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Bayern BHKW Biogas-Blockheizkraftwerk MNW 75 BG Y

Kraft-Wärme-Kopplung für Gülle

Der Gesetzgeber hat im Rahmen der letzten Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes 2017 (EEG) für die Vergärung auf landwirtschaftlichen Betrieben anfallender Gülle in Biogasanlagen mit begrenzter Leistung eine besondere Förderung beschlossen. In § 44 (Vergärung von Gülle) heißt es dazu:

„Für Strom aus Anlagen, in denen Biogas eingesetzt wird, das durch anaerobe Vergärung von Biomasse im Sinn der Biomasseverordnung gewonnen worden ist, beträgt bis einschließlich einer Bemessungsleistung von 75 Kilowatt der anzulegende Wert 23,14 Cent pro Kilowattstunde, wenn

  1. der Strom am Standort der Biogaserzeugungsanlage erzeugt wird,
  2. die installierte Leistung am Standort der Biogaserzeugungsanlage insgesamt bis zu 150 Kilowatt beträgt und
  3. zur Erzeugung des Biogases in dem jeweiligen Kalenderjahr durchschnittlich ein Anteil von Gülle mit Ausnahme von Geflügelmist und Geflügeltrockenkot von mindestens 80 Masseprozent eingesetzt wird.“

Zwar können diese Biogasanlagen auf Güllebasis, wie oben angeführt, mit Blockheizkraftwerken (BHKW) von bis zu 150 kW ausgerüstet werden. Da bis 75 kW verbauter Leistung aber keine Mindestwärmenutzung vorgeschrieben ist und aufgrund der besonderen Vergütung für Anlagenleistungen unterhalb dieser Bemessensgrenze, ist das Verhältnis von Ertrag zu Investitionskosten bei 75-kW-Anlagen besonders günstig. Mithilfe dieser Förderung ist ein entsprechender Markt für BHKW dieser Baugröße entstanden, mit denen betriebseigene landwirtschaftliche Wirtschaftsdünger zur Produktion von Biogasstrom genutzt werden können – zum Wohle von Betreiber und Umwelt.

Elektrischer BHKW-Wirkungsgrad entscheidend

Bei einer geplanten Gesamtnutzungsdauer der Biogasanlage zwischen 15 und 25 Jahren erreicht das verbaute BHKW trotz regelmäßiger Wartung nach 40.000 bis 60.000 Betriebsstunden oder rund sieben Jahren das Ende seines Maschinenlebens und muss ersetzt werden. Teilweise erfolgt dieser Austausch – und sei es nur, weil die Wartungskosten höher wären als der Ersatz – sogar bereits früher.

Der Biogasanlagenbetreiber möchte aber natürlich möglichst viel erzeugtes Biogas in elektrischen Strom umsetzen und diesen verkaufen beziehungsweise selbst nutzen. Deshalb ist eine Anlagenumrüstung auf ein effizienteres BHKW mit einem nachweislich höheren elektrischen Wirkungsgrad zu diesen bestimmten Wartungspunkten wirtschaftlich noch sinnvoller.

Bei der Erstausstattung wird der Druck hin zu besonders effizienten BHKW durch die EEG-Bedingungen verstärkt. Diese sehen vor, dass sich bei neu geplanten Anlagen die Einspeisevergütung um halbjährlich jeweils 0,5 Prozent seit Inkrafttreten reduziert sowie keine Mindestwärmenutzung vorgesehen ist. Vor diesem Hintergrund hat sich das 75-kW-BHKW des Dorfener DLG-Prüfung „Elektrischer Wirkungsgrad“ in emissionsoptimierter Betriebsweise unterzogen. Im Rahmen der Prüfung wurde auch eine Abschätzung des thermischen Wirkungsgrads vorgenommen.

Prüfungsaufbau und Ergebnisse

BHKW können prinzipiell in zwei Betriebsarten genutzt werden. Größere Anlagen besitzen wie oben erwähnt eine Vorgabe für eine Mindestwärmenutzung und werden demzufolge thermisch geführt, das heißt die Stromerzeugung ist nur die Sekundärnutzung. Anders bei kleinen Anlagen bis 75 kW; diese werden elektrisch optimiert betrieben.

Des Weiteren kann das BHKW wirkungsgradoptimiert, emissionsoptimiert und wartungsoptimiert gefahren werden, also mit dem Ziel einer maximal möglichen Energieumsetzung, eines maximalen Wirkungsgrads unter gleichzeitiger Einhaltung der aktuellen TA Luft oder um geringstmögliche Wartungskosten zu erzeugen. In der Praxis wird ein 75-kW-BHKW üblicherweise emissionsoptimiert betrieben.

Um den elektrischen Wirkungsgrad zu bestimmen, wurden alle Eingangsgrößen messtechnisch erfasst sowie die Generatorleistung gemessen. Anschließend wurden beide Energieformen ins Verhältnis gesetzt. Zusätzlich wurden Abgasmessungen im Kamin des BHKW vorgenommen. Die Messungen erfolgten in einer Biogasanlage, die mit Rindergülle, Mais-, Getreideganzpflanzen und Grassilage als Substrate betrieben wird. Das erzeugte Biogas hatte einen Methananteil von rund 60 Volumen-Prozent (Bild 1).

Die Messung von elektrischer Leistung und Biogasverbrauch erfolgte in fünf Perioden von jeweils 60 Minuten. Bei der Berechnung des elektrischen Wirkungsgrads wurden die gemessenen Verbräuche der Heizpumpe und des Gasgebläses von 0,36 kW beziehungsweise 0,5 kW berücksichtigt. Gleichzeitig wurde in diesen Perioden die Einhaltung der Abgasgrenzwerte überprüft (Bild 2). 

Das Bayern BHKW MNW 75 BG Y erreichte in den Messungen einen elektrischen Wirkungsgrad von 34,2 Prozent, was laut DLG-Prüfrahmen mit „+ = besser als der Standard“ bewertet wurde. In einer nicht bewerteten Zusatzprüfung wurde gleichzeitig der thermische Wirkungsgrad bestimmt, indem die nutzbare thermische Energie im Heizkreislauf (Vorlauf/Rücklauf) des Abgaswärmetauschers gemessen und in Bezug zur Energie des Biogases gesetzt wurde. Der gemittelte thermische Wirkungsgrad betrug 48,5 Prozent.

Fazit

Mit einem Wirkungsgrad von 34,2 Prozent liegt das Bayern BHKW MNW 75 BG Y über dem von der DLG als aktuellem Standard festgelegten Wert von 31 bis 33 Prozent. Dieser Wert ist umso positiver, als der Wirkungsgrad bauartbedingt schlechter ausfällt, je geringer die Leistung des verwendeten Verbrennungsmotors ist.

Die aktuellen Grenzwerte der TA Luft hinsichtlich Schwefel- und Stickoxiden sowie Kohlenmonoxid wurden in der emissionsoptimierten Betriebsweise durchgängig eingehalten.

Da bei der Biogaszusammensetzung zum Zeitpunkt der Messungen die Formaldehyd-Grenzwerte nicht immer eingehalten wurden, wäre an dieser Anlage ein geeigneter Abgaskatalysator nötig. Weil dieser Grenzwert von derzeit 60 mg/m³ Abgas aber ab Anfang 2020 auf dann maximal 20 mg/m³ Abgas deutlich verschärft wird, ist eine derartige Nachrüstung im Laufe dieses Jahres sowieso nötig.