Projekt:
Biogaserzeugung und Verwertung auf einer Milchviehanlage

Auf einer Milchviehanlage der Agrargenossenschaft Lungwitztal e.G. in Sachsen (ca. 1000 GVE) wurde 1995 ein Biogas-BHKW mit einer Leistung von 220 kW elektrisch und 350 kW thermisch in Betrieb genommen. Es werden die bisherigen Betriebserfahrungen, erste Ergebnisse zur Energiebilanz (Eigenbedarf, Netzeinspeisung, Nutzungspotential), sowie zum Einfluß des eingesetzten Mischsubstrates (Rindergülle mit unregelmäßigen Zuschlägen von Hühnerkot, Melasse, Fettwasser u.a.) auf die Biogasproduktion vorgestellt.
Anlagenbeschreibung
Kernstück der Biogasanlage in Oberlungwitz sind zwei Fermenter mit einem jeweiligen effektiven Fassungsvermögen von 1150 m3. Diese Fermenter sind als Betonzylinder ausgeführt und verfügen über eine Wand- und Bodenheizung. Als Wärmedämmung fungiert eine 80 mm starke Verkleidung aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaum, welche an den Außenwänden angebracht ist. Jeder der Fermenter verfügt zudem über einen 400 m3 großen integrierten Gasspeicher. Das für die Vergärung verwendete Substrat wird einmal täglich in die Fermenter gepumpt, wodurch ein quasi-kontinuierlicher Betrieb realisiert wird. Unter Berücksichtigung der anfallenden Mengen ergibt sich dabei eine mittlere Verweildauer im Gärraum von ca. 30 Tagen. Um eine homogene Vermischung von frischem und bereits vergorenem Substrat zu gewährleisten und der Bildung von Schwimmdecken vorzubeugen, sind beide Fermenter mit jeweils zwei Rührwerken ausgestattet. Der anaerobe Abbau des organischen Materials erfolgt im mesophilen Bereich bei einer Temperatur von 36 °C. Das dabei produzierte Biogas wird mittels einer Kraft-Wärme-Kopplung zu thermischer und elektrischer Energie umgewandelt.

Die bereitgestellte thermische Energie wird für die Beheizung der Fermenter sowie für die Wirtschaftsgebäude der Milchviehanlage genutzt. Durch die erzeugte elektrische Energie wird zunächst der Eigenbedarf der Biogas- und Milchviehanlage gedeckt und der restliche Anteil in das öffentliche Netz eingespeist.

Energieerzeugung und Verwertung
Das BHKW leistet im Vollastbetrieb 220 kW elektrisch und 350 kW thermisch, womit sich eine Stromkennzahl von 0,63 ergibt. Bei einem optimalen Betrieb des Aggregates kann ein elektrischer Wirkungsgrad von bis zu 34 % und ein thermischer Wirkungsgrad von ca. 54 % erreicht werden. Kurze Teillastperioden des BHKW bewirken eine Verringerung der Wirkungsgrade von ca. 3 bis 4 Prozentpunkten. Ein längerer Teillastbetrieb dagegen hat zur Folge, daß der elektrische Wirkungsgrad auf bis zu 25 % und der thermische Wirkungsgrad auf ca. 45 % herabgesetzt wird. In Tabelle 1 sind die Daten der Energieerzeugung und Verwertung für die Monate November 1995 bis Juni 1996 dargestellt.

Die Daten für den Monat Dezember wurden nicht aufgeführt, da in diesem Monat das BHKW, infolge einer Hauptinstandsetzung, nur ca. 5 Tage in Betrieb war. Eine Zusammenfassung dieser Werte für November bis Februar für den Winterbetrieb bzw. von März bis Juni für den Betrieb im Frühjahr und Sommer ergibt die in den Abbildungen 2 und 3 gezeigten Verhältnisse. In diesen Monaten lag der mittlere elektrische Wirkungsgrad des Aggregates bei 29 % und der thermische Wirkungsgrad bei 48 %. Der extrem niedrige Wirkungsgrad im Monat März wurde dadurch hervorgerufen, daß infolge der langen Frostperiode und der damit verbundenen späteren Ausbringung der Gülle eine Überfüllung der Güllelager auftrat, wodurch die Biogasproduktion zurück-gefahren werden mußte.

Anhand der Verbräuche kann abgeleitet werden, daß für den elektrischen Eigenbedarf der Biogas- und Milchviehanlage im Winter ca. 2.200 kWh/d und im Sommer ca. 2.000 kWh benötigt werden. Für die thermische Energie ergibt sich, daß im Winterbetrieb täglich ca. 2.900 kWh für die Heizung der Fermenter und ca. 1800 kWh für die Milchviehanlage bereitgestellt werden müssen. Im Sommerbetrieb reduziert sich der Energieverbrauch für die Fermenter auf durchschnittlich 1.900 kWh/d und für die Milchviehanlage auf 1.300 kWh/d.

Auf Grundlage dieser Werte und unter Voraussetzung eines optimalen Betriebs des BHKW (5.300 kWhel/ 8.400 kWhth) ergeben sich folgende theoretische Verhältnisse. Aus der zugeführten Energie das Biogases können im Mittel 33 % zu elektrischer und 54 % zu thermischer Energie umgewandelt werden. Von der erzeugten elektrischen Energie werden je nach Betrieb der Biogas- und Milchviehanlage zwischen 37 und 41% für den Eigenbedarf benötigt. Dadurch ergibt sich, daß im Mittel etwa 61 % der elektrischen Energie in das öffentliche Netz eingespeist werden können. Im Winter werden von der produzierten thermischen Energie ca. 34 % für die Biogasanlage und ca. 22 % für die Milchviehanlage verbraucht, womit etwa 44% noch für externe Verbraucher zur Verfügung stehen. Dagegen werden im Sommer ca. 23 % zur Aufrechterhaltung der Biogasanlage und ca. 15 % für die Milchviehanlage benötigt, wodurch etwa 62 % für eine externe Nutzung bereitstehen.

Für den weiteren Betrieb wird angestrebt, durch eine Optimierung der Biogasproduktion einen kontinuierlichen Lauf des BHKW zu realisieren und damit die Effizienz der Anlage zu verbessern.