Regenerative Energie
Betriebsstrategien für Biogasanlagen - Zielkonflikt zwischen netzdienlichem und wirtschaftlich orientiertem Betrieb
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
In einem intelligenten Energiesystem müssen 'Smart Grid' und 'Smart Market' Hand in Hand gehen (Aichele et. al, 2014). Änderungen am rechtlichen Rahmen, insbesondere im Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) haben zum Ziel, die Anforderungen zur Erhöhung der Erzeugung erneuerbarer Energien (EE) sowie zur Markt- und Systemintegration von EE in Einklang zu bringen (siehe hierzu Schwarz, 2014). Dies entscheidet, ob der Betrieb einer modernen EE-Anlage sowohl die Maximierung eigener Gewinne (Smart Market) als auch die Entlastung der übergeordneten Netze (Smart Grid) zum Ziel haben kann oder auf nur einen Aspekte ausgerichtet ist.
Analytische Untersuchung der thermischen Optimierung von Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Eine Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen ist mit den neuen gesetzlichen Rahmenbedingungen schwieriger darstellbar als mit den Bonussystemen der vorangegangen Novellierungen des EEG. Um diese zu steigern ergeben sich mehrere Varianten, die oftmals mit weiteren Investitionen verbunden sind.
Direkte technische Verbesserungen, aus denen schnelle ökonomische Erfolge resultieren, bedürfen daher einer genaueren Analyse der Randbedingungen. Im Rahmen dieses Beitrages wird der Wärmebereich landwirtschaftlicher Biogasanlagen untersucht, insbesondere die Optimierung des Eigenwärmebedarfs, die in der Vergangenheit kaum berücksichtigt wurde und somit einiges an Potential erwarten lässt. Als Datengrundlage dienen 10-jährige Dokumentationen von Eigenwärmeverbräuchen, Fütterungsprotokolle sowie Temperaturmessungen verschiedener Wärmebilanzparameter wie Substrat, Biogas, Umgebung etc. Nach Auswertung der Messungen und erster Bilanzierungen wurde festgestellt, dass die Aufrechterhaltung der Fermentertemperatur die meiste Wärmeenergie verbraucht und gleichzeitig auch das größte Optimierungspotenzial aufweist. Erste Optimierungsmöglichkeiten im Substratbereich wurden identifiziert, wie passive und aktive Dämmung der Substrat-Einbringsysteme und Wärmerückgewinnung aus dem Nachgärablauf. Dabei wurden Einsparpotenziale von mehreren hundert Megawattstunden im Jahr kalkuliert, je
nach Menge und Temperaturanhebung der eingesetzten Substrate.
Prozessbegleitende Simulation zur Betriebsüberwachung von Biogasanlagen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Biogasanlagen sind verfahrenstechnische Anlagen, die auf komplexen biochemischen Prozessen basieren. Für landwirtschaftliche Biogasanlagen ist festzustellen, dass oft die notwendige Messtechnik fehlt, um den aktuellen Prozesszustand so beurteilen zu können, dass daraus das kurz- und mittelfristige Anlagenverhalten abgeleitet werden kann. Durch die Implementierung von mathematischen Modellen, wie z.B. das ADM1 und dessen Weiterentwicklungen, in Simulationssoftware ist es möglich, Biogasanlagen verfahrens- und regelungstechnisch als Prozessmodelle abzubilden.
Technisch-ökonomisch-ökologische Analyse der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) von Grünschnitt und sich anschließender Nutzungsoptionen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Die ökonomische Analyse der Konversion von biogenen Restsoffen zu hochwertigen Energieträgern zeigt, dass die daraus erzielte Erweiterung des Nutzungsspektrums auch mit einer deutlichen Steigerung der Brennstoffkosten einhergeht - besonders bei Aufbereitungsverfahren mit hohem Neuigkeitscharakter und entsprechend hohem Investitionsbedarf und geringerer Verfügbarkeit. Zudem erhöht eine Kompaktierung der HTC-Kohle für einen besseren Transport die Brennstoffkosten signifikant, weshalb eine Nutzung vor Ort mit wesentlichem Kostensenkungspotenzial verbunden ist.
Qualitative und Quantitative Betrachtung von Petro- und Biokraftstoffen mittels GCxGC-TOFMS:
Neue Entwicklungen und Anwendungen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Die umfassend zwei-dimensionale Gaschromatographie (GCxGC; engl.: comprehensive two-dimensional gas chromatography) und die Detektion mittels Flugzeit-Massenspektrometrie (TOFMS; engl.: time-of-flight mass spectrometry) ermöglicht es komplexe Stoffgemische wie petrochemische Proben in Einzelbestandteile bzw. Substanzklassen zu trennen. Die Kombination charakteristischer Elutionsprofile mit der Möglichkeit, Massenspektren mittels auf Visual Basic basierender Algorithmen zu analysieren ermöglicht eine automatisierte und sehr detaillierte qualitative und quantitative Auswertung auch großer Datenmengen. Die GCxGC-TOFMS Analytik bietet somit im Vergleich zur konventionellen Gaschromatographie eine enorm gesteigerte Selektivität, die zur Analyse hochkomplexer Rohstoffe (z.B. Pyrolyseöl) notwendig ist. Darüber hinaus ist es mögliche eine Quantifizierung, gegliedert nach Kohlenstoffanzahl durchzuführen.
Gemeinsame Hydrierung von Pflanzenölen mit Straight-run-Gasölfraktionen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Hydriertes Pflanzenöl (HVO) besteht nahezu ausschließlich aus Alkanen. Es kann daher im Gegensatz zu Biodiesel (FAME) prinzipiell in beliebigen Anteilen zu Dieselkraftstoff gemischt werden. Die Zumischraten werden nur durch normative Parameter (z.B. Dichte, Siedeverhalten) begrenzt. Die industrielle HVO-Herstellung erfolgt gegenwärtig in sogenannten Stand-Alone-Anlagen. Eine vielversprechende Alternative besteht in der Mithydrierung von Pflanzenölen bei der Entschwefelung von Gasölfraktionen in Raffinerien. Beide Prozesse laufen unter vergleichbaren Reaktionsbedingungen ab. Dadurch kann bestehende Raffinerieinfrastruktur mitgenutzt werden.
Die Biokraftstoffproduktion in Deutschland - Stand der Technik und Optimierungsansätze
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Nach der Ermittlung des Status Quo deutscher Biokraftstoffanlagen liegt eine umfangreiche Datenbasis der Verfahrenstechnik vor. Daraus wurden virtuelle Biokraftstoffanlagen als Simulationsmodelle entwickelt, die für weitere Untersuchungen zur Verfügung stehen.
Energetische Nutzung von biogenen Reststoffen -
Untersuchung der Aufbereitung und Verbrennungseigenschaften am Beispiel von Pferdemist-Pellets
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Der im Bereich der Biomasse verwendete Energieträger Holz ist in seiner wirtschaftlichen Verfügbarkeit begrenzt. Dem entsprechend findet die energetische Nutzung von Reststoffen der Landwirtschaft verstärktes Interesse, die sich aber hinsichtlich ihrer chemischen Eigenschaften und damit ihres Verbrennungs und Emissionsverhaltens zum Teil deutlich von den üblichen Holzbrennstoffen unterscheiden.
Betriebsmodi einer Schwachgas- Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage zur flexiblen Stromerzeugung unter Nutzung von Holzkohle
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Es wurden an einer mit Holzkohle betriebenen, selbstentwickelten Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage Untersuchungen zur hochflexiblen Strombereitstellung durchgeführt. Während dieser Untersuchungen konnten fünf mögliche Betriebsmodi identifiziert werden, welche für den flexiblen Betrieb von Bedeutung sind. Neben einer schnellen Regelfähigkeit besitzt die Anlage weiterhin die Fähigkeit in einem großen Bereich eine Lastverschiebung zwischen elektrischer und thermischer Last vorzunehmen. Die Modulationsfähigkeit der Anlage beträgt 18-100 % im normalen Betrieb mit Drosselung der Brennstoffzufuhr und 36-100 % im Betrieb mit Lastverschiebung.
Großbaustelle Wärmewende
Herausforderungen bei der Umsetzung von Wärmeprojekten in Bioenergie-Regionen
© Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock (6/2015)
Im Gegensatz zum Ausbau der erneuerbaren Strombereitstellung ist die Bereitstellung von Wärme aus erneuerbaren Energieträgern ein bisher weniger beachtetes Thema. Zur Umsetzung der eingeleiteten Energiewende ist es jedoch notwendig, neben dem verstärkten Einsatz von regenerativem Strom auch die Wärmeversorgung stärker zu fokussieren. Der Einsatz von Biomasse trägt aufgrund eines vielseitigen Einsatzspektrums zur Deckung des Bedarfs entscheidend bei. Die Umsetzung regenerativer Wärmeprojekte ist eine sehr komplexe und dezentrale Angelegenheit. Eine besondere Schwierigkeit besteht dabei, Erzeuger und Verbraucher zusammen zu bringen und so eine Win-Win-Situation für alle Beteiligten herbei zu führen. Gute Beispiele für die Initiierung und Umsetzung solcher biogenen Wärmeprojekte lassen sich in den 21 deutschlandweiten Bioenergie-Regionen finden. Der Beitrag möchte diese Erfahrungen darstellen und insbesondere auf die Rolle der Regionalmanagements bei der Gestaltung von biogenen Wärmeprojekten eingehen. Ferner werden politische Rahmenbedingungen erläutert und Herausforderungen bei der Umsetzung solcher Projekte aufgezeigt.