Biomethan zu erzeugen, ist eine Option für Biogasanlagenbetreiber, die wenig BHKW-Abwärme sinnvoll nutzen können. Genau dieses Problem hatten sowohl die Betreiber der Biogas Maihingen GbR als auch der Nord-Ries-Energie Marktoffingen GmbH.
Die ursprüngliche Biogasanlage am Standort Maihingen im schwäbischen Landkreis Donau-Ries (Bayern) ging 1999 mit 500 kW elektrisch in Betrieb. Im Jahr 2004 kam ein zweites mit ebenfalls 500 kW hinzu. Die Wärme sollte eigentlich an ein Gewächshaus abgegeben werden. Doch aus diesem Plan wurde nichts, weil das Gewächshaus nicht gebaut wurde.
Wegen fehlender Wärmeabnehmer überlegten die beiden Geschäftsführer Josef Stimpfle und Georg Thum von der Biogas Maihingen GbR schon im Jahr 2002, Biomethan zu erzeugen. Im Jahr 2006 wurde ein Vertrag zwischen Energie Schwaben und der Biogas Maihingen abgeschlossen. Der Energieversorger hat die nötige Erdgasleitung verlegt und die Biomethanaufbereitungsanlage aufgebaut. Seit 2008 produziert sie Biomethan in Erdgasqualität.
Maihingen: Aufbereitung mit Druckwasserwäsche von Malmberg
Die Technik der in Maihingen errichteten Druckwasserwäsche ist vom schwedischen Hersteller Malmberg. Die deutsche Vertriebsgesellschaft ist die Malmberg Bioerdgastech GmbH, in Zwenkau im Landkreis Leipzig (Sachsen). Die Maihinger Anlage kann bis zu 1.200 m³ Biogas pro Stunde verarbeiten und daraus bis zu 650 m³ Biomethan pro Stunde erzeugen. Im Schnitt erzeugt die Biogas Maihingen 600 m³ Biomethan pro Stunde.
Um ausreichend Biogas für die Biomethanherstellung liefern zu können, erweiterten Josef Stimpfle und Georg Thum zusammen mit anderen Landwirten die Biogasanlage am Standort Maihingen. So stehen jetzt für die Biomethanaufbereitung stündlich 1.200 m³ Biogas zur Verfügung.
Im Jahr 2019 wollte Energie Schwaben die Aufbereitungsanlage verkaufen, weil ihnen die Kosten und der Aufwand für Wartungen und Reparaturen zu hoch waren. Josef Stimpfle und Georg Thum haben sie daraufhin übernommen und betreiben die Biomethanaufbereitung jetzt in Eigenregie.
Bis dahin gab es häufig Ausfälle, weil z.B. die Kompressoren für die Druckwasserwäsche etwa alle halbe Jahre kaputt gingen, wie Josef Stimpfle berichtet. „Wir haben daher die Ölwechselintervalle deutlich verkürzt und wechseln das Öl jetzt alle zwei Wochen und nicht erst nach 3.000 h, wie es der Wartungsplan des Herstellers vorsah. Außerdem haben wir immer einen Ersatzkompressor für den Fall der Fälle auf Lager.“
Als noch Energie Schwaben für den Betrieb verantwortlich war, musste immer ein Servicetechniker aus Augsburg kommen. Und so stand die Anlage in den ersten Betriebsjahren rund 10 % der Zeit still.
Währenddessen lief die Gasfackel. Die Ausfallzeit musste Energie Schwaben bezahlen. Das hatten Josef Stimpfle und Georg Thum bei Vertragsabschluss vorsorglich so vereinbart. Berechnet wurde der Preis für das nicht eingespeiste Biomethan auf Basis der Methangaseinspeisung der letzten drei Stunden.
„Seitdem wir uns selbst um die Aufbereitungsanlage kümmern, beträgt die Ausfallzeit nur noch ein Prozent. Darin eingeschlossen sind auch die geplanten Ausfälle durch turnusmäßige Wartungen,“ sagt Josef Stimpfle.
Zusätzlich haben die Maihinger einen leistungsfähigeren Gaskühler angeschafft und einen Aktivkohlefilter installiert. Denn der vorherige Kühler hat das durch die Komprimierung erhitzte Gas im Sommer nicht ausreichend gekühlt. Das Wasser in der Absorptionskolonne erhitzte sich und nahm weniger CO2 auf. Die Leistung der Methanaufbereitung sank.
Der vorgeschaltete Aktivkohlefilter entzieht dem Biogas den Schwefel, der ansonsten durch Bildung von Schwefelsäure das Wasser in der Druckwasserwäsche sauer machen und zu Korrosion an den Schiebern führen würde.
Flex-BHKW gibt Sicherheit
Die Gasfackel läuft heute nur noch selten, zum einen, weil es weniger Ausfälle bei der Methanaufbereitung gibt und zum anderen, weil die Biogas Maihingen in weitere BHKW investiert hat. Seit der Flexibilisierung der Biogasanlage im Jahr 2020 sind jetzt 3 MW installiert.
Das gibt Sicherheit, wenn die Biomethanaufbereitungsanlage mal ausfällt, z.B. bei Wartungsarbeiten. Die Ausfallzeiten bekommt die Biogas Maihingen ja nun nicht mehr bezahlt. Während eines Stopps der Aufbereitung verbrennt der „Flex“-Motor mit 1,5 MW das zusätzlich anfallende Biogas. „Außerdem reduzieren wir die Fütterung, um die Biogasproduktion für den Zeitraum von Wartungsarbeiten zurückzufahren“, sagt Josef Stimpfle.
Meist laufen nicht alle der drei BHKW. Die Biomethanaufbereitungsanlage wird möglichst immer voll ausgelastet. Abhängig vom Füllstand der Gasspeicher produzieren die BHKW mehr oder weniger viel Strom. Sensoren in den Gasspeichern überwachen den Füllstand.
Marktoffingen: Aufbereitung mit Technik von Ros Roca
Auch am wenige Kilometer von Maihingen entfernten Standort der Biogasanlage in Marktoffingen fehlten Wärmeabnehmer. Die Anlage dort ging im Jahr 2011 in Betrieb. Sie kann Biogas für 2 MW elektrischer BHKW-Leistung zur Verfügung stellen. Aber so viel Leistung wurde nicht installiert, weil die zwei Hähnchenställe in der Nachbarschaft und die Fermenterheizung niemals die gesamte Wärme verbrauchen würden. Deshalb ist seit 2013 auch in Marktoffingen eine Biomethanaufbereitungsanlage in Betrieb.
Diese kommt vom spanischen Hersteller Ros Roca und hat eine Kapazität von 350 m³ Biomethan pro Stunde. Die Stadtwerke Schwäbisch Hall sind Eigentümer der Anlage, die Firma Arcanum Energy ist für den Service und den Betrieb verantwortlich.
Michael Stimpfle, Geschäftsführer der Nord-Ries-Energie Marktoffingen GmbH, eigentlich nur für die Biogasanlage zuständig, kümmert sich auch schon mal um die Aufbereitungsanlage, wenn z.B. bei einem nächtlichen Ausfall der Servicetechniker von Arcanum Energy nicht so schnell vor Ort sein kann. Arcanum hat aus der Ferne Zugriff auf die Steuerung. „Probleme werden bei Ausfällen meist gemeinschaftlich gelöst“, sagt Michael Stimpfle. Uns berichtete er von anfänglichen Problemen mit der Biomethanaufbereitung mittels Druckwasserwäsche.
Die Druckwasserwäschen von Ros Roca werden nicht mehr gebaut. Das macht mitunter die Ersatzteilbeschaffung schwierig. Die Stadtwerke Schwäbisch Hall erwarben eine der ersten in Deutschland installierten Ros Roca-Anlagen, die jedoch nie in Betrieb ging, weil sie keine TÜV-Abnahme erhielt. Davon sind jetzt noch Ersatzteile auf Lager. Der TÜV bemängelte die Schweißnähte an den Behältern, welche unzulässige Kreuzfugen aufwiesen. Zum Glück war das bei der Anlage in Marktoffingen nicht der Fall.
Der Hauptkompressor ist von Mehrer. Er verdichtet das vorverdichtete Biogas von 1,8 auf 6,8 bar. Und die Pumpen sind von KSB. Beides sind deutsche Hersteller. Trotzdem gab es in den ersten Betriebsjahren viele verfahrenstechnische Probleme. Das Hauptproblem war, wie bei der Malmberg-Anlage in Maihingen, die Kühlung.
Die mangelhafte Kühlung ist inzwischen Geschichte. Seitdem die Stadtwerke vor drei Jahren in zwar teure, aber deutlich leistungsfähigere Kühler investiert haben, läuft die Biomethanaufbereitung störungsfreier.
Zum einen wurde ein größerer Kühler zum Kühlen des komprimierten Biogases und des Wassers aus der Absorptionskolonne angeschafft und zum anderen der ursprünglich installierte Tischkühler gegen einen Turmkühler von Gohl ausgetauscht. Der Tischkühler erreichte insbesondere an heißen Sommertagen die nötige Kühlleistung nicht. „Meist musste daher ab 11 Uhr, wenn die Außentemperaturen stiegen, die Anlagenleistung heruntergefahren werden“, berichtet Michael Stimpfle.
Die Kühltürme von Gohl nutzen eine Lamellenwand. Dahinter sind die Kühlrippen des Kühlers. Über die Lamellenwand läuft im Sommer Wasser. Ein Gebläse zieht Luft durch die Lamellen. Das Wasser verdunstet. Es entsteht Verdunstungskälte. Das erhöht die Kühlleistung deutlich. Das Kühlwasser kühlt den Kopf des Kolbenkompressors am Hauptverdichter.
Zusätzlich wurden die zuvor blanken Gasansaugleitungen isoliert. Die Sonne erhitzt nun das darin befindliche Gas nicht mehr so stark wie früher.
Im Gegensatz zu den eher schlechten Erfahrungen von Josef Stimpfle und Georg Thum mit der Haltbarkeit der Kompressoren gab es in Marktoffingen mit dem Kolbenkompressor von Mehrer bislang keine außerplanmäßigen Ausfälle. Der Ölwechsel erfolgt im vom Hersteller vorgegebenen Intervall. Alle 17.000 Betriebsstunden steht eine komplette Überholung des Verdichters an. In diesem Fall und auch bei einer unvorhergesehenen Störung springt ein zweiter, redundant in der Ros Roca-Anlage eingebauter Kompressor ein.
Dafür gibt es mit der Biomethanaufbereitungsanlage in Marktoffingen ein anderes Problem: Der Absorber ist gefüllt mit Plastikringen. Diese Ringe verschmutzen mit der Zeit. Es entwickelt sich eine dicke Schleimschicht, weil aus irgendeinem Grund offenbar Keime in die Anlage hineingekommen sind. Das Wasser füttere sie nun, so die Vermutung. „Deswegen müssen wir zweimal im Jahr die Plastikringe tauschen. Wir haben zwei Sets mit Plastikringen. Die verschmutzen Ringe reinigen wir und verwenden sie dann wieder.“
Vier Stunden Puffer
Abgerechnet wird die eingespeiste Methanmenge plus ein geringer Verlust für das Methan, das in der Druckwasserwäsche zusammen mit dem CO2 aus dem Biogas herausgespült wurde.
Ausfallzeiten der Biomethanaufbereitungsanlage vergüten die Stadtwerke Schwäbisch Hall nicht. „Wir versuchen daher bei Betriebsunterbrechungen das gesamte Biogas in unseren BHKW zu verstromen. Zusätzlich füllen sich die Gasspeicher. Bei einem längeren Ausfall von mehr als vier Stunden sind die Gasspeicher voll, und wir müssen den Biogasüberschuss über die Gasfackel verbrennen. Das war in letzter Zeit selten nötig“, sagt Michael Stimpfle.
Und wenn die Fackel mal laufen muss, sei nicht immer die Biomethanaufbereitung schuld. Manchmal ist der Druck im Gasnetz zu hoch, sodass die Anlage die Methanproduktion stoppt. „Das vorgelagerte Netz ist dann so voll, dass wir unser Methangas mit 6 bar Druck nicht mehr reinbekommen.“ Laut Stadtwerke Schwäbisch Hall beträgt die Anlagenverfügbarkeit 97 %.
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Biomethan zu erzeugen, ist eine Option für Biogasanlagenbetreiber, die wenig BHKW-Abwärme sinnvoll nutzen können. Genau dieses Problem hatten sowohl die Betreiber der Biogas Maihingen GbR als auch der Nord-Ries-Energie Marktoffingen GmbH.
Die ursprüngliche Biogasanlage am Standort Maihingen im schwäbischen Landkreis Donau-Ries (Bayern) ging 1999 mit 500 kW elektrisch in Betrieb. Im Jahr 2004 kam ein zweites mit ebenfalls 500 kW hinzu. Die Wärme sollte eigentlich an ein Gewächshaus abgegeben werden. Doch aus diesem Plan wurde nichts, weil das Gewächshaus nicht gebaut wurde.
Wegen fehlender Wärmeabnehmer überlegten die beiden Geschäftsführer Josef Stimpfle und Georg Thum von der Biogas Maihingen GbR schon im Jahr 2002, Biomethan zu erzeugen. Im Jahr 2006 wurde ein Vertrag zwischen Energie Schwaben und der Biogas Maihingen abgeschlossen. Der Energieversorger hat die nötige Erdgasleitung verlegt und die Biomethanaufbereitungsanlage aufgebaut. Seit 2008 produziert sie Biomethan in Erdgasqualität.
Maihingen: Aufbereitung mit Druckwasserwäsche von Malmberg
Die Technik der in Maihingen errichteten Druckwasserwäsche ist vom schwedischen Hersteller Malmberg. Die deutsche Vertriebsgesellschaft ist die Malmberg Bioerdgastech GmbH, in Zwenkau im Landkreis Leipzig (Sachsen). Die Maihinger Anlage kann bis zu 1.200 m³ Biogas pro Stunde verarbeiten und daraus bis zu 650 m³ Biomethan pro Stunde erzeugen. Im Schnitt erzeugt die Biogas Maihingen 600 m³ Biomethan pro Stunde.
Um ausreichend Biogas für die Biomethanherstellung liefern zu können, erweiterten Josef Stimpfle und Georg Thum zusammen mit anderen Landwirten die Biogasanlage am Standort Maihingen. So stehen jetzt für die Biomethanaufbereitung stündlich 1.200 m³ Biogas zur Verfügung.
Im Jahr 2019 wollte Energie Schwaben die Aufbereitungsanlage verkaufen, weil ihnen die Kosten und der Aufwand für Wartungen und Reparaturen zu hoch waren. Josef Stimpfle und Georg Thum haben sie daraufhin übernommen und betreiben die Biomethanaufbereitung jetzt in Eigenregie.
Bis dahin gab es häufig Ausfälle, weil z.B. die Kompressoren für die Druckwasserwäsche etwa alle halbe Jahre kaputt gingen, wie Josef Stimpfle berichtet. „Wir haben daher die Ölwechselintervalle deutlich verkürzt und wechseln das Öl jetzt alle zwei Wochen und nicht erst nach 3.000 h, wie es der Wartungsplan des Herstellers vorsah. Außerdem haben wir immer einen Ersatzkompressor für den Fall der Fälle auf Lager.“
Als noch Energie Schwaben für den Betrieb verantwortlich war, musste immer ein Servicetechniker aus Augsburg kommen. Und so stand die Anlage in den ersten Betriebsjahren rund 10 % der Zeit still.
Währenddessen lief die Gasfackel. Die Ausfallzeit musste Energie Schwaben bezahlen. Das hatten Josef Stimpfle und Georg Thum bei Vertragsabschluss vorsorglich so vereinbart. Berechnet wurde der Preis für das nicht eingespeiste Biomethan auf Basis der Methangaseinspeisung der letzten drei Stunden.
„Seitdem wir uns selbst um die Aufbereitungsanlage kümmern, beträgt die Ausfallzeit nur noch ein Prozent. Darin eingeschlossen sind auch die geplanten Ausfälle durch turnusmäßige Wartungen,“ sagt Josef Stimpfle.
Zusätzlich haben die Maihinger einen leistungsfähigeren Gaskühler angeschafft und einen Aktivkohlefilter installiert. Denn der vorherige Kühler hat das durch die Komprimierung erhitzte Gas im Sommer nicht ausreichend gekühlt. Das Wasser in der Absorptionskolonne erhitzte sich und nahm weniger CO2 auf. Die Leistung der Methanaufbereitung sank.
Der vorgeschaltete Aktivkohlefilter entzieht dem Biogas den Schwefel, der ansonsten durch Bildung von Schwefelsäure das Wasser in der Druckwasserwäsche sauer machen und zu Korrosion an den Schiebern führen würde.
Flex-BHKW gibt Sicherheit
Die Gasfackel läuft heute nur noch selten, zum einen, weil es weniger Ausfälle bei der Methanaufbereitung gibt und zum anderen, weil die Biogas Maihingen in weitere BHKW investiert hat. Seit der Flexibilisierung der Biogasanlage im Jahr 2020 sind jetzt 3 MW installiert.
Das gibt Sicherheit, wenn die Biomethanaufbereitungsanlage mal ausfällt, z.B. bei Wartungsarbeiten. Die Ausfallzeiten bekommt die Biogas Maihingen ja nun nicht mehr bezahlt. Während eines Stopps der Aufbereitung verbrennt der „Flex“-Motor mit 1,5 MW das zusätzlich anfallende Biogas. „Außerdem reduzieren wir die Fütterung, um die Biogasproduktion für den Zeitraum von Wartungsarbeiten zurückzufahren“, sagt Josef Stimpfle.
Meist laufen nicht alle der drei BHKW. Die Biomethanaufbereitungsanlage wird möglichst immer voll ausgelastet. Abhängig vom Füllstand der Gasspeicher produzieren die BHKW mehr oder weniger viel Strom. Sensoren in den Gasspeichern überwachen den Füllstand.
Marktoffingen: Aufbereitung mit Technik von Ros Roca
Auch am wenige Kilometer von Maihingen entfernten Standort der Biogasanlage in Marktoffingen fehlten Wärmeabnehmer. Die Anlage dort ging im Jahr 2011 in Betrieb. Sie kann Biogas für 2 MW elektrischer BHKW-Leistung zur Verfügung stellen. Aber so viel Leistung wurde nicht installiert, weil die zwei Hähnchenställe in der Nachbarschaft und die Fermenterheizung niemals die gesamte Wärme verbrauchen würden. Deshalb ist seit 2013 auch in Marktoffingen eine Biomethanaufbereitungsanlage in Betrieb.
Diese kommt vom spanischen Hersteller Ros Roca und hat eine Kapazität von 350 m³ Biomethan pro Stunde. Die Stadtwerke Schwäbisch Hall sind Eigentümer der Anlage, die Firma Arcanum Energy ist für den Service und den Betrieb verantwortlich.
Michael Stimpfle, Geschäftsführer der Nord-Ries-Energie Marktoffingen GmbH, eigentlich nur für die Biogasanlage zuständig, kümmert sich auch schon mal um die Aufbereitungsanlage, wenn z.B. bei einem nächtlichen Ausfall der Servicetechniker von Arcanum Energy nicht so schnell vor Ort sein kann. Arcanum hat aus der Ferne Zugriff auf die Steuerung. „Probleme werden bei Ausfällen meist gemeinschaftlich gelöst“, sagt Michael Stimpfle. Uns berichtete er von anfänglichen Problemen mit der Biomethanaufbereitung mittels Druckwasserwäsche.
Die Druckwasserwäschen von Ros Roca werden nicht mehr gebaut. Das macht mitunter die Ersatzteilbeschaffung schwierig. Die Stadtwerke Schwäbisch Hall erwarben eine der ersten in Deutschland installierten Ros Roca-Anlagen, die jedoch nie in Betrieb ging, weil sie keine TÜV-Abnahme erhielt. Davon sind jetzt noch Ersatzteile auf Lager. Der TÜV bemängelte die Schweißnähte an den Behältern, welche unzulässige Kreuzfugen aufwiesen. Zum Glück war das bei der Anlage in Marktoffingen nicht der Fall.
Der Hauptkompressor ist von Mehrer. Er verdichtet das vorverdichtete Biogas von 1,8 auf 6,8 bar. Und die Pumpen sind von KSB. Beides sind deutsche Hersteller. Trotzdem gab es in den ersten Betriebsjahren viele verfahrenstechnische Probleme. Das Hauptproblem war, wie bei der Malmberg-Anlage in Maihingen, die Kühlung.
Die mangelhafte Kühlung ist inzwischen Geschichte. Seitdem die Stadtwerke vor drei Jahren in zwar teure, aber deutlich leistungsfähigere Kühler investiert haben, läuft die Biomethanaufbereitung störungsfreier.
Zum einen wurde ein größerer Kühler zum Kühlen des komprimierten Biogases und des Wassers aus der Absorptionskolonne angeschafft und zum anderen der ursprünglich installierte Tischkühler gegen einen Turmkühler von Gohl ausgetauscht. Der Tischkühler erreichte insbesondere an heißen Sommertagen die nötige Kühlleistung nicht. „Meist musste daher ab 11 Uhr, wenn die Außentemperaturen stiegen, die Anlagenleistung heruntergefahren werden“, berichtet Michael Stimpfle.
Die Kühltürme von Gohl nutzen eine Lamellenwand. Dahinter sind die Kühlrippen des Kühlers. Über die Lamellenwand läuft im Sommer Wasser. Ein Gebläse zieht Luft durch die Lamellen. Das Wasser verdunstet. Es entsteht Verdunstungskälte. Das erhöht die Kühlleistung deutlich. Das Kühlwasser kühlt den Kopf des Kolbenkompressors am Hauptverdichter.
Zusätzlich wurden die zuvor blanken Gasansaugleitungen isoliert. Die Sonne erhitzt nun das darin befindliche Gas nicht mehr so stark wie früher.
Im Gegensatz zu den eher schlechten Erfahrungen von Josef Stimpfle und Georg Thum mit der Haltbarkeit der Kompressoren gab es in Marktoffingen mit dem Kolbenkompressor von Mehrer bislang keine außerplanmäßigen Ausfälle. Der Ölwechsel erfolgt im vom Hersteller vorgegebenen Intervall. Alle 17.000 Betriebsstunden steht eine komplette Überholung des Verdichters an. In diesem Fall und auch bei einer unvorhergesehenen Störung springt ein zweiter, redundant in der Ros Roca-Anlage eingebauter Kompressor ein.
Dafür gibt es mit der Biomethanaufbereitungsanlage in Marktoffingen ein anderes Problem: Der Absorber ist gefüllt mit Plastikringen. Diese Ringe verschmutzen mit der Zeit. Es entwickelt sich eine dicke Schleimschicht, weil aus irgendeinem Grund offenbar Keime in die Anlage hineingekommen sind. Das Wasser füttere sie nun, so die Vermutung. „Deswegen müssen wir zweimal im Jahr die Plastikringe tauschen. Wir haben zwei Sets mit Plastikringen. Die verschmutzen Ringe reinigen wir und verwenden sie dann wieder.“
Vier Stunden Puffer
Abgerechnet wird die eingespeiste Methanmenge plus ein geringer Verlust für das Methan, das in der Druckwasserwäsche zusammen mit dem CO2 aus dem Biogas herausgespült wurde.
Ausfallzeiten der Biomethanaufbereitungsanlage vergüten die Stadtwerke Schwäbisch Hall nicht. „Wir versuchen daher bei Betriebsunterbrechungen das gesamte Biogas in unseren BHKW zu verstromen. Zusätzlich füllen sich die Gasspeicher. Bei einem längeren Ausfall von mehr als vier Stunden sind die Gasspeicher voll, und wir müssen den Biogasüberschuss über die Gasfackel verbrennen. Das war in letzter Zeit selten nötig“, sagt Michael Stimpfle.
Und wenn die Fackel mal laufen muss, sei nicht immer die Biomethanaufbereitung schuld. Manchmal ist der Druck im Gasnetz zu hoch, sodass die Anlage die Methanproduktion stoppt. „Das vorgelagerte Netz ist dann so voll, dass wir unser Methangas mit 6 bar Druck nicht mehr reinbekommen.“ Laut Stadtwerke Schwäbisch Hall beträgt die Anlagenverfügbarkeit 97 %.
