Handreichung

Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung
Tabelle 10-3:
Abschätzung der Gaserträge und Gasqualität
Frischmasse
(FM)
Substrate
TS-
Gehalt
oTS-Gehalt
der TS
Gasausbeute
t /Jahr % % l N /kg oTS Nm³/t FM %
Methangehalt
3.000 Rindergülle 8,8 85,0 280 21 55
27 Futterreste (Silomais/Grassilage) 34,0 92,5 585 184 53
27 Einstreu – Weizenstroh 86,0 91,4 369 290 51
3.054 Substrate im Durchschnitt 9,7 85,1 298 24,8 54,5
Biogas)/(1 - 0,1 (Zündölverbrauch 10%)) = 452.714 kWh).
Rund 45 % davon sollen als nutzbare Wärme anfallen.
Die Höhe dieses thermischen Wirkungsgrades ist
stark von der Wartung des Aggregats abhängig (Reinigung
der Wärmetauscher).
Ein Teil der gewonnenen thermischen Energie benötigt
die Biogasanlage selbst (thermische Prozessenergie);
einerseits um die täglich zugeführte Substratmenge
auf das Temperaturniveau im Fermenter
anzuwärmen und andererseits um die Temperatur im
Fermenter konstant zu halten. Zur Berechnung der
Aufheizenergie ist angenommen, dass die Erwärmung
von 1 t Substrat um 1 K rund 1,16 kWh therm Energie
benötigt (spezifische Wärmekapazität von Wasser).
Damit wird der Energiebedarf zwar etwas
überschätzt, da mit zunehmendem TS-Gehalt der spezifische
Wärmebedarf sinkt; man ist aber auf der sicheren
Seite. Der Rechengang ist relativ einfach: Beträgt,
wie im Beispiel angenommen, die
Zulauftemperatur des Substrats im Jahresdurchschnitt
12 °C und die Temperatur im Fermenter 38 °C,
muss das Substrat um 26 K angewärmt werden.
Bei einer täglichen Substratzufuhr von 8,37 t (3.054
t/Jahr : 365 Tage/Jahr = 8,37 t/Tag) errechnet sich ein
Nettoenergiebedarf in Höhe von 252,4 kWh therm
((8,37 t · 1,16 kWh therm pro t und K) · 26 K). Werden
weiterhin 20 % Heizleitungsverluste angenommen
(Wirkungsgrad der Fermenterheizung: 80 %), beträgt
der Aufheizenergiebedarf 315,5 kWh therm pro Tag.
Jährlich werden somit rund 115.200 kWh therm benötigt.
Hinzu kommt noch der Wärmebedarf zum Ausgleich
der Abstrahlungsverluste des Fermenters. Die
Höhe dieser sogenannten „Transmissionsverluste”
hängt
- von der Oberfläche des Fermenters
- der Isolierung und
- der Temperaturdifferenz zwischen Betriebstemperatur
im Fermenter und der Umgebungstemperatur
ab. Für eine durchschnittliche Umgebungstemperatur
von 8 °C – die Jahresdurchschnittstemperatur in
Deutschland liegt zwischen 7-9 °C – sind die Zusammenhänge
in Tabelle 10-4 dargestellt.
Tabelle 10-4:
Berechnung der Transmissionsverluste
1. Berechnung der Fermenteroberfläche
Substratanfall pro Tag
Verweildauer im Fermenter
Radius
Fläche Deckel
Fläche Wand (Umfang · Höhe)
[t]
[Tage]
[m]
[m²]
[m²]
8,37
50
12
113
153
2. Isolation des Fermenters
Stahlbeton B 25 (200 mm) + Isolierung (extrudiertes PS)
k-Wert
notwendiges Fermentervolumen
Bruttobehältervolumen bei 10 % Zuschlag
Höhe
Fläche Boden
Gesamtoberfläche
[mm]
[W/m²K]
3. Energiebedarf zum Wärmeverlustausgleich (Fermenter-Innentemperatur: 38 °C; Außentemperatur: 8 °C)
Wärmeverluste des Fermenters a [kWh/Jahr] 36.2124 23.444 18.955
Zuschlag für Kältebrücken, Rührer usw. [%] 15%
Energiebedarf zum Ausgleich der Wärmeverluste
[kWh/Jahr] 41.464 26.961 21.789
Bruttoenergiebedarf zum Wärmeverlustausgleich bei
einem Wirkungsgrad der Heizung von 80 %
[kWh/Jahr] 52.057 33.701 27.242
a. Rechengang: Wärmeverlust = 0,024 · Gesamtoberfläche · k-Wert · (Innentemp. - Außentemp) · 365 Tage
100
0,363
[m³]
[m³]
[m]
[m²]
[m²]
160
0,235
418
460
4,1
113
380
200
0,19
194