Fernwärmesystem effizient ausgenutzt

Spezial

Biogas-BHKW - Im Landkreis Erding in Oberbayern realisierte ein Biogasanlagen-Betreiber ein 2,5km langes Fernwärmenetz, in das neben seinem Kraftwerk als Satellit ein weiteres BHKW Wärme einspeist. Dieses wird über eine Pipeline mit Biogas versorgt.

11. September 2013

Schon von dem etwa ein Kilometer entfernten 500-Einwohner-Örtchen Wasentegernbach aus kann man die Biogasanlage von Johann Greimel in Nicklhub klar erkennen. Deutlich erheben sich auf dem vorgelagerten Hügel die Kuppel des Fermenters sowie die mit grünen Planen bedeckten Berge aus eingelagerter Silage. Mais, Gras und Ganzpflanzensilage werden hier zu Gas verarbeitet.

Täglich wird die Biogasanlage für nachwachsende Rohstoffe mit pflanzlichem Substrat gefüttert, hinzu kommt noch einmal eine große Menge an Hühnermist zur Impfung. Bei knapp 40°C wird den rund 10.000m3 Biomasse im Haupt- und Nachfermenter sowie im Gärrestlager Biogas entlockt. So viel, dass die Kapazitäten des direkt angeschlossenen Blockheizkraftwerks längst erschöpft sind.

Deshalb verbindet seit gut zwei Jahren eine etwa 1km lange unterirdische Biogaspipeline die Anlage mit der im Wasentegernbacher Tal gelegenen Firma Bayern BHKW. Der Hersteller von Biogas-Aggregaten richtete sich neben seiner Werkshalle ein eigenes Kraftwerk ein und produziert aus dem bereitgestellten Biogas nun selbst Strom und Wärme. Diese Konstellation bietet den großen Vorteil, dass die Biogas-Anlage dank der großen Entfernung zur Ortschaft hinsichtlich Lärm- und Geruchsemissionen abgeschirmt ist.

Die ersten Gespräche zwischen den beiden Projektpartnern fanden Anfang 2009 statt, das Projekt setzten sie ab Mitte 2009 um. Ende 2009 standen bereits die Gebäude und die Fernwärmeleitung. Die Blockheizkraftwerke gingen 2010 in Betrieb.

Der vorwiegende Nutzen eines solchen Satelliten-Blockheizkraftwerks liegt in seiner Nähe zur Ortschaft und der kurzen Strecke, die die Wärme von ihrem Produktionsort bis zu den Abnehmern zurücklegen muss. So geht kaum etwas von der Nutzwärme verloren, die bei der Verbrennung entsteht und dank der Kraft-Wärme-Kopplung des Kraftwerks ins Fernwärmenetz eingespeist wird.

Biogas-Entfeuchtung

90% der Wasentegernbacher, ein benachbarter Weiler, zwei Schreinereien und ein Landmaschinenhändler sind bereits an das Fernwärmenetz Johann Greimels angeschlossen, das auch von den Aggregaten der Firma Bayern BHKW bedient wird. Die Länge des Netzes liegt bei rund 2,5km.

Die Herausforderung war, das Biogas mittels einer Gastrocknung oder auch Entfeuchtungsanlage so aufzubereiten, dass es dauerhaft zu keinen Störfällen während des Betriebs der Pipeline kommen konnte, erläutert Alexander Niedermeier, einer der beiden Geschäftsführer des BHKW-Herstellers.

Damit aus dem Biogas das Maximum an Energie herausgeholt werden kann, sind der Betreiber der Biogasanlage Johann Greimel und der Geschäftsführer der Bayern BHKW Maximilian Niedermeier ständig auf der Suche nach Möglichkeiten der Effizienzsteigerung. Sie haben das Konzept der Direktvermarktung bereits umgesetzt. Eine Vergrößerung der Satelliten-BHKW-Anlage ist geplant. »Auch in Verbindung mit einem Gasspeicher, somit kann die Stromproduktion flexibel erfolgen und Spitzenlasten am Strommarkt werden abgedeckt«, so Alexander Niedermeier.

Auswahl des Motors

Auch im Blick haben die Partner in punkto Effizienz das Herzstück einer jeden Anlage – den Verbrennungsmotor. In erster Linie ist natürlich ein möglichst hoher Gesamtwirkungsgrad, bei Sondergasen meist in Verbindung mit einem hohen mechanischen Wirkungsgrad, gefragt. Doch es gibt noch weitere Faktoren, die bei der Konzeption einer Biogasanlage und der Auswahl des richtigen Motors beachtet werden müssen.

Um die Lebenszykluskosten möglichst niedrig zu halten, sollte der Motor der Wahl darüber hinaus erstens eine lange Bauteilstandzeit, zweitens eine hohe Zuverlässigkeit – sprich, geringe Ausfallzeiten – und drittens geringe Wartungskosten garantieren.

Sowohl Greimel als auch Niedermeier entschieden sich für das Projekt nach Berücksichtigung all dieser Kriterien für Motoren von MAN: Die niedrigen Gesamtbetriebskosten überzeugten. Die Kosten für eine Vollwartung durch den BHKW-Hersteller in Verbindung mit MAN-Gasmotoren liegen bei einer Anlagengröße von 500kW bei knapp 5€ pro Betriebsstunde, führt Niedermeier aus.

Geringer Verschleiss

Die beiden BHKW der Partner bestehen jeweils aus mehreren Gasmotor-Aggregaten und bringen es insgesamt auf eine Leistung von 1,8MWel und 2MWth. Das Kraftwerk der Firma Bayern BHKW hat eine installierte Leistung von etwa 1MW, wird aber im Regelfall nur mit einer Leistung von 530kW gefahren.

Eines der beiden Aggregate, die Maximilian Niedermeier nutzt, ist der V8-Motor E2848 LE322, der bei 1.500U/min im 50-Hz-Einsatz eine mechanische Leistung von 265kW liefert. Die Kaufempfehlung an seine Kunden folgt aus den eigenen Erfahrungen: »Im ersten Jahr konnten wir einen Volllastanteil von 99 Prozent fahren, Störungen traten überhaupt keine auf.«

Außerdem konnten sie sich die erste Teilüberholung, die standardmäßig nach 15.000 Betriebsstunden stattfindet, sparen. »Es gab einfach noch nichts zu reparieren, da der Verschleiß dieses Motors extrem gering ist.« Neben der großen Zuverlässigkeit und den langen Wartungsintervallen zeichne sich der Motor darüber hinaus durch eine lange Lebensdauer aus.

Aus der Praxis könne er berichten, dass das Ziel von 60.000 Betriebsstunden, das der Hersteller für jeden seiner Gasmotoren für Blockheizkraftwerke ausgibt, in nahezu jedem Fall erreicht werde. 100.000 geleistete Betriebsstunden seien bei seinen Kunden, die die Wartungs- und Instandsetzungsintervalle einhielten, keine Seltenheit.

Guter Gaswechsel

Besonders begeistert zeigt sich Maximilian Niedermeier vom zweiten Aggregat in seinem Kraftwerk – ein Feldversuchsmotor, der ihm als OEM-Partner von MAN zur Verfügung gestellt wurde. Der E3262 LE202 ist ein 12-Zylindermotor mit 132mm Bohrung und 157mm Hub. Er kommt Ende des Jahres 2013 auf den Markt. »Nach den ersten 10.000 Betriebsstunden stellten wir so gut wie keinen Verschleiß an den Ventilen und Zylinderköpfen fest – und das alles bei einem Ölverbrauch, der nahezu nicht messbar ist.« Im Testversuch zeigte sich, dass die Details, auf die bei der Entwicklung und Konstruktion besonders geachtet wurde, sich beim Betrieb auszahlen, erläutert der Gasmotorenhersteller. So sorgen beispielsweise gecrackte, maximal steife Pleuelstangen mit einer absolut runden Bohrung für große Laufruhe und niedrigen Verschleiß der Pleuellager, führt er weiter aus.

Optimierte, rollengelagerte Stößel reduzieren die innermotorische Reibung zusätzlich, während die Vierventiltechnik, für die sich die Nürnberger Ingenieure entschieden, »einen sehr guten Gaswechsel und damit hohe Leistungsausbeute ermöglicht«. Untypischerweise sei die elektronisch geregelte Drosselklappe beim E3262 heißseitig verbaut – eine Technik, die sich bewährt habe, um den Druckverlust zu minimieren.

Erschienen in Ausgabe: 07/2013