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Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft Technische Anforderungen beim flexiblen Betrieb von Biogasanlagen Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut.

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Präsentation zum Thema: "Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft Technische Anforderungen beim flexiblen Betrieb von Biogasanlagen Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut."—  Präsentation transkript:

1 Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft Technische Anforderungen beim flexiblen Betrieb von Biogasanlagen Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut für Landtechnik und Tierhaltung an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft Biogas Spezialberater/-innen am 13./14.10.2014 in Linz

2 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Inhalt 1.Vorstellung 2.Anforderungen bei der Direktvermarktung 3.Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie 4.Anforderungen bei der Flexibilisierung  Anlagentechnik  Gasspeicher  Wärmespeicher  BHKW-Technik 5.Zusammenfassung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 2

3 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Volker Aschmann 3 Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann FH Weihenstephan Fachbereich Gartenbau seit 2002 am Institut für Landtechnik und Tierhaltung an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft Arbeitsgebiete (Projekte): - „Trockenvergärung“ - Entschwefelungsverfahren - seit 2004 BHKW-Messungen in der Praxis - seit 2008 Schulungen im Bereich „Biogas Kompetenz Bayern“ - seit 2014 Leitung der Schulungskonzepte 1. Vorstellung

4 Institut für Landtechnik und Tierhaltung www.lfl.bayern.de 4 Volker Aschmann

5 Institut für Landtechnik und Tierhaltung www.biogas-forum-bayern.de 5 Volker Aschmann

6 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Inhalt 1.Vorstellung 2.Anforderungen bei der Direktvermarktung 3.Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie 4.Anforderungen bei der Flexibilisierung  Anlagentechnik  Gasspeicher  Wärmespeicher  BHKW-Technik 5.Zusammenfassung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 6

7 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 2. Anforderungen bei der Direktvermarktung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 7

8 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmann ILT2c 131 Av 021 8 Foto: dpa Schnittstelle BHKW- Leitwarte Stromhändler 2. Anforderungen bei der Direktvermarktung

9 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 9 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014 Generelle Änderung bei der Direktvermarktung:  Vertrag mit Stromhändler => Verträge müssen geprüft werden!!  Fernsteuerbarkeit muss gewährleistet werden => Zugriff auf Anlage durch Dritte verpflichtend ab 01.04.2015 Quelle: Next Kraftwerke Problem: Jeder Stromhändler hat seine eigene Box => Kompatibilität mit BHKW-Steuerung muss gewährleistet sein 2. Anforderungen bei der Direktvermarktung

10 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Inhalt 1.Vorstellung 2.Anforderungen bei der Direktvermarktung 3.Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie 4.Anforderungen bei der Flexibilisierung  Anlagentechnik  Gasspeicher  Wärmespeicher  BHKW-Technik 5.Zusammenfassung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 10

11 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 2. Anforderungen bei der Direktvermarktung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 11

12 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 12 Bereitstellung von Regelenergie 08.10.2014 3. Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie

13 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 13 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014 3. Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie

14 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Inhalt 1.Vorstellung 2.Anforderungen bei der Direktvermarktung 3.Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie 4.Anforderungen bei der Flexibilisierung  Anlagentechnik  Gasspeicher  Wärmespeicher  BHKW-Technik 5.Zusammenfassung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 14

15 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 15 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 Vorgaben: -Konstante Biogasproduktion -Verstromung nach Fahrplan Auswirkung auf Anlagenbetrieb: -Ertüchtigung der Anlagentechnik -Erhöhung der installierten elektrischen Leistung -Erhöhung des Gasspeichervolumens 08.10.2014 4. Flexibilisierung (Anlagentechnik)

16 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 16 4. Flexibilisierung (Anlagentechnik)

17 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 17 Prüfung:  Aufstellungsbedingungen (BHKW Raum, Anschlüsse)  Ertüchtigung des Einspeisepunktes  Prüfung der Rohrquerschnitte (Gasleitung, Wärmeleitung)  Prüfung der Gasentfeuchtung und Entschwefelung  Prüfung des Gasspeichervolumens 08.10.2014 4. Flexibilisierung (Anlagentechnik)

18 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Inhalt 1.Vorstellung 2.Anforderungen bei der Direktvermarktung 3.Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie 4.Anforderungen bei der Flexibilisierung  Anlagentechnik  Gasspeicher  Wärmespeicher  BHKW-Technik 5.Zusammenfassung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 18

19 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 19 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014 Probleme:  tatsächlich verfügbare Gasvolumen? - Brutto-/Netto-Gasspeichervolumen - Norm-Biogasvolumen - Gasspeicherfüllstand - Entleerung paralleler, unterschiedlicher Gasspeicher  Entschwefelung  Entfeuchtung 4. Flexibilisierung (Gasspeicher)

20 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 20 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 4. Flexibilisierung (Gasspeicher) 08.10.2014

21 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 21 08.10.2014 4. Flexibilisierung (Gasspeicher)

22 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 22 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014 4. Flexibilisierung (Gasspeicher)

23 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 23 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014 Vorteile:  keine Änderung der Lufteinblasung  keine Änderung der Entschwefelung (Aktivkohle)  keine Änderung der Entfeuchtung  gute Füllstandüberwachung 4. Flexibilisierung (Gasspeicher)

24 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Inhalt 1.Vorstellung 2.Anforderungen bei der Direktvermarktung 3.Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie 4.Anforderungen bei der Flexibilisierung  Anlagentechnik  Gasspeicher  Wärmespeicher  BHKW-Technik 5.Zusammenfassung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 24

25 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 25 Aschmann ILT2c 131 Av 004 Wärmespeicher Technik: - Bedarf : Temperaturmessung, Füllstand, Energiemenge (Wärmezähler) - Bruttokapazität:1,16 kWh/m 3 /K - ∆T(95°C – 55°C)= 40K entspricht Netto ca. 40% - Pro 10 kW Leistungserhöhung 1m 3 Speichervolumenbedarf (ohne Wärmeverwertung) Kosten: - 650 €/ m 3 bei 100 m 3 Speicher - 230 €/ m 3 bei 1000 m 3 Speicher - 150 €/ m 3 bei 5.000 m 3 Speicher - Anbindung 30.000 bis 60.000 € - Betriebskosten (Pumpenstrom): 1.000 bis 2.500 €/a Wartung: - 1% der Anlagenkosten/a - Austausch Umwälzpumpe nach ca. 20 Jahren

26 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Inhalt 1.Vorstellung 2.Anforderungen bei der Direktvermarktung 3.Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie 4.Anforderungen bei der Flexibilisierung  Anlagentechnik  Gasspeicher  Wärmespeicher  BHKW-Technik 5.Zusammenfassung 08.10.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 26

27 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Bsp. 500 kW el. : BHKW alt: η = 36% => Gasverbrauch = 267 m 3 ∙h -1 BHKW neu: η = 39% => Gasverbrauch = 247 m 3 ∙h -1 =>Bei 52% Methan-Gehalt = 10,4 m 3 CH 4 ∙h -1 =>Gaseinsparung von 85.280 m 3 ∙a -1 CH 4 bei 8.200 Bh 1 ha Mais = ca. 5.000 m 3 CH 4 => Substrateinsparung pro Jahr ≈ 17 ha Mais 27 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 Kosten von Mais frei Fermenter ca. 1.800 €∙ha -1 => Kosteneinsparung pro Jahr ≈ 30.700 € 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

28 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Quelle: Schnellmotoren AG 28 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

29 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmann ILT2c 131 Av 021 29 Probleme: Ein geringerer Energiegehalt im Brennraum führt zu:  niedrigeren Verbrennungstemperaturen und damit zu  niedrigeren NO x -Konzentrationen (positiv)  höheren CO-Konzentrationen  geringerer Kolbenausdehnung => damit zu höherem Methanschlupf (klimawirksam) => und zu vermindertem elektrischen Wirkungsgraden 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

30 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 30 Aschmann ILT2c 131 Av 021 190 kW el. Gas-BHKW 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

31 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmann ILT2c 131 Av 021 31 Leistungη el. Methanverbrauch m 3 CH 4 /kWh Mehrverbrauch m 3 CH 4 /kWh Mehrkosten €ct./kWh 1) Volllast (100%) 33,20,300 Teillast (80%)32,40,3090,0090,38 Teillast (70%)32,10,3120,0120,51 Teillast (60%)31,80,3150,0150,61 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

32 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Grotholt 2013 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 32 08.10.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

33 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 33 08.10.2014 Probleme:  Probleme beim Startvorgang  Kondensation im Abgastrakt/Turbolader/Katalysator etc. =>Korrosionsprobleme (H 2 S), verminderte Standzeiten  höhere Beanspruchung einzelner Motorkomponenten =>höherer Verschleiß von Anlasser, Lager, Pleuel etc.  Probleme beim Teillastbetrieb Voraussetzungen:  Optimierung des Startvorganges (Verdichter, Gasmischer, Zündzeitpunkt)  Verbesserung der Gasreinigung (Feinreinigung erforderlich)  Auswahl geeigneter Motorkomponenten =>Kostensteigerung? 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

34 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 02.09.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 34 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

35 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 35 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

36 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 36 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

37 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 02.09.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 37 Bh Messung 324 kW el. Gas-BHKW 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

38 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 02.09.2014 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 38 526 kW el. Gas-BHKW 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

39 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 39 BHKW Elektrischer Wirkungsgrad: erste Messung Elektrischer Wirkungsgrad: letzte Messung Beobachtungs- zeitraum Gesamtabnahme des el. Wirkungsgrades Durchschnittliche Abnahme des el. Wirkungsgrades [%] [Bh][%-Punkte][%10.000 Bh -1 ] 190 kW GO 36,734,452.6502,2-0,4 324 kW GO 35,631,942.8403,7-0,7 526 kW GO 38,437,548.1450,9-0,2 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

40 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 40 Zunahme des Gasverbrauchs durch verminderten el. Wirkungsgrad 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

41 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Vergleich BHKW ohne vs. mit Generalüberholung (GÜ): BHKW-Leistung:500 kW el. Jahresbetriebsstunden:8.200 Bh Laufzeit insgesamt:65.000 Bh Zunahme Gasverbrauch:3% bzw. 14% Gaseinsparung mit GÜ:1.316.000 m 3 Biogas bzw. 132 ha Mais Kosten von Mais frei Fermenter ca. 1.800 €∙ha -1 Einsparung durch geringeren Substratbedarf: Gesamt:236.800 € pro kWh:0,73 €ct pro Bh:3,64 €∙Bh -1 41 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

42 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 42 Messzeitraum 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

43 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Verfügbarkeit zwischen 8.180 und 8.650 Bh a -1 BHKW mit GÜ im Schnitt 5% höhere Verfügbarkeit als BHKW ohne GÜ Ertragsdifferenz bei 5% geringerer Verfügbarkeit: 42.500 € a -1 43 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik)

44 Institut für Landtechnik und Tierhaltung Anforderungen an die Anlagentechnik: 1. Ertüchtigung des Einspeisepunktes 2. Überprüfung der Gas- und Wärmestrecke 3. Berechnung des verfügbaren und benötigten Gasvolumens 4. externer Gasspeicher bringt Vorteile 5. Vorteil eines neuen BHKW durch Substrateinsparung 6. Bessere Anpassung neuer BHKW an die Anforderungen 7. Korrosionsproblematik und Standzeiten noch nicht geklärt 8. Feinreinigung des Biogases immer wichtiger Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 44 08.10.2014 5. Zusammenfassung

45 Institut für Landtechnik und Tierhaltung 45 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 Vielen Dank!! 08.10.2014 Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut für Landtechnik Mail: volker.aschmann(at)lfl.bayern.de Tel.: 08161/71 4824


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