Abwärme aus dem BHKW der Biogasanlage: Bilanz, Saisonalität und Nutzungsmöglichkeiten

Ein Blockheizkraftwerk mit einer elektrischen Leistung von ca. 500 kW erzeugt gleichzeitig etwa 500–600 kW thermische Leistung, von der ein Teil von der Biogasanlage selbst für die Beheizung der Fermenter, die Hygienisierung und die Gebäude verbraucht wird. Der Überschuss ist stark saisonal — im Sommer bleibt der größte Teil übrig, im Winter einige zehn Prozent — und erst die Abstimmung des Abnehmers auf dieses Profil entscheidet über die Wirtschaftlichkeit. Die Wärmenutzung hebt den Gesamtwirkungsgrad der Anlage von ca. 40% auf nahezu 85–90%.

Woher die Wärme stammt

Die Wärme wird aus mehreren Kreisläufen zurückgewonnen: aus der Mantel- und Ölkühlung (Wassertemperatur 80–90 °C), aus dem Abgaswärmetauscher (am Eintritt bis zu einigen hundert °C, abgekühlt auf ca. 120–150 °C) sowie — in einigen Systemen — aus der Gemischkühlung. Das hydraulische System führt diese Quellen in der Regel zu einem Heißwasserkreislauf mit Pufferspeicher zusammen.

Eigenwärmebedarf

Das Aufheizen der Substrate und das Halten der Temperatur in den Fermentern hängt von der Umgebungstemperatur, der Isolierung, der Größe der Zufuhrmenge und deren Temperatur ab.

Vereinfachtes Beispiel: Eine Zufuhrmenge von 65 m³/d mit einer Eintrittstemperatur von 10 °C, die auf 40 °C erwärmt wird, erfordert ca. 65.000 kg × 4,18 kJ/(kg·K) × 30 K ≈ 8,15 GJ/d, d. h. ca. 2.260 kWh/d (ca. 94 kW im Mittel). Hinzu kommen Verluste über Wände und Dach der Fermenter — beispielsweise 30–100 kW je nach Isolierung und Jahreszeit. Insgesamt 120–200 kW im Winter und ca. 80–120 kW im Sommer. In Anlagen mit Hygienisierung (70 °C für 1 h) kommt ein zusätzlicher Bedarf hinzu, der durch Rekuperation verringert wird.

Saisonale Bilanz

Annahmen: Aggregat 500 kW el., thermische Leistung 560 kW, Verfügbarkeit 8.000 h/Jahr.

Der jährliche Überschuss beträgt ca. 3,3 GWh Wärme (im Mittel ca. 410 kW × 8.000 h; der saisonale Bereich von 360–460 kW ergibt 2,9–3,7 GWh). Der Abnehmer muss also das ganze Jahr über einige hundert kW abnehmen, um das Potenzial auszuschöpfen.

Verwertungsvarianten

Kriterien für die Projektbewertung

1. Wärmeabnahmeprofil des Abnehmers im Jahresverlauf (nach Möglichkeit stündlich).
2. Entfernung und Übertragungskosten: Richtformel — die Netzverluste hängen von Isolierung, Durchmesser und Temperatur ab.
3. Erforderliche Abnahmetemperatur: Eine höhere erschwert die Nutzung der Wärme aus der Motorkühlung.
4. Bereitschaft des Abnehmers zu einem mehrjährigen Vertrag.
5. Rechtliche und formale Aspekte (Konzessionen, Tarife, Genehmigungen) — prüfen Sie die aktuellen Vorschriften für Ihren eigenen Fall.
6. Einfache Amortisationszeit: jährliche Erlöse aus der Wärme gegenüber den Investitionskosten.

Gute technische Praxis

• Ein Wärmepuffer (Speicherbehälter) gleicht Spitzen aus und erlaubt dem Motor, im konstanten Betrieb zu laufen.
• Notkühler (Trockenkühler) schützen vor Überhitzung, wenn der Abnehmer keine Wärme abnimmt, sind aber nur eine Sicherheitsmaßnahme und keine Form der Nutzung.
• Wärmemengenzähler auf beiden Seiten ermöglichen es, den Wirkungsgrad zu dokumentieren.
• Halten Sie die Abgaswärmetauscher sauber: Ablagerungen verschlechtern die Rückgewinnung und erhöhen das Risiko der Niedertemperaturkorrosion.

Typische Fehler

• Planung auf die maximale Leistung statt auf die durchschnittliche Nachfrage,
• fehlende Berücksichtigung der Eigenwärme in der Bilanz,
• Verträge ohne Regelung einer Mindestabnahme,
• Vernachlässigung der Isolierung der Rohrleitungen,
• ausschließliche Berechnung der Erlöse, ohne die Kosten für die Instandhaltung des Netzes.

Die besten Projekte haben einen oder zwei stabile Ganzjahresabnehmer (z. B. einen verarbeitenden Betrieb, eine Trocknungsanlage, ein Gewächshaus) und betrachten die Winterwärme aus einem lokalen Netz als Ergänzung. Die Wärmenutzung sollte durch tatsächliche Messung überprüft werden und nicht durch die Annahme in der Planung.

Beispiel für die Bewertung eines Wärmeverkaufsprojekts

Nehmen wir einen Abnehmer an (z. B. einen verarbeitenden Betrieb), der konstant 250 kW über 8.000 Stunden pro Jahr abnimmt, d. h. 2.000 MWh. Eine Rohrleitung von 600 m Länge kostet (hypothetisch) mehrere Hunderttausend PLN, und die Wärmeverluste im Netz betragen einige Prozent. Beträgt der Wärmepreis im Vertrag X PLN/MWh, beläuft sich der Jahreserlös auf 2.000·X. Für X = 150 PLN/MWh ergibt das 300.000 PLN pro Jahr. Die Amortisationszeit ergibt sich aus dem Vergleich der Investitionskosten mit dem um die Instandhaltungskosten verminderten Erlös — diese einfache Arithmetik zeigt schnell, ob das Projekt sinnvoll ist. Der Wert X und die Kosten der Rohrleitung sind durch eigene Angebote zu ersetzen.

Rolle von Puffern und Regelung

Ein Pufferspeicher mit einem Fassungsvermögen von einigen zehn m³ erlaubt es, Schwankungen der Abnahme auszugleichen und ein häufiges Zuschalten der Notkühler zu vermeiden. Eine gut konfigurierte Regelung leitet die Wärme zuerst an den Prozessbedarf, danach an externe Abnehmer und erst den Überschuss an die Kühler.