Danfoss Sensing Solutions VLT: Weiterer Ökologisierungsschritt

Einstiegsbild bzw. Bild für Anwenderbox

Infos zum Anwender

Die Lijnco Green Energy-Biogasanlage (LGE) im neu errichteten Biopark Terneuzen (NL) zählt zu den größten Projekten für erneuerbare Energien in den Niederlanden. Die Investitionskosten für den Biopark betrugen rund eine halbe Milliarde Euro.
www.lijnco.nl

Wenn es um die nachhaltige Energieerzeugung geht, steht anaerobe Gärung zur Erzeugung von Biogas hoch im Kurs. Sie bietet nicht nur eine Lösung für die Verarbeitung diverser Arten von biologisch abbaubaren Abfällen, sondern liefert gleichzeitig auch konstant Energie in Form von Gas, das dann zur Stromerzeugung genutzt wird. Als nützliche Nebenprodukte bleiben sauberes Wasser und organischer Dünger übrig.

Eine der größten Vergärungsanlagen ist die Lijnco Green Energy-Biogasanlage (LGE) im neu errichteten Biopark Terneuzen. Er beschreitet einen relativ neuen Weg bei der Kooperation unterschiedlicher Geschäftsfeldern innerhalb einer Region zur gemeinsamen Nutzung von Schlüsseltechnologien. Dabei steht eine enge Zusammenarbeit von Landwirtschaft und Industrie im Vordergrund. Vor allem sollen die in beiden Bereichen anfallenden Neben- und Abfallprodukte als Futtermittel, Energie oder Brennstoff für den Einsatz in den eigenen Produktionsprozessen genutzt werden. Das Ganze läuft dort unter dem Oberbegriff „Smart Link“.

Verantwortlich für die Technik hinter der Biogasanlage sind HME Engineering für die Automatisierungs- und Prozessregelungssysteme sowie Mosch Thermische Installaties (MTI) für die mechanischen Systeme.

Grundlagen der Biogasproduktion

Eine Biogasanlage baut Abfallprodukte nach dem Prinzip der Co-Fermentation ab. Sie verarbeitet Abfälle aus der Landwirtschaft und dem Lebensmittelsektor gemeinsam mit tierischen Exkrementen. Die Abfälle stammen aus Unternehmen, die Getreide, Mais, Sonnenblumenkerne oder Sojabohnen zu Lebensmitteln oder Tierfutter verarbeiten. Dabei bleiben organische Stoffe übrig, die sich im Allgemeinen nur noch zur anaeroben Gärung einsetzen lassen. Der Betreiber mischt diese Stoffe mit Glyzerin und tierischen Exkrementen, die diese Biogasanlage aus dem ganzen Land erhält.

Die Gärung erfolgt in sieben Tanks mit einem Gesamtvolumen von 35.000 m3. Das entstehende Biogas sammelt sich in einem Nachvergärer, der an seiner gewölbten Abdeckplane zu erkennen ist. Darunter befindet sich das Methangas, das vor der Verbrennung in den Gasturbinen komprimiert und getrocknet werden muss. Ein Methanfilter- und Trocknungssystem übernimmt dann die Reinigung der übrigen Biomasse.

Was dann noch übrig bleibt, ist sauberes Wasser und organischer Dünger. Letzterer enthält Stickstoff, Phosphate und Kaliumkarbonat und lässt sich dann fertig als natürlicher Dünger für die Landwirtschaft verkaufen – ein rares Gut, dessen Herstellung normalerweise große Mengen an Energie benötigt und entsprechend CO²-Emissionen bewirkt. Aus Umweltsicht ist eine solche Rückgewinnung daher ein zusätzlicher Gewinn.

Die Biogasanlage verfügt über eine eigene Anlage zur Wasserreinigung, die so viel sauberes Wasser erzeugen kann wie eine Kläranlage für 1,5 Mio. Menschen. Insgesamt ermöglicht die Biogasanlage im Vergleich zum Verbrauch fossiler Energieträger eine Senkung der CO²-, Methan- und Stickstoffemissionen um etwa 23.000 Tonnen pro Jahr. Genutzt wird das in der Biogasanlage produzierte Gas zur Erzeugung von Ökostrom.

Die Gärtanks für tierische Abfälle (jeweils 6.000 m³) liefern Biomasse für die Erzeugung von 10 Megawatt Strom.

Ständig steigende Leistung

Realisiert haben das Projekt die Schücking Energy Group aus Enschede und Lijnco aus Groningen unter der Leitung des Verfahrenstechnikers Jupp Schücking. Verantwortlich für die Technik hinter der Biogasanlage sind HME Engineering für die Systeme zur industriellen Automatisierung und Prozessregelung sowie Mosch Thermische Installaties (MTI) für die mechanischen Systeme. Die Schücking Energy Group hat bereits mehrere Vergärungsanlagen in den Niederlanden und anderen Ländern errichtet, darunter auch den weltweit ersten Mono-Faulbehälter für tierische Abfälle.

Charakteristisch für diese Projekte ist ihre beeindruckende Größe. Die LGE-Biogasanlage verarbeitet über 300 Tonnen Biomasse pro Tag, mit einer Kapazität von 135.000 Tonnen pro Jahr. Derzeit steigert die Anlage ihre Produktion auf 6.000 m³ Gas pro Stunde und fünf Megawatt Energie. „In den Niederlanden sind bereits viele kleine Anlagen im Betrieb. Leider ist ihre Kapazität viel zu klein, denn erst ab einem Megawatt wird das Ganze überhaupt rentabel“, erklärt Jupp Schücking. „Wir bauen große Anlagen ab dieser Kapazität. Insgesamt haben wir bis heute Anlagen für etwa 50 Megawatt installiert und in vier Jahren wird es das Doppelte sein. In Europa gehören wir zu den größten Biomassekraftwerkserrichtern.“

Die Biomasse besteht teilweise aus Abfallprodukten von Mais, Soja und Weizen.

Größe entscheidend für optimale Ergebnisse

Bei Biogasanlagen spielt die Größe eine sehr wichtige Rolle, da eine permanente Überwachung der Gärprozesse erforderlich ist. Bei der Vergärung sind viele Bakterien aktiv, die in einem empfindlichen Gleichgewicht mit den verschiedenen organischen Stoffen leben. Das Tempo, in dem diese organischen Substanzen vergären, ist dabei sehr unterschiedlich. Weizen braucht z. B. 40 Tage, Glyzerin nur 24 Stunden. Mais wiederum ist erst nach 80 Tagen vergoren. Die Systeme müssen diesen biologischen Prozess kontinuierlich speisen, ähnlich wie ein Bauer auf seinem Hof die Tiere füttert. Bei zu geringer Zufuhr stoppt der Gärungsprozess, bei einer zu starken Zufuhr beginnt die Masse zu schäumen und läuft über.

Solche Stillstände sind unter allen Umständen zu vermeiden, denn es kann mitunter bis zu acht Tage dauern, um den Prozess wieder in Gang zu bringen. Eine Biogasanlage ist daher nichts, was ein Landwirt einfach so nebenher betreiben kann. Vielmehr sind Fachleute erforderlich, die den Prozess betreuen, und das ist nur bei ausreichender Größe möglich.

Seepex-Exzenterschneckenpumpen, angetrieben von Danfoss VLT Frequenzumrichtern.

Neue Standards setzen

„Wir möchten mit dieser Anlage einen Standard setzen, ein Modell, das wir in den nächsten Projekten wiederholen können. Es gibt bereits einen Entwurf für die funktionellen Anforderungen dieses elektrischen Systems. Wichtige Elemente darin sind die etwa vierzig Danfoss VLT® Frequenzumrichter, ein Großteil davon 45 kW-Antriebe. Diese treiben die vielen Pumpen und Mischer an, die für die Aufrechterhaltung des Gärungsprozesses erforderlich sind. Zwischen den großen Tanks befinden sich zehn Seepex-Pumpen mit 22 kW und 30 kW“, berichtet Heino Oltwater von HME Engineering.

„Das ist das erste Mal, dass ich mit Frequenzumrichtern von Danfoss arbeite. Van Egmond Elektrogroothandel in Doetinchem hat sie mir empfohlen, da Danfoss VLT® Frequenzumrichter einen um 2 % höheren Wirkungsgrad aufweisen als bisher eingesetzte Modelle und so auch zu den Umweltschutzzielen der Anlage beitragen. Dies gilt auch für die hocheffizienten Elektromotoren, die in den Antrieben zum Einsatz kommen.“

Zuverlässige Antriebe bei hoher Energieeffizienz

Die Danfoss VLT® AutomationDrive FC 302 gehören zur modularen VLT® Plattform. Wie alle VLT® Umrichter besitzen auch sie integrierte EMV-Filter und Zwischenkreisdrosseln. Für die Betreiber hat dies den Vorteil, dass die Filter bereits im angegebenen Wirkungsgrad von typisch mehr als 98 % mitgezählt sind. Externe Komponenten mit zusätzlichen Verlusten, wie bei vielen anderen Herstellern, sind nicht erforderlich.

Über eine USB- und eine RS485-Schnittstelle kann mittels der Konfigurations- und Parametrierungssoftware MCT 10 ein PC oder Laptop direkt bzw. über einen Schnittstellenwandler an der RS485-Buchse angeschlossen werden, was die Inbetriebnahme vereinfacht und beschleunigt. Auch das grafische Display direkt am Frequenzumrichter erleichtert die Inbetriebnahme. So können sich Techniker mit der integrierten Scope-Funktion wesentliche Parameter grafisch darstellen lassen und so deren zeitliche Verläufe bei kritischen Werten kontrollieren.

Die Frequenzumrichter wurden von Van Egmond geliefert, einem langjährigen Geschäftspartner von HME Engineering und Vertriebspartner von Danfoss. Das Unternehmen hat alle Frequenzumrichter auf Lager, was einen umkomplizierten Verlauf des gesamten Konstruktionsprozesses ermöglicht. Zudem baute Van Egmond Industrial Automation die zugehörigen Bedienteile und entwickelte die Steuerungs- und Visualisierungssoftware für die Anlage.