370 (Gas-Otto) Reaktorvolumen GRL Substratinput B R HRT RG MS m³ 314 1250 1250 m³ 3280 (offen) t/d 12 t/d 17 kgots/ m³avd 1,9 d 104 Luftzufuhr Luftzufuhr Gassp.: Ca. 450 m³ Gassp.: Ca. 450 m³ 18,5 kw el 40 C 40 C 40 C 18,5 kw el [1250m³] 17 kwel [1250m³] [283m³] Methanausbeute m³ch4/tfm 76 Maissilage [1000 m³] Vorgrube mit Rindergülle Wirtschaftsgebäude Gärrückstandslager [1000m³] Gärrückstandslager [2280m³] Kondensatabscheider Gaskühlung Methanproduktivität m³ch4/m³avd 0,77 Auslastung % 86 Wirkungsgrad (el) % 36,4 (38,7) Stromprodukton kwh/tsub 277 Wärmeverwertung Fremd % 12,5 Q T m O 2 HS 2 Notkühlung Plogsties November 2007
elektrische Auslastung in % Beispielanlage - Betriebsverlauf 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Fütterungsstopp durch Umbau an Stopfschnecke Lambda- Regelung Motor gestört Übersäuerung im Fermenter Übersäuerung im Fermenter Verstopfung der Eintragsschnecke Leistungsdrosselung BHKW wegen defekter Raumlüftung 10 0 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 1 3 5 7 9 11 13 Kalenderwoche
ots-biogasausbeute y (lkg -1 ) Biogasausbeute und Gärrestpotenzial A: 2700 m 3 ; B: 3200 m 3 ; C: 2500 m 3 A 9% Schweingegülle, 91% Maissilage (ots-masse im zugeführten Gärsubstrat) B 10% Rindergülle, 39% Rindermist, 51% Maissilage C 24% Rindergülle, 8% Rindermist, 33% Maissilage, 12% Grassilage, 19% Roggen-GPS, 4% Getreide 800 800 750 704 700 658 650 B R = 3,5 kgm -3 d -1 t m = 47 d 770 (+ 9%) 717 (+ 9%) 781 (+ 11%) 728 (+ 11%) 750 B R = 4,0 kgm -3 d -1 600 560 550 t m = 42 d B R = 3,8 kgm -3 d -1 t m = 33 d 583 (+ 4,1%) 590 580 (+ 10%) 500 0 10 20 30 40 50 60 70 Lagerzeit t (Tage)
Zusammenfassung und Fazit Insgesamt konnten 15 Anlagen (neue Länder) verschiedenen Typs über 52 Wochen beobachtet und ausgewertet werden Das Leistungsspektrum betrug dabei 47 kw bis 2 MW, in der Regel um 500 kw installierter elektrischer Leistung Der Wirtschaftsdüngeranteil lag in der Regel über 50 %FM. Bei Energiepflanzen dominierte Maissilage, generell gab es eine Konzentration auf wenige Substrate. Die Betriebsweise erfolgte teils bei sehr hohen Faulraumbelastungen Störungen in der Biologie sind aber auch ohne hohe Belastungen durch Nährstoffmangel aufgetreten. Thermische Energie konnte oft nicht sinnvoll genutzt werden Anlagen insgesamt Funktionstüchtig: die elektrische Auslastung betrug dabei im Mittel 86% Messtechnik, speziell Gasmengenerfassung und Eigenenergiebedarf, hatte oft keine hohe Priorität bei Betreibern Schwachstellen in der Anlagentechnik sind Substrateinbringung (oft verursacht durch Materialeinsparungen) sowie BHKW-Technik. Leistungseinbußen gab es auch durch Schäden an RW-Technik
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fachtagung Biogas 23.11.2008 Potsdam Entwicklung und Erfahrungen aus der Praxis vplogsties@atb-potsdam.de blinke@atb-potsdam.de