HR_Biogas

5.1.1.3 Chemische Entschwefelung im Fermenter

Bei der chemischen Entschwefelung wird dem Gärsubstrat eine chemische Substanz zugeführt, die Schwefel chemisch bindet und damit die Freisetzung von Schwefelwasserstoff unterbindet. Die Substanz geht nicht verloren, sondern findet sich im vergorenen Substrat wieder /5-2/. Kennwerte zur chemischen Entschwefelung sind in Tabelle 5-4 enthalten.

5.1.1.4Chemische Entschwefelung außerhalb des Fermenters

Bei der externen chemischen Entschwefelung wird eine Gaswäsche außerhalb des Fermenters mit einer Lauge (meist Natriumhydroxid) durchgeführt. Die Eigenschaften werden in Tabelle 5-5 erläutert.

5.1.2 Trocknung

Um die Gasverwertungsaggregate vor hohem Verschleiß und Zerstörung zu schützen, muss Wasserdampf aus dem Biogas entfernt werden. Die Menge Wasser bzw. Wasserdampf, die Biogas aufnehmen kann, ist von der Gastemperatur abhängig. Die relative Feuchte von Biogas beträgt im Fermenter 100 %, das Biogas ist somit wasserdampfgesättigt. Durch Kühlung des Gases fällt ein Teil des Wasserdampfes als Kondensat aus.

Die Kühlung des Biogases wird häufig in der Gasleitung durchgeführt. Durch ein entsprechendes Gefälle beim Verlegen der Gasleitung wird das Kondensat in einem am tiefsten Punkt der Gasleitung eingebauten Kondensatabscheider gesammelt. Wird die Gasleitung unterirdisch geführt, ist der Kühleffekt höher. Vorraussetzung für die Kühlung des Biogases in der Gasleitung ist allerdings eine ausreichende Länge der Gasleitung. Bei der unterirdischen Leitungsführung muss zwingend darauf geachtet werden, dass Setzungen nicht zur Wassersackbildung führen können. Voraussetzung dafür ist eine ausreichende Verdichtung des Leitungsbettes. Neben dem Wasserdampf wird durch das Kondensat ein Teil weiterer unerwünschter Inhaltsstoffe wie wasserlösliche Gase und Aerosole aus dem Biogas entfernt. Die Kondensatabscheider müssen regelmäßig entleert werden, weshalb sie gut zugänglich sein müssen. Das Einfrieren der Kondensatabscheider muss durch frostfreien Einbau unbedingt verhindert werden.

Bei einigen Anlagen findet die Gastrocknung durch eine Kühlung des Biogases in elektrisch betriebenen Gaskühlern statt. Durch die hierbei herrschenden niedrigen Temperaturen unter 10 °C kann viel Feuchtigkeit abgeschieden werden. Zur Minimierung der relativen Luftfeuchte, nicht jedoch der absoluten Luftfeuchte, kann das Gas nach der Kühlung wieder erwärmt werden, wodurch eine Kondensatbildung im weiteren Verlauf der Gasleitung verhindert werden kann.

Unter Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird die gleichzeitige Erzeugung von Kraft (bzw. Strom) und Wärme verstanden. Fast ausschließlich werden hierzu Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Verbrennungsmotoren, die mit einem Generator gekoppelt sind, verwendet. Die Motoren laufen mit konstanter Drehzahl (1500 U/min), damit der direkt gekoppelte Generator elektrische Energie, die kompatibel zur Netzfrequenz ist, bereitstellt. Zum Generatorantrieb bzw. zur Stromerzeugung können alternativ zu den üblichen Zündstrahlund Gas-Otto-Motoren Mikrogasturbinen, Stirlingmotoren oder Brennstoffzellen eingesetzt werden. Da diese Techniken sich jedoch noch weitestgehend in der Entwicklungsoder Prototypenphase befinden, werden hier vorrangig BHKW mit Verbrennungsmotor vorgestellt.

5.2.1Blockheizkraftwerke mit Verbrennungsmotoren

Das BHKW-Modul besteht neben dem Verbrennungsmotor und einem darauf abgestimmten Generator aus Wärmetauschersystemen zur Rückgewinnung der Wärmeenergie aus Abgas, Kühlwasserund Schmierölkreislauf, hydraulischen Einrichtungen zur Wärme-

verteilung und elektrischen Schaltund Steuereinrichtungen zur Stromverteilung und zur BHKW-Steuerung. Als Motor werden Gas-Otto-, Gas-Diesel- oder Zündstrahlmotoren verwendet, wobei letztere derzeit noch häufiger zum Einsatz kommen. Gas-Diesel-Motoren (Gasmotoren auf der Basis eines umgerüsteten marktüblichen Dieselmotorblocks, vgl. Kapitel 5.2.1.1) und Gas-Ottomotoren werden nach dem Ottoprinzip ohne zusätzliches Zündöl betrieben, der Unterschied liegt lediglich in der Verdichtung. Beide Motoren werden daher im weiteren Text als Gas-Otto-Motoren bezeichnet. Der schematische Aufbau eines Biogas-BHKW und Beispiele sind in Abb. 5-3 und 5-4 dargestellt.

5.2.1.1 Gas-Ottomotoren

Gas-Ottomotoren sind speziell für den Gasbetrieb entwickelte Motoren, die nach dem Ottoprinzip arbeiten. Die Motoren werden zur Minimierung der Stickoxidemissionen als Magermotoren mit hohem Luftüberschuss betrieben. Bei Magerbetrieb wird weniger Brennstoff im Motor umgesetzt, was zu einer Leistungsminderung der Motoren führt. Diese wird durch die Aufladung der Motoren mittels Abgastur-

Abb. 5-3: Schematischer Aufbau eines BHKW; Schema: ASUE

bolader ausgeglichen. Gas-Ottomotoren sind auf einen Mindestgehalt an Methan im Biogas von ca. 45 % angewiesen. Bei geringeren Methangehalten schalten sie ab.

Bei kleineren Motoren bis zu einer Grenze von etwa 100 kWel werden Motorblöcke eingesetzt, die als Ottomotoren konzipiert worden sind. Bei höheren elektrischen Leistungen kommen umgebaute Dieselaggregate, die mit Zündkerzen ausgestattet werden, zum Einsatz. Beide Motortypen werden hier als Gas-Otto-Motoren bezeichnet, da sie nach dem Otto-Prinzip arbeiten.

Sollte kein Biogas zur Verfügung stehen, können Gas-Ottomotoren auch mit anderen Gasarten wie z. B.

Abb. 5-4: Biogas-BHKW, Komplettmodul in Kompaktbauweise mit Notfackel; Abb.: Haase Energietechnik AG

Erdgas betrieben werden /5-1/. Dies kann z. B. zum Anfahren der Biogasanlage nützlich sein, um über die Motorabwärme die benötigte Prozesswärme zur Verfügung zu stellen. Neben der Gasregelstrecke für das Biogas muss dafür zusätzlich eine Strecke für das Ersatzgas installiert werden.

Die wesentlichen Kenndaten von Gas-Otto-Moto- ren, die für die Anwendung bei der Biogasnutzung relevant sind, werden in Tabelle 5-6 dargestellt.

5.2.1.2 Zündstrahlmotoren

Zündstrahlmotoren arbeiten nach dem Dieselprinzip. Verwendet werden häufig Motoren aus dem Schlepper- und Lastkraftwagenbau. Sie sind nicht immer speziell für den Gasbetrieb entwickelt und werden z. T. durch Modifizierungen an den Gasbetrieb angepasst. Das Biogas wird über einen Gasmischer der Verbrennungsluft beigemischt und durch das über eine Einspritzanlage dem Brennraum zugeführte Zündöl gezündet. Die Einstellungen werden normalerweise so vorgenommen, dass der Zündölanteil maximal 10 % der zugeführten Brennstoffleistung beträgt. Durch die relativ geringe Menge eingespritzten Zündöls besteht wegen fehlender Kühlung der Einspritzdüsen die Gefahr, dass diese verkoken /5-1/ und damit schneller verschleißen. Auch Zündstrahlmotoren werden mit hohem Luftüberschuss betrieben. Die Lastregelung wird über die Regelung der zugeführten Zündölmenge oder Gasmenge realisiert.

Bei Ausfall der Biogasversorgung können die Zündstrahlmotoren mit reinem Zündöl oder Diesel betrieben werden. Die Umstellung auf Ersatzbrennstoffe ist problemlos möglich und kann beim Anfahren der Biogasanlage zur Prozesswärmebereitstellung notwendig sein.

Als Zündöl kommt derzeit in der Regel Dieselöl oder Heizöl zum Einsatz. Als Alternative im Sinne der Nutzung regenerativer Energien kann auch Raps-Mehtyl-Ester (Biodiesel) oder Pflanzenöl eingesetzt werden. Die Anwendung von regenerativem Zündöl Raps-Methyl-Ester oder anerkannte Biomasse nach BiomasseV) ist durch die Novellierung des EEG

für Biogasanlagen, die nach dem 31.12.2006 in Betrieb genommen werden, vorgeschrieben. Bei der Anwendung sind die Qualitätsanforderungen der Motorenhersteller einzuhalten, wobei zu beachten ist, dass nicht alle Motorenhersteller die volle Gewährleistung bei Einsatz von Biodiesel als Zündöl übernehmen. Als Vorteil von regenerativen Zündölen können geringere Kohlenstoffmonoxidemissionen und die Schwefelfreiheit festgestellt werden. Aus ökologischer Sicht stellen sich die vollständige Energiebereitstellung aus regenerativen Energieträgern und die biologische Abbaubarkeit des Zündöles (im Havariefall) als vorteilhaft dar. Aus Sicht der Motortechnik ist mit einem höheren Filterverschleiß, einer Düsenverharzung und einer geringeren Viskosität des Pflanzenöls zu rechnen. Nachteilig ist weiterhin die vermehrte Freisetzung von Lachgas.

Kennwerte und Einsatzparameter von Zündstrahlmotoren sind Tabelle 5-7 zu entnehmen.

5.2.1.3 Schadstoffreduzierung und Abgasreinigung

Stationäre Verbrennungsmotoranlagen für den Einsatz von Biogas sind vom Gesetzgeber als genehmigungsbedürftig eingestuft, wenn die Feuerungswärmeleistung 1 MW oder mehr beträgt. Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) gibt für diesen Fall Grenzwerte vor, die eingehalten werden müssen. Liegt die installierte Feuerungswärmeleistung unter 1 MW, handelt es sich um eine nicht genehmigungspflichtige Anlage. In diesem Fall sind die

Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung

Tabelle 5-8: Emissionsgrenzwerte der TA-Luft vom 30.07. 2002 für Verbrennungsmotoranlagen nach Nr. 1.4 (einschl. 1.1 u. 1.2) 4. BImSchV /5-6/

in der TA-Luft vorgeschriebenen Werte als Richtwerte bei der Prüfung der Einhaltung der Betreiberpflichten, also der Pflicht, nach Stand der Technik unvermeidbare schädliche Umwelteinwirkung auf ein Mindestmaß zu beschränken, heranzuziehen, was durch die Genehmigungsbehörden unterschiedlich gehandhabt wird /5-5/. Die in der TA-Luft vorgegebenen Grenzwerte nehmen eine Unterscheidung für Zündstrahlund Gas-Otto-Motoren vor. In Tabelle 5-8 sind die geforderten Grenzwerte der TA-Luft vom 30. Juli 2002 aufgeführt.

Die Bereitstellung eines gut gereinigten Brenngases kann zur Minimierung der Schadstoffgehalte im Abgas führen. Schwefeldioxid entsteht z. B. bei Verbrennung des im Biogas enthaltenen Schwefelwasserstoffs (H2S). Sind die Konzentrationen nicht erwünschter Spurenstoffe im Biogas gering, ist auch die im Abgas vorhandene Konzentration an deren Verbrennungsprodukten gering.

Zur Minimierung der Stickstoffoxidemissionen werden die Motoren im Magerbetrieb (vgl. Kapitel 5.2.1.1) betrieben. Durch Magerbetrieb ist es möglich, die Verbrennungstemperatur abzusenken und dadurch die Entstehung von Stickstoffoxiden zu verringern.

Katalysatoren kommen bei mit Biogas betriebenen BHKW normalerweise nicht zum Einsatz. Die im Biogas enthaltenen Begleitstoffe wie z. B. Schwefelwasserstoff führen zur Deaktivierung und Zerstörung der Katalysatoren.

Magerbetriebene Gas-Ottomotoren halten normalerweise die in der TA-Luft geforderten Grenzwerte problemlos ein. Zündstrahlmotoren haben in der Regel schlechtere Abgaswerte als Gas-Ottomotoren.

Vor allem die Stickstoffoxid- (NOX) und Kohlenstoffmonoxidemissionen (CO) können u. U. die in der TA-Luft festgelegten Grenzwerte überschreiten. Durch das zur Zündung der Motoren verwendete Zündöl befinden sich im Abgas außerdem Rußparti- kel /5-5/, /5-7/, /5-8/.

5.2.1.4 Generatoren

Bei den in Blockheizkraftwerken verwendeten Generatoren handelt es sich um Asynchronoder Synchrongeneratoren. Asynchrongeneratoren werden nur bei kleineren Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis etwa 100 kW eingesetzt /5-9/. Bei Biogasanlagen werden daher normalerweise Synchrongeneratoren verwendet.

5.2.1.5 Elektrische Wirkungsgrade und Leistung

Der Wirkungsgrad eines Blockheizkraftwerks ist ein Maß dafür, wie effektiv die ihm zugeführte Energie genutzt wird. Der Gesamtwirkungsgrad setzt sich aus der Summe des elektrischen und des thermischen Wirkungsgrades zusammen und liegt im Normalfall zwischen 80 und 90 %. Als Faustregel für Gas-Otto- und Zündstrahlmotoren kann angenommen werden, dass der elektrische Wirkungsgrad und der thermische Wirkungsgrad 0 des Gesamtwirkungsgrades be- trägt /5-1/.

Der elektrische Wirkungsgrad setzt sich aus dem mechanischen Wirkungsgrad des Motors und dem Wirkungsgrad des Generators zusammen und ergibt sich durch Multiplikation der beiden Wirkungsgrade. Die elektrischen Wirkungsgrade von mit Zündstrahlmotoren betriebenen BHKW liegen zwischen 30 und 40 % und sind zumindest im unteren Leistungsbereich bei gleicher elektrischer Leistung höher als die von mit Gas-Ottomotoren betriebenen BHKW (Abb. 5-5). Die Wirkungsgrade von mit Gas-Ottomotoren betriebenen BHKW liegen zwischen 34 und 40 %. Mit zunehmender elektrischer Leistung nehmen die elektrischen Wirkungsgrade sowohl bei Zündstrahlals auch bei Gas-Ottomotoren zu. Da die Wirkungsgrade von den BHKW-Herstellern unter Prüfstandsbedingungen (Dauerlauf mit Erdgas) ermittelt werden, sind die im praktischen Einsatz an der Biogasanlage erzielten Werte meist geringer als die Herstellerangaben. Insbesondere ist zu beachten, dass in der Praxis nur in den seltensten Fällen durchgängig Volllast gefahren werden kann und die Wirkungsgrade im Teillastbetrieb geringer als im Volllastbetrieb sind. Diese Abhängigkeit ist aggregatspezifisch und

kann aus den technischen Datenblättern abgeleitet werden. Dabei ist wieder zu beachten, dass die in Datenblättern angegebenen Wirkungsgrade in der Regel bei Einsatz von Erdgas unter Prüfstandsbedingungen ermittelt wurden.

5.2.1.6 Wärmeauskopplung

Zur Nutzung der bei der Stromproduktion anfallenden Wärme ist es notwendig, eine Auskopplung über Wärmetauscher vorzusehen. In einem mit Verbrennungsmotor betriebenen BHKW fällt die Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus an. Die größte Wärmemenge kann über das Kühlwassersystem des Verbrennungsmotors gewonnen werden. Auf Grund ihres Temperaturniveaus kann sie zur Bereitstellung von Heizbzw. Prozessenergie verwendet werden. Einen Heizverteiler zeigt Abb. 5-6. Zur Auskopplung der Wärme aus dem Kühlwasserkreislauf kommen meist Plattenwärmetauscher zum Einsatz /5-3/. Die ausgekoppelte Wärme wird anschließend über einen Verteiler an die einzelnen Heizkreisläufe verteilt.

Das Temperaturniveau der Abgase beträgt ungefähr 460 bis 550 °C. Zum Auskoppeln der Abgaswärme kommen Abgaswärmetauscher aus Edelstahl, die meistens als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt sind, zum Einsatz /5-3/.

Im eigenen Betrieb kann der Wärmebedarf aus der Abwärme der BHKW recht schnell gedeckt werden. Er ist in der Regel nur im Winter hoch, im Sommer dagegen muss der Notkühler die meiste Überschusswärme freisetzen. Neben der für die Fermenterheizung benötigten Wärme, die ca. 25 bis 40 % der gesamten anfallenden Wärmemenge beträgt, können zusätzlich die Substrathygienisierung betrieben und z. B. Betriebs-

Abb. 5-6: Heizverteiler; Foto: MT-Energie-GmbH

oder Wohnräume beheizt werden. BHKWs sind voll kompatibel mit der üblichen Heiztechnik und daher leicht an den Heizkreislauf anzuschließen. Für den Fall des Ausfalles des BHKW sollte der oft bereits vorhandene Heizkessel zum Notbetrieb vorgehalten werden. Der darüber hinausgehende Wärmebedarf ist stark von der Betriebsstruktur abhängig (Schweinemast, Geflügelhaltung etc.). Zur Prozessvereinfachung, z. B. zum Ausmisten kann eine zusätzliche Fußbodenheizung in Ställen das Festfrieren von Mist am Boden sehr hilfreich vermeiden. Meist ist damit jedoch die verfügbare Wärme noch nicht in einem hohen Maße ganzjährig ausgenutzt /5-3/.

Aus diesem Grund kann die Suche nach Wärmeabnehmern außerhalb der Grenzen des eigenen Betriebes zum wirtschaftlichen Wärmeeinsatz führen. Wenn sich günstige Möglichkeiten für den Wärmeabsatz bieten, kann auch durch bessere Fermenterdämmung oder effektiveren Wärmeeintrag in den Fermenter eine Wärmeeinsparung im Betrieb sinnvoll

Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung

sein. Zu beachten ist beim Wärmeverkauf jedoch die z. T. notwendige Kontinuität der Wärmelieferung, so dass häufig Wartungsintervalle und Ausfallzeiten überbrückt werden müssen. Potenzielle Wärmenutzer sind nahegelegene gewerbliche und kommunale Einrichtungen (Gartenbaubetriebe, Fischzuchtbetriebe, Milchverarbeitung, Holztrocknung u. a.) oder Wohnhäuser. Ein besonderes Potenzial für die Wärmenutzung bieten Veredlungsund Trocknungsprozesse mit hohem Wärmeenergieeinsatz. Eine weitere Alternative stellt die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung dar (siehe Kapitel 5.3).

In der weiteren Wärmenutzung wird derzeit ein großes Potenzial gesehen, jedoch sind wirtschaftlich tragbare Konzepte und Projekte bisher eher die Ausnahme. Durch den Absatz der Wärme können zusätzliche Einkommensquellen erschlossen werden, die erheblich zur Wirtschaftlichkeit der Anlage beitragen können.

Die Kühlung der BHKW-Motoren muss auch bei fehlender Wärmeabnahme der Verbraucher im Heizkreislauf (z. B. im Sommer) sichergestellt werden, um eine Überhitzung und damit verbundene Schädigung zu vermeiden. Hierfür werden Notkühler mit in den Heizkreislauf der Motoren eingebunden, über die die nicht benötigte Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann.

5.2.1.7 Gasregelstrecke

Um das Biogas effektiv nutzen zu können, stellen Gasmotoren Anforderungen in Bezug auf die physikalischen Eigenschaften des Gases. Dies sind insbesondere der Druck, mit dem das Biogas dem Gasmotor zugeführt wird (meist 100 mbar) und ein definierter Volumenstrom. Falls diese Parameter die Vorgaben nicht erfüllen können, beispielsweise wenn nicht ausreichend Gas im Fermenter freigesetzt wird, werden die Motoren abgeschaltet oder in den Teillastbetrieb umgeschaltet. Um die Vorgaben sehr konstant einzuhalten und Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, wird eine Gasregelstrecke direkt vor dem BHKW installiert.

Die Gasregelstrecke sollte einschließlich der gesamten Gasleitung nach den Richtlinien der Deutschen Vereinigung des Gasund Wasserfaches e.V. (DVGW) zugelassen sein. Alle Gasleitungen müssen entweder durch gelbe Farbe oder gelbe Pfeile kenntlich gemacht werden. Die Regelstrecke muss zwei selbständig schließende Ventile (Magnetventile), ein Absperrventil außerhalb des Aufstellraumes, eine Flammendurchschlagsicherung und einen Unter-

Abb. 5-7: BHKW mit Gasregelstrecke (helle Leitungen); Foto: MT-Energie GmbH

druckwächter enthalten. Sinnvoll ist es, einen Gaszähler zur Bestimmung der Gasmenge und einen Feinfilter zum Abtrennen von Partikeln aus dem Biogas mit in die Gasstrecke zu integrieren. Wenn notwendig, wird ein Verdichter in die Strecke integriert. In Abb. 5-7 ist ein Beispiel für eine Gasregelstrecke zu sehen.

Von besonderer Bedeutung für die Installation der Gasleitungen ist die Integration von Einrichtungen zum Kondensatablass, da bereits geringe Kondensatmengen auf Grund der geringen Gasdrücke zum Verschluss der Gasleitung führen können.

5.2.1.8 Betrieb, Wartung, Service und Aufstellräume

Die Nutzung von Biogas in BHKW setzt bestimmte Rahmenbedingungen voraus, die eingehalten werden müssen. Neben dem eigentlichen Betrieb sind hierbei auch vorgegebene Wartungsintervalle und Anforderungen an den Aufstellraum der BHKW-Anlage zu beachten.

Betrieb

BHKW-Anlagen arbeiten auf Grund von verschiedenen Regel-, Überwachungsund Steuerungsmaßnahmen in der Regel weitgehend automatisch. Um eine Beurteilung des Betriebes des BHKW sicherzustellen, sollten folgende Daten zur Erstellung von Trends in einem Betriebstagebuch festgehalten werden:

-erreichte Betriebsstunden,

-Anzahl der Starts,

-elektrische Leistung,

-Motorkühlwassertemperatur,

-Vorund Rücklauftemperatur des Heizwassers,

-Kühlwasserdruck,

-Öldruck,

-Abgastemperatur,

-Abgasgegendruck,

-Brennstoffverbrauch,

-erzeugte Leistung (thermisch und elektrisch).

Die Daten können in der Regel über die BHKW-Steue- rung erfasst und dokumentiert werden. Eine Kopplung der BHKW-Steuerung mit den Regelkreisen der Biogasanlage sowie der Datenaustausch mit einem zentralen Leitsystem bzw. die Datenfernübertragung per Modem, die auch die Ferndiagnose durch den Hersteller ermöglicht, kann häufig realisiert werden. Eine tägliche Begehung und Sichtkontrolle der Anlage sollte allerdings trotz aller elektronischen Überwachungen durchgeführt werden.

Bei BHKW mit Zündstrahlmotoren sollte neben der verbrauchten Gasmenge auch der Zündölverbrauch gemessen werden. Um die Vergütung des eingespeisten Stroms nach EEG sicherzustellen, darf die zugeführte Zündstrahlmenge nicht mehr als 10 % der Brennstoffleistung betragen /5-10/. Es kann nötig sein, einen Nachweis über die Höhe der eingesetzten Zündstrahlmenge zu erbringen, was sich ohne ein geeichtes Messsystem als schwierig erweisen kann. Diese Forderungen werden durch Netzbetreiber erhoben, entbehren jedoch einer gesetzlichen Grundlage.

Um eine Aussage über den thermischen Wirkungsgrad des BHKW machen zu können, sollte neben der produzierten Strommenge auch die produzierte Wärmemenge durch Wärmemengenzähler gemessen werden. So ist es außerdem möglich, eine relativ genaue Aussage über die benötigte Prozesswärme oder über die von anderen an den Heizkreislauf des BHKW angeschlossenen Verbrauchern (ggfs. Ställe usw.) benötigte Wärmemenge zu treffen.

Damit die Motoren ausreichend mit Gas versorgt werden, muss ein entsprechender Fließdruck vor Eintritt in die eigentliche Gasregelstrecke gewährleistet sein. Bei druckloser Biogasspeicherung ist hierfür eine Gasdruckerhöhung durch entsprechende Gasverdichter vorzunehmen.

Eine große Rolle für den sicheren Betrieb der Motoren spielt das Schmieröl. Durch das Schmieröl werden die im Motor entstehenden Säuren neutralisiert. Ein Austausch des Schmieröls ist infolge von Alterung, Verschmutzung und Nitrierung bzw. der Abnahme des Neutralisationsvermögens in regelmäßigen Abständen in Abhängigkeit von der Motorart, des Öls und der Betriebsstundenanzahl durchzuführen. Neben regelmäßigen Ölwechselintervallen sollte vor dem Ölwechsel eine Ölprobe entnommen werden. Die Ölprobe wird in einem darauf spezialisierten

Gasaufbereitung und Verwertungsmöglichkeiten

Labor untersucht. Anhand der Laborergebnisse kann eine Aussage über die Länge der nötigen Ölwechselintervalle sowie über den Verschleiß des Motors gemacht werden /5-1/. Um die Ölwechselintervalle zu verlängern, wird häufig die verwendete Ölmenge durch Ölwannenvergrößerungen erhöht, die von vielen Herstellern angeboten werden.

Wartung

Der Betrieb eines BHKW mit Biogas setzt voraus, dass die vorgegebenen Wartungsintervalle eingehalten werden. Dazu zählt auch die vorbeugende Instandhaltung wie z. B. Ölwechsel und Austausch von Verschleißteilen. Eine ungenügende Wartung und Instandhaltung kann zur Schädigung des BHKW führen und somit erhebliche Kosten verursachen /5-1/, /5-11/.

Jeder BHKW-Hersteller stellt einen Inspektionsund Wartungsplan zur Verfügung. Anhand dieser Pläne ist zu erkennen, welche Tätigkeiten in welchen Zeitabständen zur Instandhaltung und Pflege der Module durchgeführt werden müssen. Der zeitliche Abstand der verschiedenen Maßnahmen ist von Faktoren wie dem Motortyp etc. abhängig. Durch Schulungen, die vom BHKW-Hersteller angeboten werden, besteht die Möglichkeit, einige Arbeiten in Eigenregie durchzuführen /5-11/.

Neben den Wartungsplänen werden auch Serviceverträge angeboten. Vor dem Kauf des BHKW sollten die Einzelheiten der Serviceverträge geklärt sein, wobei insbesondere folgende Punkte beachtet werden sollten:

-welche Arbeiten führt der Betreiber durch,

-welche Form des Servicevertrages wird vereinbart,

-wer liefert die Betriebsmaterialien,

-in welchem Zeitraum erfolgt eine Reparatur,

-welche Laufzeit hat der Vertrag,

-schließt der Vertrag eine große Revision mit ein,

-wie werden außerplanmäßige Probleme behandelt. Welche Leistungen in den Servicevertrag aufgenommen werden, ist unter anderem auch davon abhängig, welche Eigenleistungen vom Betreiber ausgeführt werden können. Von der Fachgemeinschaft Kraftmaschinen des VDMA wurden eine Spezifikation und ein Vertragsmuster für Wartungsund Instandhaltungsverträge entwickelt. Basierend auf dieser Spezifikation entstand die VDI-Richtlinie 4680 „BHKW-Grundsätze für die Gestaltung von Serviceverträgen”. Hier können entsprechende Informationen über Inhalt und Aufbau der Verträge eingeholt werden /5-12/. Gemäß VDMA können verschiedene Vertragsformen von Serviceverträgen definiert werden.

Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung

Der Inspektionsvertrag umfasst alle Maßnahmen zur Feststellung und Beurteilung des Ist-Zustandes der zu inspizierenden Anlage. Die Vergütung kann in Form einer Pauschale geleistet werden oder wird nach Aufwand bemessen, wobei zu klären ist, ob Inspektionen einmalig oder regelmäßig stattfinden.

Der Wartungsvertrag enthält erforderliche Maßnahmen zur Erhaltung des Soll-Zustandes. Die durchzuführenden Tätigkeiten sollten in einer Liste beschrieben werden, die durch Bezugnahme Vertragsbestandteil wird. Die Tätigkeiten können periodisch oder zustandsabhängig durchgeführt werden. Die Vertragspartner können eine Vergütung nach Aufwand oder als Pauschale vereinbaren. Je nach Vertragsvereinbarung kann auch das Beheben von Störungen, die nicht vom Bediener beseitigt werden können, mit zu den Leistungen gehören.

Der Instandsetzungsvertrag umfasst alle erforderlichen Maßnahmen zum Wiederherstellen des Soll-Zustandes. Die durchzuführenden Tätigkeiten ergeben sich aus den Bedingungen des Einzelfalls. Die Vergütung wird normalerweise nach Aufwand festge- legt /5-12/.

Der Instandhaltungsvertrag, auch Vollwartungsvertrag genannt, umfasst Maßnahmen, die zur Erhaltung eines sicheren Betriebs notwendig sind (Wartungsund Reparaturarbeiten, Ersatzteilinstallation und Betriebsstoffe außer Brennstoff). Eine sogenannte Generalüberholung ist auf Grund der Vertragsdauer (in der Regel 10 Jahre) ebenfalls enthalten. Dieser Vertrag entspricht weitestgehend einer Garantieleistung. Die Vergütung erfolgt meistens in Form einer Pau- schale /5-12/.

Die Standzeit von Zündstrahlmotoren beträgt durchschnittlich 35 000 Betriebsstunden /5-13/, was bei 8000 Betriebsstunden im Jahr ca. 4½ Jahren entspricht. Danach ist eine Generalüberholung des Motors nötig, wobei meist der gesamte Motor getauscht wird, da sich eine Generalüberholung wegen der niedrigen Motorpreise nicht lohnt. Bei Gas-Ottomotoren kann von einer durchschnittlichen Standzeit von 45 000 Betriebsstunden bzw. ca. 5½ Jahren ausgegangen werden. Danach wird eine Generalüberholung des Motors durchgeführt. Hier werden fast alle Teile bis auf Motorblock und Kurbelwelle ausgetauscht. Nach der Generalüberholung ist eine Laufzeit in gleicher Höhe zu erwarten /5-12/. Die Standzeiten sind u. a. sehr von der Wartung und Pflege der Motoren abhängig, weswegen sie sehr stark variieren können.

Aufstellräume

Blockheizkraftwerke sollten nur in dafür geeigneten Gebäuden aufgestellt werden. Zur Verringerung der Geräuschemissionen sollten die Gebäude mit Schalldämmmaterial oder die BHKW-Module selbst mit einer Schallschutzhaube versehen werden. Neben ausreichend Platz zum Durchführen von Wartungsarbeiten muss auf eine ausreichende Luftversorgung geachtet werden, um den Luftbedarf der Motoren decken zu können. Hierfür kann es notwendig sein, entsprechende Zuund Abluftgebläse zu verwenden. Weitere detaillierte Anforderungen an Aufstellräume von BHKW können den Sicherheitsregeln für landwirtschaftliche Biogasanlagen entnommen werden.

Für die Aufstellung im Freien werden BHKW-Module, die in schallgedämmte Container eingebaut sind, angeboten. In diesen Containern sind normalerweise die Anforderungen an Aufstellräume vom BHKW-Hersteller realisiert. Ein weiterer Vorteil der Containerbauweise stellt die Komplettmontage der Anlage beim BHKW-Hersteller mit einem anschließenden Test dar. So lassen sich die Zeiten von der Aufstellung bis zur Inbetriebnahme auf ein bis zwei Tage reduzieren. Beispiele für die Aufstellung von BHKW zeigt Abb. 5-8.

5.2.1.9 Kosten

Die Kosten von Blockheizkraftwerken sind stark von den verwendeten Motortypen abhängig. Bei Zündstrahlmotoren handelt es sich häufig um Motoren, die anders als Gas-Ottomotoren in Serienproduktion hergestellt werden, weswegen sie in der Anschaffung günstiger sind. Als grober Netto-Richtpreis können für ein BHKW mit Zündstrahlmotor mit einer elektrischen Leistung von 200 kW etwa 550 _/kW und bei einem BHKW mit Gas-Ottomotor bei gleicher elektrischer Leistung ca. 800 _/kW dienen (vgl. Abb. 5-9). Die spezifischen Kosten nehmen mit zunehmender elektrischer Leistung der BHKW ab. Bei der Beurteilung muss auf jeden Fall der Wirkungsgrad der Anlage beachtet werden. BHKW mit höheren Wirkungsgraden weisen höhere Kosten auf, die aber durch den erhöhten Mehrerlös aus dem Stromverkauf wieder ausgeglichen werden können.

Bei Zündstrahlmotoren fallen zusätzlich Kosten für das zum Betrieb notwendige Zündöl und dessen Bevorratung (Vorratsbehälter) an. Zündstrahlaggregate sind bei gleicher anfallender Biogasmenge größer zu wählen als Gas-Ottomotoren, da zusätzlich zum Biogas noch der Energiegehalt des Zündöls berücksichtigt werden muss /5-1/.

Preisvergleiche zwischen einzelnen BHKW können sich als schwierig erweisen, da sich der Umfang der einzelnen Angebote sehr stark unterscheidet. Um eine Vergleichbarkeit herstellen zu können, ist die Einholung von Angeboten mit einer sehr detaillierten Angebotsanfrage empfehlenswert. Trotzdem ist die sorgfältige Prüfung der Angebotsinhalte sehr wichtig, um ggf. das günstigste Angebot vom billigsten unterscheiden zu können.

Neben den Anschaffungskosten sollten auch Kosten für Wartung und Instandhaltung mit berücksichtigt werden. Die Kosten sind stark von den angebotenen Leistungen bzw. Vertragsinhalten abhängig (vgl. Kapitel 5.2.1.8). Als grober Richtpreis können

ungefähr 1 bis 1,8 Cent pro erzeugte kWhel. für Vollwartungsverträge veranschlagt werden /5-11/. Abb.

5-10 zeigt eine Übersicht über Preise für Vollwar-

tungsverträge in Abhängigkeit der installierten Motorleistung. Da die BHKW allerdings nicht immer in Volllast laufen, was zur Reduzierung der eingespeisten Kilowattstunden führt, legen viele Hersteller die Kostenpauschale nach Betriebsstunden fest.

Zum Kauf des BHKW stellt das Contracting eine Alternative dar. Contracting wird von vielen BHKW-Herstellern in unterschiedlichen Varianten angeboten. Je nach Variante werden Teile des unternehmerischen Risikos vom Biogasanlagenbetreiber auf den Contractor verlagert. Das verbleibende Restrisiko wird vertraglich zwischen beiden Parteien geregelt. So besteht z. B. die Möglichkeit, dass der Contractor Planung, Finanzierung, Bau und Wartung sowie die Betriebsführung der BHKW-Anlage übernimmt und damit ihr Betreiber ist. Ein Teil der Vergütung, die der Contractor (Betreiber) für den einge-