BHKW für Biogasanlage Stromorientiert

  • Hallo,


    Ich studiere Maschinenbau im Bereich erneuerbare Energien und muss zurzeit die Auslegung eines BHKWs für eine Modellbiogasanlage durchführen.


    Bin mir dabei aber garnicht so sicher wie ich das BHKW auslegen soll.


    Die Biogasanlage produziert ca. 238.000 m³/a mit einem Heizwert von ca. 6 kWh/m³.


    Also 1.428.000 kWh/a.


    Bei einem BHKW mit einerm elektr. Wirkungsgrad von 40% und 8000 Betriebsstunden komme ich auf eine elektrische Leistung von 71,4 kW.


    Sollte ich also ein BHKW mit ca. 72 kW verwenden oder sind die 8000 Betriebsstunden zu hoch?


    Mit wieviel rechnet man?


    Nebenher soll eine Photovoltaikanlage laufen mit der zusammen eine möglichste gleichbleibende Strom ins Netz einspeisen soll.
    Die Leistung der PV-Anlage schwankt ja sehr. Ist es das lohnenswert eventuell 2 BHKWs zu haben um je nach Leistung der PV-Anlage nur eins oder beide BHKWS laufen.


    Dachte wenn ca. 90kW insg. eingespeißt werden sollen und die PV-Anlage 60kW (Maximal) hat das man ein 30KW und ein 50KW BHKW laufen lässt.


    Wenn die PV-Anlage dann 60 kW bringt läuft nur das kleine BHKW mit 30 kW.
    Wenn die PV-Anlage 20kW bringt könnten ja dann beide laufen, oder?


    Ich bin mir da sehr unsicher. Ich finde auch sehr wenig Literatur zur Auslegung.
    Die meisten legen wärmeorientiert aus. Ich hingegen Stromorientiert.


    Kann mir jemand Tipps geben`oder mich berrichtigen?


    Schonmal vielen Dank!

  • Hallo Piehh
    und Hezlich Willkommen im Forum.


    Dein Projekt ist nicht gerade das Standardthema in diesem Forum,
    aber dennoch werden wir hoffentlich wertvolle Anregungen beisteuern können.


    Ganz im Gegensatz zu meinen üblichen Kommentaren (ich bin erst der Zahlensammler, bevor ich zu Tipps tendiere)
    möchte ich Dich gleich auf einen bestimmten bhkw-Hersteller aufmerksam machen
    eine microturbine von capstone (Vertrieben in Deutschland über e-quad)
    Das ist eine Turbine, wie man sich ja schon denekn kann.
    Hat meines Wissen einen geringfügig schlechteren elektrischen Wirkungsgrad als die Top-Motor-BHKW's (was bei Deine Stromgeführten weise nicht so prall wäre)
    ABER, es läuft auch mit Schwachgasen (Deponie, Bio etc.), so dass evt eine Gasaufbereitung geringfügiger ausfallen könnte. Weiterhin haben die sehr geringe Wartungskosten im Vergleich zur motor-konkurrenz
    und die Leistungsklassen (Modelle von 30kw-1000kw) passen auch für Deine Anforderungen.


    -------------


    Nun aber mal zu Deinen Fragen (...und zu denen, die mir gleich aufgefallen sind)


    - Warum Stromgeführt?
    Klar, im biobereich (Landwirte und co.) hat man oft das Problem genügend Wärmeabnehmer zu finden....
    dennoch sind Bioanlagen zur reinen Stromerzeugung nicht unbedingt vom Gesetzgeber gewollt.
    So gibt es meines Wissens auch Einschränkungen im Hinblick von Fördersätzen, falls keine sinnvolle Wärmeverwendung stattfindet.
    ...Nebenbei, ist es meist auch nciht unbedingt wirtschaftlich, die Wärme nicht zu nutzen,
    Welche Gestehungskosten entstehen denn für die Gasproduktion (Anlagen, Rohstoffe?)


    - 8.000 Betriebstunden,
    sind durchaus machbar...gibt auch Forenuser hier, die das schaffen und die 8.600 fast vollbekommen
    wenn es gewinnbringend ist (hier sind wir wieder beim Thema, ob man ohne wärmenutzung gewinnbringd sein kann), kann man gerne es so lang laufen lassen.
    demzufolge wärst Du durchaus bei Deinen Zahlen.
    Interessant wäre evt. der elektrische Wirkungsgrad...40% erscheinen mir recht ambitioniert...evt sind in der Leistungsklasse höhere Wirkungsgrade drin...hast Du da konkrete Modelle?
    ...ggf. mit anderen Wirkungsgraden gegenrechnen.


    Zu berücksichtigen wäre evt die Staffelung der Einspeisevergütung (gilt doch auch bei Biogasanlagen, oder?)
    ...da gibts z.B. bei 50kw eine Stufe


    Hast Du überhaupt Freiheitsgrade im Hinblick der Gasproduktion?
    Ich mein, wenn tatsäcjhlich kontinuierlich Gasmenge X anfällt, muss die wohl auch verbrannt werden, oder?


    - PV und BHKW
    gibt es zwingende Gründe, beide Anlagen als ein Projekt zu betrachten (evt durch 100kw einspeiseleistung?)
    Falls ja, dann ist die Überlegung wohl nicht verkehrt.
    Grundsätzlich wäre auch ein modulierter bhkw-betrieb denkbar (könnte capstone auch) aber da schhlagen die Wartungskosten dennoch 100% durch, so dass ein modularer Aufbau mit 2 bhkw's sinnvoller erscheint.
    Aber, was machst Du mit dem Gas? (also wie oberen pkt)
    Sicher kannst Du einen Teil puffern (Folienspeicher) aber wie siehts z.B. bei mehreren Sonnenreichen Tagen aus?
    Die Gasproduktion kannst Du wohl nicht ohne weiteres drosseln. Würde es dann nicht nur abgefackelt?
    Die Fackelverluste müssten dann wohl wieder in die Wirtschaftlichkeit mit eingerechnet werden.



    Interessantes Projekt
    Wir freuen uns etwas teilhaben zu dürfen ;)

  • Hallo Piehh


    Ich finde den Vorschlag von Fire gut, denn ein Kolbentriebwerk mit dem Brennwert zubetreiben ist schon knapp das sieht schon fast nach einem Zündstrahler aus,wenn dann der Vergleich der Wartungskosten aus den Tisch kommt , hat die Turbine trotz schlechteren Wirkungsgrad die Nase klar vorn, und modulieren kann eine Turbine sowieso besser, wenn ein Biogasmotor das modulieren anfängt geht der Wirkungsgrad deutlich in den Keller, bei einer Turbine ist das fast linear.

    Mit Energie geladenen Grüßen aus dem Teufelsmoor.
    Nicht nur privat bin ich von hocheffizienten BHKW überzeugt.
    Vom Hobby zum Beruf gekommen bin ich seit einigen Jahren auch Angestellter der MWB AG und seit Februar 2014 bei RMB Energie GmbH

  • Vielen Dank für die schnelle und intressante Antwort,


    Die Wärme soll natürlich auch genutzt werden, hatte ich vergessen zu erwähnen. Nur soll die Anlage jetzt nicht nach benötigtem Wärmebedarf ausgelegt werden.


    Der Fermenter sowie das Haus und Ställe sollten mit beheizt werden. Was der Fermenter braucht weiß ich schon. Beim Haus und Stall bin ich noch nicht weit.


    Der Proffessor gibt vor eine gleichbleibende Leistungs ans Netz abzugeben.
    Also PV und BHKW sollen so geregelt werden das ein gleichbleibender Einspeisestrom besteht.
    Die Leitung hält wohl 96kW aus, wobei die PV-Anlage auch mit dran hängt.


    Ja das mit dem anfallenden Biogas bei nicht laufenden Motor ist ein Problem.
    Wie machen das denn dann andere Biogasanlagen. Es würden knapp 650m³ pro Tag anfallen. Das ist ja schon einiges.


    Ist es überhaupt möglich mit 2 BHKWs die sich je nach Leistung der PV-Anlage an und ausschalten gleichbleibenden Strom zu liefern? Abweischungen sind dabei doch garnicht zu vermeiden oder irre ich mich? Wahrscheinlich wird dann ein BHKW alle paar Minuten an und ausgehen was ja nicht gerade vorteilhaft für die Lebensdauer wäre.


    Stimmt es das ich mit der errechneten Gasmenge nur ein BHKW mit maximal 72kW betreiben könnte?
    Bei 8000h.
    Wenn ich jetzt die Betriebsstunden herrunterschraube steigt logischerweise die Leistung.
    Nur denke ich ist es doch nicht sinnvoll eine große Anlage zu wählen weil diese ja dann nur seltener läuft und nicht auf die Leistung der PV-Anlage reagieren kann.


    Hätte ich eine BHKW mit 90kW könnte ich wenn es läuft nur 6 weiter kW einspeisen.
    Liefert die PV-Anlage auch nur 10kW, könnte das BHKW garnicht laufen weil die Leitung dann schon überlastet wäre.
    Stimmt doch, oder?


    Ich denke 2 BHKWs sind eine bessere Lösung. Eventuell auch 3 noch kleiner und die meiner Meinung nach doch stark Schwankenden Leistungen der PV-Anlage noch besser ausgleichen zu können.


    Wie sieht es denn preislich mit der Turbine aus? Vielleicht sind auch 2 kleine Turbinen möglich.


    Ist denn die Art und weise wie ich das BHKW auslege richtig, oder beachte ich etwas nicht?


    Was bedeutet denn modulieren?


    mfg Pascal

  • modulieren = verändern


    ein BHKW das modulieren kann, kann die elektrische Leistung in bestimmten Grenzen und evtl. in bestimmten Stufen regeln.


    Grüße


    Bruno

    Ich bemühe mich, garantiere aber keine Vollständigkeit und Richtigkeit, Beiträge ersetzen keine Steuer- oder Rechtsberatung!
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  • Wie genau funktioniert das?


    Ich dachte ein Asynchrongenerator liefert nur bei 1500 U/min Strom.
    Ansonsten dann halt nur Wärme oder wird abgeschaltet.


    Oder gibt es da andere Möglichkeiten?
    Sowas wie Leistungssenkung bei konstnter Drehzahl.


    Ich hab da nicht wirklich große Ahnung.


    Und wie funktioniert ein Synchrongenerator im BHKW?


    Kann mir da jemand auf die Sprünge helfen?

  • Hallo Piehh

    Ich dachte ein Asynchrongenerator liefert nur bei 1500 U/min Strom.
    Ansonsten dann halt nur Wärme oder wird abgeschaltet.


    Der Asynchrongenerator läuft wie sein Name schon sagt nicht mit dem Netz sychron, sonder mit einem gewissen schlupf.
    Er kann nachdem der Antriebsmotor so in etwa die Drehzahl von 1500 / 3000 Upm erreicht hat ans Netz geschaltet werden, dann wird die Leistung mit eine wenig mehr oder weniger Drehzahl reguliert. Dabei ändert sich natürlich das erforderliche Drehmoment, und damit die Motorleistung. Das ganze geht aber ausserhalb des optimalen Bereiches auf kosten des Wirkungsgrades!


    Oder gibt es da andere Möglichkeiten?


    Es gibt auch Generatoren, die von 2 auf 4 Pol. umschaltbar sind, also kleine Leistung = 1500 Upm, große Leistung 3000 Upm, dann gibt es noch "Elektronische Getriebe" also Wechselrichter die eine abweichende Generatorfrquenz auf Netzfrquenz umrichten, aber auch die haben Verlustleistungen!


    Und wie funktioniert ein Synchrongenerator im BHKW?


    Der muß immer schön mit Netzfrequnz laufen, der regelt die abgegebene Leistung über die Spannung, dh. die Generatorspannung muß immer ein wenig höher sein wie im Netz, damit der Strom "abfließt" je höher der Spannungsunterschied, je mehr Strom wird abgegeben!


    Gruß Dachsgärtner

  • Hallo nochmal,


    langsam werden die Beiträge länger ))))


    Zitat

    ...Thema modualtion


    bei asynchronen wohl nicht so einfach,
    aber es gibt ja auch andere Möglichkeiten.
    Sowohl bei der Turbine, als auch bei einem Motor,
    kann man als Genrerator doch auch einen Gleichstromgenerator verwenden.
    Und dann per Wechselrichter auf Netz bringen
    ...Wenn nun die Drehzalh moduliert wird(unterschiedlich Gas geben), hast Du auch unterschiedliche Leistungen


    Zitat

    Ja das mit dem anfallenden Biogas bei nicht laufenden Motor ist ein Problem.
    Wie machen das denn dann andere Biogasanlagen. Es würden knapp 650m³ pro Tag anfallen. Das ist ja schon einiges.


    Nun ja,
    Du studiertst die Richtung ;)
    Ich meine, dass normalwerweise soviel produziert wird, wie auch der Motor brauch.
    Falls es etwas mehr wird, oder aufgrund von Störungen der Motor das Gas nicht abnehmen kann, dann wirds abgefackelt.
    Weiterhin kann man auch das Gas speichern....z.B. in Folienspeichern (großes Gerüst mit Folie drumherum....eh voila ein großer Gaspeicher...hab allerdings mal gesehn, wie so ein Teil abfackelt :|
    Glaub aber, solche Teile werden durchaus eingesetzt.


    Zitat

    Ist es überhaupt möglich mit 2 BHKWs die sich je nach Leistung der PV-Anlage an und ausschalten gleichbleibenden Strom zu liefern? Abweischungen sind dabei doch garnicht zu vermeiden oder irre ich mich? Wahrscheinlich wird dann ein BHKW alle paar Minuten an und ausgehen was ja nicht gerade vorteilhaft für die Lebensdauer wäre.


    auch wenn es die Vorgabe ist, möglichst konstant 96kw zu liefern, wirst Du sicherlich Toleranzen haben.
    Also z.B. bei 2 bhkws mit 60/30 dass eben auch 60kw drin sind und wenn genug Gas vorhanden (im Speicher?) dann halt der 30er dazu


    Zitat

    Stimmt es das ich mit der errechneten Gasmenge nur ein BHKW mit maximal 72kW betreiben könnte?
    Bei 8000h.
    Wenn ich jetzt die Betriebsstunden herrunterschraube steigt logischerweise die Leistung.
    Nur denke ich ist es doch nicht sinnvoll eine große Anlage zu wählen weil diese ja dann nur seltener läuft und nicht auf die Leistung der PV-Anlage reagieren kann.


    jepp...überdimensionierung wäre bestimmt nicht günstig


    Zitat

    Hätte ich eine BHKW mit 90kW könnte ich wenn es läuft nur 6 weiter kW einspeisen.
    Liefert die PV-Anlage auch nur 10kW, könnte das BHKW garnicht laufen weil die Leitung dann schon überlastet wäre.
    Stimmt doch, oder?


    auch jepp,
    allerdings...hättest Du ein modulierendes Gerät, könntest Du die Leistung langsam von 90kw auf 45kw runterfahren (je nach Proddi der PV). Allerdings ist Leistungsmodulation bei BHKWs nicht unbedingt das günstigste, weil die Wartungskosten gehn nach Betriebsstunden. Wenn nun ein modulierendes Gerät nur mit 50% Leistung läuft, dann verdoppeln sich logischerweise die Wartungskosten.
    ...Muss gut abgewogen werden, was man sich als Modulation erlauben kann (aus wirstschaftlicher Sicht)


    Zitat

    Wie sieht es denn preislich mit der Turbine aus? Vielleicht sind auch 2 kleine Turbinen möglich.


    keine ahnung, wie die Preise bei größeren motor-bhkws sind. Die Turbinen scglagen so mein ich mich erninnern zu können in der Größenordnung 1.500€/kw el bei den Anschaffungskosten zubuche. Aber Anschaffung ist das eine, Unterhalt das andere, wo diese ziemlich günstig sind.


    Zitat

    Ist denn die Art und weise wie ich das BHKW auslege richtig, oder beachte ich etwas nicht?


    Naja...verkehrt ist es nicht....aber gibt weitere Punkte
    - den Gas-Puffer hab ich schon angesprochen...m.E. dürfte der bei diesen Parameter sehr viel Sinn machen.
    Wenn denn ein Gas-Puffer kommen sollte, dann läuft auch die Leistungsauswahl ganz anders.
    Du sagst zwar 60kwp für die PV und demzufolge...ich sag mal wäre Kombination zweie bhkws mit 30 und 60 kw denkbar,
    aber PV schafft nicht immer die peakLeistung und im Zusammenhang mit einem Puffer....PV liefert Strom nicht den ganzen Tag. Hier wäre mit den gängigen Tools zu ermitteln, was die höchste Tagesleistung (eines Tages im Jahr) der PV Anlage bringt....ich sag mal als Bsp. 600kw. Wenn nun die Gasanlage konstant 90kw bringt und wir nur 30kw verbrauch, dann müssten 60kw pro Stunde gespeichert werden...bei vll. 10 Stunden halt 600kw. Dann haben wir aber 14h Zeit um diesen Überschuss wieder abzubauen, also bräuchte die Gasanlage in diesem Fall auch nur weniger zu liefern...und zwar nicht die beim ersten Überdenken vll. vermuteten 60kw, sondern nur noch 42kw weniger.
    ---puh, nun hab ichs wieder kompliziert ausgedrückt, hoffe Du weisst aber, was ich mein---
    edit: habs vll. etwas handlicher (mit bsp-zahlen, bei Einsatz eines puffers Puffer)
    Tagesproddi Gas: 24+90=2160kw...ws auch im trüben Winter gebraucht wird
    bestcase/Tag PV: 600kw
    (2160kw-600kw)/24=77 kw....was im tollesten Sonnenschein nur benötigt wird



    Desweiteren,
    sollte man bei der Planung dieser Anlage mal noch nen Stück weit von der Technischen, zu rechtlichen Seite kommen.
    - die 96kw sind vermutlich, damit einem die Lastmessung erspart bleibt. Denn nachts ist die Vergütung viel geringer und deshalb nutzen ja Biogasanlagen schon heute Pufferspeicher, damit sie ihrer Gas zu Spitzenzeiten in Strom umwandeln und es dann versiblern. Aber gut, da unter 100kw ist wohl die Vergütung konstant und somit auch hohe Laufleistung erwünscht
    - VERGÜTUNG
    ist doch sicherlich ein sehr ausschlaggebendes Kriterium. Informier Dich erstmal, welche Vorraussetzungen erfüllt sein müssen, damit Du auch die volle Vergütung bekommst. Wärmenutzung ist zwingend notwendig. Hier ist Wörmebedarf des Fermenters (hoffentlich?) mit drin. Wohnhaus keine Frage....auch der Wärmebedarf der Stallungen kommt in Betracht, aber dazu gibts z.B. in der neuen Novelle auch Grenzwerte. Kein Quatsch, da ist aufgelistet (je nach Tierart) wieviel kw ein Huhn, Schw*** (<-Wort vom Forum zensiert )))) ) etc. als Wärmebedarf anzurechnen ist.
    Erstmal sollte der korrekte Wärmebedarf(bzw das was angerechnet wird) ermittelt werden und wenn dieser über dem Bedarf der thermischen Leistugn des BHKWs liegt....kein Problem, wenn aber darunter könnte es eng werden und eine kleine Dimensionierung der Gasanlage könnte von Nöten sein.
    -Wie sieht denn genau Deine Spezifikation aus? Welche Ranbedingungne? exakt immer 96kw zu liefern erscheint mir sehr illisionorisch. Du hast eine äußerst variable Stromerzeugung aus der PV und dann ein extremst träges Systemm durch die Fermentierung. Beides mit dem anderen zu ergänzen erscheint mir sehr schwierig. Der Einsatz eines gut Dimensionierten Puffers kann etwas entlastung bringen, aber dennoch, in Schelchtwetterperioden brauchst Du 90kw aus der Gasanlage....und das den ganzen Tag. wenn nun eine schönwetterphase kommt, brauchst Du nur noch irdgendwas in die 70kw.....und der Rest muss abgefackelt werden.
    Hier spielen viele Faktoren eine Rolle, die extrem die Wirtschaftlichkeit berühren. Bisst Du dafür auch verantwotlich??



    Es müssen alle Kosten genau bekannt sein
    und daraus lässt sich dann ein Kostenfunktion ermitteln, aus der man dann erkennen kann, ob es sich eher lohnt 90kw Gas zu produzieren un den Rest abzufackeln, oder es vll. doch günstiger ist weniger Gas zu produzieren mit dem wissen, dass man die 90 kw nur selten komplett erreichen kann.

  • Mensch Mensch Mensch man wird ja richtig gut betreut hier.


    Finde ich echt super.


    Also ich bin nur für das BHKW zuständig und für die Wärmenutzung. Für die rechtlichen und finaziellen Dinge sind andere beauftragt


    Ich weiß nicht ob es möglich ist dem Fermenter zu sagen wieviel Gas er in der nächsten Stunde produzieren soll.


    Ja ich denke dann muss man ja modulieren aber woher bekomme ich Daten über die Leistungen.
    Sowas wie Leistungskennlinien. Hab bisher nichts im Netz gefunden.
    Und eine kurzzeitigen schlechten Wirkungsgrad kann man wohl verkraften.


    Wegen dem überflüssigen Gas bei schönem Wetter muss ich mal meinem Proffessor nahelegen.
    Das ist ein echtes Problem.

  • Hallo Pieh


    Wenn fire antwortet dann bleibt fast nichts vergessen das eine hängt ja als Projekt ob virtuell oder real eben zusammen.

    Mit Energie geladenen Grüßen aus dem Teufelsmoor.
    Nicht nur privat bin ich von hocheffizienten BHKW überzeugt.
    Vom Hobby zum Beruf gekommen bin ich seit einigen Jahren auch Angestellter der MWB AG und seit Februar 2014 bei RMB Energie GmbH