Umbau einer Biogasanlage mit Kraft-Wärme-Kopplung zur Biomethananlage (Retrofit): Schritt für Schritt

Der Retrofit einer Biogasanlage besteht im Umbau einer Anlage mit Blockheizkraftwerk (CHP) zu einer Biomethananlage durch Ergänzung von Vorreinigung, Aufbereitung, Verdichtung, Einspeisestation und Netzanschluss; Fermenter, Lager und ein Teil der Infrastruktur bleiben erhalten. Eine Biogasanlage mit 1 MW elektrischer Leistung erzeugt in der Regel etwa 450–500 m³/h Biogas, also etwa 250 m³/h Methan, was nach der Aufbereitung ca. 250 m³/h Biomethan ergibt (ca. 2,5 MW chemische Leistung). Die Schlüsselfragen betreffen Wärmebilanz, Förderung, Anschluss und Wirtschaftlichkeit.

Schritt 1: Biogasbilanz

Ermitteln Sie aus den Anlagendaten die tatsächliche Biogasproduktion (m³/h) und die Zusammensetzung (CH₄, H₂S, O₂, N₂). Beispiel: Eine elektrische Leistung von 1 MW bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 40% bedeutet eine chemische Brennstoffleistung von 2,5 MW. Bei einer Energie von 5,5 kWh/m³ Biogas ergibt das 455 m³/h Biogas, also ca. 250 m³/h CH₄ (55%). Nach der Aufbereitung mit einem Schlupf von 0,5% entstehen ca. 249 m³/h Methan und bei einer Reinheit von 98% – ca. 254 m³/h Biomethan. Jahresproduktion (8000 h): ca. 2,0 Mio. m³, also ca. 20 GWh.

Schritt 2: Wärme für die Vergärung

Der CHP-Motor lieferte Wärme auch zur Beheizung der Fermenter (Halten von ca. 38–42°C im mesophilen Betrieb), in der Regel von einigen Zehnerprozent der Motorwärme. Nach dem Abschalten des CHP muss sie ersetzt werden durch:

• einen Biogaskessel (verbrennt ca. einige Prozent der Gasenergie bis gut zehn Prozent),
• einen Biomassekessel,
• eine Wärmepumpe (Strom),
• Abwärme aus der Aufbereitung oder Verdichtung,
• teilweisen Erhalt einer kleineren CHP-Einheit.

Der Wärmebedarf hängt von der Wintertemperatur, der Dämmung und der Beschickung ab und erfordert daher Berechnungen. Die gewählte Lösung beeinflusst die Emissionsbilanz und das Volumen des verkauften Biomethans.

Schritt 3: Aufbereitungstechnologie

Die Auswahl ist in einem separaten Beitrag beschrieben (Entscheidungsmatrix). Bei kleiner Größe (250 m³/h Biomethan) werden häufig Membranen oder containerisierte PSA eingesetzt. Eine Vorreinigung (Entschwefelung, Trocknung, Aktivkohle) ist erforderlich, ausgelegt auf die tatsächliche Biogaszusammensetzung. Bringt die biologische Entschwefelung Luft ein, müssen Sauerstoff und Stickstoff im Biomethan berücksichtigt werden.

Schritt 4: Netz und Anschluss

Beginnen Sie mit dem Antrag auf Anschlussbedingungen, der Analyse der Aufnahmekapazität und des Drucks. Bei einer kleinen Anlage (250 m³/h) kann das lokale Mitteldrucknetz Probleme mit der Sommerabnahme haben, erwägen Sie daher Varianten (Rückverdichtung, Verbindung mit einem Netz höheren Drucks, bioCNG). Planen Sie die Einspeisestation mit Qualitäts- und Mengenmessung ein.

Schritt 5: Förderung und Verträge

Prüfen Sie, welche Verträge und Fördersysteme für die bestehende Anlage gelten (garantierte Tarife, Prämien, Auktionen, Stromlieferverträge) und welche Folgen ihr Ende oder eine Änderung des Tätigkeitsgegenstands haben. In vielen Systemen kann die Beendigung der Stromerzeugung zum Verlust von Rechten oder zur Notwendigkeit der Rückzahlung der Förderung führen, holen Sie daher den Rat eines Juristen und des Regulierers ein. Eine Biomethananlage hat ein anderes Erlösmodell (Gas, Herkunftsnachweise, eventuelle Prämien für Verkehrskraftstoff).

Schritt 6: Genehmigungen

Die Änderung der Technologie kann eine Änderung der Umwelt- und Baugenehmigungen, Abstimmungen mit dem Amt für technische Überwachung (Urząd Dozoru Technicznego, UDT), die Aktualisierung der Explosionsschutzdokumentation und Auswirkungsbeurteilungen (einschließlich der Emissionen aus dem Offgas) erfordern. Prüfen Sie auch die integrierte Genehmigung oder andere Entscheidungen zum Betrieb.

Schritt 7: Wirtschaftlichkeitsrechnung

Illustratives Beispiel: neues CAPEX für Aufbereitung, Station und Anschluss 18 Millionen PLN (Annahme), zusätzliches OPEX 2,2 Millionen PLN/Jahr (Energie, Service, Zertifizierung), keine Erlöse aus Strom und Wärme (aus dem bestehenden CHP), neue Erlöse aus dem Verkauf von 20 GWh Biomethan. Bei einem Zinssatz von 8% und einer Laufzeit von 12 Jahren (Annuitätenfaktor ca. 0,1327) beträgt die jährliche Kapitalrate ca. 2,4 Millionen PLN, und die Zusatzkosten betragen ca. 4,6 Millionen PLN pro Jahr, also 230 PLN/MWh Biomethan – über den bisherigen Kosten für Substrate und Betrieb. Vergleichen Sie mit den entgangenen Erlösen aus Strom und Wärme. Die Zahlen sind angenommen; die Rechnung ist mit eigenen Daten durchzuführen.

Schritt 8: Zeitplan

Typischer Zeitplan: erste Analyse (1–3 Monate), Anschlussbedingungen (einige Monate), Planung und Genehmigungen (6–12 Monate), Gerätelieferung (6–12 Monate), Montage und Inbetriebnahme (einige Monate). Das Ganze kann 1,5 bis 3 Jahre dauern.

Zusammenfassung

Der Retrofit erlaubt es, die vorhandene Infrastruktur zu nutzen, erfordert aber die Klärung der Fragen von Wärme, Förderung und Anschluss. Eine gut vorbereitete Analyse erlaubt es zu beurteilen, ob sich die Änderung des Erlösmodells lohnt.