Verbundprojekt "Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens zur flexiblen Biogasproduktion und optimierten Wärmespeicherung auf Basis gezielter Variationen der Gärtemperaturen (flexigast)"; bue Anlagentechnik GmbH mit Teilvorhaben 1: "Verfahrens- und anlagentechnische Entwicklung, Optimierung, Planung und Koordination"; ORmatiC GmbH mit Teilvorhaben 2: "Entwicklung eines MSR-Konzeptes und Integration in Automatisierungslösungen"; Technische Beratung für Systemtechnik mit Teilvorhaben 3: "Untersuchungen zur Verknüpfung mit innovativen Technologien der Erneuerbaren Energien" Hochschule Magdeburg-Stendal, Fachbereich Wasser, Umwelt, Bau und Sicherheit mit Teilvorhaben 4: "Wissenschaftliche Grundlagen für die Verfahrensentwicklung"; Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- undUmwelttechnologien (GMBU) e.V. mit Teilvorhaben 5: "Mikrobiologische Charakterisierung und molekularbiologische Bewertung"

Abstract

Im Projekt wurde ein Verfahren zur flexiblen Biogasproduktion und optimierten Wärmespeicherung basierend auf Variationen der Gärtemperaturen und der Fütterung entwickelt und im Technikum erprobt. Dieses neuartige „flexigast-Verfahren“ soll die Flexibilisierung von Biogasanlagen für eine bedarfsorientierte Stromproduktion verbessern, indem es dabei eine signifikante Reduzierung des Gasspeichervolumens ermöglicht und den Bau zusätzlicher Wärmespeicher vermeidet. Wenn beispielsweise ein bedarfsgerecht betriebenes Blockheizkraftwerk („Flex-BHKW“) gemäß Stromfahrplan ausgeschaltet wird, wird die Fermentertemperatur abgesenkt, um die Gasproduktion zu reduzieren wobei der Fermenter gleichzeitig als Wärmespeicher für externe Wärmenutzungen dient. Geht das BHKW wieder in Betrieb wird die Gärtemperatur rechtzeitig erhöht, womit die Gasproduktion ansteigt und der „Fermenter-Wärmespeicher“ aufgeladen wird. Diese Temperaturvariationen sind mit einer flexiblen Fütterung des Fermenters zu kombinieren. Die Fütterungsvariationen erfolgen abgestimmt mit den Temperaturänderungen. Ein Rückgang des mittleren Methanertrages und der Prozessstabilität kann durch kontrollierte Prozessführung vermieden werden. Durch Einsatz einer Wärmepumpe werden das Potenzial und die Regelbarkeit der Temperaturabsenkungen im Fermenter verbessert und gleichzeitig Temperatur und Menge der Nutzwärme für externe Verbraucher deutlich gehoben. Die Verfahrensentwicklung erfolgte mit Blick auf eine möglichst breite Übertragbarkeit in die Praxis für verschiedene Biogasanlagenkonzepte. Damit werden Anwendungspotenziale des flexigast-Verfahrens sowohl für eine kostengünstige Ertüchtigung bestehender Biogasanlagen für den wirtschaftlichen Weiterbetrieb als auch zur Schaffung zusätzlicher Flexibilität im Rahmen ambitionierter Flexibilisierungsprojekte gesehen.

In the project, a process for flexible biogas production and optimised heat storage based on variations in fermentation temperatures and feeding was developed and tested in a pilot plant. This innovative ‘flexigast process’ is intended to improve the flexibilisation of biogas plants for demand-oriented electricity production by enabling a significant reduction in the gas storage volume and avoiding the installation of additional heat storage tanks. For example, when a demand-driven combined heat and power plant (‘flex CHP’) is switched off according to the electricity chedule, the fermenter temperature is lowered to reduce gas production, with the fermenter simultaneously serving as a heat store for external heat utilisation. When the CHP unit goes back into operation, the fermenter temperature is increased , causing gas production to rise and the ‘fermenter heat store’ to be charged. These temperature variations must be combined with flexible feeding of the fermenter. The feeding variations are coordinated with the temperature changes. A decrease in the average methane yield and process stability can be avoided through controlled process management. The use of a heat pump improves the potential and controllability of temperature reductions in the fermenter and at the same time significantly increases the temperature and amount of useful heat for external consumers. The process was developed with a view to the broadest possible transferability into practice for various biogas plant concepts. This means that the flexigast process has potential applications both for cost-effective upgrading of existing biogas plants for continued economic operation and for creating additional flexibility as part of ambitious flexibilisation projects.