Fachtagung "Prozessmesstechnik an Biogasanlagen" 25. und 26. März 2014 in Leipzig Erfahrungen bei der messtechnischen Erfassung von Rohbiogas- und Biomethanmengen Dr. sc. agr. Hans-Joachim Nägele Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie - LA 740 Garbenstraße 9 70599 Stuttgart Gliederung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Vorstellung Forschungsbiogasanlage Unterer Lindenhof Messtechnik an der BGA Ausgewählte Ergebnisse Forschungsbedarf 2
Einführung Vielen Dank Forschungsbiogasanlage für Ihre Aufmerksamkeit Unterer Lindenhof 3 Einführung Technische Beschreibung 186 kw elektrisch (Gas-Otto-Motor) 202 kw thermisch 2 Fermenter 1 Nächgärer á 923 m³ Volumen 3 Tauchmotorrührwerke in jedem Behälter Fermenter 1 mit Propeller-Langachsrührwerk (Rema Biogator) Fermenter 2 mit Propeller-Langachsrührwerk (Streisal Biobull) 2 unterschiedliche Eintragssysteme 3 unterschiedliche Heizungssysteme Vielfältige Messtechnik 4
Einführung Skizze BGA Unterer Lindenhof 5 Einführung Technische Beschreibung 6
Stand der Technik Messverfahren Volumetrische Messung (Vortex Prinzip Karmannschen Wirbelstraße) Massestrommessung Thermische Massestrommessung Wirkdruckmessung Schwebekörpermessung Fluidistorprinzip Ultraschallmessung 7 Stand der Technik Einbausituation ABB Fermenter ABB TRIO Wirl VT41 Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 8
Stand der Technik Einbausituation Esters Fermenter Esters Elektronik GmbH; GD 300 Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 9 Stand der Technik ABB & Esters vor BHKW 10
Stand der Technik ABB & Esters vor BHKW ABB FV 4000 TRIO Wirl VT 41 ESTERS Fluidistor GD 100 ab 2010 11 Stand der Technik ABB vor Fackel Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 12
Stand der Technik Umrechnung in Normkubikmeter Messwerte fallen bei aktuellem Leitungsdruck und der jeweils vorherrschender Temperatur an Umrechnung auf Normbedingungen notwendig 13 Ergebnisse Substratzufuhr 2013 Gülle Festmist Maissilage Grassilage GPS Getreide Pferdemist [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] [t/a] Summe Fermenter 1 1119 278 375 421 61 120 920 Summe Fermenter 2 1165 310 549 489 58 124 611 Summe Nachgärer 469 - - - - - - Summe Gesamt BGA 2753 588 924 910 120 258 1531 Summe Gülle: 3340 - - - - - - Summe NawaRo: 3743 Summe Einsatzstoffe 7083 Stromproduktion 1.474.661 kwh el. Leistung 4.096.281 Input kwh 410.861 Input Methan m³ 790.117 Input Biogas m³ 1.042.954 kg Biogas/a 6.040 t Gärreste 14
Ergebnisse Substratzufuhr Oktober 2013 Fütterungsmengen & theoretischer Gasertrag Oktober 2013 Fermenter 1 Fütterungsmenge [kg/d] 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Pferdemist [kg/d] Getreide [kg/d] Grassilage [kg/d] Maissilage [kg/d] Festmist [kg/d] Gülle [kg/d] m³ Biogas/d m³ biogas/h 2400 1900 1400 900 400-100 Theoritischer Biogasertrag [m³/d], [m³/h] Quelle: Casartelli, E., Waser, R., Frankhauser (2006) Strömungstechnische Optimierung eines Biomasse-Rührwerks, Bundesamt für Energie (Schweiz) 15 Ergebnisse 6000 BHKW Menge errechnet Gaserzeugung 2012-2013 Summe F1+F2+NGL errechnet 5000 4000 Substratqualität nicht ausreichend da Pferdemistqualität sehr schlecht - Berechnung ungenau m³ Biogas/d 3000 2000 1000 0 16
Ergebnisse 6000 Gaserzeugung 2012-2013 BHKW Menge errechnet Summe F1+F2+NGL errechnet F1+F2 ZAS gemessen m³ Biogas/d 5000 ABB durch Esters ersetzt; F1 und F2 Esters 2. Generation verbaut 4000 Esters Fermenter zugesetzt m³ Biogas/d 3000 2000 1000 0 17 Ergebnisse 6000 Gaserzeugung & vor BHKW 2012-2013 BHKW Menge errechnet Summe F1+F2+NGL errechnet ABB vor BHKW+ABB Fackel Esters vor BHKW+ABB Fackel F1+F2 ZAS gemessen m³ Biogas/d 5000 ABB durch Esters ersetzt; F1 und F2 ABB vor Gasfackel installiert 4000 Esters 2. Generation verbaut m³ Biogas/d 3000 2000 1000 0 Counter in der ZAS nicht aktiv 18
Ergebnisse Einfluss der Rührwerke - Hochaufgelöst 70 65 Submersible motor mixer 28.08.2012 Incline shaft agitator 29.08.2012 60 55 Biogas flow rate [Nm³/h] 50 45 40 35 30 25 20 13:30 13:50 14:11 14:32 14:53 15:14 15:35 15:55 16:16 16:37 16:58 17:19 Time 19 Ergebnisse Einfluss der Rührwerke - Hochaufgelöst 70 65 60 Submersible motor mixer 28.08.2012 Incline shaft agitator 29.08.2012 Incline shaft agitator & Submersible motor mixer 27.08.2012 55 Biogas flow rate [Nm³/h] 50 45 40 35 30 25 20 13:30 13:50 14:11 14:32 14:53 15:14 15:35 15:55 16:16 16:37 16:58 17:19 Time 20
Ergebnisse Einfluss der Rührwerke 80 Submersible motor mixer 70 60 Biogas flow rate [m³/h] 50 40 30 20 10 09:00 10:40 12:20 14:00 15:40 17:20 19:00 20:40 22:20 00:00 01:40 03:20 05:00 06:40 08:20 21 Ergebnisse Einfluss der Rührwerke 80 70 Submersible motor mixer Incline shaft agitator 60 Biogas flow rate [m³/h] 50 40 30 20 10 09:00 10:40 12:20 14:00 15:40 17:20 19:00 20:40 22:20 00:00 01:40 03:20 05:00 06:40 08:20 22
Ergebnisse Einfluss der Rührwerke 80 70 Submersible motor mixer Incline shaft agitator Incline shaft agitator & Submersible motor mixer 60 Biogas flow rate [m³/h] 50 40 30 20 10 09:00 10:40 12:20 14:00 15:40 17:20 19:00 20:40 22:20 00:00 01:40 03:20 05:00 06:40 08:20 23 Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Ergebnisse aus dem Abschlussbericht Intensimessprogramm der Bioenergieforschungsplattform Baden-Württemberg Nägele/Thomas 2012 24
Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Vergleich der Messergebnisse beider Volumenstrommessungen Errechneter Normvolumenstrom November 2010: 105,1 Nm³/h ABB +3,4 % Esters -4,9 % Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas 2012 25 Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Direkte Messfehler und Gesamtfehler durch die Messwertübertragung Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas 2012 26
Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Ermittlung des Biogasvolumenstroms durch Bilanzierung des Abgas- und Luftstroms Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas 2012 27 Ergebnisse Validierung der Messgeräte vor BHKW Biogasvolumenstromberechnung aus dem Abgasvolumenstrom Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas 2012 28
Ergebnisse Biogasvolumenstromberechnung aus dem Luftvolumenstrom Kontrolle der Rührqualität Abschlussbericht Intensivmessprogramm Nägele/Thomas 2012 29 Zusammenfassung Unterschiedliche Messtechnik am Markt verfügbar Einsatz unter Praxisbedingungen herausfordernd Hoher Kontroll- und Wartungsaufwand Validierung unbedingt erforderlich Hohe Messgenauigkeit vor dem BHKW Messung am Fermenter auch bei niedrigen Drücken und geringem Gasvolumenstrom möglich Keine Forschungsarbeiten zum Vergleich verschiedener Messverfahren 30
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit This project was funded by the Ministry of Rural Areas and Consumer Protection (Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg), with financial resources from the Baden-Württemberg Stiftung ggmbh, as part of the bioenergy research platform. www.bioenergieforschungsplattform-bw.de 31