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Wie Sie beim Biogas-BHKW Strom sparen

Messungen zeigen, dass alte Pumpenmotoren und falsche Einstellungen zu unnötig hohem Stromverbrauch führen. Wie Sie z.B. mit Frequenzumrichtern jährlich mehrere Tausend Euro sparen.

Lesezeit: 9 Minuten

Neben den Rührwerken gehören Blockheizkraftwerke (BHKW) in Biogasanlagen zum zweiten großen Eigenstromverbraucher. „Wir haben seit 2015 Messungen an über 1.000 BHKW gemacht und festgestellt, dass die Betreiber einen hohen Eigenverbrauch vermeiden können mit der richtigen Wartung oder dem Austausch von bestimmten Komponenten“, erklärt Holger Roswandowicz von der HR Energiemanagement GmbH aus Bünde.

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Die Reduktion des Eigenverbrauchs wird mit steigenden Strompreisen immer wichtiger: Hat ein Betreiber noch im Jahr 2021 Strom für deutlich unter 20 ct/kWh kaufen können, muss er jetzt 30 ct/kWh und mehr bezahlen.

Zusammen mit Michael Wentzke von der Interessengemeinschaft Biogasmotoren hat Holger Roswandowicz folgende Komponenten vom Fermenter bis zum BHKW analysiert:

Frequenzumrichter wichtig

Eine der wichtigsten Maßnahmen für Roswandowicz ist der Einsatz eines Frequenzumrichters (FU) in vielen Bauteilen. Ältere Motoren von Pumpen, Lüftern usw. werden häufig mit konstanter Drehzahl betrieben – unabhängig vom Belastungsprofil. „Ein FU ist in der Lage, die Drehzahl eines Motors zu verändern. Damit nimmt der Motor weniger Spannung auf, was die Stromkosten reduziert“, erklärt der Elektronikspezialist. Außerdem sorgt der FU dafür, dass der Motor immer im optimalen Bereich arbeitet. Das verlängert die Lebenszeit. „Als Faustformel gilt: Bei jedem größeren Antrieb ab 400 Watt ist zu prüfen, ob nicht ein FU nachgerüstet werden kann“, rät er. Das kann zu einer Reduktion der Stromkosten von ca. 30 % führen.

1. Gasverdichter

Ein Gasverdichter sorgt dafür, den Druck des entstandenen Biogases zu erhöhen, damit das Gas von dem Gasspeicher am Fermenter durch die Rohrleitungen zum BHKW strömen kann.

„Auf dem langen Weg muss das Gas verschiedene Hindernisse überwinden wie Gaskühlung, Aktivkohlefilter, Kondensatabscheider, Gasfilter usw. Sie sorgen für einen gewissen Widerstand“, erklärt Wentzke. Dafür benötigt das Biogas einen Vordruck von 40 bis 80 mbar. Je geringer der Vordruck ist, desto weniger Strom benötigt der Gasverdichter.

Ohne FU für die Drehzahlregelung verursacht der Verdichter konstant viel Druck. „Wir haben bei einigen Anlagen schon 120 mbar gemessen“, ergänzt Roswandowicz.

Ein FU kann den Stromverbrauch des Gasverdichters erheblich senken. Damit wird der Gasdruck angepasst und sollte im Idealfall bei 50 bis 65 mbar liegen. Lässt sich die Leistung von 4 kW auf 1,5 kW senken, spart der Betreiber im Jahr über 19 000 kWh Strom ein. Bei aktuellen Strompreisen von 30 ct/kWh wären das 5 700 € Einsparung im Jahr.

2. Gaskühlung

Eine Gaskühlung soll dafür sorgen, dass das im Biogas enthaltene Wasser kondensiert. Denn Kondenswasser kann das BHKW und weitere Komponenten schaden. „Ein häufiger Fehler ist, dass das Gas zu stark abgekühlt wird“, sagt Roswandowicz. Auf vielen Anlagen hat er Temperaturen von bis zu 3 °C gemessen. „So niedrige Temperaturen sind nur nötig bei der Biomethanproduktion, weil die Gasaufbereitung mit der CO2-Abscheidung hohe Anforderungen an die Gasqualität stellt“, ergänzt BHKW-Experte Wentzke. Dazu gehört z.B. eine möglichst geringe Restfeuchte im Gas.

Im klassischen Biogasbetrieb sorgen diese tiefen Temperaturen nicht nur für einen unnötig hohen Stromverbrauch beim Gaskühler, sondern können auch die Standzeit der Aktivkohle unnötig verkürzen. Diese ist nötig, um den Schwefelgehalt im Biogas zu senken. Für eine optimale Standzeit ist eine relative Feuchte im Biogas von 50 bis 55 % nötig. „Wenn das Biogas zu trocken in die Aktivkohle kommt, leidet sie“, erklärt er. Daher sollte das Biogas den Gaskühler mit etwa 10 bis 12 °C verlassen. Weitere Möglichkeiten:

  • Regelmäßige Reinigung der Kühllamellen des Wärmetauschers beim Ventilator,
  • Dämmung der Rohrleitungen, die das Kühlwasser führen,
  • Einsatz eines Frequenzumrichters: Dieser spart bei einer Gaskühlung mit 8 kW rund 24.000 kWh bzw. etwa 7.200 € im Jahr ein, wenn diese im Dauerbetrieb läuft.

Eine Alternative wäre der Tausch des Ventilators gegen ein modernes Gerät mit EC-Motor. Die Abkürzung „EC“ steht für „electronically commutated“. Dabei handelt es sich um eine Drehstrom-Synchronmaschine, die bauartbedingt effizienter ist.

3. Gemischkühler

Der Gemischkühler im BHKW sorgt dafür, dass das Gas-Luftgemisch vor dem Eintritt in den Brennraum auf ca. 42 °C gekühlt wird. „Die Temperatur sollte nicht unter 30 °C und nicht über 50 °C liegen“, rät Wentzke.

Bei einem zu kalten Gemisch kann im Winter Kondensat ausfallen, was zu einem unruhigen Lauf des Motors führt. Ein zu warmes Gemisch dagegen sorgt das unerwünschte „Klopfen“ in dem BKHW-Motor.

Die Kühlung erfolgt durch einen Wärmetauscher. Bei verunreinigtem Gas verschmutzen die Kühlflächen – dadurch sinkt die Übertragungsleistung. Folge: Die Laufzeiten des Rückkühlwerkes verlängern sich.

Die Verunreinigung kann laut Wentzke drei Ursachen haben:

  • Verkalken durch schlechte Qualität des Kühlwassers,
  • Ablagerung aus dem Biogas,
  • Schmieröleinträge aus der Kurbelgehäuseentlüftung, wenn der Ölnebeldampfabscheider nicht sauber funktioniert oder der Turbolader undicht wird auf der Verdichterseite.

Neben einer regelmäßigen Reinigung der Wärmetauscherflächen rät Roswandowicz auch hier dazu, den Motor der Wasserpumpe im Gemischkühlkreis über einen FU anzusteuern oder ein Gerät mit EC-Motor zu verwenden. Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters kann der Stromverbrauch dieser Wasserpumpe mit 2 kW Anschlussleistung von 19.000 kWh auf 5.400 kWh im Jahr sinken. Damit spart der Betreiber jährlich ca. 4.000 €.4. Motorkühlkreispumpe

Zur Motorkühlung und der Wärmerückgewinnung aus dem Abgaswärmetauscher (AWT) muss Kühlwasser mit der richtigen Fließgeschwindigkeit strömen. Ist die Strömung zu hoch, kann sich das Wasser nicht ausreichend erwärmen und die Wärme wird nicht abgeführt. „Das kann dazu führen, dass die Tischkühler sogar im Winter bei niedrigen Außentemperaturen laufen und unnötig Strom verbrauchen“, hat Roswandowicz festgestellt.

„Viele BHKW-Hersteller sind immer noch der Meinung, die Motorkühlkreispumpe sollte konstant laufen, um einen gleichmäßigen Volumenstrom des Kühlmittels zu garantieren. Aber das ist nicht immer sinnvoll“, ergänzt Wentzke. Er rät dazu, die Pumpen elektronisch anzusteuern. Denn im BHKW-Betrieb gibt es immer wieder Phasen, wo das Kühlmittel unabhängig von der Motordrehzahl bzw. der Motorlaufzeit fließen muss, z. B. beim Motorstopp. Hier ist das Kühlmittel nötig, um ein Überhitzen des Turboladers zu vermeiden.

„Moderne Pumpen benötigen – je nach Motorgröße und notwendigem Kühlwasserstrom – nur noch 2,3 kW. In der Praxis finden wir dagegen sogar Modelle mit 7 bis 11 kW an“, erklärt Roswandowicz. Wie hoch die Einsparungen sein können, zeigt er wieder an einem Beispiel: Wenn ein FU dafür sorgt, dass die Leistung der Pumpe von 7,5 auf 5 kW sinkt, verbraucht sie im Jahr rund 42.000 kWh weniger Strom. Der Betreiber spart rund 12.700 € im Jahr.

5. Tischkühler

Tischkühler besitzen Ventilatoren, die überschüssige Wärme aus der Motorabwärme an die Umgebungsluft abgeben. Bei ihnen gibt es folgende Möglichkeiten, den Stromverbrauch zu senken:

  • Überprüfung der Rohrleitungsquerschnitte für das Kühlwasser: Sind sie ausreichend, um die Wärme abzuführen? Bei zu kleinem Durchmesser steigt die Laufzeit der Ventilatoren und damit der Stromverbrauch.
  • Reinigung der Lamellen: Sind sie verschmutzt, können die Ventilatoren Wärme nicht mehr so gut abgeben. Auch das verlängert ihre Laufzeit.
  • Dämmung der Rohrleitungen im Innenbereich: Diese vermeidet unnötige Erwärmung des Betriebsraums.
  • Ansteuerung des Motors mit FU oder EC-Motor.

Auch hier kann der Einsatz eines Frequenzumrichters den Stromverbrauch der Tischkühler erheblich senken. Bei einem Beispiel mit vier Ventilatoren mit je 2 kW Anschlussleistung und täglich 18,5 Stunden Laufzeit lassen sich im Jahr etwa 42.000 kWh bzw. 12.600 € einsparen.

„Moderne EC-Motoren sorgen dafür, dass die Anschlussleistung von 2 kW auf 0,7 kW sinkt. Damit ist die Einsparung noch höher“, sagt Roswandowicz.

6. Raumlüfter

Auch die Lüfter im BHKW-Raum haben eine wichtige Aufgabe: Wenn es in dem Raum zu über 50 °C warm wird, altern elektronische Bauteile schneller. Auch hier rät Roswandowicz dazu, die Rohrleitungen im Innenraum gut zu dämmen und den Ventilator per FU oder mit EC-Motor anzusteuern. Bei einer Anschlussleistung von 11 kW sorgt der FU für eine Einsparung von 13.000 kWh Strom bzw. 3.900 € im Jahr. „Es gibt auf dem Markt aber auch Ventilatoren, die nur noch 600 Watt Leistung haben – bei gleichem Effekt wie ältere Fabrikate“, sagt Roswandowicz.

7. Heizungspumpe

Das erwärmte Kühlwasser des Motors gibt seine Wärme über einen Wärmetauscher an den Heizungskreislauf ab. Eine Heizungspumpe ist dafür verantwortlich, das warme Wasser in ein Nahwärmenetz zu fördern. Damit die Wärmeübertragung richtig funktioniert, gibt es mehrere Voraussetzungen:

  • Der Plattenwärmetauscher muss sauber sein, damit die Wärmeübertragung funktioniert.
  • Um die gesamte Wärme aus dem BHKW in ein Wärmenetz übertragen zu können, sollte die Förderleistung der Heizungspumpe in etwa so groß sein wie die Förderleistung der Motorkühlkreispumpe.

Eine Drehzahlregelung sorgt dafür, dass die Heizungspumpe hinter dem Wärmetauscher immer den besten Betriebspunkt für die Durchflussmenge hat, die für die Wärmeverteilung nötig ist. „Im Betrieb können sich erhebliche Schwankungen ergeben, z. B. zwischen Sommer und Winter, beim gelegentlichen Einsatz zusätzlicher Wärmeabnehmer wie einem Trockner oder bei der Wärmenutzung in einem Nahwärmenetz im Tagesverlauf“, zählt Roswandowicz auf.

Äußerst kritisch sehen Wentzke und Roswandowicz hydraulische Weichen hinter der Heizungspumpe. Diese werden üblicherweise in Heizungsanlagen eingesetzt, um den Kreislauf der Wärmeerzeugung (in diesem Fall des Motorkühlwassers) und den Verbraucherkreislauf (also das Warmwasser, das für die Heizung genutzt wird) hydraulisch voneinander zu entkoppeln. „Eine hydraulische Weiche zerstört aber den Volumenstrom und den Vordruck“, sagt Roswandowicz.

Mit dem Einsatz eines Frequenzumrichters lässt sich der Stromverbrauch der Heizungspumpe erheblich senken. Hat die Pumpe eine Leistung von 3 kW, liegen die Energieeinsparungen im Jahr bei 17.600 kWh. Im Jahr spart der Betreiber damit etwa 5.300 € an Kosten.

Resümee: Stromkosten sparen, ohne dass der Motor leidet

Die vorgestellten Lösungen zeigen: Betreiber von Biogas-BHKW haben mehrere Ansatzpunkte, um über eine Wartung sowie die Nachrüstung von Frequenzumrichtern oder EC-Motoren den Eigenstrombearf zu senken. BKHW-Experte Michael Wentzke rät abschließend: „Wichtig ist, dass die Betreiber diese Einflussfaktoren kennen, darüber mit dem Hersteller bzw. dem Wartungsteam sprechen und Betriebsdaten anhand einer Checkliste regelmäßig bewerten lassen. Ziel muss es sein, Stromkosten zu sparen, ohne dass der Motor darunter leidet.“




Zum Nachlesen: Weitere Infos und ­Fördermöglichkeiten

Tipps und Tricks zum richtigen BHKW-Betrieb, zur Wartung und weitere Infos erhalten Sie auf den Seiten https//ig-biogasmotoren.de

Die Firma HR Energiemanagement erreichen Sie unter: www.hr-energiemanagement.de

Für den Austausch von Pumpen­motoren, Lüftern usw. können Sie das „Bundes­programm zur Steigerung der Energie­effizienz und CO2-Einsparung in Landwirtschaft und Gartenbau“ in Anspruch nehmen. Infos erhalten Sie bei der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung: www.ble.de

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