Biogasanlage in Schwandorf (Oberpfalz): Rund 24.000 Normkubikmeter Gas speist sie täglich in das Erdgasnetz ein – die höchste Einspeiseleistung Deutschlands.
Erschienen in: Energy 2.0 Juli 2010, S. 44
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Mit ExplosionsSchutz Gas geben

Antriebstechnik sichert die Energieversorgung in Biogasanlagen

Für die Gasreinigung in einer Biogasanlage kommen Motoren und Frequenzumrichter teilweise in einer explosionsgefährdeten Umgebung zum Einsatz. Sie arbeiten im Dauerbetrieb und müssen deshalb sehr robust sein. Text: Rolf Weissenfels Foto: Siemens

Steigendes Energiebewusstsein und zukunftsorientierte Technik sind die Stützpfeiler einer umweltgerechten Nutzung von Ressourcen. Der Energieversorger Bioerdgas Schwandorf versucht das in Schwandorf in der Oberpfalz mit seiner Biogasanlage aufzuzeigen. Sie besteht aus zwei Versorgungslinien mit je 5MW Gasleistung. Betreiber der Anlage ist Schmack Biogas. Täglich müssen etwa 200 Tonnen pflanzliche Rohstoffe in den Pfropfenstromfermenter nachgeliefert werden, um die benötigte Gasmenge gewinnen zu können. In der Regel entsteht dabei Biogas mit einem Methan-Gehalt (CH 4 ) von 50 bis 70Prozent, was für Blockheizkraftwerke vollkommen ausreicht. „Doch für die Einspeisung in ein Erdgasnetz wie hier in das Netz von Eon Bayern ist ein wesentlich höherer Methangehalt erforderlich“, sagt der Biotechnologie-Diplomingenieur Daniel Vater, Objektleiter bei Schmack Biogas in Schwandorf. Daher muss das erzeugte Biogas gereinigt und angereichert werden. Dazu bieten sich unterschiedliche Verfahren an. Zum Einsatz kommt hier Druckwechseladsorption (Pressure Swing Adsorption, PSA). Bei dieser Methode fließen Methan und CO 2 mit definiertem Druck an einem Kohlenstoffmolekularsieb vorbei. Das CO 2 wird dabei adsorbiert. Der Methan-Gehalt des Rohgases erhöht sich somit von 55 auf über 97 Prozent im Produktgas. Dies geschieht über sechs parallel laufende Adsorbereinheiten. Ist ein Kohlenstoff-Molekularsieb nahezu gesättigt, wird der Biogasstrom durch andere Adsorber geleitet, um das gesättigte Kohlenstoff-Molekularsieb regenerieren zu können. Dazu wird der Druck reduziert und das wieder desorbierte CO 2 abgesaugt. Der für den Adsorptionsprozess notwendige Überdruck wird durch Schraubenkompressoren aufgebaut und den für die Regeneration notwendigen Unterdruck erzeugen Vakuumpumpen. Sowohl die Vakuumpumpen als auch die Schraubenkompressoren werden von explosionsgeschützten Siemens-Motoren angetrieben. Zusätzlich werden die Schraubenkompressoren über Frequenzumrichter betrieben, um den Überdruck präzise einstellen zu können. „Rund 24.000 Normkubikmeter hochprozentiges Methan speisen wir täglich aus beiden Energielinien in das Erdgasnetz ein, was etwa 10MW Gasleistung entspricht“, sagt Daniel Vater zu der Anlage. „Das ist meines Wissens derzeit Deutschlands größte Einzel-Einspeiseleistung.“

Ex-Motoren für einen sicheren Betrieb

Der Betriebsbereich ist als Zone 1 deklariert, in der es gelegentlich zu einer explosiven Atmosphäre kommen kann. Aus diesem Grund werden Atex-zertifizierte explosionsgeschützte Motoren des Typs 1MA6 in Zündschutzart „erhöhte Sicherheit“ und Motoren des Typs 1MJ7 in Zündschutzart „druckfeste Kapselung“ eingesetzt. Motoren erhöhter Sicherheit verhindern durch angepasste Aktivteile unzulässige Wicklungstemperaturen, die ein Gasgemisch entzünden könnten. Motoren druckfester Kapselung sind so ausgeführt, dass eine Explosion im Inneren des Motorgehäuses nicht zu einer Explosion in der Umgebung führt. Sie lassen sich außerdem durch Frequenzumrichter, die außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs aufgestellt sind, zur optimalen Prozessregelung in der Drehzahl verstellen, solange die Motortemperatur durch zertifizierte Auswertegeräte überwacht wird. Gerd Scharff, Elektrotechniker beim Betreiber Schmack, sagt: „Weil die Motoren in einer explosionsgefährdeten Umgebung arbeiten, darf die Oberflächentemperatur nicht so hoch sein wie in der Industrie üblich.“ Aus diesem Grund wurde die maximale Leistung der Motoren der Schraubenkompressoren in dieser Anwendung auf 67kW und damit auf 90 Prozent der maximalen Dauerleistung begrenzt. Bei solchen Werten und dem Bewusstsein, dass diese Prozesse zur Energieerzeugung ohne Unterbrechung rund um die Uhr ablaufen müssen, waren die Verantwortlichen bei der Suche nach zuverlässiger Technik auf Verfügbarkeit fokussiert. Gerd Scharff erinnert sich: „Bei der Entscheidung für die optimale Umrichtertechnik waren für uns Kriterien wie einfache Technik und robuste Ausführung ausschlaggebend.“ Einen wichtigen Punkt dabei sehen er und sein Kollege beispielsweise auch darin, dass auftretende Überspannungen keine Störungen in der Antriebstechnik auslösen dürfen. Letztlich wurden pro Reinigungslinie zwei Schraubenkompressoren mit Ex-Motoren 1MJ7 und Umrichtern Micromaster 440 von Siemens mit einer Leistung von 75kW eingebaut, um über die Drehzahl der Kompressoren den Druck jederzeit anpassen zu können. In der Übergabestation heben zwei Schraubenverdichter das aus den beiden Reinigungsanlagen kommende Gas auf den Druck der Leitung des Gasnetzes an.

Der Gaszähler entscheidet über die Qualität

Am Beispiel der Biogasanlage in Schwandorf wird deutlich, welchen Stellenwert regenerative Energieformen heute haben. Am Ende eines Tages entscheidet der Gaszähler, ob es ein guter Tag für die Umwelt war. Das hängt sehr stark von der eingesetzten Technik ab. Denn die Gasproduktion ist ein kontinuierlicher Prozess, der durchläuft sobald er einmal in Gang gebracht worden ist.☐

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