Mehr Flexibilität ist machbar

Die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft in Freising erforscht, was zur weiteren Flexibilisierung der Stromproduktion aus Biogas nötig ist.
nach Quelle: E&M PowerNews, 08. Mai 2017



Bildquelle: Fotolia© Jürgen Fälchle

Biogas ist eine erneuerbare Energiequelle, die sich, anders als Photovoltaik oder Windenergie, flexibel einsetzen lässt und deswegen gerade bei einem verstärkten Ausbau von PV und Wind in der neuen Energiewelt gebraucht wird. Was Betreiber von Anlagen tun können und müssen, damit sich Biogas- und Stromproduktion flexibel einsetzen lassen, erforscht das Institut für Landtechnik und Tierhaltung der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft.
Genutzt wird dazu die Biogasanlage der Forschungseinrichtung im oberbayerischen Grub. Dort will man eine Energiewirtschaft mit dörflichem Charakter und einem möglichst hohen Anteil von eigenproduziertem Strom und eigenproduzierter Wärme nachbilden.
 
Spitzenlastaggregat zum Grundlastmotor ergänzt
 
Erfahren will man durch die Versuche insbesondere, wie sich der geänderte Start-Stopp-Modus der BHKW-Motoren auf Wirkungsgrad, Emissionen, Wartungsbedarf und Verschleiß der Motoren auswirkt und wie der Gärprozess in der Biogasanlage an die dynamisierten Anforderungen angepasst werden kann. In der ersten Versuchsphase hat man die bestehende Biogasanlage, die bisher im Grundlastbetrieb fuhr, auf den Intervallbetrieb umgerüstet. Dazu wurde das Grundlast-BHKW mit 75 kW Leistung um ein Spitzenlast-BHKW mit 203 kW ergänzt. Die KWK-Anlage hat man zudem mit dem Mittelspannungsnetz verbunden. Gleichzeitig rüsteten die Forscher das bestehende Güllelager mit einem Behälter für Zuckerrübenbrei aus, um schnell zusätzliches Gas produzieren zu können. Die Installation eines Wärmespeichers soll noch folgen.
 
Das Spitzenlast-BHKW in der Versuchsanlage ist seit Ende November 2016 in den Betriebsablauf integriert. Eine Gasaufbereitung und eine Motorvorwärmung bereiten die Aggregate auf die neue Betriebsweise vor. Das Spitzen-BHKW kann seinen Betrieb zwischen Volllast und 60 Prozent Teillast variieren, das Grundlast-BHKW wird nur zu- oder abgeschaltet. Eine PV-Anlage mit 55 kWp ergänzt die Stromproduktion.
Im täglichen Betrieb soll das Lastmanagement dafür sorgen, dass Biogas als speicherbarer erneuerbarer Energieträger die volatile Stromproduktion der PV-Anlage ausgleicht und dass Verbrauchsspitzen in Grub gezielt abgefahren werden können.
 
Hohe Anforderungen an die Planung
 
Die Umrüstung vom Grundlastbetrieb auf eine bedarfsorientierte Fahrweise bringt hohe Anforderungen an die Planung mit sich und erfordert Fingerspitzengefühl, schreibt Simon Tappen vom Institut für Landtechnik und Tierhaltung in seinem Projektbericht. Um eine optimale Prognose für die Substratzufuhr und die Energieproduktion in der Biogasanlage erstellen zu können, hat man wöchentliche Fahrpläne für den Anlagenbetrieb entwickelt, die immer wieder angepasst werden. Dabei ist es wichtig, den Strombedarf in der Liegenschaft möglichst gut zu decken, ohne Überkapazitäten zu schaffen. Denn die Anlage soll nichts ins öffentliche Netz einspeisen, weil sie keine EEG-Vergütung bekommt.
 
Um den Betrieb der Anlage genau zu erfassen, wurde eine Mess- und Regeltechnik installiert. Sie erlaubt Aussagen über den Substrateinsatz sowie über die Gas- und Stromproduktion. Zudem überwacht man die Biologie im Fermenter, um zu sehen, wie sich der Intervallbetrieb auf diesen Teil der Biogasanlage auswirkt. Aus den Ergebnissen will man dann Aussagen über Anforderungen und Grenzen der flexiblen Energieproduktion treffen.Erste Ergebnisse aus den Versuchen gibt es bereits. So stellte man während der Startphase fest, dass die gemeldeten Störungen hauptsächlich auf die BHKW-Motoren zurückzuführen sind. Tappen und seine Mitarbeiter empfehlen deswegen, bei Motoren, die umgestellt werden sollen, neben den Wirkungsgraden auch auf die Start-Eigenschaften des Aggregates und auf die Belastbarkeit des Motors zu achten. Auch sollten Betreiber von Anlagen die Möglichkeit von Serviceverträgen genauer prüfen und ihr Augenmerk auf die Lebensdauer von Einzelteilen wie etwa Zündkerzen richten.
 
Besser als die Motoren kam die Biologie mit den unterschiedlichen Belastungen zurecht. Trotz vermehrtem und unregelmäßigem Eintrag von energiereichem Substrat blieb der Prozess im Fermenter stabil. Entsprechende Messwerte, die Rückschlüsse auf den Betrieb der Gasproduktion zulassen, zeigen, dass die Anlage ordnungsgemäß und stabil läuft und die Biologie im Fermenter nicht gefährdet ist.
Derzeit setzt man das Spitzenlast-BHKW zum Abfahren der Bedarfsspitzen unter der Woche ein. Durch eine höhere Substratzufuhr soll das Aggregat künftig aber noch öfter laufen. Geplant ist dazu, mit Zuckerrübenmus den biologischen Teil der Anlage flexibler zu betreiben. Die Substratzufuhr wird so eingestellt, dass der Gasspeicher zu Beginn der prognostizierten Bedarfsspitzen möglichst voll ist.
 
Autor: Armin Müller