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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einspeisung
von Biogas in ein Gasnetz. In ländlichen
Regionen werden mehr und mehr Biogasanlagen errichtet, die größere Mengen
von Biogas erzeugen. Das erzeugte Biogas übersteigt regelmäßig den
Eigenverbrauch der Betreiber und wird bisher in sogenannten Blockheizkraftwerken
(BHKW) zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Strom verwendet. Auf
der anderen Seite kann das in Biogasanlagen erzeugte Biogas auch
in bestehende Gasnetze, wie ein flächendeckendes Erdgas-Netz, eingespeist
werden. Voraussetzung hierfür
ist, dass in der Nähe
der Biogasanlage Leitungen des Gasnetzes verlaufen. Die Erfindung
beschäftigt
sich insbesondere mit einer optimierten Einspeisung von Biogas in
bestehende Gasnetze.
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Bisher
wurden im Stand der Technik die von Biogasanlagen erzeugten Biogasmengen
in Hochdruck-Netzleitungen wie in die sogenannten Transportleitungen
derartiger Erdgas-Netze eingespeist. Biogasanlagen mussten daher
bisher möglichst
in der Nähe
einer schon bestehenden Hochdruck-Transportgasleitung gebaut werden
und konnten nicht beliebig im beispielsweise ländlichen Raum nahe bei landwirtschaftlichen
Betrieben oder ähnlichem
auf ökonomische
Art und Weise in Betrieb genommen werden. Hintergrund ist folgender:
Die lokalen örtlichen
Gasverteilnetze sind als sogenannte Mittel- und Niederdruck-Verteilnetze aufgebaut
und unterliegen meist starken Schwankungen in der Gasabnahmemenge.
Die an einem örtlichen
Verteilnetz angeschlossenen Verbraucher sind in der Regel nur einige
hundert und es kann zu starken Schwankungen in der Gasabnahme kommen,
insbesondere bei warmen Sommernächten,
wenn fast gar kein Gas aus dem örtlichen
Verteilnetz abgenommen wird. Für eine
Einspeisung von Gas, wie zum Beispiel Biogas, in solche örtliche
Verteilnetze besteht jedoch das sogenannte „Min-Flow-Kriterium” (deutsch:
Mindest-Strömungsmengen-Kriterium), nach
welchem der Volumenstrom von Gas in dem betreffenden Verteilnetz
größer sein
muss als die eingespeiste Menge an Gas. In den beschriebenen örtlichen
Verteilnetzen, welche örtlich
häufig
näher zu
möglichen
Produktionsstätten
von Biogas liegen, ist diese Bedingung häufig nicht erfüllt. Insbesondere
in Zeiten von relativ niedrigem Verbrauch, wie zum Beispiel in einer lauen
Sommernacht und mit wenig industriellen Abnehmern, ist dieses Kriterium
nicht erfüllt,
so dass bisher die Einspeisung von Biogas aus Biogasanlagen in solche örtlichen
Verteilnetz nicht möglich
war. Die Einspeisung von Biogas erfolgte daher bisher ausschließlich in
sogenannte Hochdruck-Netze, wie größere Transportleitungen von
Erdgas-Netzen, in welchen ganzjährig
ein hoher Volumenstrom und damit eine Erfüllung des genannten Min-Flow-Kriteriums
gewährleistet
werden kann.
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Um
dennoch Biogasanlagen auch im ländlichen
Raum an Stellen entfernt von solchen Hochdruck-Gasleitungen bauen
zu können,
bestand daher bisher die Notwendigkeit, entsprechend lange Einspeisungsstichleitungen
zu verlegen, was mit entsprechend hohen Anbindungskosten und Investitionsvolumina
verbunden ist.
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Demgegenüber ist
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zur Einspeisung von Biogas in Gasnetze bereitzustellen,
welche eine flexiblere Anbindung von Biogasanlagen an bestehende
Gasnetze ermöglicht. Diese
Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch
1 sowie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Einspeisung von Biogas aus einer oder mehreren Biogasanlagen
in ein Gasnetz mit einem örtlichen
Mitteldruck-Verteilnetz und einem diesem vorgelagerten Hochdruck-Netz
bzw. Transportleitungsnetz ist gekennzeichnet durch die Schritte:
- a. Aufbereiten des in der Biogasanlage erzeugten Rohbiogases
zwischen der Biogasanlage und einer Netz-Einspeisestelle;
- b. primäres
Einspeisen des aufbereiteten Biogases in das örtliche Mitteldruck-Verteilnetz
an der Netz Einspeisestelle in der Nähe der Biogasanlage; und
- c. temporäres
Rückverdichten
von Gas aus dem örtlichen
Mitteldruck-Verteilnetz in das (diesem) vorgelagerte Hochdruck-Netz
bzw. die Transportleitung in Zeiten zu geringer Gasabnahme durch die
Gas-Abnehmer des örtlichen
Mitteldruck-Verteilnetzes.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Einspeisung von Biogas in bestehende Gasnetze umfasst damit
im Wesentlichen zwei Aspekte: Zum einen wird das in einer Biogasanlage
erzeugte Gas nicht mehr wie bisher in ein Hochdruck-Netz eingespeist,
sondern in das nächstliegende
Mitteldruck-Verteilnetz. Zum anderen wird, um dies zu ermöglichen,
an einem Netzkoppelpunkt zwischen dem Mitteldruck-Verteilnetz und
dem Hochdruck-Netz bzw. Transportleitung ein gezieltes und temporäres Rückverdichten
von Gas aus dem Mitteldruck-Verteilnetz in das Hochdruck-Netz durchgeführt, sobald
die Strömungsmengen
und Drücke
in dem Mitteldruck-Verteilnetz nicht mehr ausreichen, um eine Einspeisung
von Biogas in dieses zu realisieren. Der Vorteil liegt darin, dass
relativ kurze Anbindungswege zwischen der Biogasanlage und den Leitungen von
bestehenden Gasnetzen ermöglicht
werden, da lokale, weitverzweigte Mitteldruck-Verteilnetze für eine Anbindung
herangezogen werden können.
Damit ist es nicht mehr erforderlich, lange Gasstichleitungen hin
zu den Hochdruck-Transportleitungen der Erdgas-Netze zu bauen. Damit
können
auch weiter abgelegene Biogasanlagen an bestehende Gasnetze auf ökonomische
Art und Weise mit relativ geringem zusätzlichem Aufwand angeschlossen
werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird dies durch ein primäres
Einspeisen des Biogases in das (nächstgelegene) örtliche
Mitteldruck-Verteilnetz und ein temporäres Rückverdichten bzw. eine temporäre Rückeinspeisung
von Gas aus diesem örtlichen
Verteilnetz in das vorgelagerte Hochdruck-Netz realisiert, und zwar dies lediglich
in Zeiten von zu geringer Gasabnahme im örtlichen Verteilnetz, beispielsweise wenn
am Wochenende wenig industrielle Abnehmer von Gas vorhanden sind
oder in lauen Sommernächten,
wenn keinerlei Heizung oder Warmwasseraufbereitung in den Haushalten
der an das örtliche
Verteilnetz angeschlossenen Verbraucher erforderlich ist. Das temporäre Rückverdichten
von Gas in Richtung zu dem vorgelagerten Hochdruck-Netz an dem Koppelpunkt
zwischen dem Mitteldruck-Verteilnetz und dem Hochdruck-Netz gewährleistet,
dass auch in solchen Phasen niedrigen Verbrauchs und damit eines (eigentlich)
zu geringen Strömungsvolumens
in dem Mitteldruck-Verteilnetz trotzdem die fortlaufende Einspeisung
von Biogas aus der Biogasanlage erfolgen kann und dieses nicht ungenutzt,
beispielsweise durch gezieltes Abfackeln, bleibt. Das temporäre Rückverdichten
erfolgt erfindungsgemäß an der Schnittstelle
zum vorgelagerten Hochdruck-Netz, indem eine Art Rückspeisung
von Gas (umgekehrte Strömungsrichtung)
gezielt und in Abhängigkeit
von den Strömungswerten
bzw. Druckwerten im Mitteldruck-Verteilnetz
aufgebaut wird. Die Mengen an Biogas aus der Biogasanlage, welche
in dem Mitteldruck-Verteilnetz in solchen Zeiten nicht abgenommen
werden können,
werden somit in das vorgelagerte Hochdruck-Netz bzw. die Transportleitung
des Gasnetzes geleitet. Zu diesem Zweck werden die erforderlichen
Messgrößen an dem
Mitteldruck-Verteilnetz über
geeignete Messtechnologien, die dem Fachmann des Gebiets bekannt
sind, erfasst, um eine gezielte Regelung und Steuerung der Einspeisung
des Biogases und den jeweiligen Zeitpunkt des Beginns und des Endes
einer temporären
Rückverdichtung
in das vorgelagerte Hochdruck-Netz zu bestimmen.
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Hierzu
kann nach der Erfindung neben der Rückverdichtung bzw. Rückeinspeisung
von Biogas in das Hochdruck-Netz optional eine Konditionierung des
im Brennwert niederwertigeren Biogases durchgeführt werden, beispielsweise
durch Zumischung von Flüssiggas
(LPG). Umgekehrt, wenn das in der Biogasanlage erzeugte Biogas für die Verbraucher und
Abnehmer von Gas in dem Mitteldruck-Verteilnetz nicht ausreicht,
kann aus dem vorgelagerten Hochdruck-Netz zusätzliches Erdgas zugeführt werden,
das beispielsweise auch durch eine Konditionierung, wie eine Luftzumischung,
auf den Brennwert von Bioerdgas und damit den Brennwert des Mitteldruck-Verteilnetzes
abgestimmt werden kann. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfordert eine deutlich geringere Investition in die Leitungstechnik
zur Anbindung von im ländlichen
Raum häufig
weit abgelegenen Biogasanlagen, als es bisher im Stand der Technik
der Fall war. Daneben erfordert das erfindungsgemäße Verfahren
zur Einspeisung von Biogas in bestehende Gasnetze lediglich an dem
Netzkoppelpunkt zwischen Hochdruck-Netz und Mitteldruck-Verteilnetz
eine spezielle Einspeisestation, welche eine Rückverdichtung in das Hochdruck-Netz
und gegebenenfalls eine Konditionierung des Gases entweder in Richtung
des Hochdruck-Netzes und/oder in Richtung des Mitteldruck-Verteilnetzes
durchführen
lässt.
Eine solche Konditionierung kann durch Zumischung von Luft, durch
Zumischung von Flüssiggas
oder auf eine andere, dem Fachmann des Gebiets bekannte Art und
Weise erfolgen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist das örtliche
Verteilnetz ein Mitteldruck-Netz in der Nähe der Biogasanlage, und das
Hochdruck-Netz ist eine räumlich
im Verhältnis
zum Verteilnetz weiter entfernt liegende Transportleitung des Gasnetzes.
In diesem Fall macht sich die Erfindung besonders bezahlt, da die Kosten
für den
Netzanschluss deutlich geringer sind, schön aufgrund der erheblich verkürzten erforderlichen
Stichleitungen zur Anbindung der Biogasanlage(n). Ein Mitteldruck-Verteilnetz
gemäß der Erfindung
kann beispielsweise ein Verteilnetz mit einem Druck von einigen
bar sein, vorzugsweise in der Größenordnung
von 1 bar. Ein Hochdruck-Gasnetz im Sinne der vorliegenden Erfindung
ist beispielsweise eine Transportleitung mit einem Druck in der
Größenordnung
von 35 bis 40 bar. Diese Werte sind jedoch nur beispielhaft, und
es können
selbstverständlich Abweichungen
davon gegeben sein, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu
verlassen. Wesentlich für
die Erfindung ist, dass das örtliche
Verteilnetz durch einen deutlich geringeren Druck und ein weniger
konstantes Gasabnahmeverhalten gekennzeichnet ist, als dies bei
dem vorgelagerten Hochdruck-Teil des Gasnetzes der Fall ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das von der Biogasanlage erzeugte Rohbiogas vor der Einspeisung
in das örtliche
Verteilnetz konditioniert, insbesondere mit Flüssiggas. Hiermit kann nach
dieser alternativen Ausgestaltung der Erfindung der Brennwert des
Gases im Mitteldruck-Verteilnetz entsprechend den Erfordernissen
der Abnehmer angehoben werden, so dass ein höherer Brennwert bzw. eine andere
Zusammensetzung des Gases realisierbar ist, als dies bei lediglich
aufbereitetem reinem Biogas aus der Biogasanlage eigentlich der
Fall ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die temporäre
Rückverdichtung
in das vorgelagerte Hochdruck-Netz über eine druckabhängige Regelung.
In Abhängigkeit
von beispielsweise einem Nenndruck im Mitteldruck-Verteilnetz und
einem Mindestdruck wird nach dieser Alternative die temporäre Rückverdichtung
von Gas in das vorgelagerte Hochdruck-Netz geregelt. Sobald ein
Mindestdruck erreicht oder unterschritten wird, wird am Netzkoppelpunkt
zwischen dem örtlichen
Verteilnetz und dem Hochdruck-Netz durch einen Regler die Zuleitung von
Erdgas in das Verteilnetz geschlossen und anschließend eine
Rückverdichtung über einen
Verdichter in das Hochdruck-Netz durchgeführt. Die druckabhängige Regelung
nach der Erfindung kann beispielsweise auch mit Druckbereichen und
Sicherheitsschwellwerten durchgeführt werden, so dass beispielsweise
ein oberer Mindestdruck und ein unterer Mindestdruck voreingestellt
werden, die den Zeitpunkt für
ein Umkehren der Strömungsrichtung
am Netzkoppelpunkt für
das temporäre
Rückverdichten gemäß der Erfindung
steuern.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein
saugdruckgeregelter Verdichter für
die temporäre
Rückverdichtung
in das Hochdruck-Netz eingesetzt. Der Verdichter kann unterhalb
eines theoretischen Ausschaltdrucks in Abhängigkeit vom Druck im örtlichen
Verteilnetz in Leerlauf geschaltet werden. Wenn beispielsweise die
im Verteilnetz abgenommenen Gasmengen wieder zeitweise über einer
Mindestmenge liegen und so der Mindestdruck im Verteilnetz wieder überschritten wird,
kann der Verdichter, anstatt permanent an- und ausgeschaltet zu
werden, in solchen Zeiten einfach in Leerlauf geschaltet werden.
Umgekehrt kann der Verdichter auch bei einer zu geringen Menge von
Biogas aus der Biogasanlage in Leerlauf geschaltet werden. Dies
erhöht
die möglichen
Laufzeiten des Verdichters und vermeidet unnötige Beschädigung durch wiederholtes An-
und Abschalten des saugdruckgeregelten Verdichters.
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Neben
dem Verfahren zur Einspeisung von Biogas betrifft die Erfindung
ebenfalls eine Vorrichtung zur Einspeisung von Biogas in ein Gasnetz
mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Die Vorrichtung dient zum Einspeisen
von Biogas in ein Gasnetz aus einer Biogasanlage. Das Gasnetz besteht
unter anderem aus einem lokalen Mitteldruck-Verteilnetz mit einer
Mehrzahl von Gas-Abnehmern und mindestens einem vorgelagerten Hochdruck-Netz, welches zur Zuleitung
und zum Transport von Erdgas über
längere
Strecken dient. Die Vorrichtung kann eine Biogas-Aufbereitungsanlage aufweisen, über welche das
in der Biogasanlage erzeugte Biogas aufbereitet wird und insbesondere
gereinigt und entsprechend den Bedürfnissen konditioniert werden
kann. Die Biogasanlage ist über
eine Stichleitung mit dem Gasnetz zum Einspeisen des Biogases aus
der Biogasanlage verbunden. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Stichleitung der Biogasanlage direkt
mit einem örtlichen
Mitteldruck-Verteilnetz des Gasnetzes in der räumlichen Nähe der Biogasanlage verbunden
ist und dass an einem Netzkoppelpunkt zwischen dem Mitteldruck-Verteilnetz
und dem Hochdruck-Netz des Gasnetzes mindestens ein Verdichter vorhanden
ist, mit welchem in Zeiten zu geringer Gasabnahme im örtlichen
Verteilnetz Gas aus dem Verteilnetz (und damit Biogas aus der Biogasanlage)
in das vorgelagerte Hochdruck-Netz
temporär
rückverdichtet
werden kann. Durch diese Maßnahmen
kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum einen eine Einspeisung von Biogas in der nächsten Nähe der Biogasanlage durchgeführt werden,
so dass keine langen Stichleitungen und Anbindungswege zu ferner abgelegenen
Hochdruck-Leitungen mehr erforderlich sind. Zum anderen kann flexibel
auf die Verhältnisse und
Abnahmemengen im Mitteldruck-Verteilnetz reagiert werden, um in
jedem Fall das erzeugte Bioerdgas in das Gasnetz einspeisen zu können und
effizient einer Verwertung zuführen
zu können.
Die Vorrichtung bietet eine Art System für eine temporäre Rückverdichtung
von Gas aus dem Mitteldruck-Verteilnetz in das Hochdruck-Netz, d.
h. eine zeitweise Umkehr der Strömungsrichtung
des Gases.
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Da
der Druck im vorgelagerten Hochdruck-Netz deutlich über demjenigen
des lokalen Verteilnetzes liegt, ist ein Verdichter an dem Netzkoppelpunkt
in einer Einspeisestation eingebaut, der beispielsweise in einer
Bypass-Leitung zu der eigentlichen Mitteldruck-Verteilnetz-Versorgungsleitung
angeordnet sein kann. Mit entsprechender Messtechnik am Netzkoppelpunkt
zwischen dem Mitteldruck-Verteilnetz und der Hochdruck-Transportleitung
kann so beispielsweise in Abhängigkeit
von dem Druck im Verteilnetz bei zu geringer Abnahme von Gas aus dem
Verteilnetz das Bioerdgas aus der Biogasanlage in das vorgelagerte
Hochdruck-Netz über
den Verdichter eingespeist werden. Neben der Verdichtung des Bioerdgases
auf den erforderlichen Druck kann nach einer alternativen Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine Konditionierung des Bioerdgases, beispielsweise durch Zumischung von
Flüssiggas
(LPG), erfolgen, um die Brennwerteigenschaften gezielt zu beeinflussen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Einspeisungsvorrichtung
und dem System einer temporären
Rückverdichtung über den
Verdichter erhöht
sich das Potential an möglichen
Standorten für
Biogasanlagen und der Einspeisung von Biogas aus diesen Biogasanlagen
in bestehende Gasnetze erheblich. Bisher mussten Biogasanlagen möglichst
in der Nähe
von Hochdruck-Leitungen aufgrund des Mindest-Strömungsmengen-Kriteriums (Min-Flow-Kriterium) gebaut
werden, um wirtschaftlich betrieben und bei annehmbaren Investitionskosten
angeschlossen werden zu können.
Daher war die Anzahl von möglichen Standorten
für Biogasanlagen,
die beispielsweise im Bereich von landwirtschaftlichen Betrieben
technisch sinnvoll umgesetzt werden können, stark begrenzt. Wenn
derartige Betriebe zu weit von einem möglichen Hochdruck-Netz entfernt
waren, konnte eine Biogasanlage meist nicht mit bestehenden Gasnetzen zur
Einspeisung des Biogases verbunden werden. In solch einem Fall musste
das erzeugte Biogas in örtlichen
Blockheizkraftwerken verbraucht werden, wobei die so erzeugte Wärme mangels
Verbraucher meist nur zu einem geringen Teil genutzt werden konnte
und überschüssiges Biogas
in der Regel gezielt abgefackelt wurde. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind diese Nachteile nun aufgehoben. Die Flexibilität der Einspeisemöglichkeiten
in bestehende Gasnetze ist deutlich erhöht. Außerdem verkürzen sich die Zuleitungswege
von der Biogasanlage zu den Gasnetzen, was mit deutlich geringeren Kosten
für den
Netzanschluss verbunden ist. Außerdem
sinken durch die erfindungsgemäße Einspeisungsvorrichtung
die Betriebskosten für
den Betrieb der Biogasaufbereitungsanlagen, da nicht mehr permanent
das im Brennwert niederwertigere Bioerdgas konditioniert und vor
einem Einleiten in ein Hochdruck-Netz verdichtet werden muss.
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Eine
Konditionierung beispielsweise durch Zumischung von Flüssiggas
und eine Verdichtung erfolgen nur in solchen Zeiten, in welchen
die Abnahmemengen im lokalen Verteilnetz nicht ausreichend sind
und das lokal erzeugte Biogas dann in die Hochdruck-Leitung eingespeist
wird. In anderen Zeiten wird das Biogas in das Mitteldruck-Verteilnetz
eingespeist, wozu es nicht verdichtet werden muss, und falls dieses
Mitteldruck-Verteilnetz
einen eigenen Brennwertbezirk mit beispielsweise niederwertigem Brennwert
bildet, muss das Biogas auch nicht unbedingt konditioniert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann selbstverständlich neben
einer Aufbereitung des Biogases vor der Einspeisung in das Gasnetz
auch eine Konditionierung des Biogases über eine an sich bekannte Konditionieranlage erfolgen,
um gewünschte
Eigenschaften des Gases und insbesondere einen höheren, gezielten Brennwertbereich
in dem Verteilnetz zu gewährleisten.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind am Netzkoppelpunkt zwischen dem Mitteldruck-Verteilnetz und dem vorgelagerten Hochdruck-Netz
Messgeräte
zur Erfassung insbesondere des Gasdrucks im Verteilnetz angeordnet.
Der Druck im Verteilnetz beispielsweise dient zur gezielten und
intelligenten Steuerung der erfindungsgemäßen Rückeinspeisung bzw. Rückverdichtung.
Neben dem Druck können
auch Sensoren zur Erfassung von weiteren relevanten Steuergrößen, wie
der Temperatur, dem Sauerstoffgehalt, der Gasbeschaffenheit etc.,
am Netzkoppelpunkt der Einspeise- und Rückverdichtungsstation der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorhanden sein.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist am Netzkoppelpunkt eine Konditioniereinrichtung zum Aufbauen
eines eigenen Brennwertbezirks im Mitteldruck-Verteilnetz vorgesehen.
Die Konditioniereinrichtung kann beispielsweise in diesem Fall zur
Zumischung von Luft in das Erdgas aus dem Hochdruck-Netz angepasst
sein, um den niederen Brennwert des Brennwertbezirks im Mitteldruck-Verteilnetz zu
erhalten. Andere Arten der Konditionierung am Netzkoppelpunkt mittels
der Konditioniereinrichtung können
ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.
Sofern der Brennwert im Mitteldruck-Verteilnetz gleich oder ähnlich zu
demjenigen im Hochdruck-Netz ist, kann auf eine solche Konditioniereinrichtung
auch verzichtet werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Einspeisung von Biogas in Gasnetze ist zwischen der Biogasanlage
und einer Netz-Einspeisestelle
am Mitteldruck-Verteilnetz eine Konditioniereinrichtung vorgesehen.
Die Konditioniereinrichtung ist vorzugsweise in der Nähe der Biogasanlage
und der Aufbereitungsanlage angeordnet. Mit der Konditioniereinrichtung
an der Biogasanlage kann die Qualität des eingespeisten Biogases
gezielt geändert
und eingestellt werden. Zur Einstellung der Gasbeschaffenheit können dem
Gas Stoffe zugeführt
werden. Die Konditioniereinrichtung kann auch zu einer Odorierung
des Gases dienen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine druckabhängige
Regelung vorhanden, welche angepasst ist, eine temporäre Rückverdichtung
nach der Erfindung aus dem Verteilnetz in das vorgelagerte Hochdruck-Netz in Abhängigkeit
von beispielsweise dem Druck im Verteilnetz zu regeln. Die druckabhängige Regelung
hat den Vorteil, dass flexibel und automatisch auf die jeweiligen
Druckverhältnisse
und Abnahmesituationen im Verteilnetz reagiert werden kann. Eine
druckabhängige
Regelung kann beispielsweise auch den Druck in der Stichleitung
bzw. Zuleitung von der Biogasanlage zu der Einspeisestelle in das
Verteilnetz berücksichtigen,
so dass bei unzureichendem Biogas oder einem Abschalten der Biogasanlage
entsprechend reagiert werden kann. Die druckabhängige Regelung hat ferner den
Vorteil, dass ein relativ geringer Aufwand für die Erfassung von Regelungsgrößen notwendig
ist, um die erfindungsgemäße Vorrichtung
zu realisieren.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Verdichter ein saugdruckgeregelter Verdichter, welcher druckabhängig in
den Leerlauf geschaltet werden kann, wenn keine Rückverdichtung
in das Hochdruck-Netz aus dem Mitteldruck-Verteilnetz notwendig
ist. Dadurch wird eine hohe Laufzeit des Verdichters gewährleistet
und eine vorzeitige Beschädigung aufgrund
von periodischem An- und Abschalten des Verdichters vermieden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine Einrichtung zur Rückkühlung des
Gases nach der Verdichtung am Netzkoppelpunkt zwischen dem Mitteldruck-Verteilnetz
und dem Hochdruck-Netz vorgesehen. Da beim Verdichten des Gases
auf den notwendigen höheren
Druck im Hochdruck-Netz die Temperatur das Gases deutlich ansteigt,
kann über die
Rückkühlungseinrichtung
eine ausreichende Abkühlung
des Gases erreicht werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist als Biogas Aufbereitungsanlage eine Druckwechseladsorptions-Aufbereitungsanlage
(PSA) vorgesehen. Mit einer solchen Druckwechseladsorptions-Aufbereitungsanlage
kann eine hohe Reinheit des Gases von bis zu 99 erreicht werden.
Die PSA-Aufbereitungsanlage
ist auch vergleichsweise ökonomisch
im Betrieb und erfordert nach dem einmaligen Einfahren wenig permanente,
aufwendige Wartungsarbeiten.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung mehr
im Detail beschrieben werden.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Netzsituation mit einem ersten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Einspeisevorrichtung
für Biogas
aus einer Biogasanlage; und
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2 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Situation einer Biogaseinspeisung
und des Gasverbrauchs in einem Gasnetz entsprechend 1 über den
Jahresverlauf.
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Die 1 zeigt
schematisch die Situation eines Gasnetzes mit einem Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Biogaseinspeisung
in dieses Netz. Das Gasnetz ist in der 1 insgesamt
mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und umfasst unter anderem
ein Mitteldruck-Verteilnetz 2 zur Versorgung eines Ortes
X und eines Ortsteils Y mit Gas. Ferner umfasst das Gasnetz 10 ein
Hochdruck-Netz 3, welches in diesem Fall eine Hochdruck-Transportleitung
(nur teilweise in 1 gezeigt) zur Versorgung mehrerer
Mitteldruck-Verteilnetze 2 ist. Eine Biogasanlage 1 befindet
sich in der Nähe
des Mitteldruck-Verteilnetzes 2, hier in etwa zwischen
dem Ortsteil Y und dem Ort X. Die Biogasanlage 1 weist
eine Biogas-Aufbereitungsanlage 5 auf, in welcher das Rohbiogas
aufbereitet wird. Das aufbereitete Biogas wird anschließend über eine
Stichleitung 6 direkt in das Mitteldruck-Verteilnetz 2 eingespeist,
und zwar an einer Netz-Einspeisestelle 4, die sich in etwa
zwischen dem Ort X und dem Ortsteil Y befindet. Die Länge der
Stichleitung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel etwa 700 m und
damit vergleichsweise kurz im Verhältnis zu der Entfernung zum
nächstgelegenen
Hochdruck-Netz 3, die hier mit etwa 6 km angegeben ist.
Das Mitteldruck-Verteilnetz 2 ist beispielsweise ein Netz
mit einem Druck von etwa 1 bar und dient der Versorgung des Ortes
X mit Gas, in welchem es beispielsweise 280 Abnehmer und damit 280
Gasanschlüsse
gibt. Ferner dient das Verteilnetz 2 zur Versorgung eines
industriellen Großabnehmers von
Gas im Ortsteil Y, der an Wochentagen größere Mengen von Erdgas und/oder
Biogas abnimmt. Da dieser Großabnehmer
im Ortsteil Y jedoch am Wochenende kein Gas abnimmt, kann es bei
der relativ geringen Anzahl von Gasanschlüssen im Ort X insbesondere
in den Sommermonaten zu einem sehr geringen Gasverbrauch im Mitteldruck-Verteilnetz 2 kommen.
In solch einem Fall ist das sogenannte Min-Flow-Kriterium (Mindest-Strömungsmengen-Kriterium)
für die
Möglichkeit
einer direkten Einspeisung von Biogas nicht mehr erfüllt, so
dass bisher in diesen Situationen das Biogas aus der Biogasanlage 1 nicht
eingespeist werden konnte und daher in einem Blockheizkraftwerk 14 in
der Nähe
der Biogasanlage 1 verbraucht bzw. abgefackelt werden musste.
Um dies zu vermeiden und eine direkte Einspeisung von Biogas in
das Mitteldruck-Verteilnetz 2 auch bei starken Schwankungen
im Gasverbrauch zu ermöglichen,
ist nun nach der Erfindung eine spezifische Gaseinspeisestation
an dem Netzkoppelpunkt 7 zwischen dem Hochdruck-Netz 3 und
dem Mitteldruck-Verteilnetz 2 vorgesehen, die im Folgenden mehr
im Detail beschrieben wird.
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Am
Netzkoppelpunkt 7 ist ein Verdichter 8 in einer
Art Bypass-Leitung
angeordnet, über
welchen in Zeiten eines geringen Verbrauchs von Gas im Verteilnetz 2 das
Bioerdgas aus der Biogasanlage 1 in das Hochdruck-Netz 3 in
Form einer Art Rückspeisung
zurückgeleitet
werden kann. Der Verdichter 8 ermöglicht es, das Bioerdgas auf
das erforderliche Druckniveau des Hochdruck-Netzes 3 anzuheben, bei
diesem Beispiel nach 1 in etwa 38 bar. Damit kann
nach der Erfindung die Biogasanlage 1 über eine relativ kurze Stichleitung 6 direkt
mit dem Mitteldruck-Verteilnetz 2 an das Gasnetz angebunden
werden, da in Zeiten einer zu geringen Gasabnahme im Ort X und im
Ortsteil Y das Biogas über
den Verdichter 8 in das vorgelagerte Hochdruck-Netz 3 zurückgespeist
werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
das Mitteldruck-Verteilnetz 2 am Netzkoppelpunkt 7 mit
einer optionalen Konditioniereinrichtung 11 versehen, mit
welcher eine Konditionierung des Gases, beispielsweise durch Zumischung
von Luft, durchgeführt
werden kann.
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Das
Mitteldruck-Verteilnetz 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
als ein eigener Brennwertbezirk aufgebaut, in welchem der Brennwert
auf den im Verhältnis
zu Erdgas niedrigeren Brennwert von Bioerdgas angepasst ist. In
Zeiten ohne Rückverdichtung über den
Rückverdichter 8,
d. h. bei ausreichendem Verbrauch von Gas im Mitteldruck-Verteilnetz 2,
wird das bezogen auf den Brennwert höherwertige Erdgas aus der Hochdruck-Transportleitung 3 durch Luftzumischung
in der Konditioniereinrichtung 11 über dem Fachmann des Gebiets
bekannte Luftzumischungsanlagen im Brennwert herabgesetzt. Im Falle
der temporären
Rückverdichtung
des Biogases aus dem Verteilnetz 2 in das vorgelagerte
Hochdruck-Netz 3 über
den Verdichter 8 kann nach einer alternativen Ausgestaltung
der Erfindung zusätzlich eine
Konditionierung über
eine entsprechende Konditioniereinrichtung 11 durchgeführt werden,
um das Biogas auf den höheren
Brennwert von Erdgas beispielsweise anzupassen. Eine Konditionierung
kann insbesondere über
Beimischung von Flüssiggas (LPG)
erfolgen, wobei andere Arten der Konditionierung ebenfalls möglich sind.
Um die temporäre
Rückverdichtung
des Gases aus dem Verteilnetz 2 in das Hochdruck-Netz 3 nach
der Erfindung zu ermöglichen,
ist eine druckabhängige
Regelung 13 an dem Netzkoppelpunkt 7 vorgesehen, über welche
der Verdichter 8 und/oder die optionale Konditioniereinrichtung 11 entsprechend
den Verhältnissen
im Mitteldruck-Verteilnetz 2 geregelt werden können.
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Als
weitere Eingangsgrößen neben
dem Druck des Verteilnetzes 2 sind hier in der schematischen
Darstellung der 1 ein Messwertaufnehmer 9 für Wasserstoff
Her Sauerstoff O2 und ein Prozessgaschromatograph
PGC vorgesehen. Alternativ zu dem relativ kostenträchtigen
Prozessgaschromatographen (PGC) können jedoch auch beispielsweise eichfähige Kalorimeter
eingesetzt werden und nur von Zeit zu Zeit mit einem Prozessgaschromatographen
als Messgerät 9 die
genauen Eigenschaften des Gases zur Bestimmung der Gasbeschaffenheit im
Mitteldruck-Verteilnetz erfasst werden. Der Verdichter 8 für die erfindungsgemäße temporäre Rückverdichtung
des Gases in das vorgelagerte Hochdruck-Netz 3 kann beispielsweise
ein Kolbenverdichter sein, und er ist vorzugsweise ein saugdruckgeregelter
Verdichter. Mit der Regelung 13 wird der Verdichter in
den Zeiten, in denen keine Rückverdichtung
in das vorgelagerte Hochdruck-Netz 3 erforderlich ist,
in Leerlauf geschaltet, damit eine übermäßige Beanspruchung des Kolbenverdichters 8 durch
ständiges
An- und Abschalten vermieden wird. Um eine Korrosion des Verdichters 8 zu
vermeiden, kann der Verdichter von Zeit zu Zeit mit Stickstoff durchspült werden.
Dies ist insbesondere darin erforderlich, wenn lange Stillstandszeiten,
beispielsweise in den Wintermonaten, gegeben sind.
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Neben
den hier beschriebenen Anlagenbestandteilen und technischen Einrichtungen
zur temporären
Rückverdichtung
an dem Netzkoppelpunkt 7 können noch weitere Einrichtungen
vorgesehen sein, wie beispielsweise Pulsationsdämpfer, um durch den Verdichter 8 erzeugte
Pulsationen zu vermeiden, welche eventuell zu Störungen in den Volumenstrommessungen
für eine
Ermittlung des Abrechnungsbrennwertes führen könnten. Des Weiteren ist die Verrohrung
am Netzkoppelpunkt 7 auf eine optimierte Größe und Geometrie
der Rohrleitungen angepasst, um die von der Biogasanlage 1 erzeugte
Biogasmenge vollständig über den
Verdichter 8 in das Hochdruck-Netz 3 rückspeisen
zu können.
Weitere Regelgeräte
zur intelligenten Steuerung und Regelung der Rückspeisung und dafür notwendige
Ventile etc. können
an dem Netzkoppelpunkt 7 vorgesehen sein, damit beispielsweise
vor einer Rückverdichtung über den
Verdichter 8 zunächst
die Einspeisung in das Mitteldruck-Verteilnetz 2 abgeschaltet
werden kann, bevor die Umkehrung der Strömungsrichtung zur Rückeinspeisung
in das Hochdruck-Netz 3 erfolgt. In Zeiten der temporären Rückeinspeisung
und Rückverdichtung
des Biogases aus der Biogasanlage 1 werden die Verbraucher
im Mitteldruck-Verteilnetz 2 mit Biogas versorgt, so dass
lediglich der überschüssige Anteil
von Biogas für
eine Rückeinspeisung
in das Hochdruck-Verteilnetz verdichtet und konditioniert werden
muss. Auf diese Weise wird mit der Erfindung eine relativ lange
Stichleitung in das Hochdruck-Netz 3,
in diesem Fall in etwa 6 km, vermieden, und es wird gewährleistet,
dass die von der Biogasanlage 1 erzeugte Gasmenge auch
effizient vollständig
nutzbar gemacht wird und nicht wie bisher im Stand der Technik durch
gezieltes Abfackeln beispielsweise ungenutzt vernichtet werden muss
bzw. in einem Blockheizkraftwerk 14 verbraucht werden muss.
Das Blockheizkraftwerk (BHKW) kann gemäß der Erfindung jedoch auch
als Ergänzung
in der Nähe der
Biogasanlage 1 vorhanden sein, wobei dies nicht erforderlich
ist. In Wintermonaten kann dann beispielsweise die notwendige Wärme und
Energie lokal erzeugt werden, und lediglich das hierfür nicht
notwendige Biogas wird in das Gasnetz 10 eingespeist. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
nach der 1 wird das Rohbiogas aus der
Biogasanlage 1 zunächst
in einer Biogas-Aufbereitungsanlage 5 aufbereitet, die beispielsweise
eine sogenannte Druckwechseladsorptions-Aufbereitungsanlage (PSA) sein kann.
Andere Arten der Aufbereitung des Biogases, wie sie dem Fachmann
des Gebiets bekannt sind, können ebenfalls
eingesetzt werden. Nach Aufbereitung des Rohbiogases in der Aufbereitungsanlage 5 entspricht das
Gas dem Regelwerk G 260 bzw. 262 der DVGW (Deutscher Verein des
Gas- und Wasserfaches e. V.).
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In
einer nachgelagerten optionalen Konditioniereinrichtung 11,
in welcher Flüssiggas 15 aus
einem LPG-Tank dem Biogas beigemischt wird, kann das Gas eine Gasbeschaffenheit
entsprechend dem Arbeitsblatt G 685 des Regelwerks des DVGW entsprechen.
Bei ausreichendem Brennwert des Biogases kann das Biogas auch direkt
in das Gasnetz 10 und das Hochdruck-Netz 3 ohne
extra Konditionierung eingespeist werden, so dass kein eigener Brennwertbezirk
im Mitteldruck-Verteilnetz 2 erforderlich ist. An der Netz-Einspeisestelle 4 der
Stichleitung 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Prozessgaschromatograph 12,
kurz PGC, eingebaut, über
welchen die genaue Beschaffenheit des Biogases ermittelt werden
kann. Die Messwerte des Prozessgaschromatographen 12 können ebenfalls
zur Regelung der temporären
Rückverdichtung über den Regler 13 eingesetzt
werden und diesem beispielsweise kabellos übermittelt werden.
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Die 2 zeigt
ein Diagramm mit der Jahresdauerlinie für die Einspeisung und Ausspeisung von
Gas im Gasnetz nach dem Ausführungsbeispiel der 1.
Bei dieser modellhaften Darstellung der Jahresdauerlinie sind auf
der Abszisse die Stunden über
das Jahr hinweg aufgetragen. Die Ordinate zeigt einerseits die Netzabnahme
und andererseits die Einspeisung von Biogas aus der Biogasanlage 1 jeweils
in m3/h. Die Biogasanlage 1 nach
diesem Beispiel erzeugt in etwa 265 m3/h,
welche in das Gasnetz 10 eingespeist werden können, vergleiche
horizontale Linie in 2. Die Netzabgabe bzw. -abnahme
in dem Mitteldruck-Verteilnetz 2 ist durch die geschwungene,
diagonal verlaufende Linie in der 2 gekennzeichnet. Über in etwa
750 h/Jahr liegt der Verbrauch an Gas im Mitteldruck-Verteilnetz 2 unterhalb
der von der Biogasanlage 1 erzeugten Menge an Biogas. Dieses
wurde bisher im Stand der Technik entweder bei zu geringen Mengen über ein
gezieltes Abfackeln vernichtet oder über ein sogenanntes Blockheizkraftwerk
BHKW zum kombinierten Erzeugen von Strom und Wärme verwertet. Nach der erfindungsgemäßen Rückverdichtung über die
Einspeisevorrichtung mit dem Verdichter 8 (vgl. 1)
kann nun auch dieses „überschüssige” Biogas
dem Gasnetz 10 zugeführt
werden, so dass über
das Jahr hinweg die gesamten Biogasmengen aus der Biogasanlage 1 effizient
einer Verwertung zugeführt
werden können.
Ab etwa 750 h Jahresverbrauch steigt die Netzabgabelinie der 2 über die
Erzeugungsmenge von Biogas aus der Biogasanlage 1, was
mit der horizontalen Linie bei etwa 265 m3/h
dargestellt ist. Ab diesem Punkt ist eine Rückspeisung in das vorgelagerte
Hochdruck-Netz 3 nicht erforderlich, da die erzeugte Menge
an Biogas in das Mitteldruck-Verteilnetz 2 über die
vergleichsweise kurze Stichleitung 6 und den Netzeinspeisepunkt 4 eingespeist
werden kann und durch die Verbraucher des örtlichen Verteilnetzes 2 abgenommen
werden kann.
