Wissenschaftler entwickeln selbstlernende Biogasanlagen-Steuerung

Münster - Der Betrieb von Biogasanlagen läuft zwar weitgehend rund um die Uhr, aber systembedingt zu unflexibel. Eine neue, intelligente Steuerung soll helfen, den Strom bedarfsgerecht zu erzeugen.

Ein Forschungsverbund der Universität Hohenheim, der Hochschule Reutlingen und der Novatech GmbH will eine automatische Steuerung für Biogasanlagen entwickeln, die die schwankende Erzeugung von Sonne und Wind möglichst optimal ausgleicht und sich an der Energienachfrage orientiert. Jetzt wurde das Projekt PowerLand 4.2 gestartet.

Biogas als flexible Ergänzung zu Wind- und Solarstrom
Ein Ansatz, Wind- und Solarstrom durch Biogas zu ergänzen, ist die variable, bedarfsgerechte Fütterung von Biogasanlagen: Vereinfacht gesagt kommen bei hoher Stromnachfrage viele und schnell vergärbare Substrate in den Biogasfermenter, bei geringem Strombedarf wenige und langsam vergärbare. Das Problem: die Mikroorganismen reagieren in der Biogasanlage für den Ausgleich sehr kurzzeitiger Lastschwankungen zu träge auf Fütterungsumstellungen. Stattdessen soll der Gasspeicher für die Leistungsvariation sorgen. Schnell abbaubare Substrate wie Zuckerrübensilage oder Getreidebrei sind aber immer dann gefragt, wenn ein zu starkes Absinken des Füllstandes im Gasspeicher droht. Um diesen Ansatz zu optimieren, entwickeln die Forscher in Powerland 4.2 eine algorithmenbasierte, selbstlernende Steuerung für die Fütterungstechnik und die Stromerzeugung durch das Blockheizkraftwerk (BHKW), teilte die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe mit.

Neue Biogasanlagen-Steuerung setzt auf Wind- und Solarprognosedaten
Bestandteile der Steuerung werden selbstlernende Prognosemodelle sein, die für jeweils 48 Stunden den Strombedarf und die Solar- und Windstromerzeugung in einem bestimmten Versorgungsgebiet vorhersagen können. Diese Daten fließen in eine intelligente Biogasanlagensteuerung ein, die die notwendigen Substratmengen berechnen und den Fermentern automatisch zuführen kann. Insgesamt soll die Steuerung mit Hilfe heuristischer Algorithmen permanent den optimalen Zustand zwischen den Anforderungen Strom- und Wärmebedarf und einem effizienten Betrieb mit hohem Volllastanteil ermitteln. In Powerland 4.2 wird sie grundsätzlich für einen stromoptimierten Betrieb der Biogasanlage ausgelegt.

Doch der Bedarf eines mit der BHKW-Abwärme versorgten Wärmenetzes stellt einen begrenzenden Faktor dar: Ist der Wärmespeicher leer, muss das BHKW anlaufen, auch wenn gerade kein Strom benötigt wird. Hier erweist sich die Struktur der Erneuerbaren in Süddeutschland als vorteilhaft, so die Fachagentur: In Bayern und Baden-Württemberg dominieren im ländlichen Raum Biogas- und Photovoltaik(PV)-Anlagen. Die Jahreslastkurve der PV-Anlagen mit einem starken Peak im Sommer lässt sich im Winterhalbjahr, wenn auch der Wärmebedarf hoch ist, optimal durch eine verstärkte Erzeugung von Biogasstrom und –wärme ausgleichen.

Erprobung am Standort Lindenhöfe in Hohenheim
Die Steuerung wird zunächst modellhaft für den Standort Lindenhöfe entwickelt und dort erprobt. Die Lindenhöfe gehören zur agrarwissenschaftlichen Versuchsstation der Universität Hohenheim und verfügen über eine Biogas- und eine PV-Anlage sowie über ein internes Wärme- und Stromnetz. Der Jahresenergiebedarf der Lindenhöfe entspricht in etwa dem eines 150-Einwohner-Dorfes. Damit ist die Steuerung später problemlos auf ähnliche Standorte im ländlichen Raum deutschlandweit übertragbar.