Technische Anforderungen beim flexiblen Betrieb von Biogasanlagen 07.04.2017 Biogas Spezialberater/-innen am 13./14.10.2014 in Linz Technische Anforderungen beim flexiblen Betrieb von Biogasanlagen Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut für Landtechnik und Tierhaltung an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft

Inhalt Vorstellung Anforderungen bei der Direktvermarktung Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Anforderungen bei der Flexibilisierung Anlagentechnik Gasspeicher Wärmespeicher BHKW-Technik Zusammenfassung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

1. Vorstellung seit 2002 am Institut für Landtechnik und Tierhaltung 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 Volker Aschmann

www.lfl.bayern.de Volker Aschmann

www.biogas-forum-bayern.de Volker Aschmann

Inhalt Vorstellung Anforderungen bei der Direktvermarktung Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Anforderungen bei der Flexibilisierung Anlagentechnik Gasspeicher Wärmespeicher BHKW-Technik Zusammenfassung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

2. Anforderungen bei der Direktvermarktung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

2. Anforderungen bei der Direktvermarktung Schnittstelle BHKW- Leitwarte Stromhändler Foto: dpa Aschmann ILT2c 131 Av 021

2. Anforderungen bei der Direktvermarktung 07.04.2017 2. Anforderungen bei der Direktvermarktung 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 Problem: Jeder Stromhändler hat seine eigene Box => Kompatibilität mit BHKW-Steuerung muss gewährleistet sein Quelle: Next Kraftwerke Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

Inhalt Vorstellung Anforderungen bei der Direktvermarktung Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Anforderungen bei der Flexibilisierung Anlagentechnik Gasspeicher Wärmespeicher BHKW-Technik Zusammenfassung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

2. Anforderungen bei der Direktvermarktung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

3. Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Bereitstellung von Regelenergie Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

3. Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

Inhalt Vorstellung Anforderungen bei der Direktvermarktung Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Anforderungen bei der Flexibilisierung Anlagentechnik Gasspeicher Wärmespeicher BHKW-Technik Zusammenfassung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (Anlagentechnik) 07.04.2017 4. Flexibilisierung (Anlagentechnik) Vorgaben: Konstante Biogasproduktion Verstromung nach Fahrplan Auswirkung auf Anlagenbetrieb: Ertüchtigung der Anlagentechnik Erhöhung der installierten elektrischen Leistung Erhöhung des Gasspeichervolumens Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (Anlagentechnik) Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

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

Inhalt Vorstellung Anforderungen bei der Direktvermarktung Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Anforderungen bei der Flexibilisierung Anlagentechnik Gasspeicher Wärmespeicher BHKW-Technik Zusammenfassung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (Gasspeicher) 07.04.2017 4. Flexibilisierung (Gasspeicher) Probleme: tatsächlich verfügbare Gasvolumen? - Brutto-/Netto-Gasspeichervolumen - Norm-Biogasvolumen - Gasspeicherfüllstand - Entleerung paralleler, unterschiedlicher Gasspeicher Entschwefelung Entfeuchtung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (Gasspeicher) 07.04.2017 4. Flexibilisierung (Gasspeicher) Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (Gasspeicher) Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (Gasspeicher) 07.04.2017 4. Flexibilisierung (Gasspeicher) Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (Gasspeicher) 07.04.2017 4. Flexibilisierung (Gasspeicher) Vorteile: keine Änderung der Lufteinblasung keine Änderung der Entschwefelung (Aktivkohle) keine Änderung der Entfeuchtung gute Füllstandüberwachung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

Inhalt Vorstellung Anforderungen bei der Direktvermarktung Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Anforderungen bei der Flexibilisierung Anlagentechnik Gasspeicher Wärmespeicher BHKW-Technik Zusammenfassung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

Wärmespeicher Technik: Bedarf : Temperaturmessung, Füllstand, Energiemenge (Wärmezähler) Bruttokapazität: 1,16 kWh/m3 /K ∆T(95°C – 55°C)= 40K entspricht Netto ca. 40% Pro 10 kW Leistungserhöhung 1m3 Speichervolumenbedarf (ohne Wärmeverwertung) Kosten: 650 €/ m3 bei 100 m3 Speicher 230 €/ m3 bei 1000 m3 Speicher 150 €/ m3 bei 5.000 m3 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 Aschmann ILT2c 131 Av 004

Inhalt Vorstellung Anforderungen bei der Direktvermarktung Anforderungen beim Anbieten von Regelenergie Anforderungen bei der Flexibilisierung Anlagentechnik Gasspeicher Wärmespeicher BHKW-Technik Zusammenfassung Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Bsp. 500 kWel.: BHKW alt: η = 36% => Gasverbrauch = 267 m3∙h-1 BHKW neu: η = 39% => Gasverbrauch = 247 m3∙h-1 => Bei 52% Methan-Gehalt = 10,4 m3 CH4∙h-1 => Gaseinsparung von 85.280 m3∙a-1 CH4 bei 8.200 Bh 1 ha Mais = ca. 5.000 m3 CH4 => Substrateinsparung pro Jahr ≈ 17 ha Mais Kosten von Mais frei Fermenter ca. 1.800 €∙ha-1 => Kosteneinsparung pro Jahr ≈ 30.700 € Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) 07.04.2017 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Quelle: Schnellmotoren AG Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Probleme: Ein geringerer Energiegehalt im Brennraum führt zu: niedrigeren Verbrennungstemperaturen und damit zu niedrigeren NOx-Konzentrationen (positiv) höheren CO-Konzentrationen geringerer Kolbenausdehnung => damit zu höherem Methanschlupf (klimawirksam) => und zu vermindertem elektrischen Wirkungsgraden Aschmann ILT2c 131 Av 021

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) 190 kWel. Gas-BHKW Aschmann ILT2c 131 Av 021

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Leistung ηel. Methanverbrauch m3 CH4/kWh Mehrverbrauch Mehrkosten €ct./kWh1) Volllast (100%) 33,2 0,300 Teillast (80%) 32,4 0,309 0,009 0,38 Teillast (70%) 32,1 0,312 0,012 0,51 Teillast (60%) 31,8 0,315 0,015 0,61 Aschmann ILT2c 131 Av 021

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) 07.04.2017 4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Grotholt 2013 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Probleme: Probleme beim Startvorgang Kondensation im Abgastrakt/Turbolader/Katalysator etc. => Korrosionsprobleme (H2S), 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? Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) 324 kWel. Gas-BHKW Bh Messung Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) 526 kWel. Gas-BHKW Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) 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 36,7 34,4 52.650 2,2 -0,4 324 kW GO 35,6 31,9 42.840 3,7 -0,7 526 kW GO 38,4 37,5 48.145 0,9 -0,2 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Zunahme des Gasverbrauchs durch verminderten el. Wirkungsgrad Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Vergleich BHKW ohne vs. mit Generalüberholung (GÜ): BHKW-Leistung: 500 kWel. Jahresbetriebsstunden: 8.200 Bh Laufzeit insgesamt: 65.000 Bh Zunahme Gasverbrauch: 3% bzw. 14% Gaseinsparung mit GÜ: 1.316.000 m3 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 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) Messzeitraum Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

4. Flexibilisierung (BHKW-Technik) 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 Aschmannr ILT2a 14-1Av 003 02.09.2014

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

Vielen Dank!! Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut für Landtechnik 07.04.2017 Vielen Dank!! Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut für Landtechnik Mail: volker.aschmann(at)lfl.bayern.de Tel.: 08161/71 4824 Aschmannr ILT2a 14-1Av 005 08.10.2014