Einzelfallbetrachtung
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<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
mittels Ausbreitungs- und Auswirkungsberechnungen<br />
für die Biogasanlage Damme<br />
Auftraggeber: Dammer Bioenergie GbR<br />
Fledermausweg 4<br />
49401 Damme<br />
Standort: Reselager Moorweg<br />
49401 Damme<br />
Bearbeiter: TÜV NORD Systems GmbH & Co. KG<br />
Region Rostock<br />
Trelleborger Straße 15<br />
18107 Rostock<br />
Sachverständige: Dipl. Ing.<br />
Westphalen<br />
Dipl.-Ing. (FH)<br />
Zöfel<br />
Dipl.-Ing. (FH)<br />
Rottluff<br />
Telefon: (004) 855 72756<br />
(0381) 7703 473 (0381) 7703 472<br />
(160) 888 2755<br />
(0160) 888 0404 (0160) 888 0406<br />
Fax: (0381) 7703 462 (0381) 7703 492<br />
Email: mwestphalen@tuev-nord.de czoefel@tuev-nord.de trottluff@tuev-nord.de<br />
Auftragsnummer: 8107653922<br />
Rostock, 11.02.2011<br />
Systems
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 1 von 16<br />
Inhaltsverzeichnis Seite<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
1 Aufgabenstellung ................................................................................................ 2<br />
2 Verwendete Unterlagen und Erkenntnisquellen .................................................. 3<br />
3 Analyse möglicher Gefahren für die Umgebung und Nachbarschaft .................. 4<br />
4 Randbedingungen und Vorgehensweise ............................................................ 4<br />
4.1 Örtliche Lage .......................................................................................... 4<br />
4.2 Stoffliche Risiken Biogas ........................................................................ 5<br />
4.3 Vorgehensweise zur Berechnung .......................................................... 6<br />
5 Berechnungen .................................................................................................... 8<br />
5.1 Ausbreitungsberechnung zur Gasfreisetzung ........................................ 8<br />
5.1.1 Ergebnisse der Ausbreitung explosionsfähiger Atmosphäre ....... 9<br />
5.1.2 Ergebnisse der Ausbreitung toxischer Atmosphäre .................. 10<br />
5.2 Auswirkungen durch Explosion ............................................................ 11<br />
5.2.1 Ergebnisse der Auswirkungen durch Explosion ........................ 13<br />
6 Bewertung der Auswirkungen ........................................................................... 15<br />
7 Schlussfolgerungen .......................................................................................... 16
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
1 Aufgabenstellung<br />
Seite 2 von 16<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Die Dammer Bioenergie GBR plant den Bau einer Biogasanlage am Standort Reselager<br />
Moorweg in 49401 Damme. Die Biogasanlage ist eine genehmigungspflichtige Anlage<br />
gemäß 4. Bundesimmissionsschutzverordnung (4.BImSchV) und unterliegt auf Grund<br />
der maximal vorhandenen Biogasmenge den Anforderungen der 12. Bundesimmissi-<br />
onsschutzverordnung (12. BImSchV / Störfallverordnung). Der Betreiber der Anlage hat<br />
insbesondere Angaben in den Unterlagen zur Genehmigung, zur Verhinderung von Stö-<br />
rungen des bestimmungsgemäßen Betriebes und zur Begrenzung der Auswirkungen,<br />
die sich aus Störungen des bestimmungsgemäßen Betriebes ergeben können, zu ma-<br />
chen.<br />
Zur Quantifizierung der Auswirkungen im Störfall, beauftragte die Dammer Bioenergie<br />
GbR die TÜV NORD Systems GmbH & Co. KG, Region Rostock - nachfolgend TÜV<br />
NORD genannt -, mit einer <strong>Einzelfallbetrachtung</strong> für die Biogasanlage Damme.<br />
Neben der Untersuchung der Gefährdungen durch unkontrollierte Substratfreisetzung<br />
umfasst die <strong>Einzelfallbetrachtung</strong> u.a. die rechnerische Abstandsermittlung unter dem<br />
Szenario der Freisetzung der größten zusammenhängenden Menge an Biogas in der<br />
Biogasanlage Damme. Im Rahmen dieser Betrachtung sollen die toxischen Risiken und<br />
die Gefährdungen einer Gaswolkenexplosion untersucht werden, welche in Folge einer<br />
größeren Gasfreisetzung entstehen. Dabei wird die Ausbreitung der freigesetzten Gas-<br />
wolke und deren Auswirkungen unter Zuhilfenahme anerkannter Berechnungsmetho-<br />
den quantifiziert.<br />
Als Grundlage für die Betrachtung dient der Leitfaden KAS 18 /5/ der Störfallkommissi-<br />
on für Anlagensicherheit. Dieser gibt Empfehlungen für Abstände zwischen Betriebsbe-<br />
reichen nach der Störfallverordnung und schutzbedürftigen Gebieten im Rahmen der<br />
Bauleitplanung – Umsetzung § 50 BImSchG.<br />
Folgende Ausbreitungsszenarien werden für die Beurteilung der Auswirkungen betrach-<br />
tet:
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 3 von 16<br />
1. Ausbreitung der explosionsgefährlichen Bereiche (OEG bis UEG),<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
2. Ausbreitung bis zum Erreichen kritischer Mengenschwellen für toxische Inhalts-<br />
stoffe (ERPG, AEGL) und<br />
3. Explosionsdruckauswirkung durch Zündung der Gaswolke.<br />
Es wird darauf hingewiesen, dass nur die Einflüsse untersucht werden, welche gesund-<br />
heitsbeeinträchtigende Wirkungen auf angrenzende bewohnte Flächen und Wohnbe-<br />
bauung hat. Geruchs- und Schallemissionen wurden in separaten Stellungnahmen un-<br />
tersucht und sind nicht Bestandteil der <strong>Einzelfallbetrachtung</strong>.<br />
2 Verwendete Unterlagen und Erkenntnisquellen<br />
Folgende Verordnungen und Richtlinien werden u.a. als Erkenntnisquelle in ihren je-<br />
weils aktuellsten Fassungen verwendet:<br />
/1/ BImSchG und ihre Verordnungen<br />
/2/ 12. BImSchV – Störfallverordnung<br />
/3/ VDI 3783 Blatt 1 – Ausbreitung von störfallbedingten Freisetzungen – Sicher-<br />
heitsanalyse<br />
/4/ TNO – Yellow Book<br />
/5/ Leitfaden KAS 18 (ersetzt SFK/TAA – GS – 1) Ausbreitung von störfallbedingten<br />
Freisetzungen<br />
Als Grundlage der Abstandsbetrachtung und der dazu gehörigen Berechnung standen<br />
dem Sachverständigen folgende Unterlagen und Informationen zur Verfügung:<br />
/6/ Lageplan „Anlage 15.12.2010.pdf“<br />
/7/ GESTIS Stoffdatenbank<br />
/8/ Sicherheitsdatenblatt Biogas<br />
/9/ Pronuss 7- Programmbeschreibung<br />
/10/ Geruchsimmissionen, Ersteller: Zech Ingenieurgesellschaft, Projekt-Nr.:<br />
LG5462.1, Stand: 15.11.2010
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 4 von 16<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
3 Analyse möglicher Gefahren für die Umgebung und Nachbarschaft<br />
Ausgehend vom Verwendungszweck und der Lagercharakteristik der Anlage sind zwei<br />
Schadensszenarien denkbar, bei denen ein schädigender Einfluss über die Betriebs-<br />
grenzen denkbar wäre:<br />
und<br />
• Substratfreisetzung durch Versagen der zylindrischen Behälterwandungen<br />
• Biogasfreisetzung durch Versagen der Gasspeicherfolie.<br />
Um das größtmögliche Schadensausmaß zu unterstellen, müsste bei den beiden Stoff-<br />
freisetzungsszenarien der freigesetzte Inhalt ein Maximum des möglichen Behältervo-<br />
lumens einnehmen. Dies würde im angenommenen Fall der Beschädigung des größten<br />
Behälters (Endlager) bedeuten, dass bei der Substratfreisetzung der Behälter bis zum<br />
Freibord mit Substrat gefüllt ist, wogegen bei der Biogasfreisetzung der Behälter voll-<br />
ständig von Substrat entleert ist und der Inhalt zu annähernd 100% aus Biogas besteht.<br />
Die Sachverständigen weisen darauf hin, dass aufgrund der Bauweise der Behälter aus<br />
Stahlbetonbauteilen und der Errichtung nach dem Stand der Technik, ein Komplettver-<br />
sagen der zylindrischen Wandungen vernünftigerweise auszuschließen ist.<br />
Zudem sei darauf hingewiesen, dass der Anlagenstandort gemäß den Vorgaben der<br />
VAwS-NS vollständig mit einem Erdwall umschlossen ist, welcher als Sekundärschutz-<br />
maßnahme entgegen einer möglichen Substratfreisetzung dient.<br />
4 Randbedingungen und Vorgehensweise<br />
4.1 Örtliche Lage<br />
Der geplante Standort der Biogasanlage der Dammer Bioenergie GBR befindet sich am<br />
Standort Reselager Moorweg in 49401 Damme.
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 5 von 16<br />
Abstandsbetrachtungen zu außerbetrieblichen Gebäuden/Objekten<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Der geplante Anlagenstandort ist weitestgehend von landwirtschaftlich genutzten Flä-<br />
chen umgeben auf denen vereinzelnd, in unterschiedlichen Abständen und Richtungen,<br />
Gehöfte mit Wohnbebauungen anzufinden sind.<br />
Als erste Wohnbebauungen sind alleinstehende Gebäude in Richtung Südwest nach<br />
ca. 180 m, an der Landstraße Jeddebrok (K278) anzufinden. Als weitere Wohnbebau-<br />
ungen in nächster Entfernung, sind Gehöfte in ca. 250 m Südwest und nach ca. 330 m<br />
Nordost, an der Landstraße Schullenmoor, zu benennen.<br />
Bis auf die genannten Objekte und mit ist der Standort weiträumig von landwirtschaftlich<br />
genutzten Flächen umgeben.<br />
Abstandsbetrachtungen zu Verkehrsflächen<br />
Direkt östlich vom Anlagenstandort verläuft die Landstraße „Reselager Moorweg“. Von<br />
diesem Verkehrsweg erfolgt auch die Zufahrt der Biogasanlage. In nordöstlicher Rich-<br />
tung verläuft die Landstraße Prenzlauer Allee (L34) in einer Entfernung von ca. 130 m<br />
entlang des Standortes.<br />
4.2 Stoffliche Risiken Biogas<br />
Die Angaben zur Identifizierung von Biogas sind im Sicherheitsdatenblatt /8/ enthalten.<br />
Biogas besteht zu ca. 60 % aus Methan und ca. 40 % aus Kohlendioxid /8/. 1 Aufgrund<br />
der enthaltenden Methangasmasse wird Biogas als hochentzündlich eingestuft und fällt<br />
unter die Nr. 8 der Störfall-Verordnung /2/.<br />
Explosionsgefährdung<br />
Störfallrelevant wirkt im Fall Biogas vor allem die Fähigkeit zur Bildung von explosions-<br />
fähigen Gemischen mit der Umgebungsluft. Hauptverantwortlich dafür ist der Bestand-<br />
teil Methan (CH4).<br />
1 Diese Werte sind als Standardwerte einzustufen. Auf der untersuchten Biogasanlage Damme ange-<br />
nommen Werte können davon unterscheiden und sind in den Randbedingungen zur Berechnung explizit<br />
dargestellt.
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 6 von 16<br />
Explosionsgrenzen CH4: UEG (untere Explosionsgrenze) 4,4 Vol. %<br />
Toxische Gefährdung<br />
OEG (obere Explosionsgrenze) 16 Vol. %<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Als weiterer kritischer Bestandteil ist Schwefelwasserstoff im Biogas enthalten. Schwe-<br />
felwasserstoff wird als sehr giftig eingestuft. In den Regelwerken und Richtlinien werden<br />
folgende Werte zur Quantifizierung der Toxizität von Schwefelwasserstoff in der Atem-<br />
luft verwendet:<br />
H2S Konzentration zul. Einwirkzeit<br />
Giftigkeit: AEGL-2 Wert 41 ppm ≥ 10 min<br />
EPRG-2 Wert 30 ppm ≥ 60 min<br />
Tödliche Wirkung ab 500 ppm kurzzeitig<br />
Der ERPG-2 Wert beschreibt die maximale luftgetragene Konzentration unterhalb derer<br />
angenommen wird, dass Individuen dieser 1 Stunde ausgesetzt werden können, ohne<br />
dass ihnen irreversible oder andere gravierende Gesundheitseffekte widerfahren.<br />
Der AEGL-2-Wert ist die Konzentration in Luft, bei der angenommen wird, dass emp-<br />
findliche Personen exponiert sein können, ohne dass irreversible oder andere ernste<br />
Gesundheitsbeeinträchtigungen auftreten oder dass die Fähigkeit zur Flucht beeinträch-<br />
tigt wird.<br />
Da in der Biogasanlage Damme zusätzlich zur biologischen Entschwefelung bereits<br />
während der Fermentation durch Zugabe von Eisensalzen chemisch entschwefelt wird,<br />
können Schwefelwasserstoffkonzentrationen von 40-60 ppm im Rohbiogas erreicht<br />
werden. Konservativ wird diese auf 60 ppm festgelegt.<br />
4.3 Vorgehensweise zur Berechnung
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 7 von 16<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Im Rahmen dieser <strong>Einzelfallbetrachtung</strong>en werden die Auswirkungen untersucht, die zu<br />
erwarten sind wenn in der Biogasanlage Damme die größte zusammenhängende Men-<br />
ge an Biogas bei einer Störung trotz Störfallverhinderungsmaßnahmen unkontrolliert<br />
freigesetzt wird. Die Betrachtung der Störfallverhinderungsmaßnahmen ist nicht Be-<br />
standteil dieser Stellungnahme.<br />
Die größte zusammenhängende Menge an Biogas ist die, welche in der BGA Damme<br />
im Gärrestlager mit einem Volumen von maximal 8.730 m³, vorgehalten werden kann.<br />
Zur <strong>Einzelfallbetrachtung</strong> wird angenommen, dass das Gärrestlager zum Zeitpunkt der<br />
Komplettfreisetzung vollständig gelehrt vorliegt und der Inhalt somit zu 100 % aus Bio-<br />
gas besteht.<br />
Primärer Bestandteil der Abstandsbetrachtung ist die Ausbreitungsberechnung der frei-<br />
gesetzten Gaswolke, in der Konzentrationen von toxischen und brennbaren Bestandtei-<br />
len vorhanden sind. In Folge dessen können die toxischen Risiken und die Gefährdun-<br />
gen einer explosiven Zone als Funktion des Abstandes zur Freisetzungsquelle darge-<br />
stellt werden. Zusätzlich werden die Druckwellenauswirkungen einer möglichen Explo-<br />
sion der freigesetzten Gaswolke betrachtet und dargelegt. Es werden die mittleren Aus-<br />
breitungsbedingungen gemäß VDI 3783 angewendet.<br />
Die <strong>Einzelfallbetrachtung</strong> der Spontanausbreitung der größten zusammenhängenden<br />
Menge von Biogas in der Biogasanlage Damme erfolgt mit dem Programm Pronuss in<br />
der Version 7. Dem Programm ist zur Berechnung der Gasausbreitung die Richtlinie<br />
VDI 3783 implementiert.<br />
Die Sachverständigen weisen darauf hin, dass Berechnungsergebnisse, welche mit<br />
dem Rechenmodell der Richtlinie VDI 3783-Blatt 1 berechnet wurden ab Entfernungen<br />
< 100 m nicht mehr durch Messungen verifiziert sind. Die Ergebnisse wurden durch das<br />
verwendete Programm linear interpoliert.<br />
Die Berechnungen der Auswirkungen des Explosionsdruckes einer Biogaswolkenexplo-<br />
sion erfolgt nach dem international anerkannten TNO-Multi-Energy-Modell.
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 8 von 16<br />
2 entsprechend /1/. „spontane Freisetzung“<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Es wird zusätzlich darauf hingewiesen, dass die betrachteten Stofffreisetzungen ursa-<br />
chenunabhängig angenommen werden. Somit wird bei den im Folgenden beschriebe-<br />
nen Szenarien nicht betrachtet, ob die Freisetzung verfahrenstechnisch oder durch Ein-<br />
griffe Unbefugter verursacht wurde.<br />
5 Berechnungen<br />
5.1 Ausbreitungsberechnung zur Gasfreisetzung<br />
Die Untersuchung unkontrollierter Biogas-Freisetzungen und die Ermittlung möglicher<br />
exponierter Bereiche erfolgt unter der Annahme eines sog. Dennoch-Störfalles.<br />
Durch die Verwendung von Dennoch-Störfällen können die größtmöglichen Auswirkun-<br />
gen abgeschätzt werden. Somit wird eine sehr konservative Betrachtungsweise ermög-<br />
licht.<br />
Als Dennoch-Störfall wird die Komplettfreisetzung aus dem Gärrestsbehälter der BGA<br />
Damme angenommen. Dabei wird die Dachhaut des Gärrestlagers ursachenunabhän-<br />
gig komplett entfernt und das komplette Biogasvolumen von 8.730 m³ wird innerhalb<br />
einer Sekunde an die Umgebung freigesetzt 2 .<br />
Randbedingungen und Eingabeparameter für die Ausbreitungsberechnung:<br />
1. Quellparameter<br />
• Max. Biogasvolumen Gärrestbehälter: ca. 8.730 m³<br />
• Max. Biogasmenge: ca. 11.174 kg<br />
• Max. Methangasmenge: ca. 3.331 kg (entspricht 53 Vol%)<br />
2. Umgebungsparameter<br />
• Umgebungstemperatur: 20°C<br />
• Windgeschwindigkeit:
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 9 von 16<br />
o mittlere Ausbreitungssituation: 4 m/s<br />
• Witterung: kein Regen<br />
• Rauigkeit der Umgebung: 3 (z0=0,5 m)<br />
• Stabilitätsklasse: different<br />
• Mittlere Bebauungshöhe: 10 m<br />
• Freisetzungshöhe: 8 m<br />
3. Stoffeigenschaften der kritischen Hauptbestandteile im Biogas:<br />
- Methan 3: (Bestandteil mit 60 Vol. %)<br />
• UEG (untere Explosionsgrenze): 4,4 Vol.%<br />
• OEG (obere Explosionsgrenze): 16 Vol.%<br />
- Schwefelwasserstoff 4 : (Bestandteil mit 60 ppm)<br />
• Molmasse: 34,08 g/mol<br />
• Dichte bei 0°C: 1,53 kg/m³<br />
• Relative Gasdichte 1,18<br />
(Dichteverhältnis zu trockener Luft bei gl. Temp. und gleichem Druck)<br />
3 Quelle: GESTIS Stoffdatenbank<br />
4 Quelle: GESTIS Stoffdatenbank<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Die Ausbreitungsrechnung wird mit dem Programm Pronuss 7 nach VDI 3783 Blatt 1<br />
durchgeführt.<br />
5.1.1 Ergebnisse der Ausbreitung explosionsfähiger Atmosphäre<br />
Eine explosionsfähige Atmosphäre durch freigesetztes Biogas ist primär durch den Be-<br />
standteil Methan gekennzeichnet. Methan ist zwischen der Unter- und der Oberen-<br />
Explosionsgrenze (UEG und OEG) explosionsfähig. Diese Grenzwerte werden als Ge-<br />
fährdungskriterien verwendet und dargestellt. Die Ergebnisse der Berechnungen für die<br />
Explosionsgefährdungen durch Biogas (Erreichen UEG) für die mittlere Ausbreitungssi-<br />
tuation sind im Bild 1 dargestellt.
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
ppm<br />
Seite 10 von 16<br />
Bild 1: Explosionsfähige Atmosphäre in Entfernung von der Quelle<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Bei der spontanen Freisetzung der maximalen Gasmenge des Gärrestbehälters in der<br />
BGA Damme besteht Explosionsgefahr in ca. 85 m in Windrichtung vom äußeren Rand<br />
des Gärrestbehälters.<br />
5.1.2 Ergebnisse der Ausbreitung toxischer Atmosphäre<br />
Toxische Gefährdungen im Biogas werden primär durch Schwefelwasserstoff als Be-<br />
standteil des freigesetzten Volumens von 8.730 m³ bestimmt. Der Schwefelwasserstoff-<br />
anteil im Biogas der Biogasanlage Fürstenhagen kann Werte von 40 bis 60 ppm errei-<br />
chen.<br />
200000<br />
180000<br />
160000<br />
140000<br />
120000<br />
100000<br />
80000<br />
60000<br />
40000<br />
20000<br />
0<br />
0 50 100 150 200<br />
Entfernung von der Quelle [m]<br />
Biogasfreisetzung Gärrestbehälter<br />
Biogasanlage "Dammer Bioenergie GBR "<br />
Explosionsgefährdungen<br />
mittlere Ausbreitungssituation - VDI 3783<br />
Ex-Bereich<br />
maximale Methan-Konzentration<br />
UEG Methan (44.000 ppm)<br />
OEG Methan (160.000 ppm)<br />
Abstand zur nächsten<br />
Wohnbebauung (180m)<br />
Als Kriterium toxischer Gefahren wird im Leitfaden /KAS 18/ die Verwendung des<br />
ERPG-Wertes zur Flächennutzungsplanung empfohlen, u.a. da die Expositionsdauer<br />
von einer Stunde für die Zielrichtung der Flächennutzungsplanung als ausreichend zu<br />
bewerten ist. Da eine Exposition jedoch bereits bei geringeren Zeitdauern zu Schädi-
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 11 von 16<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
gungen führen kann, wird in dieser <strong>Einzelfallbetrachtung</strong> zusätzlich der AEGL-2-Wert<br />
für 10 Minuten zur Beschreibung der für Menschen gefährlichen Gaskonzentrationen,<br />
bei deren Überschreitung mit irreversiblen Schäden zu rechnen ist, als Grenzschwelle<br />
dargestellt. Für die graphische Darstellung der Schwefelwasserstoffkonzentrationen, als<br />
Funktion über die Entfernung zur Freisetzungsquelle, wird der höhere Wert von 60 ppm<br />
herangezogen. Die Ergebnisdarstellung erfolgt im Bild 2.<br />
ppm<br />
45,00<br />
40,00<br />
35,00<br />
30,00<br />
25,00<br />
20,00<br />
15,00<br />
10,00<br />
5,00<br />
0,00<br />
Biogasfreisetzung Gärrestbehälter<br />
Biogasanlage "Dammer Bioenergie GBR "<br />
toxische Gefährdung durch Schwefelwasserstoffanteil (60ppm)<br />
mittlere Ausbreitungssituation - VDI 3783<br />
0 50 100 150<br />
Entfernung von Quelle [m]<br />
Bild 2: Schwefelwasserstoffkonzentrationen in Entfernung von der Quelle – 60 ppm<br />
Bei einem Schwefelwasserstoffgehalt von 60 ppm sind keine gesundheitsbeeinträchti-<br />
genden Auswirkungen auf außerbetrieblichen Gebieten zu erwarten.<br />
5.2 Auswirkungen durch Explosion<br />
Konzentration ppm<br />
AEGL-2 für 10 min<br />
(41 ppm)<br />
ERPG-2 für 1 h<br />
(30 ppm)<br />
Ausgehend einer wirksamen Zündung der freigesetzten Biogaswolke ist der dabei er-<br />
zeugte Explosionsüberdruck als primäre Auswirkung mit schädigender Beeinflussung
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 12 von 16<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
zu benennen. Im Folgenden werden die Spitzenüberdrücke, welche bei Explosion der<br />
freigesetzten Biogaswolke möglich sind, berechnet und quantitativ dargestellt.<br />
Zur Untersuchung des Ablaufes einer Gaswolkenexplosion wird das mathematische<br />
Multi-Energy-Modell nach TNO verwendet.<br />
Die Berechnung der Explosionsüberdrücke wird mit dem Programm Pronuss 7 durchge-<br />
führt, in welchem das genannte Modell implementiert ist.<br />
TNO/Multi-Energy-Modell - Randbedingungen und Vorbetrachtungen<br />
Gaswolken, die wie in diesem Fall ursachenunabhängig explodieren, entwickeln im<br />
Freien nur sehr geringe Explosionsdrücke. Haupteinflussparameter ist der Grad der<br />
Turbulenz, der mit zunehmender Größe die Flammengeschwindigkeit und damit den<br />
Explosionsdruck ansteigen lässt. Diese Einflüsse der Turbulenz werden beim TNO-<br />
Modell durch die Wahl entsprechender Kategorien berücksichtigt, welche ansteigend<br />
von 1 bis 10 unterschiedliche Turbulenzgerade darstellen. Die Kategorie 1 hat einen<br />
geringen maximalen Explosionsüberdruck, während die Kategorie 10 eine starke Deto-<br />
nation beschreibt.<br />
Die wesentliche Fragestellung zur Berechnung ist die Wahl einer zum Szenario korres-<br />
pondierenden Kategorie. Aufgrund der Gasfreisetzung aus dem Gärrestbehälter in einer<br />
Höhe von ca. 8 m und den bisher bekannten Bebauungsplänen des Betriebsgeländes,<br />
ist bei der Modellrechnung nicht mit einer nennenswerten Verdämmung durch angren-<br />
zende Bebauung zu rechnen. Im Pronuss-Handbuch /9/ wird als Hilfestellung die Matrix<br />
von Kinsella angegeben. Mit dieser Matrix wird unter den drei Parametern geringer<br />
Zündenergie, geringe Verblockung und geringe Verdämmung die Kategorie 2-3 emp-<br />
fohlen. Konservativ wird die Kategorie 3 gewählt.<br />
Randbedingungen und Eingabeparameter für die Explosionsdruckberechnung<br />
• Quellparameter<br />
- Biogasvolumen Gärrestbehälter: 8.730 m³<br />
- Methangasmenge: ca. 3.331 kg (entspricht 53 Vol%)<br />
- Molmasse: 16,10 g/mol<br />
- Flammengeschwindigkeit: 0,4 m/s
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 13 von 16<br />
• Eigebeparameter TNO/Multi-Energy-Modell<br />
- Kategorie: 3<br />
5.2.1 Ergebnisse der Auswirkungen durch Explosion<br />
Ergebnis der Explosionsdruckberechnungen:<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Die errechneten Explosionsüberdrücke sind im Bild 3 dargestellt. Die Abstandsangaben<br />
beziehen sich auf den Abstand vom Rand des Gärrestbehälters und berücksichtigen<br />
den Drift der Gaswolke.<br />
Bild 3: Explosionsüberdrücke
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 14 von 16<br />
Bewertung möglicher Auswirkungen durch Explosionsdruck:<br />
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Folgende Schadensbilder sind dem Programm-Handbuch /9/ entnommen und basieren<br />
auf Forschungsberichten des Umweltbundesamtes (UBA) und der Bundesanstalt für<br />
Materialforschung und -prüfung (BAM).<br />
Glasscheiben<br />
Bruch von 10 % der Scheiben 0,01 bar<br />
Bruch von 75 % der Scheiben 0,03 bar<br />
Bruch von 100 % der Scheiben 0,05 bar<br />
Personenschaden<br />
Geringe Verletzung durch Spreng- und<br />
Wurfstücke<br />
0,015 bar<br />
Grenzwert gemäß KAS 18 0,1 bar<br />
Untere Grenze Trommelfellriss 0,175 bar<br />
Untere Grenze für Lungenschäden 0,85 bar<br />
Untere Grenze für ernste Lungenschäden 1,85 bar<br />
Untere Letalitätsgrenze 2,05 bar<br />
Ausgewählte Abstandsbetrachtungen:<br />
Auswirkung TNO/Multi-Energy-Modell<br />
Bruch Fensterscheiben 100% 112,9 m<br />
Grenzwert gemäß KAS 18 Kein Funktionswert<br />
Untere Grenze Trommelfellriss Kein Funktionswert<br />
Untere Grenze für Lungenschäden Kein Funktionswert<br />
Geringe Verletzung durch Spreng- und<br />
Wurfstücke<br />
282,9 m<br />
Auswirkungen, welche mit „kein Funktionswert“ gekennzeichnet sind, sind in dem dar-<br />
gestellten Szenario nicht zu erwarten. Der Toleranzbelastungswert für Spitzenüberdrü-<br />
cke ist gemäß dem Leitfaden KAS 18 /5/ mit 0,1 bar definiert. Die Berechnungsergeb-<br />
nisse zeigen, dass dieser Wert bei dem beschriebenen Szenario ebenfalls mit „kein
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
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<strong>Einzelfallbetrachtung</strong>_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_110202.docx<br />
Systems<br />
Funktionswert“ gekennzeichnet wurde. Dementsprechend ist dieser Wert bereits bei der<br />
nächstgelegenen Wohnbebauung (ca. 180 m) unterschritten. Hier liegt der Spitzen-<br />
überdruck bei ca. 0,026 bar.<br />
6 Bewertung der Auswirkungen<br />
In den vorangegangenen Abschnitten wurden die unter dem beschriebenen Szenario<br />
einer spontanen Komplettfreisetzung von 8.730 m³ Biogas zu erwartenden Auswirkun-<br />
gen untersucht. Die Sachverständigen weisen darauf hin, dass diese Auswirkungen<br />
durch das Zusammenwirken mehrerer konservativer Randbedingungen erreicht wer-<br />
den. Im Folgenden werden die Sachverständigen eine zusätzliche Betrachtung, aus<br />
Sicht der getroffenen Annahmen und allgemeiner Gesichtspunkte, zu den Berech-<br />
nungsergebnissen geben. Die unter konservativen Gesichtspunkten getroffenen Rand-<br />
bedingen [RBxx] werden folgendermaßen aufzeigt und ggf. bewertet.<br />
RB01 Das komplette Entfernen der Dachhaut eines Gasspeichers ist vernünftiger-<br />
weise auszuschließen.<br />
RB02 Die spontane Freisetzung innerhalb einer Sekunde ist aufgrund der geringen<br />
Druckunterschiede zur Umgebung als konservativ anzusehen.<br />
RB03 Das gleichzeitige Wirksamwerden von:<br />
1. Kompettversagen der Dachhaut des größten Behälters auf dem Be-<br />
triebsgelände,<br />
2. Bei gleichzeitig entleerten Behälter, was einem 100%igen Inhalt aus Gas<br />
entspricht,<br />
kann als unwahrscheinlich angenommen werden.<br />
RB04 Die ermittelten Abstände berücksichtigen die Strömung der Wolke bis zur<br />
UEG (85 m). Eine Zündung der Wolke ist bereits vorher zu erwarten, somit<br />
verringern sich die Abstände.<br />
Die Sachverständigen weisen darauf hin, dass die ermittelten Entfernungen windrich-<br />
tungsunabhängig dargestellt sind.
<strong>Einzelfallbetrachtung</strong><br />
Biogasanlage Damme<br />
Seite 16 von 16<br />
rtNNORD<br />
Systems<br />
RB05 Die ermittelten Entfernungen sind nur für Objekte geltend, welche sich zum<br />
Zeitpunkt der Freisetzung innerhalb der Windeinzugsrichtung befinden.<br />
7 Schlussfolgerungen<br />
Nach Auswertung der Ergebnisse der <strong>Einzelfallbetrachtung</strong>, kommen die Sachverstän<br />
digen zu der Erkenntnis, dass keines der aufgeführten benachbarten Schutzobjekte<br />
(Wohnbebauung) innerhalb der ermittelten Grenzkonzentrationen gemäß dem Leitfaden<br />
KAS 18 für<br />
liegt.<br />
• Explosions- und<br />
• toxische Risiken<br />
Zu den Berechnungsergebnissen ist zusätzlich zu erwähnen, dass diese als sehr kon<br />
servativ zu betrachten sind (siehe Randbedingungen Abschnitt 6). Dies wird auch durch<br />
die Annahmen gemäß dem Leitfaden KAS 18/5/, Kapitel 3.2, unterstützt, wo der Verlust<br />
des gesamten Inventars, der Verlust der größten zusammenhängenden Menge, Behäl<br />
terbersten und der Abriss sehr großer Rohrleitungen beim land-use-planing nicht zu<br />
berücksichtigen sind, da sie bei Einhaltung des Standes der Sicherheitstechnik zu un<br />
wahrscheinlich sind.<br />
Dipl.-Ing. Westphalen Dipl.-Ing. (FH) Rottluff<br />
Sachverständige nach § 29 a BlmSchG der<br />
TÜV NORD Systems GmbH & Co. KG<br />
Einzelfalibetrachlung_Ausbreitungsberechnung_BGA Damme_11 0202.docx<br />
().?:#<br />
Dipl.-Ing. (FH) Zöfel<br />
Mitarbeiter der<br />
TÜV NORD Systems GmbH & Co. KG