mg/m³

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Technik, Kosten und Wege zur Realisierung 

von Motor-Blockheizkraftwerken 

für Biogas, Deponiegas, Klärgas und Pflanzenöl 

Dipl.-Ing. Stephan Waerdt 

Pro2 Anlagentechnik GmbH 

3. Südwestfälischer Energie-Tag 

FH Südwestfalen / Meschede 

© Pro2 Anlagentechnik GmbH 

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Inhalt 

• Vorstellung und Einleitung 

• Biogasnutzung mit Gasmotoren 

• Technische Grundlagen und Betrieb 

• Neue Technologien 

• Wirtschaftlichkeit / Rahmenbedingungen 

• Fazit 

© Pro2 Anlagentechnik GmbH

Vorstellung 

Anlagenbau 

Engineering 

� Blockheizkraftwerke 

� Verdichterstationen 

� Fackelanlagen 

� Gasreinigung 

� Planung, Bau, 

Entwicklung 

Unternehmensbereiche 

Service 

� 24 h Service 

� Betriebs- 

führung 

� Voll- und 

Teilwartung 

Contracting 

� Contractinganlagen 

� Mietanlagen 

� Finanzierungskonzepte 

www.pro-2.net 


Leistungsspektrum 

Deponiegas 

- Entgasung 

- Fackel 

- Verdichter 

- BHKW 

Anwendungsbereiche und Produkte 

- Gasreinigung 

- Entsorgung 

Bio-/Klärgas 

- Fackel 

- Verdichter 

- BHKW 

- Gasreinigung 

- Thermische 

Systeme 

Grubengas 

- Exploration 

- Testabsaugung 

- Verdichter 

- Nutzung 

- Gefahren- 

abwehr 

Erdgas 

- BHKW 

- Kraft-Wärme- 

Kopplung 

- Kraft-Wärme- 

Kälte-Kopplung 

Sondergase 

- Holzgas 

- Benzindampf 

- Lösungsmittel 

- Pyrolysegas 

- Schwachgas 


Biogas-Nutzung 

Faultürme Verdichterstation,Gasaufbereitung 

und Notfackel 

CH 4 CO2 O2 

Blockheizkraftwerk Trafostation 

CH 4 kW 

V A 


Schema einer Biogas-Anlage 


Blockheizkraftwerk zur Biogas-Nutzung 

BHKW mit integrierter Verdichter- und 

Fackelanlage 

- Gas-Ottomotor (kein zusätzlicher 

Zündölbedarf) 

- hoher elektrischer Wirkungsgrad 

- niedrige Emissionen NO x , SO x , CO, HC, Ruß) 

- integrierte Verdichterstation und Notfackel 

CH 4 kW 


Aufstellung Container-BHKW mit 

Verdichter- / Fackelstation 


Referenzanlage BGA Buschhaus (D) 

Pro2 Leistungen 

- Gasmotoren-BHKW 347 kW el. 

in Containerbauweise 

- Verdichterstation und Notfackel 

250m³/h 

- Engineering 

- Anlagenbau 


Referenzanlage BGA Hehlen (D) 

Pro2 Leistungen: 

- Gasmotoren-BHKW 2 x 536 kW el 


- Seitenkanalverdichter 2 x 250 m³/h 

- Gaskühlung 2 x 250 m³/h 

- eine freistehende Notfackel 

- Projektierung und Anlagenbau 


Pro2-Deponiegas-Nutzung 

Deponie mit Gasbrunnen 

landfill site 

Gas-Sammelstation 

gas manifold 

Fackel-Verdichterstation 

flare and compressor station 

Kondensatschacht 

condensate trap 

CH4 CO2 O 2 

Blockheizkraftwerk 

cogeneration plant 

CH 4 kW 

Trafostation 

transformer 


Referenzanlage Deponie Freyburg (D) 

Pro2 Leistungen: 

- Gasmotoren-BHKW 311 kW el 


- Integrierte HT-Fackel- und 

Verdichterstation 500 cbm/h 

- Gassammelstation 


- Bau 

- Service 


Klärgas-Nutzung 

Abwasser 

Wasseraufbereitung 

Reststoffe 

gereinigtes 

Wasser 

thermische 

Klärschlammtrocknung 

Verbrennung 

CH 4 

Klärgasaufbereitung 

und -sammlung 

Stromeinspeisung 

ins öffentliche 

Netz 

Wärme 


Referenzanlage Kläranlage Forchheim (D) 

Pro 2 Leistungen: 

- Gasmotoren-BHKW 330 kW el 


- Anlagentausch 469 kW el 

- Anlagenfinanzierung 

- Planung und Realisierung 

- Service 

- Anlagentausch 626 kW el mit 

Thermoöl-Wärmeauskopplung 


Kennwerte motorisch nutzbarer Gase 

[kWh/m³ i.N.] 

30 

20 

15 

10 

5 

Butan 

Propan 

Erdölbegleitgas 

Erdgas 

Klärgas, Biogas 

Grubengas 

Deponiegas 

Holzgas 

Benzindampf 

Methanzahlen 

- Wasserstoff 

- Methan 

- Propan 

- Butan 

- Kohlenmonoxid 

- Erdgas 

- Klärgas 

- Deponiegas 

0 

100 

33 

10 

75 

75 bis 90 

134 

136 

Bei gasförmigen Kraftstoffen wird zur Beurteilung des Klopfverhaltens 

die Methanzahl MZ angegeben. Sie gibt an wieviel 

Volumenprozent Methan eine Mischung aus Methan 

(MZ = 100) und Wasserstoff (MZ = 0) besitzt, die dasselbe 

Klopfverhalten aufweist, wie der zu prüfende Kraftstoff. 


Brenngaseigenschaften I 

Unterer Heizwert 

d. h. Methangehalt 

Hu 

CH4 

> 4,0 

> 40 

kWh/m³i.N. ± 10 % 

%vol 

Gesamtschwefelgehalt S < 2,2 g/m³i.N. 

Schwefelwasserstoff-Gehalt H2S < 0,15 %vol 

Chlorgehalt Cl < 100 mg/m³i.N. CH4 im Brenngas 

Fluorgehalt F < 50 mg/m³i.N. CH4 im Brenngas 

Summe Chlor und Fluor Cl + F < 100 mg/m³i.N. CH4 im Brenngas 

Staubgehalt (3 - 10 µm) < 10 mg/m³i.N. CH4 im Brenngas 

Öldämpfe (> C5) < 0,4 g/m³i.N. CH4 

keine Kondensation in Gasregelstrecke und Ansaugrohr 

Quelle: Deutz AG 


Brenngaseigenschaften II 

Silicium Si < 10 mg/m³i.N. CH4 im Brenngas 

Bei Si > 5 mg/m³ i.N. Ölanalysen auf Metallgehalte > 15 

mg/kg Öl beachten 

Feuchte (relative) < 90 % bei tiefster Ansaugtemperatur, d. h. keine Kondensation in 

Ansaugrohr und Gasregelstrecke 

Druck (Eintritt Gasregelstrecke) 20 - 100 mbar 

Druckschwankungen < ± 10 % des Einstellwertes bei einer Schwankungsfrequenz < 10/h 

Temperatur < 50 

> 10 

Methanzahl MZ > = 80 

bzw. 70 

Quelle: Deutz AG 

°C 

°C 

je nach Datenblattangabe für die Motoren; andere auf 

Anfrage bei DEUTZ MWM 


Technologien Gasnutzung 

Gasmotor 100 kW – 2.000 kW 

ausgereifte Serienprodukte 

Wirtschaftlich (Life-Cycle-Kosten, Wirkungsgrad el.) 

Microturbine 30 kW – 100 kW 

Serienfertigung z.T. eingestellt 

Unwirtschaftlich (Wirkungsgrad el., Investkosten) 

Zündstrahlmotor 30 kW – 300 kW 

Einzelanfertigungen 

Stützfeuerung problematisch 

neue Motoren trotz hohem Wirkungsrad eingeschränkt 

wirtschaftlich wg. hoher Anforderung Gasqualität 

Brennstoffzelle Marktreife nicht absehbar 


Gasmotorentechnik 

Gasmotor 

λ =1 Motor Magermotor 

- Erdgaseinsatz 

- Saug-Betrieb 

(stöchiometrisch) 

- 3-Wege Katalysator 


- Sondergaseinsatz 

- Turbo-Betrieb 

(Mager, λ < 2) 

- Oxidations-Katalysator 

Diesel-Gas/ 

Gas-Diesel- 

Motor 


- Sondergaseinsatz 

- Turbo-Betrieb 

(Mager, λ < 2,5) 

- SCR Katalysator 


Grenzwerte der TA-Luft 2002 

für den Einsatz von Gasmotoren 

Schadstoff Erdgas 

[mg/m³] 

Grubengas 


CO 300 650 

(300) 

Bio-/Klärgas 


Brennstoffleist. >3 MW: 

650 

Brennstoffleist. < 3 MW: 

1000 

Deponiegas 


NOx 250 500 500 500 

SOx * 8,9 31 310 310 

Organische 

Kohlenwasserstoffe 

60 60 60 60 

* Auf 3 % Restsauerstoff bezogene Werte umgerechnet auf 5% Restsauerstoff 

650 


Containeraggregat 

Zuluftanlage 

Gasregelstrecke 

Gasmotoren- 

Aggregat 

Abgasanlage 

Maschinenraum 

Abluftanlage 

Frischöl- / 

Gebrauchtölstation 

Tischkühler 

Schaltanlagenrau 

m 


Service – Ausfallursachen 

Elektrische Störungen 

30% 

30% 

Gasqualität 

30% 

Verschiedenes 

Mechanische 

Störungen 


Aufgaben des Betreiberpersonals 

• Sichtkontrolle der Gesamtanlage 

• Kontrolle der Anzeigeinstrumente 

• Kontrolle auf Vibrationen und Laufgeräusche 

• Kontrolle der Befestigungen, Dichtigkeitskontrolle 

• Schmierölstand prüfen 

• Führung des Betriebstagebuches 

• Meldung bei Betriebsabweichungen und Betriebsstörungen 

• Weitergabe von Protokollausdrucken 

• Warenannahme (Öl, Ersatzteile) 


Service, Wartung, Instandhaltung 

• Störungsbeseitigung, 24 h Pro2-Service 

• Tägliche Kontrolle durch Betreiber 

• Regelwartung Betreiber / Pro2-Service 

- z. B. Ölwechsel, Filterwechsel, Kerzenwechsel 

- z. B. Ventileinstellung 

• Instandhaltung, Grundüberholung Pro2-Service 

- z. B. Zylinderkopfwechsel 


Service - Pro2 Fernwirksystem 

CH4 kW 

CH4 kW 

CH4 kW 

CH 4 kW 

ISDN 

Pro2-Service- 

Personal 

(dezentral) 

ISDN 

ISDN 

Pro2-Service 

24 h Bereitschaft 

(zentral) 


Einleitung ORC 

• Wärmenutzung an Biogas-Anlagen oft nur begrenzt oder nicht vorhandenen 

(Probleme: Wärmetransport, saisonaler Bedarf, Speicherung ....) 

• ORC-Anlagen nutzen BHKW-Wärme zur Stromerzeugung 

• Effizienzsteigerung und Verbesserung der Wirtschaftlichkeit 

(Wettbewerbsfähigkeit) 


Historie 

Organic-Rankine-Cycle 

• Ursprung liegt im 19. Jahrhundert 

• Basis ist der Clausius-Rankine-Kreisprozess (Wasserdampfprozeß) 

• Rankine, William J. M. (1820 - 1872) schottischer Physiker und Ingenieur 

• Clausius, Rudolf J. E. (1822 - 1888) deutscher Physiker 


Anwendungsbereiche 

• Bisher vornehmlich Geothermische Anwendungen 

(höhere Temperaturbereiche) 

• Biomasse-Heizkraftwerke 

(bessere Wirkungsgrade bei kleinen Leistungen 

und Teillast gegenüber Wasserdampfturbine) 

• Neue Anwendungen im Bereich EEG – Anlagen 

(Technologie / KWK -Bonus, Abwärmenutzung, Effizienzsteigerung) 


Funktionsprinzip 

Motor-Abgas 

Wärmequelle 

M 

Pumpe 

Verdampfer 

Rückkühlwerk 

Expansionsmaschine 

G 

Generator 


Systemeigenschaften ORC 

• Temperaturen ab ca. 100 °C sind nutzbar 

• Abwärme verschiedener Art (flüssig, gasförmig) und 

unterschiedlicher Temperatur können gleichzeitig verwendet werden 

• Leistungen der ORC-Anlagen ab ca. 60 kW el ; entspricht ca. 350 kW th 

Abwärme 

• Eine effektive, niedrigtemperierte Rückkühlung ist anzustreben 

• Eine Auskopplung von Niedertemperaturwärme aus der Rückkühlung 

ist möglich 

• Parallele Schaltung von Wärmenutzung und ORC möglich 

(stufenlose Verteilung der Wärme) 


Beispiel Biogas OREM 596 

Brennstoffbedarf: 1.341 kW ( 244 Nm 3 /h Biogas bei 55 Vol.% Methan) 

Elektrische Leistung 537 kW 

Elektrischer Wirkungsgrad 40 % 

Abgaswärme 314 kW (150 °C); Kühlwasser- und Gemischwärme 408 kW; 

Gesamtwirkungsgrad 81,2 % 

Bei Nutzung der Abgaswärme 

ORC-Anlage (nur HT-Abwärme) Ø 60 kW el d.h. Elektrischer 

Gesamtwirkungsgrad 44,5 % 


Wirtschaftlichkeit 

Anlagengröße ab 300 kW thermisch (Hochtemperatur), 

d.h. ab 500 kW elektrisch 

Bonus 2 cent/kWh für Gesamtstrommenge Einspeisung 

Investkosten 4.000 € bis 6.000 € pro kW elektrisch 

Keine Brennstoffkosten, Stromkosten Eigenbedarf berücksichtigen 

Niedrige Betriebs- und Wartungskosten 


Aktuelle Rahmenbedingungen ORC 

• Rechtssicherheit Bonus-Zahlungen EEG erforderlich 

• Novellierung EEG 2007 muss bessere Bedingungen für Effizienztechnologie 

ORC bringen (Anschubförderung, ggf. mit starker Degression) 

• 500 KW – Grenze Baugesetzbuch auch für ORC problematisch 

(Einsatz effizienter Technolgie wird damit verhindert) 

• Bekannte Technolgie im neuen Anwendungsbereich mit hohem 

Kostensenkungs – und Effizienzpotential 


Einleitung Pflanzenöl-BHKW 

• Hohe Nachfrage aufgrund steigender Heizkosten (Öl, Gas) 

• Interessante Rahmenbedingungen durch das EEG 

• Noch keine serienreifen BHKW 


Pflanzenöle im BHKW 

• Grundsätzlich: naturbelassen, kaltgepreßt 

• Favoriten: Raps-, Soja- und Palmöl 

• Unterschiedliche Stoffeigenschaften erfordern Anpassung 

ccDieselmotor im BHKW 


Vergleich Pflanzenöle 

• Rapsöl: - Geringe Probleme Motorbetrieb 

- Preisanstieg durch Nachfrage im Biodieselsektor 

⇒ Wirtschaftlichkeit BHKW-Betrieb problematisch 

• Sojaöl - z.T. erhebliche Probleme Motorbetrieb 

- Preisgünstiger als Raps 



• Palmöl: - Gute Erfahrungen mit Pro2-Pilotanlage 

- Preisniveau wird nicht sehr stark vom 

Biodieselmarkt beeinflusst 

- Bei 15°C stichfest 

⇒ höhere Aufwendungen bei Lagerung, 

Kraftstofftransport, Ausrüstung BHKW 



• Palmöl: - Gute Erfahrungen mit Pro2-Pilotanlage 

- Preisniveau wird nicht sehr stark vom 

Biodieselmarkt beeinflusst 

- Bei 15°C stichfest 

⇒ höhere Aufwendungen bei Lagerung, 

Kraftstofftransport, BHKW 


Zusammenfassung und Ausblick I 

� Pflanzenöl-BHKW mit hoher Wärmenutzung sehr interessant 

� Zukünftige Entwicklungen 

Technologie: ORC-Anlagen, Enzymeinsatz Biogas 

Märkte: Emissionshandel / Ökostromhandel ? 


Zusammenfassung und Ausblick II 

� Biogas-Nutzung „boomt“ in Deutschland 

- Basis: garantierte Stromeinspeisetarife (EEG) 

� Wirtschaftlichkeit durch Zusatzfunktionen 

- Anbau NaWaRo auf Stilllegungsflächen 

- Entsorgungserlöse 

� Markt Biogasnutzung wächst europa-(welt)-weit 


www.pro-2.net 

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