Projekt 23357/01

Einbindung der Biogasanlage Jerstedt/Goslar in den Energiepark Clausthal

Projektträger

Clausthaler Umwelttechnik-Institut (CUTEC) GmbH
Leibnitzstr. 23
38678 Clausthal-Zellerfeld

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Mit dem Energiepark Clausthal steht eine Lehr- und Demonstrationsanlage für dezentrale und regenerative Energieversorgungssysteme zur Verfügung. Der bisher erreichte Erfolg wird durch die Einbindung der Komponente Biogaserzeugung noch weiter erhöht. Dazu wird eine reale Biogasanlage (Standort Jerstedt/Goslar, 500 kW NaWaRo) mit ihren Betriebsdaten in die Leitstandsinfrastruktur des Energie-parks am Standort Clausthal-Zellerfeld eingebunden. Zusätzlich kann mit dem vorhandenen BHKW Strom bedarfsgerecht (virtuell aus Biogas gespeist) erzeugt werden. Weiterhin wurde ein Stirlingmotor-BHKW auf den Biogasbetrieb umgerüstet und am Standort Goslar-Jerstedt betrieben.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie einzelnen Arbeitsschritte umfassen die Einbindung der Biogasanlage in den Energiepark Clausthal, den Einsatz in Forschung, Lehre und Demonstration sowie die Anwendung von neuen Technologien. Voraussetzung für die Untersuchungen ist die datentechnische Aufbereitung und Ankopplung an den Leitstand im Energiepark Clausthal. Dazu werden vorhandene Prozessdaten aufbereitet und ergänzt um zusätzliche Messtechnik zur Visualisierung und Bilanzierung des Prozesses vor Ort verwendet. Zusätzlich werden die Daten über moderne Kommunikationstechnik an den Standort Clausthal-Zellerfeld übertragen und dort für den bedarfsgerechten Betrieb eines BHKW verwendet. Damit lässt sich der Beitrag einer Biogaserzeugung in einem gekoppelten Verbundsystem vieler regenerativer Energieumwandlungsverfahren zeigen. Nach Inbetriebnahme des Systems können Ergebnisse erzeugt werden, die sowohl bilanziell als auch prozesstechnisch ausgerichtet sind. Zur Demonstration steht die Komponente Biogas zur Verfügung. Über Webcams ist die Anlage zu sehen, es kann zusätzlich vor Ort besichtigt werden. In einem weiteren auch parallel verlaufenden Schritt ist ein Stirlingmotor-BHKW auf den Biogasbetrieb umzurüsten und auf der Anlage mit einem Teilstrom des erzeugten Biogases zu betreiben. Ergebnisse und Betriebserfahrungen können mit bereits durchgeführten Untersuchungen zu anderen Umwandlungstechnologien bzw. anderen Energierohstoffen verglichen werden.


Ergebnisse und Diskussion

Das Grundkonzept des Projektes konnte umgesetzt werden. Die Datenerfassung und -visualisierung aller Komponenten der Biogasanlage und des Stirlingmotor-BHKW auf der Biogasanlage wurde aufgebaut. Mit den erzeugten und weitergeleiteten Daten der Biogasanlage wurde im Energiepark ein BHKW zur Strom- und Wärmeversorgung eingesetzt. Dabei konnte bedarfsgerecht Spitzenstrom in Zeiten, in denen andere Energieformen (Wind, Wasser und PV) ausfielen, erzeugt werden. Biogas wurde also als Komponente in einem virtuellen Kraftwerk verwendet. Die unterschiedlichen Auswirkungen in einem gekoppelten System werden anhand von Jahressummen, Monatslastgängen und hoch aufgelöst für Tagesverbrauchsprofile abgebildet. In den meisten Fällen wurde damit Biogas bedarfsgerecht verwendet.
Auch der Betrieb eines BHKW mit Biogas unter den realen Bedingungen auf einer Biogasanlage wurde realisiert und es konnten Betriebserfahrungen gesammelt werden, auch was die Steuerung und Regelung eines Stirlingmotor-BHKW (vor allem des Brenners) betrifft. Beim Betrieb des Stirlingmotor-BHKW auf der Biogasanlage bestand das Hauptproblem darin die geringere Energiedichte des Biogases im Vergleich zum Erdgas (geringerer Methangehalt) auszugleichen. Der Gleichdruckregler, welcher für die Einstellung des Verhältnisses von Brenngas zu Brennluft verantwortlich ist, wurde verändert. Hierdurch konnte eine stabile Verbrennung erreicht werden, was einen Betrieb des BHKW im unteren Leistungsbereich (maximaler Maschinendruck 75 bar, elektrische Leistung von 5 kW) ermöglichte. Ein weiteres Problem zeigte sich beim Auftreten von Schwankungen im Bereich der Biogasqualität, d. h. schwankenden Methangehalten. Die installierte Regelungstechnik ist nicht in der Lage entsprechend schnell auf diese Schwankungen zu reagieren.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bereits im Rahmen des Projektes Clausthaler Lehr- und Demonstrationsanlage für dezentrale Energieversorgungssysteme - Energiepark Clausthal (Förderkennzeichen: 12809) finden in regelmäßigen Abständen Führungen für die interessierte Öffentlichkeit statt, auch regelmäßige Messeauftritte fanden und finden weiterhin statt. Auch dieses Projekt ist hier mit eingeschlossen. Mit diesem Projekt sind ebenfalls alle Voraussetzungen geschaffen worden, um im Bereich von Forschung und Lehre, u. a. durch weitere Vergabe von Studien- und Diplomarbeiten, das Thema Biogaserzeugung und Energiepark Clausthal auch weiterhin bearbeiten zu können.


Fazit

Das Ziel des Projektes mit der Visualisierung und Messdatenerfassung für den Betrieb einer Biogasanlage wurde erreicht. Daten konnten verwendet werden, um in einem übergeordneten Energiemanagementsystem zu zeigen, welche Beiträge über kurzfristig speicherbare Biogasanteile zusätzlich zur bedarfsgerechten Spitzenstromerzeugung in einem realen Umfeld genutzt werden können. Der Betrieb eines Stirlingmotor-BHKW mit Biogas auf einer realen Biogasanlage erfolgte, auch wenn nicht der volle Leistungsbereich der Anlage ausgereizt werden konnte. Es konnten wichtige Betriebserfahrungen im Umgang mit dem Stirlingmotor gesammelt werden.