Auslegung der Biogasanlage mit Hilfe der Biomasse-Substratzugabe zur Diemsionierung, Biogas-Ertragsberechnung und erforderlichen Kenngrössen von Fermentervolumen; Gärrestlagervolumen, Strom und Wärme geführten BHKW Blockheizkraftwerk Copyraigth by ISMAILO DEMENIZ Erstellt von Dipl.-Ing. Ismail KILIÇ Projektmanager Alternative und Erneuerbare Energien Zertifikat: WBS Training AG Berlin Fachkraft für Solartechnik und Photovoltaik Zertifikat: TÜV SÜD Akademie Berlin E-Mail: Web ismailkilic@t-online.de www.mamekiye.de Übersichtliche Darstellung der Kenngrössen der Biogasanlage mit Fliessbild 1.) 2.) Erforderliches Fermentervolumen [m³: Verweilzeit in Tag [d: 3.) 4.) Faulraumbelastung in [-: Vorgruben-Volumen in [m³: 5.) Berechnung der Leistung von Gas-Notfackel einer Biogasanlage in [kw: 6.) Berechnung des Erzeugten Biogasertrages pro Tag in [m³/d: 7.) Berechnung des Erzeugten Biogasertrages pro Jahr in [m³/a: 8.) 9.) Auslegung von Strom-Geführten [BHKW Block-Heiz-Kraft-Werk in [kwh-elekrisch/a: Auslegung von Wärme-Geführten [KWK / BHKW in [kwh-thermisch/a: 10.) 11.) Energiesystem [KWK-BHKW Gärreste und Gärreste-Verwertung <BHKW> <KTBL> Berechnung der Betriebslaufzeit von BHKW in [h/d 12.) Berechnung der eingespeisten Strommenge in [kwh-elektrisch: 13.) Berechnung der mit KWK-Kraft-Wärme-Kopplunge erzeugten Wärmemenge in [kwh-thermisch: EINGABE SUBSTRATZUGABE VON BIOMASSE spezifische Gasmenge Substratzugabe TS SOLL- Menge pro Menge pro TS ots Menge TS Menge ots Gasbildung pro Tag von Biomasse Wert Jahr Tag ots Einheit 13,00% t / a kg /d % % kg/d kg/d liter/kg m³/ d Rindergülle 5.584,00 15.298,63 10 80 1.529,86 1.223,89 380,00 465,08 1
Rübenblatt-Silage 0,00 18 88 0,00 0,00 600,00 0,00 Schweinegülle 696,00 1.906,85 6 80 114,41 91,53 420,00 38,44 Gras/ Grünschnitt 150,00 410,96 18 91 73,97 67,32 600,00 40,39 Grassilage 0,00 25 88 0,00 0,00 560,00 0,00 Maissilage 2.000,00 5.479,45 33 95 1.808,22 1.717,81 650,00 1.116,58 TS IST-Wert 13,42% Summe 8.430,00 23.095,89 3.526,47 3.100,54 3.210,00 1.660,48 TS: Trockensubstanz ots: organischer Trockensubstanz Im Fermenter festgelegter TS-Gehalt SOLL-Wert 13% GESAMT MENGE Gesamtmenge der Substratzugabe ohne Brauch-Wasser 23.095,89 kg/ d 8.430,00 t/ a Gesamtmenge der Trockensubstanz [TS Gesamtmenge der organischen Trockensubstanz ots Festgelegter TS-Gehalt SOLL-Wert im Fermenter 13% 3.526,47 kg TS/ d 3.100,54 kg ots/ d 0,13 % Wasser-Anteil = Gesamtmenge mit Wasser-Gesamtmenge ohne Wa 4.030,77 Liter/d 1.471,23 t/a oder m³/a Gesamtmenge der Substratzugabe mit Wasser =TS Menge/13% Soll 27.126,66 kg/ d 9.901,23 t/ a Spezifischer Gasertrag des Gesamtgemisches in (Liter/kg ots*d)=ga 535,55 Liter/kg ots*d KTBL EXCEL FERMENTATION UND BIOGAS / BIOMETHAN ERZEUGUNG Eingabe Eingabe Verweilzeit im Fermenter = Fermentervolumen in [m³ / Gesamtmeng Tage 40,00 38,12 Nutzbares Fermentervolumen in (m³) =Verweilzeit(d)*Gesamt Substra m³ 1.034,00 1.085,07 Faulraumbelastung in [kg/d/m³ = Gesamtmeng (kg ots/d)/m³ 3,00 2,86 Erzeugte Roh-Biogasmenge pro Tag in (Norm [m³/d 1.660,48 1.660,48 Erzeugte Roh-Biogasmenge pro Jahr (Norm m [m³/a 606.077,00 606.076,96 Anteil von Biomethan an dem Roh-Biogasmenge pro Jahr (Norm m³/a [m³/a oder in [% 321.670,00 53,07 Angestrebte Gärrestlagerzeit 6 Monate (0,5 * Tage 182,50 Volumen der Gaslager = Gasmenge in (m³/d)* m³ 500,00 498,15 Gärrestlager Nettovolumen in [m³ m³ 3.816,00 Vorgruben-Volumen = 1,5 * Gasmenge in (m³/d) m³ 2.490,73 GAS NOTFACKEL : BERECHNUNG DER LEISTUNG VON GAS-NOTFACKEL in [kw Leistung des Gas-Notfackel der BGA (Druck mind. 20 mbar; Verbrennungsemperatur ca. 850 C) Erzeugtes BioGas in m³ pro Tag [m³/d 1.660,48 BHKW-Laufzeit: Betriebsstunden pro Jahr in [h/a = 8000 [h/a 8.000,00 2
BHKW-Laufzeit: Betriebsstunden pro Tag in [h/d = 8000/365 = 21,92 [h/d 21,92 Erzeugtes Biogas in [m³/h = Biogas in [m³/d / BHKW-Betriebsstunden [h/d [m³/h 75,76 Heizwert (Hi) des Biogases (Methangehalt im Biogas 55% *10,06 kwh/m³) in [kwh/m³ 5,53 Leistung der Gas-Notfackel = (1,5*Biogas in (m³/d)*heizwert des Biogases) [kw 628,77 ENERGIESYSTEM [KWK / BHKW GÄRRESTE UND GÄRRESTE-VERWERTUNG =>KTBL Methananteil in Biogas aus => KTBL-Auswertu % 0,53 Elektrischer Wirkungsgrad BHKW aus => KTB % 36,80 Thermischer Wirkungsgrad BHKW aus => KTB Verstromungsfaktor % kwhel/ m³ 49,10 1,95 BHKW- Laufzeit pro Jahr h/a 8.000,00 BHKW- Laufzeit pro Tag BHKW-Elektrische Leistung aus =>KTBL Zur Spitzen Heizlast Adeckung (Extern zugefü BHKW-Thermische Leistung aus =>KTBL h/d KW-elek KW-th KW-th 21,92 147,00 168,00 197,00 Eingespeiste Strommenge aus => KTB kwh(el)/a 1.167.059,00 Wärmemenge aus => KTB kwh(th)/a 1.573.620,00 Gärreste pro Jahr aus => KTB t/ a 9.103,00 Gärreste am Tag t/ d 24,94 TS-Gehalt der Gärreste aus => KTB % 8,10 Berechnung der Bemessungsleistung einer BGA Biogasanlage: BHKW-Vollbenutzungsstunden (Laufzeit pro Jahr) in [h/a 8.000,00 [h/a BHKW-Vollbenutzungsstunden (Laufzeit pro Tag) in [h/d 21,92 [h/d Installierte elektrische Leistung in [kw elek. 147,00 [kw-elektrisch Elektrischer Wirkungsgrad in [% 36,80 [% BHKW- und Trafoverluste in [% 1,00% [% Thermische Leistung in [ kw-th Zur Spitzen Heizlast Adeckung (Extern zugeführt) aus => KTB 197,00 [kw-thermisch 168,00 [kw-thermisch 365,00 [kw-thermisch Gesamtleistung (BHKW + SpitzenHeizlastAdeckung_Extern) 197+168 Thermischer Wirkungsgrad in [% 49,10 [% Bemessungsleistung (147kWel*8000h/a-147kWel*8000h/a*1%)/8760 132,90 [kw-elektrisch Kosten und Amortisation einer BGA Biogasanlage 150 [kw-elektrisch Kennwert einer Investition AbschreibungZinskosten Reparatur/Betriebsstoffe Biogasanlage [ [ /a [ /a [ /a [ /a Feststoffeintrag/Mobilte 84.456,00 10.180,53 1.689,12 3.269,97 7.971,53 3
Flüssigeinbringsystem Fermenter/Gärbehälter 18.208,00 1.766,40 364,16 361,60 2.734,49 172.527,00 12.029,68 3.450,54 1.473,98 8.888,00 177.613,00 11.256,35 3.552,26 1.289,68 1.353,00 Gärrestlager Zentrale Pumpstation 30.260,00 3.407,50 605,20 929,34 2.677,29 Gas- und Energietechnik 251.007,00 24.153,12 5.020,14 25.423,33 8.784,00 Summe, ohne Grundstüc734.071,00 62.793,58 14.681,42 32.747,89 32.408,31 Zuschlag Planung, Geneh 10,00% 3.670,36 1.468,14 - - Summe, ohne Grundstüc807.478,00 66.463,94 16.149,56 32.747,89 32.408,31 Investitionskosten 807.478,00 66.463,94 16.149,56 32.747,89 32.408,31 Gesamtinvestionskosten 955.247,70 EEG-Einspeisevergütung (Strommenge und Wärmemenge) EEG-Einspeisevergütung Vergütungssatz [ / a Strommenge kwh elek 1.167.059,00 10,00 cent /kwh elek 116.705,90 Wärmemenge kwh th 1.573.620,00 2 cent/kwh-th 31.472,40 Amortisation ohne Wärme mit Strom-Einspeisung ca. in [Jahr 8,19 [a Amortisation mit Wärme und Strom-Einspeisung ca. in [Jahr 6,45 [a Die Bemessungsleistung und Kosten der Biogasanlagen bezogen auf [kw elektrisch Bemessungsleistung der BGA-Anlagen in [kw elek. Investitionskosten BGA-Anlagen in [kw elek. 75 [kw elektrisch Mini-Biogasanlegen 5.000,00 [ / kw elektrisch 150 [kw elektrisch Biogasanlegen 6.363,32 [ / kw elektrisch Die Richtwerte für die Anschaffungskosten einer BHKW-Anlage Ausgleichsfunktion: Y1 = 9332,6 X -0,4611 [ /kw elektrisch 925,99 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y2 = 3976,1 X -0,2497 [ /kw elektrisch 1137,85 [ /kw elektrisch z.b.: X = 150 kw elektrisch Y1=925,99 [ /kw elektrisch Y2=1137,85 [ /kw elektrisch z.b.: X = 75 kw elektrisch Y1=1274,72[ /kw elektrisch Y2=1352,87 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y1 = 15648 X -0,5361 [ /kw elektrisch 4
Ausgleichsfunktion: Y2 = 9332,6 X -0,6513 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y1 = 195,11 X -0,2417 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y2 = 185,53 X -0,238 [ /kw elektrisch Die Richtwerte für die Kosten der Generalüberholung einer BHKW Ausgleichsfunktion: Y1 = 832,45 X -0,2808 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y1 = 830,23 X -0,2683 [ /kw elektrisch Die Richtwerte für die Kosten von Instandhaltungsverträgen einer BHKW-Anlage Ausgleichsfunktion: Y1 = 2,3133 X -0,141 [cent / kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y1 = 17,053 X -0,4782 [cent / kw elektrisch 5
BHKW-Blockheizkraftwerk Erstellt von Dipl.-Ing. Ismail KILIÇ Projektmanager Alternative und Erneuerbare Energien Zertifikat: WBS Training AG Berlin Fachkraft für Solartechnik und Photovoltaik Zertifikat: TÜV SÜD Akademie Berlin E-Mail: Web: Energetische Kenngrößen und Auslegung des BHKW Fth thermische Leistung eines BHKW in kw Pel elektrische Leistung eines BHKW in kw FV Verlustleistung eines BHKW in kw Fges Gesamtleistung eines BHKW in kw Fges = Fth + Pel + FV Berechnung des Wirkungsgrades des BHKW hth thermischer Wirkungsgrad hel elektrischer Wirkungsgrad hv Verlustwirkungsgrad hges Gesamtwirkungsgrad hges = hth + hel Fges = Fth / hth oder Fges = Pel / hel Fth = Pel * hth / hel oder Pel = Fth * hel / hth Berechnung der Leistung des BHKW aus vorgegebenen Arbeitsgrößen Qth tägliche Wärmearbeit in kwh/d Wel tägliche elektrische Arbeit in kwh/d tvl Tagesvollaststunden (Laufzeit) des BHKW Fth = Qth / tvl oder Pel = Wel / tvl Fges = Qth /(hth * tvl) oder Fges = Wel /(hel * tvl) Auslegung eines stromgeführten BHKW Wel Tägliche elektrische Arbeit in kwh/d tvl Tagesvollaststunden (Laufzeit) des BHKW in h/d erf. Pel = Wel / tvl Erforderliche elektrische Leistung Fth = Pel * hth / hel Gleichzeitig erreichbare Wärmeleistung Erreichbare Gesamtleistung Copyraigth ISMAILO DEMENIZ ismailkilic@t-online.de www.mamekiye.de Seite 6
BHKW-Blockheizkraftwerk Fges = Pel / hel Beispiel: Auslegung eines stromgeführten BHKW Wel = 32.000 kwh/a = 87,67 kwh/d tvl = 19,6 h/d hel = 35 % hth = 55 % erf. Pel = 87,67 / 19,6 = 4,47 kw Erforderliche elektrische Leistung Fth = 4,47 * 0,55 / 0,35 = 7,03 kw Gleichzeitig erreichbare Wärmeleistung Erreichbare Gesamtleistung Fges = 4,47 / 0,35 = 12,77 kw Täglicher Brennstoffbedarf des BHKW Qth = 365 * tvl * Fth = 365*19,6*7,03 = 50.293 kwh/a Bei Verwendung von Erdgas H: ( Hi = 10,06 kwh/m³) Bei vollem Betrieb des BHKW über das gesamte Jahr können erzeugt werden erf. BHa = 365 * tvl * Fges / Hi = 365*19,6*12,77 / 10,06 erf. BHd = 12,77 * 19,6 / 10,06 = 24,88 m³ Wel = 365 * tvl * Pel = 365*19,6*4,47 = 31.978 kwh/a Jährlich erforderliche Brennstoffmenge erf. BHa = 9.081 m³ Seite 7
Die Kosten einer BHKW-Anlage Copyraigth by ISMAILO DEMENIZ Erstellt von Dipl.-Ing. Ismail KILIÇ Projektmanager Alternative und Erneuerbare Energien Zertifikat: WBS Training AG Berlin Fachkraft für Solartechnik und Photovoltaik Zertifikat: TÜV SÜD Akademie Berlin E-Mail: Web ismailkilic@t-online.de www.mamekiye.de BHKW-Kenndaten 2014 ASUE-Arbeitsgemeinschaft für Sparsamen und Umweltfreundlichen Energieverbrauch e.v. Leistungsbereiche der erfassten BHKW-Anlagen Erdgas: 0,3 18.320 kwel Biogas: 1,3 8.924 kwel Klärgas: 1,3 2.000 kwel Deponiegas: 30,0 2.730 kwel Grubengas: 35,0 3.044 kwel Heizöl: 0,3 17.076 kwel Rapsöl: 5,0 17.076 kwel Die Richtwerte für die Anschaffungskosten einer BHKW-Anlage Die Richtwerte für die Anschaffungskosten einer BHKW-Anlage mit Kostenposition (1-7) Die Anschaffungskosten einer BHKW-Anlage ergeben sich dementsprechend aus der Summe der Kostenpositionen 1-7 ohne Position 5. Am Beispiel von Erdgas-BHKW ist in Tabelle 3-5 die Kostenaufteilung in verschiedenen Leistungsklassen dargestellt. Seite 8
Die Kosten einer BHKW-Anlage Die folgenden Abbildungen enthalten Darstellungen der spezifischen, d.h. auf die elektrische Leistung bezogenen, Richtpreise der Anbieter für Erdgas-BHKW, Biogas-BHKW (ohne die Kosten einer Gasaufbereitung) und Pflanzenöl-BHKW. Für entsprechende Auswertungen Heizöl-BHKW waren ausreichende Datenpunkte nicht verfügbar. Die Richtwerte für die Anschaffungskosten einer BHKW-Anlage Ausgleichsfunktion: Y1 = 9332,6 X -0,4611 [ /kw elektrisch 925,99 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y2 = 3976,1 X -0,2497 [ /kw elektrisch 1137,85 [ /kw elektrisch z.b.: X = 150 kw elektrisch Y1=925,99 [ /kw elektrisch Y2=1137,85 [ /kw elektrisch X = 75 kw elektrisch Y1=1274,72[ /kw elektrisch Y2=1352,87 [ /kw elektrisch Seite 9
Die Kosten einer BHKW-Anlage Die Richtwerte für die Anschaffungskosten einer BHKW-Anlage Ausgleichsfunktion: Y1 = 15648 X -0,5361 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y2 = 9332,6 X -0,6513 [ /kw elektrisch Seite 10
Die Kosten einer BHKW-Anlage Die Richtwerte für die Anschaffungskosten einer BHKW-Anlage Seite 11
Die Kosten einer BHKW-Anlage Ausgleichsfunktion: Y1 = 195,11 X -0,2417 [ /kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y2 = 185,53 X -0,238 [ /kw elektrisch Die Richtwerte für die Kosten der Generalüberholung einer BHKW Die Abb. 3-10 und 3-11 enthalten Darstellungen der spezifischen Richtpreise für die Generalüberholung von Erdgas-BHKW bzw. Biogas- und Schwachgas BHKW in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung. Für Heizöl- und Pflanzenöl-BHKW war die Anzahl der Richtpreisangaben zur Erstellung entsprechender Auswertungen nicht ausreichend. Ausgleichsfunktion: Y1 = 832,45 X -0,2808 [ /kw elektrisch Seite 12
Die Kosten einer BHKW-Anlage Ausgleichsfunktion: Y1 = 830,23 X -0,2683 [ /kw elektrisch Die Richtwerte für die Kosten von Instandhaltungsverträgen einer BHKW-Anlage Die Abb. 3-12 und 3-13 enthalten Darstellungen der spezifischen Kosten von Instandhaltungsverträgen für Erdgas-BHKW bzw. Biogas und Schwachgas BHKW in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung. Für Heizöl- und Pflanzenöl-BHKW war die Anzahl der Richtpreisangaben zur Erstellung entsprechender Auswertungen nicht ausreichend. Seite 13
Die Kosten einer BHKW-Anlage Ausgleichsfunktion: Y1 = 2,3133 X -0,141 [cent / kw elektrisch Ausgleichsfunktion: Y1 = 17,053 X -0,4782 [cent / kw elektrisch Seite 14