Bioenergie

Bioenergieatlas.NRW

Bioenergieatlas.NRW:
Die Bioenergiebranche auf einen Blick

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Neu: Marktführer Holzpellets NRW 2017

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Bionergie

Energieeffizienz

Landwirtschaft
Um eine Biogasanlage effizient zu betreiben, sind diverse Faktoren zu berücksichtigen:

Substrate: Fehler bei der Aufbereitung, Lagerung und Einbringung der Substrate wirken sich auf die Effizienz und Gasausbeute der Anlage aus. Schon bei der Silierung kann angesetzt werden, indem der Einsatz von Silierhilfsmitteln (Mikroorganismen, Enzymen oder chemischen Hilfsmitteln) geprüft wird. Dieser kann den Prozess unterstützen, ist aber stets vom Einsatzfall abhängig. Auch die mechanische Aufbereitung des Substrates, z.B. Schreddern, beeinflusst den Abbauprozess im Fermenter meist positiv. Nicht zuletzt ist die Einbringtechnik relevant. So kann z.B. das Substrat vor der Einbringung mit Gärrest angemaischt und homogenisiert werden. Manchmal ist auch der Betrieb einer vorgeschalteten Hydrolysestufe sinnvoll.

Prozessüberwachung: Ein stabiler Prozess mit einer optimierten Spurenelement- und Nährstoffversorgung wirkt sich im Übrigen positiv auf die Biogasausbeute aus. Die Prozessüberwachung kann den Gehalt der Nährstoffe Stickstoff und Phosphat sowie von Spurenelementen wie Eisen, Nickel, Cobalt und Selen beinhalten. Liegt ein Mangel vor, kann eine von einem spezialisierten Labor auf die Bedürfnisse angepasste Additivmischung zugegeben werden. Darüber hinaus kann regelmäßige Analyse von Substraten sowie Gärrest unnötige Verluste verhindern.

Wärmekonzept: Das Blockheizkraftwerk (BHKW) kann nur etwas über 40 % der im Gas enthaltenen Energie in Strom umwandeln. Der größere Teil der produzierten Energie ist Wärme. Ein Teil davon wird direkt für die Beheizung des Fermenters genutzt, denn der Biogasbildungsprozess benötigt unabhängig von der Jahreszeit eine konstante Temperatur. Die verbleibende Wärmeenergie kann anderweitig genutzt werden. Kann die thermische Energie nicht selbst verwendet werden, steigern Wärmelieferverträge zu benachbarten Liegenschaften den Wärmeabsatz. Diverse Faktoren wirken sich unmittelbar auf die Effizienz solcher Nahwärmekonzepte aus: Wärmeanschlussdichte, Dämmqualität, Netzplanung und Dimensionierung (Temperaturdifferenz, Massestrom, Druckverluste), Betriebsführung und Optimierung des Nahwärmenetzes oder auch die hydraulische Optimierung der Kundenanlage. Ein sinnvolles Wärmenutzungskonzept empfiehlt sich bereits in der Planungsstufe einer Biogasanlage, kann aber auch nachträglich ergänzt werden. Ist keine Wärmesenke vorhanden, kann die Möglichkeit einer Biogasaufbereitung und Einspeisung ins Erdgasnetz geprüft werden.

Restgaspotenzial: Das Restgaspotenzial einer Biogasanlage gibt Auskunft über die Substratausnutzung im Prozess. Zur Bestimmung wird der Gärrest unter definierten Bedingungen erneut vergoren und der mögliche Gasmehrertrag daraus bestimmt. Ist das Restgaspotenzial hoch, empfiehlt es sich, mögliche Prozessstörungen im Fermenter auszuschließen, einen Nachgärer nachzuschalten oder zumindest das Gärrestlager gasdicht abzudecken.

Forst- und Holzwirtschaft
In privaten Haushalten sind Holzpelletheizungen in puncto Energieeffizienz kaum zu schlagen. Holzpellets verbrennen per Definition CO2-neutral und weisen durch ihre Normung sowie darauf perfekt abgestimmte Verbrennungstechnik eine höhere Effizienz als andere Holzverbrennungen, etwa Hackschnitzel oder Scheitholz, auf.

In Biomassekraftwerken zur reinen Stromerzeugung liegt der elektrische Wirkungsgrad üblicherweise bei etwa 30 bis 35 Prozent. Kommt das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung zum Einsatz, so lässt sich der Gesamtnutzungsgrad auf 80 bis 90 Prozent steigern. Allerdings stellt die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme den Betreiber vor die Herausforderung, ganzjährig für die Abnahme einer gleichmäßig großen Wärmemenge zu sorgen. Als besonders effizient erweisen sich in der Praxis Biomasseheizkraftwerke mit angeschlossener ORC-Anlage. Denn die Abgase aus dem Biomassekessel enthalten noch Wärmeenergie, die bei dem so genannten Organic Rankine Cycle in elektrische Energie umgewandelt und z.B. ins Netz eingespeist werden kann.

Abfallwirtschaft
Die Getrennterfassung von Bio- und Grünabfällen sowie deren Verwertung gelten aktuell aus wirtschaftlicher und ökologischer als sinnvoll. Dies liegt vor allem an der optimalen Ausnutzung des energetischen und stofflichen Potenzials der knappen Ressource Biomasse. Bei dieser Einschätzung spielt auch das Alter der Kompostwerke in Deutschland eine Rolle: Die ohnehin zu modernisierenden Anlagen können mit Hilfe von Vorschaltanlagen unter Ausnutzung der bestehenden Kompostierungstechnik für die Energiegewinnung umgerüstet werden. Dazu eignen sich insbesondere günstige Standorte mit gutem Stand der Technik. Unter der Voraussetzung entsprechender Durchsatzmengen sind die Investitionen in eine moderne Aufbereitung sowie Vergärung der Abfälle wirtschaftlich. Die benötigten Abfallmengen können ggf. in regionalen Kooperationen erhoben werden, wobei gezielte Informationsmaßnahmen dafür sorgen, dass die Abfälle bereits in den Haushalten korrekt getrennt werden.

Abwasserwirtschaft
Einige Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen sind bereits energieautark oder auf dem Weg dahin. Zahlreiche andere können es werden, wenn der Energiebedarf der Anlage gezielt gesenkt und die Eigenenergieproduktion gleichzeitig gesteigert werden kann. Eine Vielzahl von Maßnahmen führt ans Ziel:

Kanalbetrieb: Die Festlegung von sporadisch und dauerhaft laufenden Aggregaten kann sich maßgeblich auf den Energieverbrauch auswirken. Auch die Auslegung auf die tatsächlich auftretende Fördermenge ist relevant. Daneben verbrauchen Nebenaggregate zur Beheizung, Belüftung und Entfeuchtung zuweilen mehr Energie als die Pumpwerke.

Zulaufhebewerk: Eine Abstufung der Pumpen, die sich nach den Durchflusswerten richtet, kann den Energieverbrauch der Anlage senken.

Rechen, Sandfang: Bezogen auf den Gesamtverbrauch fällt dieser Posten wenig ins Gewicht. Einsparmöglichkeiten ergeben sich teilweise bei der Wärmeversorgung oder beim Standby-Verbrauch der Steuerung. Auch kann der Neukauf eines auf den Bedarf hin optimierten Sandfanggebläses wirtschaftlicher sein als eine Umrüstung (z.B. durch eine Drehzahlreduktion).

Vorklärung: Durch einen quasikontinuierlichen Schlammabzug kann die nachfolgende Eindickung entfallen.

Biologische Stufe: Auf diesen Prozessschritt entfällt etwa die Hälfte des gesamten Stromverbrauchs. Vor allem die Belüftung und die Umwälzung können energetisch optimiert werden.

Nachklärung: Das Augenmerk kann auf die teilweise im Dauerbetrieb eingesetzten Schwimmschlammpumpen gelegt werden.

Schlammbehandlung: Umwälzpumpen, v.a. im Faulbehälter, gehören bei diesem Prozessschritt zu den größten Energieverbrauchern.

Schlammentwässerung: Die maschinelle Schlammentwässerung kann Ansätze zur Optimierung bieten.

Klärgaserzeugung und -nutzung: Durch einen zweiten Faulbehälter, in dem lediglich die verdrängte Schlammmenge sedimentiert, kann die Gasausbeute gesteigert werden. Anknüpfungspunkt für die energetische Optimierung ist auch die Prozesstemperatur der Faulbehälter. Zudem stellen energieeffiziente Blockheizkraftwerke hohe elektrische Wirkungsgrade bei der Nutzung des erzeugten Klärgases sicher.

Larissa Mathiszik
Leiterin Aktion Holzpellets
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642290
mathiszik@energieagentur.nrw

Heike Frinken
Leiterin Netzwerk Biomasse
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642297
frinken@energieagentur.nrw

Isabel Kuna
Aktion Holzpellets
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642298
kuna@energieagentur.nrw

Monika Löber
Netzwerk Biomasse
EnergieAgentur.NRW
Telefon: 0211 86642241
loeber@energieagentur.nrw

Dr. Petr Tluka
Netzwerk Biomasse
Telefon: 0211 86642217
tluka@energieagentur.nrw

Sie erreichen die EnergieAgentur.NRW außerdem werktags von 8 bis 18 Uhr über die Hotline unter 0211 - 8371930.