Relais regeln wichtige Funktionen im Inneren von Biogas-Anlagen Abfall ist Energie - KEM

Relais regeln wichtige Funktionen im Inneren von Biogas-Anlagen

Abfall ist Energie

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Der Klimawandel und die energiepolitische Diskussion haben dazu geführt, dass sich Methoden der CO2-neutralen Energieerzeugung immer weiter durchsetzen. Bei der Herstellung von Biogas aus organischen Abfällen werden in Anlagen moderne Relais eingesetzt, die wichtige Schaltfunktionen innerhalb des Systems übernehmen.

Exklusiv in KEM Der Autor Manfred Cloot arbeitet als Technischer Support bei der Finder GmbH, Trebur-Astheim

Biogas und Erdgas bestehen vor allem aus Methan. 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. Das Grundprinzip besteht darin, dass Mikroorganismen organisches Material durch Vergärung in Biogas umwandeln. Speziell in der Landwirtschaft sind solche Anlagen attraktiv, da organische Materialien wie etwa 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.
Blockheizkraftwerke machen aus Biogas Strom und Wärme
Zur energetischen Nutzung wird Biogas in der Regel in Blockheizkraftwerken (BHKW) in Strom und Wärme umgewandelt. Die Wärme lässt sich beispielsweise zum Heizen von Gebäuden einsetzen. Bis Ende 2011 werden allein in Deutschland insgesamt etwa 7000 Biogasanlagen in Betrieb sein.
Der 1998 gegründete Anlagenbauer Planet Biogastechnik bietet Lösungen für fast alle Bereiche an und übernimmt alle Aufgaben, die im Zusammenhang mit der Biogasproduktion anfallen – von der Planung, dem Anlagenbau, der Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz bis hin zum Service und der biologischen Betreuung durch ein eigenes Labor.
Die Anlagen sind modular aufgebaut: In Fahrsilos oder Vorlagebehältern wird die feste oder flüssige Biomasse unter Luftabschluss gelagert. Ein Feststoff- einbringsystem 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 so erzeugte Biogas wird in einem Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umgewandelt. Die Wärme kann gleichzeitig zum Heizen der Gärbehälter verwendet werden und Wohnräume versorgen. Der Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist.
Gasanlage wird zentral durch eine SPS gesteuert
Die verschiedenen Teile der Biogasanlage werden zentral gesteuert. Dabei 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 die der Feststoffförderung, Pumpen und Rührwerke – sowie Ventile geschaltet werden. Um die Verbraucher an die zentrale SPS anzubinden, vertraut man auf Koppel-Relais von Finder. „Die Antriebe können wir über die SPS und Koppel-Relais schalten“, so Detlef Brümmer, der bei Planet für die Elektro- und Steuerungstechnik verantwortlich ist, „andere Verbraucher, die teilweise hohe Leistungen haben, schalten wir prinzipiell über Koppel-Relais.“
Eine wesentliche Anforderung an die Biogasanlagen ist eine hohe Verfügbarkeit. „Die Berechnungen zur Rentabilität einer Biogasanlage werden üblicherweise mit 8000 Betriebsstunden pro Jahr durchgeführt“, erklärt Brümmer. Häufige störungsbedingte Ausfälle würden die Anlagen schnell unrentabel machen. Nur wenn die Biogasanlage arbeitet, erhält der Betreiber die Einspeisevergütung. Da die verschiedenen Verbraucher teilweise einen hohen Einschaltstrom haben, benötige man eine hochwertige Relais-Technik. „Bei einfacheren Relais kann es schon einmal passieren, das der Kontakt festbrennt“, erläutert Brümmer. „Die Relais von Finder dagegen kommen auch mit dem auftretenden hohen Einschaltstrom zurecht.“
Koppel-Relais erlauben auch eine manuelle Bedienung
Die SPS steuert alle Vorgänge in der Biogasanlage automatisch. Sollte doch einmal ein manueller Eingriff notwendig sein, lassen sich die Verbraucher über den integrierten Taster im Koppel-Relais manuell schalten. „Auch bei Inbetriebnahme und Wartung ist diese Funktion sehr hilfreich“, betont Brümmer, „im Prinzip lassen sich die Relais auf diese Weise auch dauerhaft einschalten. Da der Bediener dafür 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. Im vorliegenden Fall 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 Brümmer diese Wahl. Auch die Übertragung der Störungsmeldungen geschieht über Finder-Relais. Zum Einsatz kommen hier Relais für 5 V Gleichspannung mit vergoldeten Kontakten.
Internationale Zulassungen
Da Planet seine Biogasanlagen weltweit ausliefert, 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 EN-Normen Gültigkeit. Die Relais erfüllen die einschlägigen Normen in allen weltweit wichtigen Märkten. „Auch dies hat unsere Entscheidung beeinflusst“, so Brümmer.
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