Industrieelektronik Zukunftsenergie schalten

Biogas ist wie Erdgas ein Gasgemisch, das vor allem aus Methan besteht. Ökologisch und ökonomisch betrachtet ist Biogas heute eine wichtige Energiequelle. Es trägt als erneuerbarer und vielseitiger Strom-, Wärme- und Treibstofflieferant zu einer sicheren und klimafreundlichen Energieversorgung bei. Biogas ist speicherbar und lässt sich in das Erdgasnetz einspeisen. Dadurch ist es besonders flexibel. Zur energetischen Nutzung wird Biogas heute in der Regel in Blockheizkraftwerken (BHKW) in Strom und Wärme umgewandelt. Die Wärme lässt sich beispielsweise zum Heizen von Gebäuden einsetzen. Ende 2011 waren allein in Deutschland insgesamt etwa 7.000 Biogasanlagen in Betrieb.Das Grundprinzip einer Biogasanlage besteht darin, dass Mikroorganismen organisches Material durch Vergärung in Biogas umwandeln, das überwiegend aus Methan besteht. Speziell in der Landwirtschaft sind Biogasanlagen eine interessante Möglichkeit der Energieproduktion, da organische Materialien, wie Mist, Gülle oder Reststoffe aus der landwirtschaftlichen Produktion, als Nebenprodukte oder Abfälle entstehen. Die Integration einer angepassten Hof-Biogasanlage ermöglicht es Landwirten, Zusatzeinkünfte aus dem Strom- und Wärmeverkauf zu erzielen.

Modulare Anlagen

Die Biogasanlagen von PlanET sind modular aufgebaut. In Fahrsilos oder Vorlagebehälter wird die feste oder flüssige Biomasse unter Luftabschluss gelagert. Ein Feststoffeinbringsystem beschickt die Anlage automatisch mit der notwendigen Biomasse, die je nach Bedarf noch zerkleinert und gemischt wird, bevor sie anschließend in den eigentlichen Gärbehälter gelangt. Dieser so genannte Fermenter ist der eigentliche biologische Reaktionsraum, in dem die Mikroorganismen bei einer Temperatur von 38 °C die Biomasse vergären und so Methan produzieren. Der Gärbehälter ist mit einer Heizung und Rührwerken ausgestattet, die eine gleichmäßige Vergärung garantieren. Bei großen Mengen kommt ein zweiter Gärbehälter zum Einsatz, der durch ein Überlaufrohr mit dem ersten Gärbehälter verbunden ist. Dort kann die Biomasse bei Bedarf noch nachgären. Die flüssigen Reste der Vergärung, die einen hochwertigen Pflanzendünger darstellen, kommen anschließend in das Gärproduktelager, wo sie bis zur Ausbringung auf das Feld zwischengelagert werden. Das erzeugte Biogas wird in einem Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umgewandelt. Die Wärme kann direkt zum Heizen der Gärbehälter verwendet werden und gleichzeitig beispielsweise Wohnräume versorgen. Der produzierte Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist.

Hohe Ströme sicher Schalten

Die verschiedenen Teile der Biogasanlage werden zentral gesteuert. Bei PlanET setzt man dazu eine SPS vom Typ S7-300 von Siemens ein. Die Steuerung überwacht den gesamten Prozess, der in der Regel ohne Eingriff von außen automatisch abläuft. Dazu müssen die verschiedenen Antriebe, beispielsweise der Feststoffförderung, Pumpen und Rührwerke sowie Ventile geschaltet werden. Um die verschiedenen Verbraucher an die zentrale SPS anzubinden, vertraut man bei PlanET auf Koppelrelais aus dem Hause Finder. „Die Antriebe können wir direkt über die SPS schalten“, erläutert Detlef Brümmer, der bei PlanET für die Elektro- und Steuerungstechnik der Anlagen verantwortlich ist: „Andere Verbraucher, die teilweise recht hohe Leistungen haben, schalten wir prinzipiell über Koppelrelais.“

Hochverfügbare Anlagen

Eine wesentliche Anforderung an die Biogasanlagen ist eine sehr hohe Verfügbarkeit. „Die Berechnungen zur Rentabilität einer Biogasanlage wird üblicherweise mit 8.000 Betriebsstunden pro Jahr durchgeführt“, sagt Detlef Brümmer. Häufige störungsbedingte Ausfälle würden die Anlagen schnell unrentabel machen. Denn nur wenn die Biogasanlage arbeitet und dadurch Strom und Wärme erzeugt, erhält der Betreiber die entsprechende Einspeisevergütung. „Um die hohe Verfügbarkeit zu garantieren“, so Detlef Brümmer weiter, „verwenden wir möglichst hochwertige Komponenten. Denn häufige Störungen und damit verbundene Serviceeinsätze kommen im Endeffekt teurer.“ Deshalb entschied man sich bei PlanET für Koppelrelais von Finder. Die verschiedenen Verbraucher haben teilweise einen relativ hohen Einschaltstrom. Typisches Beispiel hierfür sind 24-V-Magnetventile. Auch deswegen brauche man hochwertige Relaistechnik, weiß Detlef Brümmer: „Bei einfacheren Relais kann es schon einmal passieren, dass der Kontakt bei einem zu hohen Einschaltstrom verschweißt. Die Relais von Finder dagegen kommen auch mit hohen Einschaltströmen problemlos zurecht.“

Für alle Störungen gerüstet

Die SPS steuert alle Vorgänge in der Biogasanlage automatisch. Sollte doch einmal ein manueller Eingriff notwendig sein, bieten die verwendeten Koppelrelais einen weiteren Vorteil: Über eine integrierte Prüftaste lassen sich die angeschlossenen Verbraucher manuell schalten. „Auch bei Inbetriebnahme und Wartung ist diese Funktion sehr hilfreich“, sagt Detlef Brümmer. „Im Prinzip lassen sich die Relais auf diese Weise auch dauerhaft einschalten. Da der Bediener dafür aber die Sicherungslasche abbrechen muss, können wir dies im Servicefall exakt nachvollziehen.“ Auch die integrierte LED, die den Schaltzustand des Relais anzeigt, leistet bei der Inbetriebnahme wertvolle Hilfe.Um die hohe Verfügbarkeit der Biogasanlagen zu erreichen ist es außerdem wichtig, dass der Betreiber im Fall einer Störung schnell reagieren kann. Die Steuerung der Anlage verfügt daher über umfangreiche Überwachungsfunktionen, die entsprechende Störungen sofort erkennen. Da die Biogasanlage im normalen Betrieb vollständig automatisch läuft und daher kein Bedienpersonal ständig an der Anlage ist, muss eine entsprechende Störungsmeldung als Fernmeldung realisiert werden. Bei PlanET entschied man sich dazu, die Störungsmeldung per Telefon zu übertragen. „Eine SMS, wie sie heute bei vielen Systemen üblich ist, schien uns zu unsicher“, begründet Detlef Brümmer diese Wahl. Auch die Übertragung der Störungsmeldungen geschieht über Relais von Finder. Zum Einsatz kommen hier Relais mit hartvergoldeten Kontakten.

Internationale Zulassungen

PlanET liefert seine Biogasanlagen weltweit. Dabei ist es dringend erforderlich, dass die elektrotechnischen Anlagen den jeweils gültigen Normen entsprechen. Anlagen, die in den nordamerikanischen Markt geliefert werden, müssen beispielsweise die UL-Normen für die USA oder CSA-Normen für Kanada erfüllen. Innerhalb der EU haben dagegen die IEC-Normen Gültigkeit. Die Relais von Finder entsprechen den einschlägigen Normen in allen weltweit wichtigen Märkten. „Auch dies hat unsere Entscheidung für Finder als Lieferanten für die Relaistechnik mit beeinflusst“, fasst Detlef Brümmer seine positiven Erfahrungen zusammen.