Vom Landwirt zum Energiewirt

Mikrogasturbinen in der landwirtschaftlichen Biogasnutzung

Noch sind Mikrogasturbinen teurer als herkömmliche Anlagen zur Verstromung von Biomasse. Doch niedrige Wartungskosten und geringe Emissionen machen die moderne Technik zu einer überlegenswerten Alternative.

25. Juni 2001

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) hat die Nutzung von Biogas, das bei der anaeroben Vergärung organischer Reststoffen entsteht, interessanter gemacht. Durch die im EEG garantierte Vergütung für eingespeisten Strom von 20 Pf/kWh sind zahlreiche Anlagenstandorte wirtschaftlich attraktiv. Möglichkeiten zur Biogasnutzung bestehen insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich. Ein interessantes Anwendungsfeld für eine neue Technologie - die Mikrogasturbine.

Grundsätzlich stehen für die in der Landwirtschaft üblichen Anlagengrößen von 25 bis 200 kWel verschiedene Energieerzeugungslösungen zur Auswahl:

• Zündstrahlmotoren (umgebaute Dieselmotoren, bei denen die Zündung durch eingespritzten Dieselkraftstoff erfolgt)

• Gas-Ottomotoren (speziell auf Gasbetrieb ausgerichtete Motoren mit Zündkerzen)

• Mikrogasturbinen

Die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen Anlagen bestehen im Wirkungsgrad, den Abgasemissionen sowie den Kosten und der Lebensdauer. Zündstrahlmotoren sind aufgrund des fossilen Brennstoffanteils und ihrer relativ hohen NOx-Emissionen umstritten, während Gasmotoren als Stand der Technik anzusehen sind. Die Mikrogasturbine stellt in diesem Umfeld eine junge und umweltfreundliche Lösung dar. Stationäre Mikrogasturbinenanlagen nutzen Komponenten, die als Abgasturbolader und als Stromerzeugungsaggregate in der Luftfahrt millionenfach bewährt sind.

Die Mikrogasturbinenanlagen der G.A.S. Energietechnik GmbH ermöglichen durch den Einsatz eines Rekuperators, der die Abgaswärme zum Vorwärmen der Verbrennungsluft nutzt, sowie von elektronischen Frequenzumrichtern und Abgaswärmetauschern die Einbindung von Mikrogasturbinen in effiziente Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK). Diese eignen sich für den stationären und netzparallelen Betrieb. Die von der G.A.S. Energietechnik hergestellten Anlagen haben eine elektrische Leistung von 28 und 60 kWel. Diese KWK-Module weisen folgende Merkmale auf:

• reine Luftkühlung und -lagerung (kein Kühlkreislauf, kein Ölwechsel)

• einfache Bauweise - einziges bewegtes Teil ist der Rotor mit Verdichter, Turbine und Generatorläufer

• geringer Platzbedarf und geringe Lärmemission

• niedrige NOx-Emissionen

• geringer Wartungsaufwand (Serviceintervall 8.000 Stunden)

Die Investitionskosten liegen derzeit noch über dem Niveau der Motoranlagen, wohingegen die Wartungskosten weit unter denen von vergleichbaren motorischen BHKW liegen. Insgesamt wirken sich die niedrigen Wartungskosten im Vergleich zum Gasmotor und die hohe Betriebsstundenzahl positiv auf die Wirtschaftlichkeitsrechnung aus.

Für den konstanten Betrieb einer Anlage mit 28 kWel ist eine Biogasmenge von etwa 400 m³/d (bei 6,5 kWh/m³) erforderlich. Dies entspricht bei reiner Güllevergärung der Menge, die in einem Betrieb mit einem Tierbestand von rund 300 Großvieheinheiten (GVE) anfällt, und liegt damit in einer häufig anzutreffenden Größenordnung. Beim Einsatz der Mikrogasturbinenanlagen zur Biogasnutzung kommen etliche Vorteile zum Tragen: So stellen sich erhebliche Einsparungen durch Wegfall des Ölwechsels ein, denn das Schmieröl von Motoren versauert durch die Schwefelanteile im Biogas und erfordert somit kurze Ölwechselintervalle. Zudem bietet das System eine hohe Flexibilität beim Temperaturniveau der Wärmenutzung (Heißwasser, Dampf zur Hygienisierung, Abgasdirekttrocknung).

Zudem kann auf den Einsatz eines Notkühlers, der bei fehlendem Wärmebedarf im Sommer zur Motorkühlung nötig ist, verzichtet werden. Und schließlich ist die Mikrogasturbine resistent gegen Schwefelanteile im Biogas. Probleme bei der Entschwefelung bewirken keinen Maschinenschaden.

Obwohl das Biogas auf einen Brennkammerdruck von 4 bar verdichtet werden muss und somit Wirkungsgrad mindernd wirkt bieten Mikroturbinen in Kombination mit hocheffizienten Fermentersystemen aufgrund des geringen Platzbedarf eine interessante Perspektive.

Da das von Biogasanlagen emittierte Kohlendioxid vorher über den biologischen Kreislauf der Luft entzogen wurde, ist die Technik weitgehend CO2-neutral. Die wichtigste Abgasemission sind daher Stickoxide (NOx). Auch für Anlagen, die wegen ihrer Größe noch nicht der TA-Luft unterliegen, sollen die Grenzwerte der TA-Luft hier als Orientierung dienen.

Für Gasmotoren liegt der NOx-Grenzwert der TA-Luft bei 500 mg/m³. Die Emissionen der Mikrogasturbinen liegen jederzeit unterhalb von 50 % dieses Wertes. Dagegen erreichen Zündstrahlmotoren, die in der Wirtschaftlichkeitsrechnung wegen des hohen elektrischen Wirkungsgrads gut abschneiden, nur die Grenzwerte für Dieselmotoren, die mit 4.000 mg/m³ wesentlich höher sind. Zündstrahlmotoren können, so die G.A.S. Energietechnik, daher nicht als Stand der Technik bezeichnet werden.

Auch wenn in der Pilotphase der Biogastechnologie mit insgesamt kleiner Abgasmenge eine gewisse Toleranz bei den Abgasemissionen herrschte, sollte im Hinblick auf den stark zunehmende Anzahl von Biogasnutzungsanlagen auf den Einsatz emissionsarmer Technologien geachtet werden. Die Mikrogasturbinen stellen eine neue Option dafür da, die ihr Potential zur Zeit in ersten Anwendungen beweist.

Erschienen in Ausgabe: 04/2001