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Biogasanlagen in der Landwirtschaft

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Überblick und aktuelle Projekte

Agenda

1 Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage

2 Aktuelle Situation in Deutschland

3 Optimierungspotenzial bei

Biogasanlagen

4 Aktuelles Projekt PROBIG

5 Kooperation BAV

6 Ausblick

Aufbau & Funktionsweise einer Biogasanlage

Anaerobe Vergärung

• Faulung in anaerobem Milieu

(unter Ausschluß von Sauerstoff)

• Umsetzung des Materials durch

verschiedene Bakterienverschiedene Bakterien

• Produktion von Methangas (CH4)


Anaerober Vergärungsprozess


Anlagenkomponenten

• Lagertanks für unterschiedliche Substrate

• Fermenter mit flüssiger & gasförmiger Phase

• Endlager für anfallenden Gärrest• Endlager für anfallenden Gärrest

• Blockheizkraftwerke zur Verbrennung

des Biogases


Schema Biogasanlage


Biogasreaktor (Fermenter)

• zwei Phasen – 1000 m³ flüssige Phase und

300 m³ Gasphase

(bei einer Leistung von 300 KW)

• konstante Temperatur

• drei Temperaturbereiche sind möglich• drei Temperaturbereiche sind möglich

• psychrophil ≤ 25 °C

• mesophil 30 – 45 °C

• thermophil > 50 °C

• regelmäßige Durchmischung ist wichtig


UnterschiedNass- und Trockenfermentation

• Unterscheidung nach Trockensubstanzgehalt

• Nassfermentation ab einem TS < 15%

• Trockenfermentation ab einem TS > 25%

• Nassfermentation ist weiter verbreitet• Nassfermentation ist weiter verbreitet

• Wo liegen die Vorteile der Nassfermentation?


Verwendete Substrate

Aktuelle Situation in Deutschland

Anzahl an Biogasanlagen in den Bundesländern

Hessen

Nordrhein-Westf.

Niedersachsen

Baden-Württemb.

Bayern

1,6

8

19,8

9,3

27

2

1,9

8

14,9

17,2

45,6

Anteil am Biogasanlagenbestand Anteil an der Installierten elektrischen Gesamtleistung

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

B / HB / HH

Saarland

Rheinland-Pfalz

Thüringen

Sachsen-Anhalt

Brandenburg

Sachsen

Meckl.-Vorp.

Schleswig-…

0,3

1

1,5

5,2

5,5

5,6

5,4

5,9

4

0,2

0,7

1,3

1,7

1,9

1,4

1,7

1,6

2

Biogasanlagen in %


Entwicklung des Anbaus von NawaRos


Anstieg der Preise für NawaRos

• Verteuerung der Getreidepreise um 20%

gegenüber dem Vorjahr

• weiterer Preisanstieg ist zu erwarten


Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Gesetzesnovellierung 1.August 2004

Mindestvergütung

Mindestvergütungssätze in

Cent pro Kilowattstunde ab

Inkrafttreten des Gesetzes

Anlagenleistung bis einschließlich

150 kWel11,50

Anlagenleistung bis einschließlich

500 kWel9,90

Anlagenleistung bis einschließlich 5 8,90

Anlagenleistung bis einschließlich 5

MWel8,90

Anlagenleistung bis einschließlich 20

MWel8,40

Nawaro-Bonus

Stromgewinnung ausschließlich aus

Pflanzen- und

Pflanzenbestandteilen, die keiner

weiteren als zu ihrer Ernte,

Konservierung oder Nutzung in der

Biogasanlage erfolgten Aufbereitung

oder Veränderung unterzogen wurde

und/oder Gülle im Sinne der EG-

Verordnung Nr. 1774/2002a

6 Cent pro Kilowattstunde

zusätzlich für Anlagen mit einer

Leistung bis einschließlich 500

kWel

4 Cent pro Kilowattstunde für

Anlagen mit einer Leistung bis

einschließlich 5 MWel


Technologie-Bonus

Bei Einsatz neuer Technologien

(thermochemische Vergasung,

Brennstoffzelle, Gasturbine,

Dampfmotor)b

2 Cent pro Kilowattstunde

zusätzlich für Anlagen mit einer

Leistung bis einschließlich 20 Mwel,

ausschließlich für Strom im Sinne

des KWK-Gesetzes

Absenkung der

Mindestvergütung für Anlagen,

die ab diesem Zeitpunkt neu in

Betrieb genommen werden

ab dem 1. Januer 2005

jährlich jeweils um 1,5% des

VorjahreswertesBetrieb genommen werden

Vorjahreswertes

Die im Jahr der Inbetriebnahme

gültigen Vergütungen sind für

die Dauer von 20 Jahren zu

zahlen

Zahlungsverpflichtung für

Vergütung und Zuschläge über 20

Jahre

Beschränkung des

Zündöleinsatzes

Zündstrahlmotoren, die ab dem 1.

Januar 2007 in Betrieb genommen

werden, müssen zur Zünd- und

Stützfeuerung ausschließlich

Biomasse oder

Pflanzenölmethylester verwenden,

ansonsten entfällt

Vergütungspflicht.


Landwirtschaftliche Biogasanlagen• zwei Betriebsstrategien für landwirtschaftliche

Biogasanlagen

• geringe Faulraumbelastung

• stabiler Fermentationsprozess

• schlechte Ausnutzung des • schlechte Ausnutzung des

Anlagenpotenzials

• hohe Faulraumbelastung

• maximale Ausnutzung der

Anlagenkapazität

• sehr komplexe Anlagenregelung und

–steuerung


• maximale Anlagenausnutzung +

stabiler Fermentationsprozess

• Simulation diverser Substratkombinationen,

um deren Auswirkungen abzuschätzen

Langfristige Ziele in der Biogastechnologie

um deren Auswirkungen abzuschätzen

• Fütterungsregelung in Abhängigkeit des

Fermentationsprozesses

• Früherkennung von gefährlichen Zuständen

• Verbesserung der Anlageneffektivität

Optimierungspotenzial

• biologische Optimierung des


• Erhöhung der Biogasproduktion durch

zusätzliche Bakterienstämme

• Fällung von Hemmstoffen

Zwei Bereiche der Optimierung

• Fällung von Hemmstoffen

• Regelungstechnische Optimierung des


• Erprobung neuer Messtechnik zur

Prozessanalyse und –beobachtung

• Entwicklung intelligenter

Regelungsstrategien


• pH-Messung

• Redoxpotenzial

• TS-Gehalt der Substrate und im Fermenter

• Ammoniumstickstoff

Messtechnik auf Biogasanlagen

• organische Säuren


• Optimierung der Substratzufuhr mit

Genetischen Algorithmen

• Simulation des Fermentationsprozess und

Erstellung von Prognosen

Intelligente Regelungsstrategien

Erstellung von Prognosen

• Früherkennung von Gefahrenzuständen

• Reduzierung der Substrat- und Energiekosten

Aktuelles Projekt PROBIG

• Simulation der Biogasanlage Reenergie in

Reinheim

Optimale Prozessführung von Biogasanlagen

mit einem intelligenten adaptiven Reglersystem

Reinheim

• Optimierung der Substratzufuhr mit

genetischen Algorithmen

• Warum ist Optimierung notwendig?


ASM1m

IWA‘s ADM1-Modell

ADM1

ASM1m

ADM1

ADM1

Kurzinformationen

• entwickelt von der IWA Task Group for

Mathematical Modelling of

Anaerobic Digestion Processes

• erschienen in 2001


• erschienen in 2001

• dient der Beschreibung anaerober

Abbauprozesse

Beschickung der

Analyse des Biogases

pH-Messung


Beschickung der

Biogasanlage

CCM

Roggenmaische

Schweinegülle

Fermenter

Biogasgewinnung

Endlagerung

des

Gärrestes

Energiebilanz

Energiegewinn aus Biogas - Beschickungskosten - Heizkosten des Fermenters

Vorteile einer Simulation des Biogasprozesses

• Ertragraten verschiedener Substrate

können simuliert werden.

• Produktion von Hemmstoffen kann von

vornherein abgeschätzt werden.


vornherein abgeschätzt werden.

• Berücksichtigung unterschiedlichster

Umgebungsfaktoren und interner

Prozessparameter.

• Beurteilung von Hand ist nicht möglich!

Zusammenbruch der Biogasproduktion in der Simulation


Kritischer Anstieg der organischen Säuren


Folgende hemmende Prozesse können simuliert werden


• zu hoher Ammoniumstickstoffgehalt

• erhöhte Bildung von Ammoniak durch

steigenden pH-Wert

• zu hoher TS-Gehalt

• zu hoher Substratdurchsatz in zu kurzer

Zeit

• erhöhte Bildung von organischen Säuren

Substratoptimierung


Parameter für die Bewertung der Lösungen


• Abbau des Substrates

• Biogasmenge

• Biogasqualität• Biogasqualität

• pH-Wert

• Energieverbrauch

Substratoptimierung


Optimierungsergebnis


Optimierungsergebnis


• Reduzierung der Substratmenge

insgesamt um mehr als 20%

• Reduzierung der Energiekosten

• Gleiche Biogasausbeute• Gleiche Biogasausbeute

• Gleiche Biogasqualität

• Weiterhin stabiler Anlagenbetrieb

• Optimierungspotenzial hängt von

der Anlage ab und ist stark

unterschiedlich

Kooperation BAV

• große Biogasanlage auf der ehemaligen

Leppe Deponie

• elektrische Leistung 1,3 MW

Kooperation mit dem Bergischen Abfallwirtschaftsverband

(in Vorbereitung)

• elektrische Leistung 1,3 MW

• Substrate:

• Abfall aus der braunen Tonne

• Grünschnitt

• Simulation und Optimierung der Anlage

und Test neuartiger Messtechnik zur

Online-Prozessüberwachung

Ausblick

• Konsolidierung auf dem Biogasmarkt durch

• steigende Rohstoffpreise

• häufig inaktive Anlagenführung

• Flut von Biogasanlagenbauern auf dem Markt

Entwicklung der Biogasbranche

• Flut von Biogasanlagenbauern auf dem Markt

• Online-Messungen gewinnen stark an Bedeutung.

• Entwicklung und Forschung nach neuen

Regelungs- und Optimierungsstrategien

• weitere Verschärfung der Marktsituation durch

neue Form des EEG.

Vielen Dank

für Ihre Aufmerksamkeit

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