Der BioEnergie Park Güstrow ist deutschlandweit eine der ersten Anlagen und gleichzeitig die größte, die Biogas zu Bio-Erdgas aufbereitet und in das Gasversorgungsnetz einspeist – Hauptabnehmer ist die VNG Verbundnetz Gas AG. Seit November 2007 entstanden auf einer Fläche von 20Hektar 20Fermenter mit den dazugehörigen Silos, Verwaltungsgebäuden und Gärrestspeichern. Hier erzeugt der Planer, Errichter und Betreiber, die Nawaro-Gruppe, Bio-Erdgas aus nachwachsenden Rohstoffen im industriellen Maßstab. Die Investition zu diesem Projekt beläuft sich auf rund 100Mio. Euro. Die dort eingesetzten Biogasanlagen kommen von Deutschlands größtem Biogasanlagen-Hersteller EnviTec Biogas aus dem niedersächsischen Lohne. Betrieben werden die Biogasanlagen mit Maissilage und Grasschnitt von Landwirten aus dem Umland. Um möglichst schnell die Produktion aufnehmen zu können, wurde das Großprojekt in mehrere Bauabschnitte unterteilt. Nach 18-monatiger Bauzeit ging Mitte 2009 das erste von fünf Anlagenmodulen in Betrieb. Ende März 2010 hat der Standort seinen Volllastbetrieb aufgenommen. Ein Modul speist bis zu 1.000m 3 Biogas pro Stunde in die Erdgasleitung ein; alle Module gemeinsam produzieren 10.000m 3 Biorohgas pro Stunde. Damit liefert die Biogasanlage circa 46Mio. m 3 Biomethan pro Jahr. Mit diesem Volumen können ca. 160Mio. kWh Strom und 180Mio. kWh Wärme pro Jahr erzeugt werden. Bis aus Mais und Grasschnitt Bio-Erdgas im industriellen Maßstab entstehen kann, müssen Biochemiker und Automatisierer eng zusammenarbeiten. Der Nawaro BioEnergie Park bezieht die Rohstoffe von rund 50 Landwirten aus der Region im Umkreis von ca. 50Kilometern. Der Jahresbedarf für eine Anlage in dieser Größenordnung liegt bei ca. 300.000t Maissilage. Dieses Biomaterial wird zunächst in Vorgruben gelagert. Danach wird vorverarbeitetes Biomaterial in die Fermenter gepumpt, wo in einem mikrobiologischen Fermentationsprozess Biogas entsteht. Dieser Prozess ist im Prinzip eine Gärung unter Luftabschluss, die unter ständiger Bewegung der Biomasse bei Temperaturen zwischen 35 und 38°C abläuft. Anaerobe Bakterien zersetzen dabei die Biomasse, es entsteht ein methanhaltiges Gas als Stoffwechselprodukt. Über eine Erdgasleitung wird das Biogas (50 bis 60 Prozent Methan) der Aufbereitungsanlage zugeführt und durch eine Druckwasserwäsche (Reinigung und CO 2 -Abscheidung) auf Erdgasqualität (96 Prozent Methan) aufbereitet. Anschließend bringen Verdichter das Erdgas auf den erforderlichen Druck, um es ins Ferngasleitungsnetz einspeisen zu können. Die Gärreste werden vom Fermenter in einen Zwischenbehälter gepumpt und dort bis zur weiteren Verwendung gelagert. In einem zweiten Verarbeitungsschritt wird die in den Gärresten verbleibende Biomasse abgepresst, getrocknet und dann einem Biomasse-Heizkraftwerk zugeführt. Die Aufbereitung zu Bio-Erdgas ermöglicht eine dezentrale Nutzung direkt an den Verbrauchsschwerpunkten. Bei der Realisierung der Biogasanlagen arbeitete Nawaro eng mit EnviTec zusammen. Ihre Anlagen in standardisierter Modulbauweise bieten neben einer hohen Produktqualität, durch große Stückzahlen, kurze Bauzeiten bei guter Planungssicherheit. Fünf Module produzieren jeweils 1.000m 3 Biogas pro Stunde und erzeugen somit die Energie für 50.000Haushalte. Bau und Inbetriebnahme erfolgte modulweise, sodass die Module nacheinander ihren Betrieb aufnahmen und der Industriepark schon vor Fertigstellung mit der Gaslieferung beginnen konnte. Auch die einzelnen Komponenten liefern Vorzüge. So werden im Anmischbehälter Futtersubstrate automatisch kilogenau verwogen und mit geimpftem Material und Wasser gleichmäßig verrührt. Dies gewährleistet eine stabile, sichere Führung der Biologie. Ein nachgeschalteter Cutter sorgt für zusätzliche Zerkleinerung der Inputstoffe und die Abscheidung von Störstoffen. Die Fermentationstanks sind Maßanfertigungen aus skalierbarem Spannbeton-Elementen. Die Fermenter fassen 4.500m 3 Biomaterial.
Modular automatisiert zur nötigen Flexibilität
Der Herstellungsprozess stellt auch an die Prozessautomation hohe Ansprüche. Außerdem fordert die modulare Bauweise der Biogasanlage ein ebenso modulares wie flexibles Automatisierungssystem. Schulz Systemtechnik, für die Elektroplanung und Steuerungstechnik verantwortlich, setzt hierfür standardmäßig das Automatisierungssystem von Wago ein. „Für das Wago-I/O-System spricht neben dem modularen Aufbau und der großen Auswahl an I/O-Busklemmen die freie Programmierbarkeit der Controller. Die Programmierung nach IEC 61131-3 (CoDeSys) ermöglicht uns kurzfristig Programmierungen anzupassen“, begründet Christian Syma, Fachbereichsleiter Biogas bei Schulz Systemtechnik, die Wahl. Jedes Anlagenmodul hat vier Fermenter und ein Gärrestlager. Pro Modul übernehmen vier Ethernet-Controller die Steuerung der Einbringtechnik und der vier Anmischbehälter mit Wiegezellen sowie die Zuführung zu den vier Fermentern. Dazu kommt noch je ein Controller zur Steuerung der 18Rührwerke sowie zur Steuerung des Gasverdichters inklusiv der übergeordneten Steuerungsfunktionen. Insgesamt sind pro Anlagenmodul sechs programmierbare Ethernet-Controller und knapp 150I/O-Busklemmen installiert. Neben der Automation der Module wird ein weiterer Controller zur Leistungsvorgabe der fünf Gasaufbereitungslinien, der Überwachung der Raumluft sowie der Gassammelstrecken in der Aufbereitungsanlage eingesetzt. Jeder Controller erhält durch die Programmierbarkeit mit CoDeSys SPS-Funktionalität. Über eine Ethernet-Infrastruktur sind sie untereinander vernetzt und kommunizieren über Modbus mit dem Leitsystem. Die Visualisierung realisierte das Visbeker Unternehmen über eine eigene Steuerung. „Ein weiterer Vorteil der freien Programmierung nach CoDeSys ist, dass sie vom technischen Personal schnell erlernbar ist. Denn die Mannschaft, die beim BioEnergie Park die Automatisierungskomponenten installiert, besteht aus echten Multitalenten, die auch die Diagnosen durchführen“, argumentiert der Fachbereichsleiter weiter. „Die Entscheidung für das I/O-System fiel bereits vor sechs Jahren. Damals gab es auf dem Markt kein vergleichbares Produkt. Da das System sehr universell eingesetzt werden kann, nutzen wir es auch in Anwendungen anderer Branchen wie der Industrie- und Gebäudeautomation oder im Ex-Anlagenbau“, berichtet Christian Syma.☐
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