Überblick über Abwärmekonzepte für Biogasanlagen Seminar zur Abwärmenutzung von Biogasanlagen 06.03.2013 Dominik Rutz, Rita Mergner WIP Renewable Energies Sylvensteinstr. 2 81369 München
Hintergrundinformation Handbuch Nachhaltige Wärmenutzung von Biogasanlagen Englische Version (kostenlos) verfügbar Deutsche Version (kostenlos) verfügbar (bisher nur online) Stellt verschiedene Abwärme-Konzepte vor Beinhaltet KEINE ökonomischen Daten, da diese Details separat im Projekt behandelt werden. 2
Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Beispiel: Bachelorarbeit zur Direktvermarktung Empfehlungen 3
Biogasnutzung bis zum Kochofen Dominik Rutz Von der Brenstoffzelle Dominik Rutz 4
Normale Verwendung von Biogas Dominik Rutz Dominik Rutz Dominik Rutz 5
Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Empfehlungen 6
Herausforderungen der Biogas-Abwärme Saisonalität: Sommer-Winter Abgelegenheit der BGA Wärmemenge und qualität Wirtschaftlichkeit Abhängigkeitsrisiko von Wärmeabnehmern Akzeptanz der Nachbarn Preise für andere Energieträger 7
Wärmemenge BHKW Effizienz (~90%) 10% Verluste 35% mechanische Energie (Strom) 55% nutzbare Wärme Beispiel: 500 kw el Anlage ~ 500 kwth ~4.000 MWh th /Jahr Ø Verbrauch (WW, Heizen) pro Person: 7.373 kwh/jahr ~ Wärmebedarf für ca. 535 Personen ABER 8
Wärmequalität Lastgänge Quelle: BiogasHeat Handbook 9
Wärmequalität Wärmebedarf: Jahresdauerlinie Quelle: BiogasHeat Handbook 10
Wärmequalität Beispiele für benötigte Temperaturlevels: Warmwasser: 50-80 C Beheizung Wohnhäuser: 50-80 C Rankine Kreisläufe (ORC): 60-565 C Trocknung von Agrarprodukten: 60-150 C Zur Verfügung stehende Temperaturlevels (BHKW): 3-5% Strahlungsverluste (nicht nutzbar) 1-3% Schmieröl: 80-90 C 30-49% Motorkühlung (Kühlwasser): 80-90 C 50-60% Abgase: 460-550 C 11
Inhalt Einleitung Eigenschaften der Biogas Abwärme Überblick über Wärmekonzepte Innovativere Konzepte Empfehlungen 12
Nutzungspfade für Biogas Quelle: BiogasHeat Handbook 13
Konventionelle Wärmenutzung Source: Thermaflex Isolierprodukte GmbH Dominik Rutz Dominik Rutz Problem: oft keine Wärmeverbraucher vorhanden oder > 4 km entfernt 14
Konventionelle Wärmenutzung Positivliste EEG 2012: Beheizung, Warmwasserbereitstellung oder Kühlung von Gebäuden bis zu 200 kwh/m³/jahr Wärmeeinspeisung in ein Netz mit einer Länge von mindestens 400 m (Verluste < 25%) Prozesswärme für Industrie Trocknung von Holz: 0,9 kwh je Kilogramm Holz 15
Trocknung von Hackschnitzeln Dominik Rutz Dominik Rutz Positivliste EEG 2012: Trocknung von Holz: 0,9 Kilowattstunden je Kilogramm Holz 16
Stallheizung Positivliste EEG 2012: Beheizung von Tierställen mit folgenden Obergrenzen pro Kalenderjahr: aa) Geflügelmast: 5 Kilowattstunden pro Tierplatz, bb) Sauenhaltung: 350 Kilowattstunden pro Tierplatz, cc) Ferkelaufzucht: 75 Kilowattstunden pro Tierplatz, dd) Schweinemast: 45 Kilowattstunden pro Tierplatz 17
Gewächshaus Dominik Rutz Dominik Rutz Dominik Rutz EEG 2012 Positivliste: Beheizung von Unterglasanlagen für die Aufzucht und Vermehrung von Pflanzen 18
Hygienisierung: Abfallanlagen Dominik Rutz Dominik Rutz Dominik Rutz Positivliste EEG 2012: Nutzung als Prozesswärme zur Hygienisierung oder Pasteurisierung von Gärresten, die nach geltendem Recht der Hygienisierung oder Pasteurisierung bedürfen 19
Gärrestbehandlung Bandtrockner; Quelle: STELA Laxhuber GmbH Source: Chiumenti Positivliste EEG 2012: Nutzung als Prozesswärme zur Aufbereitung von Gärresten zum Zweck der Düngemittelherstellung 20
Aquakultur: Fisch & Garnelen Nischenlösung! Wasseranschluss Fachwissen: Aquakultur, Verarbeitung und Marketing Absatzmarkt Produktpreis & Qualität Verfügbare Technologie Investitionskosten Gesetzgebung http://www.garnelenhof.de http://www.garnelenhof.de 21
Alternative zu Nahwärmenetz: Biogasleitung und Satteliten-BHKW Nur eine Leitung notwendig BHKW ist direkt an der Wärmebedarfsquelle Keine Wärmeverluste in der Leitung Nur eine Leitung ist notwendig Geringere Installationskosten Gasleitung eher für längere, Wärmeleitung eher für kürzere Distanzen 22
Mobile Wärmetransport in Containern Latentwärmespeicher: PCM (Sodiumacetat, Bariumhydroxid) Taschenwärmer Wikipedia Güterzug-Container: TransHeat GmbH LKW-Container: LaTherm GmbH Thermodynamische Speicher: Zeolithe Wikipedia 23
Mobile Wärmetransport in Containern Niedrige Temperaturniveaus (48/78 C) Logistische Herausforderung Maximale Distanz: 30 km Mindestens 250 kw th der BGA Mindestens 125 kw th Abnahme Wenig Erfahrung (vor allem im Biogasbereich) Quelle: TransHeat GmbH 24
Zusätzliche Stromproduktion: ORC Anlagen Source: GE Energy Source: GE Energy Positivliste EEG 2012: Nutzung der Abwärme aus Biomasseanlagen, um hieraus Strom zu erzeugen, insbesondere in Organic-Rankine- und Kalina-Cycle-Prozessen. 25
Zusätzliche Stromproduktion: Abgasturbine (Quelle: Schnell Motoren AG) 235 kw el Zündstrahlmotor mit integrierter 30 kw el Abgasturbine Nach SCHNELL ist die Energieausbeute um 20% höher als in Gas-Otto-Motoren 26
Absorptionskältemaschine Anwendungsmöglichkeiten: Eisproduktion, Fischindustrie, Lebensmittelkühlung, Schweinestallklimatisierung, Molkerei/Milchverarbeitung, Metzgerei, Brauerei, Eisproduktion, etc. Quelle: BiogasHeat Handbook 27
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Aufbereitung zu Biomethan Dominik Rutz Dominik Rutz Druckwechseladsorption, Druckwasserwäsche, Aminwäsche Momentan: hauptsächlich für große Anlagen Entscheidend: Distanz zum Erdgasnetz 29
Biomethantransport in Containern Dominik Rutz Borås Schweden 30
Biomethan in Fahrzeugen Dominik Rutz Linköping, Sweden Hauptsächlich für große Anlagen Hängt von Verkehrspolitik ab Dominik Rutz 31
Biogas als Beitrag zur Netzstabilität Regelenergie: Biogas-strom als Minutenreserve Direktvermarktung: Marktprämie, Managementprämie, Flexibilitätsprämie Quelle: http://www.next-kraftwerke.de/virtuelles-kraftwerk-next-pool/biogas Auswirkung auf Wärmeproduktion und Speicherung 32
Power-to-Gas Quelle: BiogasHeat Handbook 33
Innovative Konzepte Viele innovative Konzepte sind meist sehr investitionsintensiv und daher eher für größere Anlagen Normale Anlagen müssen unbedingt zeigen, dass sie effizient sind (d.h. Wärmenutzung haben) um öffentlicher Kritik standzuhalten 34
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Empfehlungen Bei voller Wärmenutzung ist die Effizienz eines BHKWs klar im Vorteil (gegenüber Biomethaneinspeisung) und sollte daher Priorität haben. Zentrale Fragen: Kann die Abwärme selbst genutzt werden? Wie viel? Gibt es externe Wärmeabnehmer in der Nähe? Können neue Wärmeabnehmer in der Nähe angesiedelt werden, falls es keinen Wärmeabnehmer in der Nähe gibt? Falls kein Wärmeabnehmer gefunden werden: Biomethananlage, ORC, Biomethan-Container, Mobile Wärmespeicher (Probleme: Wirtschaftlichkeit, technische Probleme) 36
Weiterführende (kostenlose) Literatur BiogasHeat Handbuch (Deutsche Version; bald verfügbar) (www.biogasheat.org) Leitfaden zur Wärmenutzung bei Biogasanlagen der ARGE Kompost & Biogas (http://www.kompostbiogas.info/index.php?option=com_rsfiles&task=files.download&pat h=...biogas...20081121+waermenutzungsleitfaden.pdf&itemid=145) Wärmenetze an Biogasanlagen ein Leitfaden Region Aktiv Wendland/Elbetal (http://www.emma-ev.de/downloads/4) Abwärmenutzung von Biogasanlagen (http://www.wendlandelbetal.de/download.php?id=1135458,394,3) Wohin mit der Wärme von Biogasanlagen? (http://themen.agrarheute.com/thema/biogas-abwaermenutzung) 37
Vielen Dank! Kontakt: Dominik Rutz (Dipl.-Ing; M.Sc.) Rita Mergner (M.A.) dominik.rutz@wip-munich.de Tel.: 089 720 12 739 www.wip-munich.de www.biogasheat.org 38