EP3844257A1 - Modulare biogasanlage, verfahren zum betrieb einer modularen biogasanlage und system zur überwachung und steuerung - Google Patents

Modulare biogasanlage, verfahren zum betrieb einer modularen biogasanlage und system zur überwachung und steuerung

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Publication number
EP3844257A1
EP3844257A1 EP19778648.6A EP19778648A EP3844257A1 EP 3844257 A1 EP3844257 A1 EP 3844257A1 EP 19778648 A EP19778648 A EP 19778648A EP 3844257 A1 EP3844257 A1 EP 3844257A1
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EP
European Patent Office
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tanks
biogas
modular
plant
biogas plant
Prior art date
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Pending
Application number
EP19778648.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Urban
Thomas Schmidt
Martin Schmidt
Thomas BRÜSE
Walter Danner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GOFFIN INDUSTRY GMBH
Original Assignee
Goffin Energy GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3844257A1 publication Critical patent/EP3844257A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a modular biogas plant.
  • the biogas plant includes a large number of tanks for holding biomass.
  • the large number of tanks can be fluidly connected to one another.
  • at least one gas store is provided, which is designed to receive the biogas generated in the biogas plant.
  • the invention also relates to a method for operating a modular system
  • the output range, in kWh, of the modular biogas plant essentially depends on the digestibility of the introduced biomass and the parameters at which the modular biogas plant is operated. In particular, depending on the configuration, a modular biogas plant can be operated in a power range up to 500 kWh. It goes without saying for a specialist that the power range can also be extended beyond 500 kWh.
  • the modular biogas plant can be operated in a power range up to 500 kWh. It goes without saying for a specialist that the power range can also be extended beyond 500 kWh.
  • the biogas plant comprises a large number of tanks that are designed to hold digestible biomass. At least two tanks from the large number of tanks are designed as hydrolysis tanks. At least one other tank in the large number of tanks is a fermenter tank. Furthermore, at least one storage device is provided which is suitable for holding the biogas generated in the biogas plant.
  • the invention relates to a system for computer-aided, decentralized monitoring and control of at least one modular biogas plant.
  • German patent application DE 10 2008 015 609 A1 discloses a biogas plant and a method for producing biogas.
  • a method for producing biogas, in particular methane gas, in a multi-stage process is disclosed here.
  • the multi-stage process comprises one hydrolysis process and one
  • Methane formation process The hydrolysis process is spatially from
  • the biogas plant itself has at least two Hydrolysis tank and a fermentation tank or fermenter for a methane formation process.
  • the at least two hydrolysis containers are spatially separated from the downstream fermenter.
  • a disadvantage of this biogas plant is that it is not modular, is not mobile and is not compact.
  • this biogas plant does not provide remote maintenance or remote control. A move to another location or a different set-up on site is not possible.
  • German utility model DE 20 2013 101 554 U1 discloses one
  • Container arrangement of a biogas plant The container has a bottom and a peripheral wall. The wall of the container is supported on the outside against at least one container. The at least one container contains a technical device that is required to operate the biogas plant.
  • Chinese patent application CN 10 41 40 928 discloses a container for a modular biogas plant.
  • the tank body is arranged in the container.
  • Support frame is arranged between the tank body and the container.
  • the outer part of the tank body is surrounded by a heating loop from a water pipe.
  • a modular bioreactor is disclosed in Chinese patent application CN 10 62 81 996.
  • the modular bioreactor includes several devices that are designed for
  • German patent application DE 199 58 142 A1 discloses a modular one
  • Biogas plant The transportable, modular biogas plant includes a fermenter and an energy section, both of which are separate components. These components are housed in standard transport containers or in standard transport container frames.
  • the fermenter has a rigid shell.
  • the biogas plant described here is a one-step and non-thermophilic process.
  • the German patent DE 10 2004 053 615 B3 discloses a process for the degradation of biogenic material (dry substrate fermentation). For this purpose, a perculator is equipped with biogenic material. A percussion fluid is made by sieving
  • Perculation fluid gets into a buffer and from there is in a
  • Biogas reactor spent and fermented to biogas.
  • the cleaned perculation fluid is transferred to a storage buffer as waste water and from there it is returned to the perculator.
  • Liquid substrate fermentation (the substrate is pumpable diluted) is not intended.
  • German patent application DE 10 2013 107 621 A1 discloses a central modular pumping and comminuting unit.
  • Comminution unit is part of a biogas plant, which has several reaction and / or storage containers, which are connected to one another via fluid lines, as well as conveying devices or pumps.
  • Shredding unit can also be installed in a container, such as in a container or the like.
  • the German utility model DE 20 2005 012 340 U1 discloses a biogas plant and a module for a biogas plant.
  • the biogas plant includes at least one fermenter, as well as modules that accommodate technical parts of the plant.
  • the modules as a housing or housing and the containers holding the technical units are prefabricated garages which are designed to accommodate the modules.
  • the individual modules cannot be stacked.
  • the German utility model DE 20 2010 000 437 U1 discloses a transportable, modular biogas plant with a coherent fermenter room.
  • the fermenter room is interconnected by at least two end faces connectable or connected, transportable fermenter modules each having an essentially flat base area.
  • the fermenter modules have an essentially rectangular cross section.
  • German patent application DE 10 2004 062 993 A1 discloses a biogas plant with at least one fixed-mounted fermenter and at least one mobile container unit.
  • the container unit comprises at least two rooms separated by a wall.
  • a technical unit is installed in the container unit's room adjacent to the fermenter. In the fermenter
  • multi-stage biogas plant and a conventional, single-stage biogas plant. All of these biogas plants are permanently installed at the place of their construction and can therefore no longer be moved. Only individual parts, such as technical units, can be accommodated in containers and are therefore easy to transport.
  • the advantage of a multi-stage biogas plant is that it is up to 30% more effective than a conventional, single-stage biogas plant. Add to that the multi-stage
  • Biogas plants can be fed with all types of digestible biomass.
  • the digestibility of the biomass or organic substances that can be fed into a biogas plant essentially depends on the
  • Microorganisms that are present in the biogas plant require a simplified, standardized substrate, e.g. Maize or grass silage with constant nutritional values for the
  • Microorganisms Digestion of biomass waste, such as fibrous and
  • the invention has for its object to provide a modular biogas plant that is easy to set up, easy to transport, expandable, at any time can be set up functionally at another installation location and can be designed cost-effectively.
  • Another object of the invention is to provide a method for operating a modular biogas plant which can process a large number of different types of biomass and which is more efficient in the production of biogas and in the degradation of organic substances.
  • This task is accomplished through a method of operating a modular
  • Biogas plant solved which comprises the features of claim 13.
  • Another object of the invention is to provide a system for computer-aided, decentralized monitoring and control of at least one modular biogas plant, which enables largely automated monitoring and control of the installed modular biogas plant and thereby optimizes the operation of the modular biogas plants in order to increase the efficiency of the generation of To optimize biogas in the individual modular biogas plants.
  • This task is accomplished through a computerized, decentralized system
  • the modular biogas plant is characterized by a large number of tanks that are designed to hold biomass.
  • the large number of tanks can be fluidly connected to one another, so that biomass between the individual tanks
  • the biomass can be distributed anywhere between the tanks.
  • the individual tanks can also be used as required.
  • tanks for hydrolysis can be used as fermenter tanks and vice versa.
  • at least one gas storage is provided, which for the Recording of the biogas generated in the modular biogas plant is suitable.
  • Each of the tanks of the modular biogas plant forms a module of the biogas plant.
  • Several control elements are provided per tank. The adjusting elements are attached to the tank in such a way that they define a cuboid frame.
  • the cuboid frame defines six side surfaces that form an envelope for the tank.
  • anchoring elements For anchoring the tanks or modules of the modular biogas plant, several anchoring elements can be provided in the floor of the installation site, which are connected to the adjusting elements
  • the tanks or modules are securely positioned at the exhibition location.
  • the modules of the modular biogas plant can be easily picked up and implemented at a different location.
  • the mobile biogas plants can also be easily expanded or dismantled.
  • Expansion or dismantling is geared towards the requirements placed on mobile biogas plants. For example, Modules for flygenization, separation (separation of solid and liquid components of the fermented biomass) and drying of the separated, solid components of the fermented biomass are added.
  • the modular and variable design of the biogas plants saves resources, since a biogas plant that has been set up can be used at any other location at any time without additional major construction work, or expanded or dismantled as required. Another advantage of the modular biogas plant is that it can be carried out in a mobile, compact, multi-stage process and is highly efficient in the utilization of the biomass used.
  • Adjusting elements attached to a rigid cuboid frame Here the six side surfaces of the rigid, rectangular frame define the envelope for the tank.
  • the envelope which is formed by the adjusting elements or the rigid, cuboid-shaped frame, has the advantage that the possible connection elements or attachments for the tank lie within the envelope. This reduces or
  • the tanks themselves are made of a rigid and dimensionally stable material.
  • the rigid and dimensionally stable tank can, as already mentioned above, preferably be surrounded by the rigid and cuboid frame. As a material for the tanks
  • Acid-resistant plastic, glass fiber reinforced plastic, stainless steel, wood or a laminate made of different materials are conceivable. At least the layer facing the biomass must be acid and alkali resistant.
  • the tank can be made of a flexible material.
  • the tank is also positioned in the rigid frame, with the
  • Cladding is provided so that the filled tank remains within the outline of the module.
  • the connections required for the tank are provided in the dimensionally stable cladding of the rear end of the tank and / or the front end of the tank.
  • the modules of the modular biogas plant further comprise at least two lockable housings. Each of these lockable
  • Enclosures are the size of the rectangular frame. Each housing has a door or an access opening on at least one side surface. The remaining side surfaces of the frame are covered with a panel. It is also advantageous here that the modules for the housings correspond in size to the modules for the tanks. This makes it much easier
  • a first housing contains a combined heat and power plant which uses the biogas generated in the modular biogas plant as an energy source.
  • a second enclosure contains one
  • Control electronics for the entire modular biogas plant at least one pump, at least one heating device, and a compressed air control for generating and distributing compressed air.
  • the second housing preferably has one
  • Partition in order to separate the control electronics for the modular biogas plant from the pump and the heating device.
  • a control room with visualization can also be formed in the room for the control electronics.
  • the pump is used for the controlled transport of the biomass within the biogas plant.
  • the heating device is used to control the temperature of the tanks of the modular biogas plant.
  • the heating device can be fluidly connected to the corresponding tanks as required in order to set the temperature in the selected tanks.
  • a first housing contains a combined heat and power plant which uses the biogas generated in the modular biogas plant as an energy source.
  • a second enclosure is used to hold control electronics for the entire modular
  • the second enclosure can be divided by a partition in a room with the control (electronics room) and a control room with a visualization of the processes in the modular biogas plant.
  • a third housing comprises at least one pump that transports the biomass within the modular biogas plant between the individual tanks.
  • a heating device can also be provided in the third housing, which can be used to control the temperature of the tanks. Compressed air control can also be provided in the third housing.
  • the at least one pump is connected to the tanks of the modular biogas plant via a line system.
  • a controllable and controllable valve is assigned to each of the tanks. Through the controllable and adjustable valve, the biomass can be selected between different tanks.
  • the control electronics or a central control and monitoring unit regulates the actuation of the corresponding valves, so that the entire modular biogas plant works as effectively as possible and generates biogas.
  • the heating system also has a pipe system that leads to the tanks.
  • a control and regulatable valve is assigned to each tank in order to enable the individual setting of a required temperature range of the biomass in the individual tanks.
  • the tanks comprise the modular ones
  • Biogas plant hydrolysis tanks and fermenter tanks At least each of the tanks has at least one connection for the supply and removal of biomass, one connection for the supply of biogas and one connection for the removal of biogas. It is obvious to a person skilled in the art that other combinations of connections and also the number of connections can vary.
  • the above-described design of the tanks serves only to describe the invention and should not be interpreted as a limitation.
  • the modular comprises
  • Biogas plant at least two hydrolysis tanks. The are preferred.
  • Hydrolysis tanks filled using the BATCH process are filled using the BATCH process.
  • the first hydrolysis tank is initially filled and the hydrolysis process is started at a temperature selected from a first temperature range.
  • the first temperature range preferably extends from 40 to 65 ° C.
  • the pH range of the hydrolysis can be in the range from 2 to 9.
  • the second hydrolysis tank is also filled using the BATCH process, so that hydrolysis can also start there.
  • finished “hydrolyzate” hydrolyzed biomass
  • the modular biogas plant according to the invention has the advantage that pump paths can be carried out in a controlled manner. It can therefore be pumped to and from every tank of the modular biogas plant. The transfer into the fermenter tank is controlled so that in io
  • the fermenter tank always has a substantially constant rate of
  • biogas production By perfecting the biochemical process in the multi-stage biogas plant, around 99.5% or more of the possible biogas can be obtained from a ton of biomass used. Each individual tank can be controlled individually and at different temperatures. This has the advantage that the conditions for the hydrolysis and / or the
  • Fermentation can be set and adjusted differently.
  • a fermentation residue store can also be assigned to the modular biogas plant.
  • the digestate storage is used to hold the fermented residues of the biomass from the fermenter tank or the fermenter tanks of the modular biogas plant. If necessary, in the
  • Fermentation residue storage is then subjected to secondary fermentation, so that biogas is also produced in the fermentation residue storage, which can also be used for further purposes.
  • biogas is also produced in the fermentation residue storage, which can also be used for further purposes.
  • Fermentation residue storage can be dispensed with, since the biogas plant according to the invention ensures essentially complete fermentation of the biomass in the fermenter tanks.
  • the fermented residues of the biomass can be transferred from the fermenter tanks to the digestate storage. It is therefore necessary that the digestate storage with the
  • Fermenter tanks is fluidly connected.
  • Fermentation residue storage can also be designed as transportable modules in the form of the tanks.
  • the digestate storage can also be permanently installed at the installation site of the modular biogas plant.
  • the modular biogas plant can be provided with an unpressurized gas storage.
  • the biogas is usually stored in unpressurized or low-pressure stores in a range from 0.05 to 50 mbar overpressure.
  • the unpressurized gas storage of the biogas plant according to the invention consists of a movable film membrane which meets the corresponding safety requirements for gas storage.
  • the unpressurized gas storage is used to hold biogas from the modular Biogas plant, for delivering biogas to the combined heat and power plant, possibly for taking up biogas from an existing digestate storage and for returning biogas to the tanks. To achieve this, there is a corresponding gas pipe system
  • the unpressurized gas reservoir is made of a flexible material for the transport of the individual modules and is accommodated in a transport housing with a covering. After installing the module with the flexible, unpressurized gas storage, it can be rolled out at the installation site. For this, the module (transport enclosure) is opened accordingly. At one end, the gas storage tank is still connected to a cladding of the transport housing. The disguise of the
  • Transport housing has designed appropriate connections for this so that a simple and quick connection of the gas system to the gas storage can be achieved at the place of installation.
  • the digestate storage is connected to the gas storage for supplying biogas from the digestate storage.
  • This has the advantage that further fermentation of the biomass transferred from the fermenter tanks possibly takes place in the digestate storage and that the biogas generated in the digestate storage can also be transferred to the gas storage. Another use of the im
  • the high modularity of the modular biogas plant according to the invention has the advantage that it can be set up quickly at the installation site, since a large part or at least most of the elements of the modular biogas plant are prefabricated and “ready to use”.
  • the lines required for connecting the individual modules of the biogas plant are also delivered in one module at the installation site. So all or at least most of them are already
  • the method according to the invention serves to operate a modular one
  • Biogas plant In particular, the modular biogas plants are for one
  • Power range up to 500 kWh is configured. It is for a professional
  • the modular biogas plant comprises at least a large number of tanks for holding biomass. At least two of the tanks are as
  • the hydrolysis tanks are filled with biomass in batches. A temperature from a first temperature range is set in the hydrolysis tanks. During hydrolysis, the pH value is in the
  • Hydrolysis tanks within a predefined pH range within a predefined pH range. Batch filling of the hydrolysis tanks means that a tank is almost completely filled depending on a specified time interval.
  • the predetermined time interval can be one day, so that the same hydrolysis tank is filled every two days.
  • the biomass for filling the hydrolysis tanks can include, for example and without limitation to the invention, chicken manure, duck manure, grass silage, corn silage, straw, food waste, slaughter waste, and much more. Basically, fats, proteins and carbohydrates can be used as biomass in the modular
  • Biogas plant are processed.
  • the biogas plant according to the invention can process or digest anything such as fats, oils, fatty acids, lipids, oil-like substances, proteins, proteins, starch (s), sugar, cellulose, hemicellulose, chitin and similar hydrocarbons.
  • Hydrolysis and acidification take place in the hydrolysis tank. The hydrolysis and acidification both take place in the first temperature range and in the first pH range.
  • fatty acids, amino acids and alcohols are built up.
  • Volatile fatty acids and alcohols are built up during acidification.
  • the production of biogas from the biomass transferred from the hydrolysis tanks takes place in at least one fermenter tank.
  • the production of biogas takes place in a second fermenter tank.
  • Temperature range e.g. from 35 to 60 ° C and at a second pH range, e.g. from 6.5 to 8.5 instead.
  • the fermentation in the fermenter tanks is also divided into acetic acid formation (acidification) and methanation. Acid builds up acetic acid, carbon dioxide and hydrogen. In methanation, methane and carbon dioxide build up, whereby methane has a share of, for example, 55% to 75%. It is obvious to a person skilled in the art that the above-mentioned methane content is not intended to limit the invention.
  • the production rate of the biogas in the modular biogas plant is continuously monitored. In the event that in one of the fermenter tanks
  • biomass is supplied from one of the hydrolysis tanks until the production rate is again above the predefined value.
  • Fermenter tanks assigned controllable valves.
  • the hydrolysis tanks and the fermenter tanks are connected via lines to at least one pump in such a way that the hydrolysis tanks and / or the fermenter tanks are used in any combination can be interconnected that biomass the hydrolysis tanks and / or
  • Fermenter tanks can optionally be supplied or optionally removed from these.
  • the hydrolysis tanks and the fermenter tanks are each provided with an inlet and outlet for heating fluid.
  • a controllable valve is provided in each inlet and outlet, so that the heating fluid can be supplied to the hydrolysis tanks and / or the fermenter tanks in a controlled manner with at least one heating fluid pump. It can thereby be achieved that the temperature in the hydrolysis tanks or fermenter tanks is kept in the temperature range required for the hydrolysis or fermentation or at the required temperature level.
  • At least one fermentation residue store is provided.
  • This at least one digestate storage is also a controllable valve in a line to the at least one
  • Digestate storage the biomass can be supplied for possible secondary fermentation.
  • the at least one digestate storage can also be provided with a gas line to the gas storage in order to remove any biogas that may arise from the digestate storage
  • At least biogas from the at least one fermenter tank is supplied to the gas storage device without pressure or at low pressure.
  • the biogas is removed from the gas storage in a controlled manner for energy generation and fed to a combined heat and power plant which is provided in a module of the biogas plant. It is also possible to compress the biogas from the gas storage with a compressor, so that the compressed biogas can be blown under control in at least one fermenter tank filled with the biomass. By blowing biogas into the biomass of the Fermenter tanks achieve a thorough mixing of the biomass and thus an improved production of biogas which leads to an improvement in the biogas quality (possible increase in the CH 4 content and reduction in the CO 2 and H 2 S contents).
  • Biogas plant for example, but without limitation of the invention, corn or corn silage, Sudan grass, corn cobs, grass, clover, rye, sugar beet, wheat, potatoes, etc. are processed.
  • the modular biogas plant also has a module for separation and a module for drying the fermented
  • the dried biomass can e.g. a raw material extraction from the fermented residues of the biomass can be supplied. Likewise can
  • agricultural organic waste such as but not limited to the invention, liquid cattle manure, liquid pig manure, duck manure layers, floo manure, horse manure, grain products, straw, waste from the olive harvest
  • industrial bio-waste industrial by-products, organic waste and bio-waste
  • beer, bread, muesli bars, vegetables, fruits, as well as animal meal, blood (slaughter waste), carcass flour , Fruit waste, Chinese cabbage, whey, ice cream, milk waste, etc. are processed.
  • any other organic waste or organic waste such as that generated in kitchens or restaurants, can be processed with the modular biogas plant.
  • the invention enables a system for computer-aided, decentralized monitoring and control of at least one biogas plant.
  • the system according to the invention for computer-aided, decentralized monitoring and control can advantageously be applied to biogas plants in the wide performance range.
  • the system comprises several modular biogas plants, whereby each of the modular biogas plants consists of several individual movable modules. At least one actuator and / or one sensor and / or one measuring point is assigned to each of the modules.
  • the actuators and / or sensors and / or measuring points are equipped with at least one
  • Data acquisition unit communicatively connected. Furthermore, a communication device is assigned to each of the modular biogas plants. About the
  • the data of the data acquisition unit can be supplied to a cloud or data or signals that are used for
  • Data acquisition unit can be received from the cloud.
  • a central control and monitoring unit is communicatively connected to the cloud and is used for centralized monitoring and automatic control of the modular
  • Biogas plants on site Furthermore, each of the modular biogas plants is one
  • the central control and monitoring unit can be remotely controlled to the user interface and messages or warnings can be sent to the local control.
  • the warnings or messages are colored for the user or the operator of the respective local modular biogas plant
  • Data acquisition unit communicatively connected to at least one controller.
  • the central control and monitoring unit can also be used, for example, to implement Condition Based Maintenance (CBM).
  • CBM Condition Based Maintenance
  • the CBM functions of remote maintenance and the trend analyzes allow the user of the modular biogas plant to be informed of possible errors or failures at an early stage.
  • an intelligent head-end station is assigned to each module of the modular biogas plant. The intelligent one
  • Head station comprises a data acquisition unit with the communication device.
  • the parameters of the respective module of the modular biogas plant are stored in the intelligent head-end station.
  • the intelligent head-end station can therefore also control the respective module.
  • the intelligent head-ends of the modular biogas plant are communicatively connected with each other and with the cloud. The control for the modules is implemented in the cloud.
  • the multiple modules comprise the modular ones
  • Biogas plants at least two hydrolysis tanks and several fermenter tanks.
  • An unpressurized gas storage is also provided, which at least receives the biogas from the fermenter tanks.
  • several modules are designed as housings in which, for example, but without limiting the invention, corresponding elements for the control electronics and the operation of the modular biogas plants are accommodated.
  • a combined heat and power plant is provided in a first housing and can be operated via the central control and monitoring unit. With the combined heat and power plant, the biogas generated in the modular biogas plants can be used as an energy source.
  • control electronics for all modular biogas plants are accommodated in a second housing.
  • the control electronics are connected to the individual actuators, sensors etc. or the head stations of the individual modules of the modular biogas plants. Control signals are generated or data is collected with the control electronics or the head stations.
  • a third housing contains at least one pump which, controlled by the central control and monitoring unit, transports the biomass within the modular biogas plants.
  • at least one heating device which is controlled by, is provided in the third housing the central control and monitoring unit maintains the temperature in the tanks of the modular biogas plants at least within a predetermined interval.
  • Monitoring unit can be optimized. This leads to a continuous improvement of the control of the process sequences and consequently to one
  • Biogas plants has a local data acquisition unit.
  • each module of the modular biogas plant can have its own (intelligent) head station.
  • the intelligent head-end stations are also able to with the central control and monitoring unit
  • Each module has its own
  • Function profile (parameters etc.) stored in the associated head-end stations and can therefore operate almost autonomously.
  • Control is that the software that controls the processes achieves protection of the modular biogas plant, which ultimately leads to increased local security and availability of the biogas plants. You can also get there this optimizes the performance of the individual modular biogas plants, which can be achieved through a global benchmark and improvements in logical control. In addition, the optimization of the performance of the individual modular biogas plants is also achieved through a trend analysis and, if necessary, corrective intervention by the central control and monitoring unit. Central control and monitoring also result in cost optimization and simplification with regard to predictive maintenance, the management of the local operator of the respective modular biogas plant and the time planning for repairs or replacement of components of the modular biogas plants.
  • the modular biogas plant according to the invention is characterized by the fact that it has a simple construction, which saves time and money.
  • all parts for the construction of a single modular biogas plant are already prefabricated and can be used immediately for assembly on the site of the installation. All the necessary tools for setting up the biogas plant are also included in the scope of delivery.
  • the construction and construction are accompanied by an expert on site.
  • Figure 1 is a schematic view of a one-stage biogas plant, according to the
  • Figure 2 is a schematic view of a two-stage biogas plant, according to the
  • Figure 3 is a plan view of the arrangement of the different modules
  • FIG. 4 shows a top view of another arrangement of the modules of the embodiment of the modular biogas plant according to FIG. 3;
  • Figure 5 is a side view of a possible embodiment of a module that as
  • Tank is formed and is used in the modular biogas plant according to the invention.
  • Figure 6 is an end view of the embodiment of the module of Figure 5;
  • FIG. 7 shows a side view of a further embodiment of a module which is used as
  • Tank is designed and modular in the invention
  • Biogas plant is used
  • Figure 8 is an end view of the module of Figure 7;
  • Figure 9 is a rear view of the module of Figure 7;
  • FIG. 10 is a schematic view of the arrangement of the different modules
  • Figure 11 is a schematic representation of an enclosure that has at least one
  • FIG. 12 shows a schematic representation of an embodiment of a housing, which represents the gas store
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of an embodiment of a module which is used for feeding flydrolysis tanks
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of an embodiment of a tank which is used in the modular biogas plant according to the invention.
  • Figure 15 is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 16 is a schematic representation of an embodiment of the
  • Figure 17 is a schematic representation of the communication of the individual
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a single-stage biogas plant 200 of the prior art.
  • the biogas plant 200 comprises a conveyor device 201 with which biomass 3, which is to be processed in the biogas plant 200, is first transported into a fermenter container 204.
  • the biomass 3 can be stirred in the fermenter container 204 with at least one agitator 203 in order to improve the fermentation process in the fermenter container 204.
  • the biomass 3 reaches the fermenter residue storage 206 from the fermenter container 204. Here the fermentation of the biomass 3 can be continued.
  • the biomass 3 can also be moved here in the digestate storage 206 with the at least one agitator 203.
  • FIG. 2 shows a schematic view of an embodiment of a two-stage biogas plant 200 according to the prior art.
  • the two-stage biogas plant 200 is provided with two flydrolysis tanks 202.
  • the BATCH process means that e.g. with alternating filling of the hydrolysis container 202 e.g. on one day one hydrolysis container 202 is filled and the other day the other hydrolysis container 202 is filled.
  • Both hydrolysis containers 202 can also be provided with an agitator 203.
  • the biomass 3 passes from the hydrolysis container 202 into the fermenter container 204. Agitators 203 are also provided here.
  • the biomass 3 is transferred from the fermenter tank 204 into the fermentation residue store 206.
  • a further production of biogas can possibly take place in the digestate storage 206.
  • the biomass 3 in the digestate storage 206 can also be used
  • FIG. 3 and FIG. 4 show different embodiments of the construction of the modular biogas plant 100 according to the invention.
  • the modular biogas plant 100 consists of a large number of modules 1.
  • the modules 1 are all the same size. The same size is particularly advantageous, since this considerably facilitates the transport and production of the individual modules and thus reduces costs.
  • Some of the modules 1 of the modular bio-system 100 are designed as tanks 10.
  • Another module 1 of the modular biogas plant 100 can be designed as a first housing 31.
  • a further module 1 can likewise be designed as a second housing 32 and a further module 1 can be designed as a third housing 33.
  • Biogas plant 100 and for the generation of energy from the biogas generated by the modular biogas plant 100.
  • Another module 1 of the modular biogas plant 100 is a transport housing 34
  • Transport housing 34 can be housed a gas storage 20 for transport.
  • the flexible gas storage 20 can be rolled out of the transport housing 34 and thus comes to rest on a footprint 4 for the modular biogas plant 100, as shown in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 5 shows a side view of a possible embodiment of a module 1, which is designed as a tank 10 and in the modular according to the invention
  • a tank 10 has several actuating elements 25.
  • the actuating elements 25 essentially serve for the stable and positionally secure installation of the tanks 10 on a space provided for this purpose (not shown).
  • the actuating elements 25 define a virtual, cuboid frame 12 which defines six side surfaces 14.
  • the side surfaces 14 of the virtual, cuboid frame 12 form an envelope for the tank 10. All the connections possible and necessary for the tank 10, which are sufficiently described in FIGS. 7 to 9, lie within the envelope.
  • FIG. 6 shows an end view of the embodiment of module 1 (tank 10) according to FIG. 5.
  • the adjusting elements 25 fix the virtual, cuboid frame 12, which defines the six side surfaces 14.
  • the front view also shows that none of the connections of the tank 10 protrude beyond the envelope defined by the side surfaces 14.
  • FIG. 7 shows a side view of an embodiment of a module 1, which is a tank 10 for an embodiment of the modular biogas plant 100 according to the invention.
  • the actuating elements 25 for the tank 10 are attached to a rigid frame 12.
  • the tank 10 is of the rigid
  • the frame 12 defines six side surfaces 14 which, like the virtual frame 12 of FIGS. 5 and 6, form an envelope for the tank 10.
  • the rigid frame 12 for the tanks 10 is cuboid and has the same size as all other modules 1 of the modular biogas plant 100. In the embodiment shown here, the rigid frame 12 has lower control elements 25 and upper control elements 26. The modules 1 can be safely stacked due to the interaction of the upper adjusting elements 26 of a lower module 1 with the lower adjusting elements 25 of an upper module 1. As can be seen from FIG. 5, a manhole 17 is made in the upper region of the tank 10 on its side. The position of the manhole 17 shown here is not mandatory.
  • the manhole 17 can be positioned as required. It goes without saying that the manhole 17 is closed with a cover (not shown) during operation of the modular biogas plant 100.
  • a flange connection 18 for a gas line is closed with a cover (not shown) during operation of the modular biogas plant 100.
  • a flange connection 19 for a pressure line is closed with a cover (not shown) during operation of the modular biogas plant 100.
  • Suction line and a flange connection 9 are provided for gas injection.
  • the flange connections 8, 9, 18 and 19 described here can be provided with the corresponding lines (not shown) depending on the needs and function of the tank 10.
  • the flange connections 8, 9, 18, 19 are prepared so that assembly can be carried out quickly and easily when installing the modular biogas plant 100.
  • the embodiment shown here shows a possible arrangement of the connections. However, the invention is not limited to the number and arrangement shown here
  • a pipe section 6 for an agitator can be provided at the front end 10V of the tank 10. If necessary, an agitator (not shown) can thus be inserted into the tank 10 at this point.
  • a shop window 16 At the rear end 10H of the tank 10 are a shop window 16 and one
  • Level probe 15 is provided. The maximum filling of the tank 10 can be censored via the fill level probe 15.
  • a flange connection 13 is also provided for a feed screw (not shown), with which biomass 3 can be brought into the respective tank 10.
  • a pressure sensor 11 is also provided. The position and number of the invention of the sensor system is only one example from many possibilities and should not be interpreted as a limitation of the invention.
  • FIG. 8 shows a plan view of the front end 10V of the tank 10 according to FIG. 5. It can also be clearly seen here that the side surfaces 14 of the rigid frame 12 represent an envelope for the tank 10.
  • the flange connection 18 for the gas line the flange connection 19 for the pressure line
  • the pipe section 6 for the agitator the flange connection 9 for the gas injection
  • Flange connection 8 for the suction line is also a heating line 7 (with pre and Return) is provided.
  • a heating line 7 (with pre and Return) is provided.
  • Heating line 7 can thus the interior of the tank 10 or the biomass 3 located therein to that required for the respective process
  • Figure 9 shows a plan view of the rear end 10H of the tank 10.
  • the shop window 16 the level probe 15, the flange 13 for the
  • FIGS. 5 to 9 The embodiment of a tank 10 for the modular biogas plant 100 described in FIGS. 5 to 9 should not be construed as a limitation of the invention. It is self-evident for a person skilled in the art that the tanks 10 have different connections for the inlets and outlets respectively
  • FIGS. 5 to 7 Sensors and probes can be designed.
  • the exemplary embodiment described in FIGS. 5 to 7 is only to be understood as an example and should not be interpreted as a limitation of the invention.
  • FIG. 10 shows a further possible embodiment of the construction of a modular biogas plant 100.
  • the modular biogas plant 100 is constructed from seven modules 1.
  • Four of the modules 1 are designed as tanks 10.
  • Three of the modules 1 are closed housings 31, 32, 33, which are designed in the form of standard containers (ISO sea containers with standard dimensions). It goes without saying that the invention is not intended to be limited to standard containers.
  • the modules 1 are all of the same size.
  • each of the tanks 10 is accommodated in a rectangular frame 12, the frame 12 having the same size as that of the housings 31, 32 or 33.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of the internal structure of an embodiment of a module 1 of the modular biogas plant 100.
  • the module 1 shown here is a third housing 33, the at least one pump 41 for the biomass 3 and at least one pump 42 for the cooling fluid / heating fluid
  • Heater 40 includes. In the embodiment shown here, two pumps 41 are provided for the biomass 3 and two pumps 42 for the cooling fluid / heating fluid. For this purpose, one of the pumps 41 or 42 is provided as a redundant pump which jumps in when the current pump 41 or 42 fails. Lines 45 lead from the tanks 10 to the pump 41 for the biomass 3. Lines 46 lead to the tanks after the pump 41 for the biomass 3. Controllable valves 44 are provided in lines 45 and 46, respectively. With the controllable valves 44, it is possible to fill or empty the tanks 10 of the modular biogas plant 100 in any manner.
  • the heating device 40 is also accommodated in the third housing 33.
  • the heating device 40 comprises a heat exchanger 43 which, for example, cooling water from the motors of the
  • Biogas plant 100 receives and sends this back as cooling water to the engines.
  • Heating lines 47 lead from the tanks 10 to the at least one pump 42 for the heating fluid via the heat exchanger 43.
  • Heating lines 48 lead from the pump 42 for the heating fluid to the tanks 10.
  • controllable valves 44 are provided in the heating lines 47 from the tanks 10 and in the heating lines 48 to the tanks 10. Through these controllable valves 44 can in any and
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a possible embodiment of a further module 1 of the modular biogas plant 100 according to the invention.
  • the module 1 is the flexible gas storage device 20.
  • the biogas is transported to the gas storage device 20 and from the gas storage device 20 to the various consumers via a plurality of lines 53.
  • the biogas is transported without pressure or in
  • the biogas In the line 53 to the gas storage 20, the biogas is passed through a dehumidifier 51.
  • the condensate from the dehumidifier 51 is
  • Gas storage 20 leads the biogas to consumers.
  • the biogas can be sent to the various consumers, such as, but without
  • Controllable valves 44 are provided in the line for the excess pressure and in the line 53 to the gas torch 52. Likewise, a large number of measuring points 49 are assigned to the lines 53 and the controllable valves 44
  • Corresponding measuring points 49 for example, the supply of the amount of biogas to the gas storage device 20 can be determined. You can also use the
  • the consumption of biogas at gas torch 52 can be determined.
  • the amount of biogas is determined with the measuring points 49 that go to the gas engine or the amount of biogas that is directed to a consumer, such as a burner or an oven for cooking. A corresponding intervention from a central control and
  • Monitoring unit 120 in the gas circuit is thus possible and, in parallel, also enables the flows of the
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of an embodiment of a further module 1, which can be part of the modular biogas plant 100.
  • the module 1 is a feeder 35 here.
  • the feeder 35 comprises a funnel 62 in which the biomass which is to be fed to the modular biogas plant 100 is filled. about a screw 63, the biomass is crushed, the feeder 35 fresh water is supplied so that a certain type of sludge is formed from the biomass fed to the feeder 63, which is a pumpable mass. ,
  • the feeder 35 comprises a funnel 62 in which the biomass which is to be fed to the modular biogas plant 100 is filled. about a screw 63, the biomass is crushed, the feeder 35 fresh water is supplied so that a certain type of sludge is formed from the biomass fed to the feeder 63, which is a pumpable mass.
  • Feeders also called feeding module, not shown here, are the feeds
  • the supply of fresh water, process water or rain water and the supply of recirculate are regulated with corresponding control valves 44.
  • a webcam 61 can be assigned to the feeder 35, which can optionally be equipped with image recognition software in order to automatically recognize lining materials. Via the webcam 61, it is thus possible for the central control and monitoring unit 120 (see FIGS. 15 to 17) to see which biomass gets into the feeder 63.
  • the amount of biomass fed to the feeder can be detected by appropriate sensors. This is also used for monitoring and can thus possibly avoid malfunctions in the modular biogas plant 100.
  • the feeder 35, the supply of fresh water and the supply of recirculate, and the removal of sludge for flydrolysis are also assigned several measuring points 49 for process automation. These measuring points 49 enable controlled and trouble-free operation of the feeder 35 and thus also of the entire modular biogas plant 100.
  • FIG. 14 shows a schematic representation of an embodiment of a further module 1 of the modular biogas plant 100.
  • the module 1 shown here is a tank 10.
  • a heater 39 for the tank 10 is provided with a heating line 47 to the tank 10 and with a heating line 48 from the tank 10 connected.
  • the heating lines 47 and 48 are communicatively connected to the pump 42 (see FIG. 11 for the heating fluid
  • Cooling fluid / heating fluid is defined for each module 1 and is connected to the heating system with pump 42 and the heating control with a controllable valve and temperature sensors (both not shown).
  • Feed sludge for the production of biogas can be supplied to the tank 10.
  • the tank 10 is connected to the line 45 to the tank 10 and to a line 46 from the tank 10.
  • hydrolysis sludge can be fed to or removed from the tank 10 by means of the pump 41, the pump 41 being able to be located, for example, but without limiting the invention, in the tank 10 shown in FIG. 12 or in another tank 10 according to FIG. 9.
  • the biogas formed in the tank 10 can be removed without pressure or with low pressure and that
  • Gas storage 20 (not shown here) are supplied.
  • the gas storage 20 can be located, for example, but without restricting the invention, in the tank 10 shown in FIG. 12 or in another tank 10 according to FIG. 10.
  • a large number of measuring points 49 are also provided here, which monitor the transport of the sludge, the heating fluid, the biogas, etc. and report accordingly.
  • FIG. 15 schematically shows the communicative connection of several modular biogas plants 100i, IOO2, ..., 1 00N with a central control and
  • Each of the modular biogas plants 100i, IO2, ..., 100N communicates via assigned communication links 1011, 1012,. , , , 101 N with a cloud 1 10.
  • the cloud 1 10 communicates with the central control and monitoring unit 120 via communication links 102i, 102 2 , ..., 102N.
  • the communication links 102i, 102 2 , ..., 102N between the cloud 1 10 and the central control and monitoring unit 120 are assigned in accordance with the modular biogas plants 100i, IO20,..., 00N to be monitored.
  • the control signals, commands, warnings, etc. generated by the central control and monitoring unit 120 can be transmitted from the cloud 110 via the
  • Biogas plants 100i, I OO2, ..., 1 00N can be forwarded.
  • the central control and monitoring unit 120 is also provided so that the individual modular biogas plants 100i, IO20, ..., 100N are operated individually and automatically by the central control and monitoring unit 120.
  • the schematic representation of FIG. 15 shows a type of modular biogas plant 100i, IO20, ..., 100N, which are connected to the central control and communication unit 120 via the cloud 110. This should not be construed as a limitation of the invention. It goes without saying for a person skilled in the art that Different types and embodiments of the modular biogas plants 100i, IO20, 100N, via which the central control and monitoring unit 120 can be operated and monitored. If communication with the higher-level central control and monitoring unit 120 does not take place, the local controller 103 can also continue to operate the respective modular biogas plant 100i, IO2, 100N. After a time to be defined, operators and
  • FIG. 16 is a schematic illustration of a further embodiment of the system according to the invention, such as the individual modular biogas plants 100i,
  • each of the modules 1 is provided with an intelligent head station 105.
  • Each intelligent head-end station 105 can acquire data of the respective module 1, can at least partially control the respective module 1 and is communicatively connected to the cloud 110.
  • the control 103 for the modules 1 of the modular biogas plants 100i, 10O2, ..., 100N is implemented in the cloud 110.
  • the central control and monitoring unit 120 can be sent from the cloud 110 and the controller 103 to the individual intelligent head-end stations 105 of the individual modules 1 via the communication connections 1011, 1012, ..., 101 N of the modular biogas plants 100i, I OO2, ..., 1 00N.
  • the central control and monitoring unit 120 is also provided so that the individual modular biogas plants 100i, IO20,..., 00N can be operated individually and automatically by the central control and monitoring unit 120.
  • FIG. 17 shows a schematic illustration of the communication of the individual modular biogas plants 100i, IO00 2 , 100N with the cloud 110 and the central control and monitoring unit 120.
  • Each of the modular biogas plants 100i, IO00 2 , 100N supplies data and parameters to the respective local control and data acquisition unit 104. With the respective control and
  • a respective communication device 106 is connected to data acquisition unit 104.
  • the respective communication device 106 communicates with the cloud 110 via a firewall 107 and the internet 109.
  • the cloud 110 itself
  • each of the modular biogas plants 100i, I OO 2 , ..., 1 00N is at least one
  • the user interfaces 108 can, for example, via a W-LAN by the central control and
  • Monitoring unit 120 generated messages and / or warnings received. Via the user interfaces 108, these can be communicated to the operator of the local
  • Biogas plants 100 are displayed. The operator is thus informed centrally whether an error occurs in the respective local biogas plant 100, which, for example, requires a current intervention by the operator himself. It is also possible for the operator to be informed in advance about any pending issues

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Abstract

Es ist eine modulare, mobile, kompakte, mehrstufige und hoch-effiziente Biogasanlage (100), ein Verfahren zum Betrieb einer modularen Biogasanlage (100) und System zur computergestützten, dezentralen Überwachung und Steuerung mindestens einer modularen Biogasanlage (100) offenbart. Wobei das System mit modularer, lokaler Intelligenz und eine lokale Steuereinheit ausgestattet sein kann. Die modulare Biogasanlage (100) ist mit einer Vielzahl an Tanks (10) zur Aufnahme von Biomasse (3) versehen. Die Tanks (10) sind fluide miteinander verbindbar. Ferner ist mindestens ein Gasspeicher (20) für das in der modularen Biogasanlage (100) erzeugte Biogas vorgesehen. Jeder der Tanks (10) ist ein Modul (1) der Biogasanlage (100). Jeder Tank kann in einem starren und quaderförmigen Rahmen (12) positioniert sein, wobei der quaderförmige Rahmen (12) sechs Seitenflächen (14) aufweist. Die Seitenflächen (14) des quaderförmigen Rahmens (12) definieren eine Einhüllende für den Tank (10).

Description

MODULARE BIOGASANLAGE, VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER MODULAREN BIOGASANLAGE UND SYSTEM ZUR ÜBERWACHUNG UND STEUERUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Biogasanlage. Die modulare
Biogasanlage umfasst eine Vielzahl von Tanks zur Aufnahme von Biomasse. Die Vielzahl der Tanks sind fluide miteinander verbindbar. Ferner ist mindestens ein Gasspeicher vorgesehen, der zur Aufnahme für das in der Biogasanlage erzeugte Biogas ausgebildet ist.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer modularen
Biogasanlage. Der Leistungsbereich, in kWh, der modularen Biogasanlage hängt dabei im Wesentlichen von der Verdaubarkeit der eingebrachten Biomasse und den Parametern ab, bei denen die modulare Biogasanlage betrieben wird. Insbesondere kann je nach Konfiguration eine modulare Biogasanlage in einem Leistungsbereich bis 500 kWh betreiben werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass der Leistungsbereich auch über 500 kWh ausgedehnt werden kann. Die modulare
Biogasanlage umfasst eine Vielzahl von Tanks, die zur Aufnahme von verdaubarer Biomasse ausgebildet sind. Aus der Vielzahl der Tanks sind mindestens zwei Tanks als Hydrolysetanks ausgebildet. Mindestens ein weiterer Tank der Vielzahl der Tanks ist ein Fermentertank. Ferner ist mindestens ein Speicher vorgesehen, der für die Aufnahme des in der Biogasanlage erzeugten Biogases geeignet ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zur computergestützten, dezentralen Überwachung und Steuerung mindestens einer modularen Biogasanlage.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 015 609 A1 offenbart eine Biogasanlage und ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas. Hier ist ein Verfahren zur Herstellung von Biogas, insbesondere von Methangas, in einem mehrstufigen Prozess offenbart. Der mehrstufige Prozess umfasst einen Hydrolysevorgang und einen
Methanbildungsprozess. Der Hydrolysevorgang ist räumlich vom
Methanbildungsprozess getrennt. Die Biogasanlage selbst besitzt zumindest zwei Hydrolysebehälter und einen Gärbehälter beziehungsweise Fermenter für einen Methanbildungsprozess. Die wenigstens zwei Hydrolysebehälter sind räumlich getrennt vom nachgeordneten Fermenter. Ein Nachteil dieser Biogasanlage ist, dass diese nicht modular ist, nicht mobil ist und nicht kompakt aufgebaut ist. Hinzu kommt, dass diese Biogasanlage keine Fernwartung bzw. Fernkontrolle vorsieht. Ein Umzug an einen anderen Ort bzw. ein anderer Aufbau vor Ort ist nicht möglich.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2013 101 554 U1 offenbart eine
Behälteranordnung einer Biogasanlage. Der Behälter weist einen Boden und eine umlaufende Wand auf. Die Wand des Behälters ist nach außen gegen wenigstens einen Container abgestützt. Der wenigstens eine Container enthält eine technische Einrichtung, die zum Betrieb der Biogasanlage erforderlich ist.
Die chinesische Patentanmeldung CN 10 41 40 928 offenbart einen Container für eine modulare Biogasanlage. Der Tankkörper ist im Container angeordnet. Ein
Tragrahmen ist zwischen dem Tankkörper und dem Container angeordnet. Der äußere Teil des Tankkörpers ist von einer Heizschleife aus einer Wasserleitung umgeben.
In der chinesischen Patentanmeldung CN 10 62 81 996 ist ein modularer Bioreaktor offenbart. Der modulare Bioreaktor umfasst mehrere Einrichtungen, die für die
Verdauung beziehungsweise die Fütterung der Biomasse erforderlich sind. Eine modulare Biogasanlage, wie sie bei der Erfindung beschrieben ist, ist hier nicht offenbart.
Die deutsche Patentanmeldung DE 199 58 142 A1 offenbart eine modulare
Biogasanlage. Die transportable, modular aufgebaute Biogasanlage umfasst einen Fermenter und ein Energieteil, die beide voneinander getrennte Bauelemente darstellen. Diese Bauteile sind in Standardtransportcontainer beziehungsweise in Standardtransportcontainerrahmen untergebracht. Der Fermenter verfügt über eine starre Hülle. Bei der hier beschriebenen Biogasanlage handelt es sich um einen einstufigen und nicht thermophilen Prozess. Die deutsche Patentschrift DE 10 2004 053 615 B3 offenbart ein Abbauverfahren von biogenem Material (Trockensubstratvergährung). Hierzu wird ein Perkulator mit biogenem Material bestückt. Eine Perkulationsflüssigkeit wird durch Sieben
abgetrennt und wieder auf das biogene Material gesprüht. Die überschüssige
Perkulationsflüssigkeit gelangt in einen Puffer und wird von dort in einem
Biogasreaktor verbracht und zu Biogas vergärt. Die gereinigte Perkulationsflüssigkeit wird als Abwasser in einen Speicherpuffer übergeführt und von dort wieder in den Perkulator verbracht. Eine Flüssigsubstrat-Vergärung (das Substrat wird pumpfähig verdünnt) ist nicht vorgesehen.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2013 107 621 A1 offenbart eine zentrale modulare Pump- und Zerkleinerungseinheit. Die modulare Pump- und
Zerkleinerungseinheit ist Teil einer Biogasanlage, welche mehrere über Fluidleitungen miteinander in Verbindung stehende Reaktions- und/oder Lagerbehälter, sowie Fördereinrichtungen beziehungsweise Pumpen aufweist. Die Pump- und
Zerkleinerungseinheit kann auch in einem Behältnis, wie beispielsweise in einem Container oder dergleichen, eingebaut werden.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2005 012 340 U1 offenbart eine Biogasanlage und ein Modul für eine Biogasanlage. Die Biogasanlage umfasst mindestens einen Fermenter, sowie Module, welche technische Teile der Anlage aufnehmen.
Technische Teile der Anlage sind insbesondere die Steuerungs- und
Regelungstechnik, die Pumpentechnik, sowie zumindest ein Blockheizkraftwerk. Die Module als Umhausung beziehungsweise Gehäuse und die technischen Einheiten aufnehmende Behältnisse sind Fertiggaragen, welche für die Aufnahme der Module entsprechend ausgebildet sind. Eine Stapelbarkeit der einzelnen Module ist nicht vorgesehen.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2010 000 437 U1 offenbart eine transportable, modular aufgebaute Biogasanlage mit einem zusammenhängenden Fermenterraum. Der Fermenterraum ist von mindestens zwei an ihren Stirnseiten miteinander verbindbaren beziehungsweise verbundenen, transportablen Fermentermodulen mit jeweils einer im Wesentlichen ebenen Grundfläche gebildet. Die Fermentermodule haben einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2004 062 993 A1 offenbart eine Biogasanlage mit zumindest einem ortsfest montierten Fermenter und zumindest einer mobilen Containereinheit. Die Containereinheit umfasst zumindest zwei durch eine Wand voneinander getrennte Räume. In dem dem Fermenter benachbarten Raum der Containereinheit ist eine Technikeinheit montiert. In dem dem Fermenter
abgewandten Raum ist eine Vorrichtung zur Nutzung von Biogas montiert. Hier ist keine mobile Biogasanlage offenbart, sondern lediglich eine Mobilität der
Technikeinheit ist gegeben, die in einer Containereinheit untergebracht ist.
Im Stand der Technik unterscheidet man im Wesentlichen zwischen einer
mehrstufigen Biogasanlage und einer konventionellen, einstufigen Biogasanlage. Alle diese Biogasanlagen sind am Ort ihres Aufbaus fest verbaut und können somit nicht mehr bewegt werden. Lediglich einzelne Teile, wie beispielsweise Technikeinheiten, können in Containern untergebracht werden und sind somit leicht transportabel. Der Vorteil einer mehrstufigen Biogasanlage ist, dass sie bis zu 30 % effektiver ist als eine konventionelle, einstufige Biogasanlage. Hinzu kommt, dass die mehrstufigen
Biogasanlagen mit sämtlichen Typen an verdaubarer Biomasse gefüttert werden können. Die Verdaubarkeit der Biomasse oder der organischen Substanzen, die einer Biogasanlage zugeführt werden können, hängt im Wesentlichen von den
Mikroorganismen ab, die in der Biogasanlage vorhanden sind. Im Gegenzug hierzu benötigen die einstufigen Biogasanlagen ein vereinfachtes, standardisiertes Substrat, wie z.B. Mais oder auch Grassilage mit gleichbleibenden Nährwerten für die
Mikroorganismen. Die Verdauung von Biomasseabfall, wie z.B. faserigen und
Cellulose haltigen Stoffen, ist bei den einstufigen Biogasanlagen schwierig, wenn nicht gar unmöglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine modulare Biogasanlage zu schaffen, die einfach aufzubauen, leicht zu transportieren, erweiterbar ist, jederzeit funktionsfähig an einem anderen Aufstellort aufbaubar und kostengünstig gestaltbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine modulare Biogasanlage mit einer Vielzahl von Tanks zur Aufnahme von Biomasse gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben einer modularen Biogasanlage zu schaffen, das eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Biomasse verarbeiten kann und dabei eine höhere Effizienz bei der Erzeugung von Biogas sowie beim Abbau organischer Substanzen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer modularen
Biogasanlage gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 13 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein System zur computergestützten, dezentralen Überwachung und Steuerung mindestens einer modularen Biogasanlage zu schaffen, das eine weitestgehend automatisierte Überwachung und Steuerung der installierten modularen Biogasanlage ermöglicht und dabei den Betrieb der modularen Biogasanlagen optimiert, um die Effizienz der Erzeugung von Biogas in den einzelnen modularen Biogasanlagen zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur computergestützten, dezentralen
Überwachung und Steuerung mindestens einer modularen, mobilen Biogasanlage gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 19 umfasst.
Die modulare Biogasanlage zeichnet sich durch eine Vielzahl von Tanks aus, die zur Aufnahme von Biomasse ausgebildet sind. Die Vielzahl der Tanks sind fluide miteinander verbindbar, so dass Biomasse zwischen den einzelnen Tanks
ausgetauscht bzw. gepumpt werden kann. Die Biomasse kann beliebig zwischen den Tanks verteilt werden. Die einzelnen Tanks können auch je nach Anforderung genutzt werden. So können z.B. Tanks für die Hydrolyse als Fermentertanks genutzt werden und umgekehrt. Ferner ist mindestens ein Gasspeicher vorgesehen, der für die Aufnahme des in der modularen Biogasanlage erzeugten Biogases geeignet ist. Jeder der Tanks der modularen Biogasanlage bildet ein Modul der Biogasanlage. Mehrere Stellelemente sind pro Tank vorgesehen. Die Stellelemente sind derart Tank angebracht, dass sie einen quaderförmigen Rahmen definieren. Der quaderförmige Rahmen definiert sechs Seitenflächen, die eine Einhüllende für den Tank bilden.
Bevorzugt ist der Aufbau der Tanks der modularen Biogasanlage am dafür
ausgestalteten Aufstellort im Wesentlichen gleich, was zu einer erheblichen
Kosteneinsparung und Reduzierung der Teilevielfalt führt. Für die Fixierung der Tanks bzw. Module der modularen Biogasanlage können im Boden des Aufstellorts mehrere Verankerungselemente vorgesehen sein, die mit den Stellelementen
Zusammenwirken. Somit sind die Tanks bzw. die Module sicher am Ausstellort positioniert. Ebenso kann man die Module der modularen Biogasanlage leicht aufnehmen und an einem anderen Aufstellort umsetzen. Die mobilen Biogasanlagen können ebenfalls auf einfache Weise erweitert oder zurückbaut werden. Die
Erweiterung bzw. der Rückbau richtet sich an die an die mobilen Biogasanlagen gestellten Anforderungen. So können z.B. Module für die Flygenisierung, Separierung (Trennung von festen und flüssigen Bestandteilen der vergorenen Biomasse) und Trocknung der separierten, festen Bestandteile der vergoren Biomasse hinzugefügt werden.
Der modulare und variable Aufbau der Biogasanlagen spart Ressourcen ein, da eine einmal aufgebaute Biogasanlage jederzeit ohne zusätzliche größere Baumaßnahmen an einem anderen Aufstellort verwendet bzw. bedarfsgerecht erweitert oder zurückgebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil der modularen Biogasanlage ist, dass diese mobil, kompakt, einen mehrstufigen Prozess ausführen kann und hoch effizient in der Verwertung der eingesetzten Biomasse ist.
Gemäß einer weiteren und vorteilhaften Ausführungsform sind die mehreren
Stellelemente an einem starren quaderförmigen Rahmen angebracht. Hier definieren die sechs Seitenflächen des starren, quaderförmigen Rahmens die Einhüllende für den Tank. Die Einhüllende, die durch die Stellelemente bzw. dem starren, quaderförmigen Rahmen gebildet ist, hat den Vorteil, dass die möglichen Anschlusselemente bzw. Anbauteile für den Tank innerhalb der Einhüllenden liegen. Dies reduziert bzw.
vermeidet die Beschädigung der Anschlusselemente bzw. Anbauteile beim Transport der Tanks.
In einer Ausführungsform sind die Tanks selbst aus einem starren und formstabilen Material gefertigt. Der starre und formstabile Tank kann gemäß einer möglichen Ausführungsform, wie bereits oben erwähnt, bevorzugt von dem starren und quaderförmigen Rahmen umgeben sein. Als Material für die Tanks ist
säurebeständiger Kunststoff, Glasfaser verstärkter Kunststoff, Edelstahl, Holz oder ein Laminat aus verschiedenen Materialien denkbar. Zumindest muss die der Biomasse zugewandte Schicht säure- und laugenbeständig sein.
In einer anderen Ausführungsform kann der Tank aus einem flexiblen Material hergestellt. Der Tank ist ebenfalls im starren Rahmen positioniert, wobei die
Seitenflächen des starren Rahmens bevorzugt mit einer starren formstabilen
Verkleidung versehen sind, damit der befüllte Tank innerhalb der Umrisse des Moduls verbleibt. In einer Ausführungsform sind die für den Tank erforderlichen Anschlüsse in der formstabilen Verkleidung des hinteren Endes des Tanks und/oder des vorderen Endes des Tanks vorgesehen.
In einer Ausführungsform umfassen die Module der modularen Biogasanlage ferner mindestens zwei verschließbare Einhausungen. Jede dieser verschließbaren
Einhausungen besitzt die Größe des quaderförmigen Rahmens. Jede Einhausung hat an mindestens einer Seitenfläche eine Tür beziehungsweise eine Zugangsöffnung ausgebildet. Die restlichen Seitenflächen des Rahmens sind mit einer Verkleidung versehen. Auch hier ist es von Vorteil, dass die Module für die Einhausungen in der Größe den Modulen für die Tanks entsprechen. Dies erleichtert erheblich
beziehungsweise standardisiert den Transport der Elemente der modularen
Biogasanlage. Gemäß einer ersten Ausführungsform der modularen Biogasanlage enthält eine erste Einhausung ein Blockheizkraftwerk, das das in der modularen Biogasanlage erzeugte Biogas als Energieträger verwendet. Eine zweite Einhausung enthält eine
Steuerungselektronik für die gesamte modulare Biogasanlage, mindestens eine Pumpe, mindestens eine Heizeinrichtung, und eine Druckluftsteuerung zu Erzeugung und Verteilung von Druckluft. Bevorzugt besitzt die zweite Einhausung eine
Trennwand, um somit die Steuerungselektronik für die modulare Biogasanlage von der Pumpe und der Heizeinrichtung zu trennen. Im Raum für die Steuerungselektronik kann auch ein Kontrollraum mit Visualisierung ausgebildet sein. Die Pumpe dient zum gesteuerten Transport der Biomasse innerhalb der Biogasanlage. Die Heizeinrichtung dient zur gesteuerten Temperatureinstellung der Tanks der modularen Biogasanlage. Die Heizeinrichtung kann dabei fluide mit den entsprechenden Tanks bedarfsgerecht verbunden werden, um somit in den jeweils ausgewählten Tanks die Temperatur einzustellen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der als Module ausgebildeten Einhausung enthält eine erste Einhausung ein Blockheizkraftwerk, das das in der modularen Biogasanlage erzeugte Biogas als Energieträger verwendet. Eine zweite Einhausung dient zur Aufnahme einer Steuerungselektronik für die gesamte modulare
Biogasanlage. Die zweite Einhausung kann durch eine Trennwand in einem Raum mit der Steuerung (Elektronikraum) und einen Kontrollraum mit einer Visualisierung der Prozesse in der modularen Biogasanlage unterteilt werden. Eine dritte Einhausung umfasst mindestens eine Pumpe, die den Transport der Biomasse innerhalb der modularen Biogasanlage zwischen den einzelnen Tanks bewerkstelligt. Ebenso kann in der dritten Einhausung auch eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, die zur gesteuerten Temperatureinstellung der Tanks verwendet werden kann. Ferner kann auch eine Druckluftsteuerung in der dritten Einhausung vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Pumpe über ein Leitungssystem mit den Tanks der modularen Biogasanlage verbunden. Dabei ist jedem der Tanks ein Steuer- und regelbares Ventil zugeordnet. Durch das steuerbare und regelbare Ventil kann somit ausgewählt zwischen verschiedenen Tanks die Biomasse verbracht werden. Die Steuerungselektronik bzw. eine zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit regelt die Betätigung der entsprechenden Ventile, so dass die gesamte modulare Biogasanlage möglichst effektiv arbeitet und Biogas erzeugt. Ebenso verfügt die Heizeinrichtung über ein Leitungssystem, das zu den Tanks führt. Auch hier ist jedem Tank ein Steuer- und regelbares Ventil zugeordnet, um die individuelle Einstellung eines erforderlichen Temperaturbereichs der Biomasse in den einzelnen Tanks zu ermöglichen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform umfassen die Tanks der modularen
Biogasanlage Hydrolysetanks und Fermentertanks. Dabei hat zumindest jeder der Tanks zumindest einen Anschluss für eine Zu- und Abfuhr von Biomasse, einen Anschluss für eine Zufuhr von Biogas und einen Anschluss für eine Abfuhr von Biogas ausgebildet. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass andere Kombination von Anschlüssen und auch die Anzahl der Anschlüsse variieren können. Die oben beschriebene Ausgestaltung der Tanks dient lediglich der Beschreibung der Erfindung und soll nicht als eine Beschränkung aufgefasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße modulare
Biogasanlage dabei mindestens zwei Hydrolysetanks. Bevorzugt werden die
Hydrolysetanks im BATCH-Verfahren befüllt. So wird beispielsweise zunächst der erste Hydrolysetank gefüllt und der Hydrolyseprozess wird bei einer Temperatur, die aus einem ersten Temperaturbereich ausgewählt wird, gestartet. Bevorzugt erstreckt sich der erste Temperaturbereich von 40 bis 65 °C. Der ph-Bereich der Hydrolyse kann dabei im Bereich von 2 bis 9 liegen. Nachdem der erste Hydrolysetank gefüllt ist, wird der zweite Hydrolysetank ebenfalls im BATCH-Verfahren gefüllt, so dass dort auch die Hydrolyse starten kann. Aus dem ersten Hydrolysetank (dem vorherig gefüllten Hydrolysetank) wird je nach Steuerung fertiges„Hydrolysat“ (hydrolysierte Biomasse) in die Fermentertanks gepumpt bzw. überführt. Die erfindungsgemäße, modulare Biogasanlage hat den Vorteil, dass Pumpwege gesteuert ausgeführt werden können. Es kann somit von und zu jedem Tank der modularen Biogasanlage gepumpt werden. Die Überführung in den Fermentertank geschieht dabei gesteuert, so dass in io
dem Fermentertank immer eine im Wesentlichen konstante Rate der
Biogaserzeugung vorliegt. Durch die Perfektionierung des biochemischen Prozesses in der mehrstufigen Biogasanlage kann man circa 99,5 % oder mehr des möglichen Biogases aus einer Tonne von eingesetzter Biomasse erzielen. Jeder einzelne Tank kann individuell und unterschiedlich temperaturgesteuert werden. Dies ist hat den Vorteil das in den Tanks die Bedingungen für die Hydrolyse und/oder die
Fermentation unterschiedlich eingestellt und angepasst werden können.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform kann der modularen Biogasanlage ferner ein Gärrestelager zugeordnet sein. Das Gärrestelager dient zur Aufnahme der vergorenen Reste der Biomasse aus dem Fermentertank beziehungsweise den Fermentertanks der modularen Biogasanlage. Gegebenenfalls kann in dem
Gärrestelager noch eine Nachgärung erfolgen, so dass auch im Gärrestelager noch Biogas produziert wird, das ebenfalls einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann. In der Regel kann bei der erfindungsgemäßen Biogasanlage auf ein
Gärrestelager verzichtet werden, da die erfindungsgemäße Biogasanlage in den Fermentertanks für eine im Wesentlichen vollständige Vergärung der Biomasse sorgt. Für den Fall, dass ein Gärrestelager vorgesehen ist, wird die Überführung der vergorenen Reste der Biomasse aus den Fermentertanks in das Gärrestelager ermöglicht werden. Es ist somit erforderlich, dass das Gärrestelager mit den
Fermentertanks fluide verbunden ist. Das Gärrestelager beziehungsweise die
Gärrestelager können auch als transportable Module in Form der Tanks ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Gärrestelager auch fest am Aufstellort der modularen Biogasanlage installiert sein.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung kann die modulare Biogasanlage mit einem drucklosen Gasspeicher versehen sein. Üblicherweise wird bei Biogasanlagen das Biogas in Drucklos- bzw. Niederdruckspeichern in einem Bereich von 0,05 bis 50 mbar Überdruck gespeichert. Der drucklose Gasspeicher der erfindungsgemäßen Biogasanlage besteht aus einer beweglichen Folienmembran, die den entsprechenden Sicherheitsanforderungen zur Gasspeicherung gerecht wird. Der drucklose Gasspeicher dient zur Aufnahme von Biogas aus der modularen Biogasanlage, zur Abgabe von Biogas an das Blockheizkraftwerk, ggf. zur Aufnahme von Biogas aus einem vorhandenen Gärrestelager und zur Rückführung von Biogas in die Tanks. Um dies zu erzielen, ist ein entsprechendes Gasleitungssystem
vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist für den Transport der einzelnen Module der drucklose Gasspeicher aus einem flexiblen Material hergestellt und in einer Transporteinhausung mit einer Verkleidung untergebracht. Nach dem Aufstellen des Moduls mit dem flexiblen drucklosen Gasspeicher kann dieser am Aufstellort ausgerollt werden. Hierzu wird das Modul (Transporteinhausung) entsprechend geöffnet. An einem Ende ist der Gasspeicher weiterhin mit einer Verkleidung der Transporteinhausung verbunden. Die Verkleidung der
Transporteinhausung hat dafür entsprechende Anschlüsse ausgebildet, so dass am Ort der Aufstellung eine einfache und schnelle Verbindung des Gassystems mit dem Gasspeicher erzielt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist, falls vorhanden, dadurch gesetzliche Regularien in Deutschland gefordert, das Gärrestelager mit dem Gasspeicher zur Zufuhr von Biogas aus dem Gärrestelager verbunden. Dies hat den Vorteil, dass eine im Gärrestelager möglicherweise stattfindende weitere Vergärung der aus den Fermentertanks überführten Biomasse stattfindet und das im Gärrestelager erzeugte Biogas ebenfalls in den Gasspeicher überführt werden kann. Eine andere Verwendung des im
Gärrestelager erzeugten Biogases ist möglich.
Die hohe Modularität der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage hat den Vorteil, dass diese am Aufstellort schnell aufgebaut werden kann, da bereits ein Großteil bzw. zumindest die meisten Elemente der modularen Biogasanlage vorgefertigt und„ready to use“ sind. Die für die Verbindung der einzelnen Module der Biogasanlage erforderlichen Leitungen werden am Aufstellort ebenfalls in einem Modul angeliefert. Somit sind bereits alle oder zumindest die meisten der
Leitungsverbindungen zwischen den einzelnen Modulen vorgefertigt, so dass die Montage der modularen Biogasanlage am Aufstellort schnell und definiert vollzogen werden kann. Hinzu kommt der Vorteil, dass alle Module die gleiche Größe haben, was letztendlich den Transport und die Logistik erheblich erleichtert. Die Reduzierung der Teilevielfalt und die Standardisierung führen somit zu einer Kostensenkung in der Produktion der Biogasanlage. Die Möglichkeit der flexiblen Anordnung und die
Stapelbarkeit der Module der modularen Biogasanlage führen zu reduzierten
Standflächen und optimaler Raumnutzung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer modularen
Biogasanlage. Insbesondere sind die modularen Biogasanlagen für einen
Leistungsbereich bis 500 kWh konfiguriert ist. Es ist für einen Fachmann
selbstverständlich, dass der hier angegebene Leistungsbereich nicht als
Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden kann. Bevorzugt werden die meisten installierten Biogasanlagen einen Leistungsbereich von 10 bis 500 kWh haben. Je nach Kundenanforderung können auch Leistungsbereiche über 500 kWh realisiert werden. Die modulare Biogasanlage umfasst dabei zumindest eine Vielzahl an Tanks zur Aufnahme von Biomasse. Dabei sind mindestens zwei der Tanks als
Hydrolysetanks ausgebildet. Mindestens ein weiterer Tank ist ein Fermentertank. Ferner ist mindestens ein Gasspeicher für das in der modularen Biogasanlage erzeugte Biogas vorgesehen. Zunächst werden die Hydrolysetanks batchweise mit Biomasse befüllt. In den Hydrolysetanks wird eine Temperatur aus einem ersten Temperaturbereich eingestellt. Bei der Hydrolyse liegt der ph-Wert in den
Hydrolysetanks innerhalb eines vordefinierten pH-Bereichs. Das batchweise Befüllen der Hydrolysetanks bedeutet, dass ein Tank in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Zeitintervall nahezu komplett befüllt wird. Beispielsweise kann das vorgegebenen Zeitintervall einen Tag betragen, so dass alle zwei Tage der gleiche Hydrolysetank befüllt wird. Die Biomasse zur Befüllung der Hydrolysetanks kann beispielsweise und ohne Beschränkung der Erfindung Hühnermist, Entenmist, Grassilage, Maissilage, Stroh, Lebensmittelabfall, Schlachtabfälle, und vieles mehr umfassen. Grundsätzlich können Fette, Proteine und Kohlenhydrate als Biomasse in der modularen
Biogasanlage verarbeitet werden. Generell kann die erfindungsgemäße Biogasanlage alles verarbeiten bzw. Verdauen was Fette, Öle, Fettsäuren, Lipide, ölähnliche Substanzen, Proteine, Eiweiße, Stärke(n), Zucker, Cellulose, Hemicellulose, Chitin und ähnliche Kohlenwasserstoffe beinhaltet. Im Hydrolysetank findet eine Hydrolyse und eine Versauerung statt. Die Hydrolyse und die Versauerung laufen beide im ersten Temperaturbereich und bei dem ersten pH-Bereich ab. Bei der Hydrolyse findet ein Aufbau von Fettsäuren, Aminosäuren und Alkoholen statt. Bei der Versauerung werden flüchtige Fettsäuren und Alkohole aufgebaut.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens findet in mindestens einem Fermentertank die Produktion von Biogas aus der aus den Hydrolysetanks überführten Biomasse statt. Die Produktion von Biogas findet in einem zweiten
Temperaturbereich, wie z.B. von 35 bis 60°C und bei einem zweiten pH-Bereich, wie z.B. von 6,5 bis 8,5, statt. Die Fermentation in den Fermentertanks ist ebenfalls in eine Essigsäurebildung (ein Sauerwerden) und in eine Methanisierung gegliedert. Beim Sauerwerden erfolgt der Aufbau von Essigsäure, Kohlendioxyd und Wasserstoff. Bei der Methanisierung erfolgt der Aufbau von Methan und Kohlendioxyd, wobei Methan einen Anteil von beispielsweise von 55 % bis 75% besitzt. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass der vorstehend erwähnte Methananteil keine Beschränkung der Erfindung darstellen soll.
Um den Produktionsprozess von Biogas in der modularen Biogasanlage effektiv zu halten, wird die Produktionsrate des Biogases in der modularen Biogasanlage kontinuierlich überwacht. Für den Fall, dass in einem der Fermentertanks die
Produktionsrate unter einen vordefinierten Wert fällt, wird Biomasse aus einem der Hydrolysetanks nachgeliefert, bis die Produktionsrate wieder über dem vordefinierten Wert liegt. Dies hat den Vorteil, dass die Produktion von Biogas in der modularen Biogasanlage effektiv erfolgt, so dass die Ausbeute des Biogases aus der modularen Biogasanlage immer auf einem hohen Niveau liegt und ein maximaler organischer Abbau der gefütterten Biomasse erfolgt.
In einer Ausführungsform sind zumindest den Hydrolysetanks und den
Fermentertanks steuerbare Ventile zugeordnet. Dabei sind die Hydrolysetanks und die Fermentertanks derart über Leitungen mit mindestens einer Pumpe verbunden, dass die Hydrolysetanks und/oder die Fermentertanks in beliebiger Kombination derart verschaltet werden können, dass Biomasse den Hydrolysetanks und/oder den
Fermentertanks wahlweise zugeführt beziehungsweise aus diesen wahlweise abgeführt werden kann.
In einer Ausführungsform sind die Hydrolysetanks und die Fermentertanks jeweils mit einem Zu- und Ablauf für Heizfluid versehen. Dabei ist in jedem Zu- und Ablauf jeweils ein steuerbares Ventil vorgesehen, so dass mit mindestens einer Heizfluidpumpe bedarfsgerecht den Hydrolysetanks und/oder den Fermentertanks das Heizfluid gesteuert zugeführt werden kann. Dadurch kann jeweils erreicht werden, dass die Temperatur in den Hydrolysetanks beziehungsweise Fermentertanks in dem für die Hydrolyse beziehungsweise Fermentation erforderlichen Temperaturbereich bzw. auf dem erforderlichen Temperaturniveau gehalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens ein Gärrestelager vorgesehen. Diesem mindestens einen Gärrestelager ist ebenfalls ein steuerbares Ventil in einer Leitung zu dem mindestens einen
Gärrestelager zugeordnet. Mit dem steuerbaren Ventil ist es somit möglich, dass gesteuert aus mindestens einem der Fermentertanks dem mindestens einen
Gärrestelager die Biomasse zur möglichen Nachgärung zugeführt werden kann. Das mindestens eine Gärrestelager kann ebenfalls mit einer Gasleitung zum Gasspeicher versehen sein, um eventuell entstehendes Biogas aus dem Gärrestelager dem
Gasspeicher zuführen zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird dem Gasspeicher zumindest Biogas aus dem mindestens einen Fermentertank drucklos bzw. mit Niederdruck zugeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Biogas dem Gasspeicher gesteuert zur Energieerzeugung entnommen und einem Blockheizkraftwerk, das in einem Modul der Biogasanlage vorgesehen ist, zugeführt. Ebenso ist es möglich, das Biogas aus dem Gasspeicher mit einem Kompressor zu verdichten, so dass das verdichtete Biogas gesteuert zumindest in einem mit der Biomasse gefüllten Fermentertank eingeblasen werden kann. Durch das Einblasen von Biogas in die Biomasse des Fermentertanks erreicht man eine Durchmischung der Biomasse und somit eine verbesserte Produktion von Biogas was zu einer Verbesserung der Biogasqualität (mögliche Erhöhung des CH4 - Anteils und Verringerung der CO2 - und H2S - Gehalte) führt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen Anwendung in der modularen Biogasanlage kann eine Vielzahl von organischen Abfällen oder auch Energiepflanzen verarbeitet werden. Als Energiepflanzen können mit der erfindungsgemäßen
Biogasanlage beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, Mais oder Maissilage, Sudangras, Maiskolben, Gras, Klee, Roggen, Zuckerrüben, Weizen, Kartoffeln, usw. verarbeitet werden. Für den Fall, dass die modulare Biogasanlage auch ein Modul zur Separierung und ein Modul zur Trocknung der vergorenen
Biomasse umfasst, kann die getrocknete Biomasse z.B. eine Rohstoffgewinnung aus den vergorenen Resten der Biomasse zugeführt werden. Ebenso kann
beziehungsweise können mit der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage landwirtschaftlicher organischer Abfall, wie beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, flüssiger Viehmist, flüssiger Schweinemist, Entenmistschichten, Flühnermist, Pferdemist, Getreideprodukte, Stroh, Abfall bei der Olivenernte
(Olivenkerne), Vinasse, Zuckerrohr, Maisstengel, usw. verarbeitet werden. Ebenso kann mit der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage industrieller Bioabfall (industrielle Nebenprodukte, organische Abfälle und Bioabfälle), wie beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, eine Überproduktion von Bier, Brot, Müsliriegel, Gemüse, Früchte, sowie Tiermehl, Blut (Schlachtabfall), Kadavermehl, Fruchtabfall, Chinakohl, Molke, Eiscreme, Milchabfall, usw. verarbeitet werden.
Zusätzlich kann jeder andere organische Abfall oder Bioabfall, wie er beispielsweise in Küchen oder Restaurants entsteht, mit der modularen Biogasanlage verarbeitet werden.
Ferner ermöglicht die Erfindung ein System zur computergestützten, dezentralen Überwachung und Steuerung mindestens einer Biogasanlage. Das erfindungsgemäße System zur computergestützten, dezentralen Überwachung und Steuerung lässt sich vorteilhaft auf Biogasanlagen im breiten Leistungsbereich anwenden. Das System umfasst mehrere modulare Biogasanlagen, wobei jede der modularen Biogasanlagen aus mehreren einzelnen beweglichen Modulen besteht. Jedem der Module ist mindestens ein Aktor und/oder ein Sensor und/oder eine Messstelle zugeordnet. Die Aktoren und/oder Sensoren und/oder Messstellen sind mit mindestens einer
Datenerfassungseinheit kommunikativ verbunden. Ferner ist jeder der modularen Biogasanlagen eine Kommunikationseinrichtung zugeordnet. Über die
Kommunikationseinrichtung können die Daten der Datenerfassungseinheit an eine Cloud geliefert werden beziehungsweise können Daten oder Signale, die zur
Steuerung der modularen Biogasanlagen erforderlich sind, von der
Datenerfassungseinheit aus der Cloud empfangen werden. Eine zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit ist kommunikativ mit der Cloud verbunden und dient zum zentralisierten Überwachen und zum automatischen Steuern der modularen
Biogasanlagen vor Ort. Ferner ist jeder der modularen Biogasanlagen eine
Benutzerschnittstelle zugeordnet. An die Benutzerschnittstelle können von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit ferngesteuert werden, und es können Meldungen oder Warnungen an die lokale Steuerung gesendet werden. Die Warnungen beziehungsweise Meldungen werden für den Benutzer beziehungsweise den Betreiber der jeweiligen örtlichen modularen Biogasanlage farblich
gekennzeichnet werden, um ihn auf notwendige Aktionen von seiner Seite
hinzuweisen. Durch die von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit ausgesendeten Meldungen und Warnungen ist somit möglich, dass der Benutzer sofort in die jeweils betroffene modulare Biogasanlage eingreift, um mögliche Fehler bereits im Vorfeld zu beheben. Dies hat den Vorteil, dass die jeweils betroffene modulare Biogasanlage kontinuierlich arbeiten kann und Stillstandzeiten
weitestgehend vermieden werden können. Bei dieser Ausführungsform ist die
Datenerfassungseinheit mit mindestens einer Steuerung kommunikativ verbunden.
Durch die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit kann z.B. auch eine Condition Based Maintenance (CBM) realisiert werden. Die CBM Funktionen der Fernwartung sowie die Trendanalyen erlauben es, dass der Benutzer der modularen Biogasanlage frühzeitig auf mögliche Fehler oder Ausfälle hingewiesen wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine intelligente Kopfstation einem jeden Modul der modularen Biogasanlage zugeordnet. Die intelligente
Kopfstation umfasst eine Datenerfassungseinheit mit der Kommunikationseinrichtung. In der intelligenten Kopfstation sind die Parameter des jeweiligen Moduls der modularen Biogasanlage hinterlegt. Die intelligente Kopfstation kann somit auch die Steuerung des jeweiligen Moduls übernehmen. Die intelligenten Kopfstationen der modularen Biogasanlage sind untereinander und mit der Cloud kommunikativ verbunden. Die Steuerung für die Module ist dabei in der Cloud realisiert.
In einer Ausführungsform umfassen die mehreren Module der modularen
Biogasanlagen mindestens zwei Hydrolysetanks und mehrere Fermentertanks.
Ebenso ist ein druckloser Gasspeicher vorgesehen, der das Biogas zumindest aus den Fermentertanks aufnimmt. Zudem sind mehrere Module als Einhausungen ausgebildet, in denen beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, entsprechende Elemente für die Steuerungselektronik und den Betrieb der modularen Biogasanlagen untergebracht sind.
In einer Ausführungsform ist in einer ersten Einhausung ein Blockheizkraftwerk vorgesehen, das über die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit betreibbar ist. Mit dem Blockheizkraftwerk kann somit das in den modularen Biogasanlagen erzeugte Biogas als Energieträger verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist in einer zweiten Einhausung eine Steuerungselektronik für alle modularen Biogasanlagen untergebracht. Die Steuerungselektronik ist dabei mit den einzelnen Aktoren, Sensoren usw. bzw. den Kopfstationen der einzelnen Module der modularen Biogasanlagen verbunden. Mit der Steuerungselektronik bzw. den Kopfstationen werden Steuersignale erzeugt beziehungsweise Daten gesammelt.
In einer Ausführungsform enthält eine dritte Einhausung mindestens eine Pumpe, die gesteuert über die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit den Transport der Biomasse innerhalb der modularen Biogasanlagen bewerkstelligt. Ebenso ist in der dritten Einhausung mindestens eine Heizeinrichtung vorgesehen, die gesteuert über die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit die Temperatur in den Tanks der modularen Biogasanlagen zumindest innerhalb eines vorgegebenen Intervalls hält.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden Parameter der mehreren modularen Biogasanlagen in der zentralen Steuerungs- und
Überwachungseinheit verglichen. Aus dem Vergleich können Optimierungskriterien für die Produktion der Biomasse in den einzelnen modularen Biogasanlagen des Systems gewonnen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Produktionsprozess von Biogas in den einzelnen modularen Biogasanlagen aufgrund der Statistik bzw. de Überblicks mehrerer modularer Biogasanlagen durch die zentrale Steuerungs- und
Überwachungseinheit optimiert werden kann. Dies führt zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Steuerung der Prozessabläufe und folglich auch zu einer
optimierten Ausbeute der Biogasproduktion aus der für den jeweiligen
Produktionsprozess zur Verfügung stehenden Biomasse.
Das erfindungsgemäße System zur zentralen Überwachung und Steuerung mehrerer modularer Biogasanlagen zeichnet sich dadurch aus, dass jede der modularen
Biogasanlagen eine lokale Datenerfassungseinheit besitzt. Gemäß einer anderen Ausführungsform des Systems kann jedes Modul der modularen Biogasanlage eine eigene (intelligente) Kopfstation aufweisen. Die intelligenten Kopfstationen sind in der Lage ebenfalls mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit zu
kommunizieren. Die intelligenten Kopfstationen übernehmen, falls vorhanden, kleinere Steueraufgaben und Sicherheitsfunktionen. Jedes Modul hat ein eigenes
Funktionsprofil (Parameter etc.) in den zugehörigen Kopfstationen hinterlegt und kann somit nahezu autark operieren.
Über die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit können mehrere der modularen Biogasanlagen (unabhängig von deren Ausführungsform) kontrolliert, überwacht und gesteuert werden. Der Vorteil der zentralen Überwachung und
Steuerung ist, dass man durch die Software, die die Prozesse kontrolliert, einen Schutz der modularen Biogasanlage erzielt, was letztendlich zu einer erhöhten lokalen Sicherheit und einer Verfügbarkeit der Biogasanlagen führt. Ebenso erreicht man dadurch eine Optimierung der Performance der einzelnen modularen Biogasanlagen, was durch einen globalen Benchmark und durch Verbesserungen der logischen Kontrolle erreicht werden kann. Hinzu kommt, dass die Optimierung der Performance der einzelnen modularen Biogasanlagen auch durch eine Trendanalyse und gegebenenfalls ein korrektives Eingreifen von Seiten der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit erreicht wird. Ebenso erreicht man durch die zentrale Kontrolle und Überwachung eine Kostenoptimierung und Vereinfachung in Hinblick auf die vorausschauenden Wartungen, der Führung des lokalen Betreibers der jeweiligen modularen Biogasanlage und der Zeitplanung hinsichtlich von Reparaturen oder Austausch von Komponenten der modularen Biogasanlagen.
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße modulare Biogasanlage dadurch aus, dass sie eine einfache Konstruktion aufweist, was Zeit und Geld erspart. So sind für den Aufbau einer einzelnen modularen Biogasanlage bereits alle Teile vorgefertigt und können sofort für den Zusammenbau auf dem Platz der Aufstellung verwendet werden. Ebenso sind alle notwendigen Werkzeuge für den Aufbau der Biogasanlage im Lieferumfang enthalten. Der Aufbau und die Konstruktion werden vor Ort durch einen Experten begleitet.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer einstufigen Biogasanlage, gemäß dem
Stand der Technik;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer zweistufigen Biogasanlage, gemäß dem
Stand der Technik;
Figur 3 eine Draufsicht auf die Anordnung der verschiedenen Module einer
Ausführungsform der modularen Biogasanlage gemäß der Erfindung; Figur 4 eine Draufsicht auf eine andere Anordnung der Module der Ausführungsform der modularen Biogasanlage nach Figur 3;
Figur 5 eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform eines Moduls, das als
Tank ausgebildet ist und bei der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage Verwendung findet;
Figur 6 eine Stirnansicht auf die Ausführungsform des Moduls nach Figur 5;
Figur 7 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Moduls, das als
Tank ausgebildet ist und bei der erfindungsgemäßen modularen
Biogasanlage Verwendung findet;
Figur 8 eine Stirnansicht auf das Modul nach Figur 7;
Figur 9 eine Rückansicht auf das Modul nach Figur 7;
Figur 10 eine schematische Ansicht der Anordnung der verschiedenen Module einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage;
Figur 11 eine schematische Darstellung einer Einhausung, die mindestens eine
Pumpe und mindestens eine Fleizeinrichtung enthält;
Figur 12 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Einhausung, die den Gasspeicher darstellt;
Figur 13 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Moduls, das zur Fütterung von Flydrolysetanks verwendet wird;
Figur 14 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Tanks, der in der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage verwendet wird;
Figur 15 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Systems, wie die einzelnen modularen Biogasanlagen mit einer zentralen Steuerung und Überwachung kommunizieren;
Figur 16 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Systems, wie die einzelnen modularen Biogasanlagen mit einer zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit kommunizieren; und
Figur 17 eine schematische Darstellung der Kommunikation der einzelnen
modularen Biogasanlagen mit der Cloud (gemäß der Ausführungsform der Figur 15), die Bestandteil des erfindungsgemäßen Systems ist. Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische
Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer einstufigen Biogasanlage 200 des Standes der Technik. Die Biogasanlage 200 umfasst eine Fördereinrichtung 201 , mit der Biomasse 3, welche in der Biogasanlage 200 verarbeitet werden soll, zunächst in einen Fermenterbehälter 204 transportiert wird.
Die Biomasse 3 kann im Fermenterbehälter 204 mit mindestens einem Rührwerk 203 gerührt werden, um somit den Fermentationsprozess im Fermenterbehälter 204 zu verbessern. Vom Fermenterbehälter 204 gelangt die Biomasse 3 in ein Gärrestelager 206. Hier kann die Gärung der Biomasse 3 noch weiter fortgeführt werden. Ebenfalls kann die Biomasse 3 hier im Gärrestelager 206 mit dem mindestens einen Rührwerk 203 bewegt werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer zweistufigen Biogasanlage 200, gemäß dem Stand der Technik. Im Gegensatz zur einstufigen Biogasanlage 200 (siehe Fig. 1 ) ist die zweistufige Biogasanlage 200 mit zwei Flydrolysebehältern 202 versehen. Mit der Fördereinrichtung 201 wird die Biomasse 3 im BATCFI-Verfahren zunächst in den einen Hydrolysebehälter 202 und danach in den anderen Hydrolysebehälter 202 überführt. Das BATCH-Verfahren bedeutet, dass z.B. bei der alternierenden Befüllung der Hydrolysebehälter 202 z.B. an einem Tag der eine Hydrolysebehälter 202 und am anderen Tag der andere Hydrolysebehälter 202 befüllt wird. Beide Hydrolysebehälter 202 können ebenfalls mit einem Rührwerk 203 versehen sein. Von dem Hydrolysebehälter 202 gelangt die Biomasse 3 in den Fermenterbehälter 204. Hier sind ebenfalls Rührwerke 203 vorgesehen. Nach
Abschluss der Fermentation beziehungsweise einem Nachlassen der Bildung von Biogas wird die Biomasse 3 aus dem Fermenterbehälter 204 in das Gärrestelager 206 übergeführt. Im Gärrestelager 206 kann möglicherweise noch eine weitere Produktion von Biogas erfolgen. Die Biomasse 3 im Gärrestelager 206 kann ebenfalls mit
Rührwerken 203 bewegt werden. Figur 3 und Figur 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Aufbaus der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage 100. Aus den Figuren 3 und 4 ist ersichtlich, dass die modulare Biogasanlage 100 aus einer Vielzahl von Modulen 1 besteht. Die Module 1 haben dabei alle die gleiche Größe. Die gleiche Größe ist von besonderem Vorteil, da dies den Transport und die Produktion der einzelnen Module erheblich erleichtert und damit Kosten senkt. Hinzu kommt, dass die Größengleichheit der Module 1 , der Stapelbarkeit bzw. Kombinierbarkeit ermöglicht. Ein Teil der Module 1 der modularen Bioanlage 100 ist als Tanks 10 ausgebildet. Ein weiteres Modul 1 der modularen Biogasanlage 100 kann als eine erste Einhausung 31 ausgebildet sein. Ebenso kann ein weiteres Modul 1 als eine zweite Einhausung 32 ausgebildet sein und ein noch weiteres Modul 1 kann als eine dritte Einhausung 33 ausgebildet sein. In den Einhausungen 31 , 32, 33 können Elemente zur Steuerung der modularen
Biogasanlage 100 sowie zur Gewinnung von Energie aus dem durch die modulare Biogasanlage 100 erzeugten Biogas untergebracht sein. Ein weiteres Modul 1 der modularen Biogasanlage 100 ist eine Transporteinhausung 34. In der
Transporteinhausung 34 kann für den Transport ein Gasspeicher 20 untergebracht sein. Für den Betrieb der modularen Biogasanlage 100 kann der flexible Gasspeicher 20 aus der Transporteinhausung 34 ausgerollt werden und kommt somit auf einer Aufstellfläche 4 für die modulare Biogasanlage 100 zum Liegen, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt.
Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen der modularen Biogasanlage 100 lediglich als Beispiele anzusehen sind und somit nicht die Erfindung beschränken. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Anzahl und die Anordnung der einzelnen Module 1 je nach Leistungsumfang der modularen Biogasanlage 100 geändert werden können.
Figur 5 zeigt eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform eines Moduls 1 , das als Tank 10 ausgebildet ist und bei der erfindungsgemäßen modularen
Biogasanlage 100 Verwendung findet. Bei der hier dargestellten Ausführungsform eines Tanks 10 besitzt dieser mehrere Stellelemente 25. Die Stellelemente 25 dienen im Wesentlichen zur stabilen und positionssicheren Aufstellung der Tanks 10 auf einer dafür vorgesehenen Aufstellfläche (nicht dargestellt). Die Stellelemente 25 definieren einen virtuellen, quaderförmigen Rahmen 12, der sechs Seitenflächen 14 definiert. Die Seitenflächen 14 des virtuellen, quaderförmigen Rahmens 12 bilden eine Einhüllende für den Tank 10. Innerhalb der Einhüllenden liegen alle für den Tank 10 möglichen bzw. erforderlichen Anschlüsse, die in den Figuren 7 bis 9 hinlänglich beschrieben sind.
Figur 6 zeigt eine Stirnansicht auf die Ausführungsform des Moduls 1 (Tank 10) nach Figur 5. Die Stellelemente 25 legen den virtuellen, quaderförmigen Rahmen 12 fest der sechs Seitenflächen 14 definiert. Auch die Stirnansicht zeigt, dass keiner der Anschlüsse des Tanks 10 die durch die Seitenflächen 14 definierte Einhüllende überragen.
Figur 7 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Moduls 1 , das ein Tank 10 für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage 100 ist. Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind die Stellelemente 25 für den Tank 10 an einem starren Rahmen 12 angebracht. Der Tank 10 ist von dem starren
Rahmen 12 umgeben. Der Rahmen 12 definiert sechs Seitenflächen 14, die wie beim virtuellen Rahmen 12 der Figuren 5 und 6 eine Einhüllende für den Tank 10 bilden.
Wie aus der Darstellung der Figur 5 hervorgeht, greifen keine Anschlüsse oder Anbauteile des Tanks 10 über die Seitenflächen 14 hinaus. Dies hat den Vorteil, dass keine vorgefertigten Anschlüsse beziehungsweise Anbauteile des Tanks 10 während des Transports beschädigt werden können. Der starre Rahmen 12 für die Tanks 10 ist quaderförmig und hat die gleiche Größe wie alle anderen Module 1 der modularen Biogasanlage 100. Bei der hier dargestellten Ausführungsform hat der starre Rahmen 12 untere Stellelemente 25 und obere Stellelemente 26 ausgebildet. Durch das Zusammenwirken der oberen Stellelemente 26 eines unteren Moduls 1 mit den unteren Stellelementen 25 eines oberen Moduls 1 können die Module 1 sicher gestapelt werden. Wie aus Figur 5 zu erkennen ist, ist ein Mannloch 17 im oberen Bereich des Tanks 10 an dessen Seite angebracht. Die hier gezeigte Position des Mannlochs 17 ist nicht zwingend. Je nach Bedarf kann das Mannloch 17 beliebig positioniert werden. Es ist selbstverständlich, dass das Mannloch 17 während des Betriebs der modularen Biogasanlage 100 mit einem Deckel (nicht dargestellt) verschlossen ist. An einem vorderen Ende 10V des Tanks 10 ist ein Flanschanschluss 18 für eine Gasleitung, ein Flanschanschluss 19 für eine Druckleitung, ein Flanschanschluss 8 für eine
Saugleitung und ein Flanschanschluss 9 für eine Gaseinblasung vorgesehen. Die hier beschriebenen Flanschanschlüsse 8, 9, 18 und 19 können je Bedarf und Funktion des Tanks 10 mit den entsprechenden Leitungen (nicht dargestellt) versehen werden. Die Flanschanschlüsse 8, 9, 18, 19 sind vorbereitet, so dass die Montage beim Aufstellen der modularen Biogasanlage 100 schnell und einfach von statten gehen kann. Die hier dargestellte Ausführungsform zeigt eine mögliche Anordnung der Anschlüsse. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hier dargestellte Anzahl und Anordnung der
Anschlüsse beschränkt. Ferner kann an dem vorderen Ende 10V des Tanks 10 ein Rohrstück 6 für ein Rührwerk vorgesehen sein. Falls notwendig, kann somit an dieser Stelle ein Rührwerk (nicht dargestellt) in den Tank 10 eingesetzt werden.
Am hinteren Ende 10H des Tanks 10 sind ein Schaufenster 16 und eine
Füllstandsonde 15 vorgesehen. Über die Füllstandsonde 15 kann die maximale Befüllung des Tanks 10 zensiert werden. Ebenso ist ein Flanschanschluss 13 für eine Einbringschnecke (nicht dargestellt) vorgesehen, mit der Biomasse 3 in den jeweiligen Tank 10 verbracht werden kann. Ferner ist noch ein Drucksensor 11 vorgesehen. Die Position und Anzahl der Erfindung der Sensorik ist lediglich ein Beispiel aus vielen Möglichkeiten und ist nicht als Beschränkung der Erfindung aufzufassen.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf das vordere Ende 10V des Tanks 10 nach Figur 5. Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass die Seitenflächen 14 des starren Rahmens 12 eine Einhüllende für den Tank 10 darstellen. Zusätzlich zu dem Flanschanschluss 18 für die Gasleitung, den Flanschanschluss 19 für die Druckleitung, dem Rohrstück 6 für das Rührwerk, dem Flanschanschluss 9 für die Gaseinblasung und dem
Flanschanschluss 8 für die Saugleitung ist zusätzlich eine Heizleitung 7 (mit Vor- und Rücklauf) vorgesehen. Wie bereits bei der Beschreibung zu den anderen Zeichnungen erwähnt, ist die hier beschriebene Anordnung der Anschlüsse lediglich beispielhaft und nicht als Beschränkung der Erfindung anzusehen. Über die
Heizleitung 7 kann somit das Innere des Tanks 10 beziehungsweise die darin befindliche Biomasse 3 auf das für den jeweiligen Prozess erforderliche
Temperaturintervall gebracht werden.
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf das hintere Ende 10H des Tanks 10. Hier sind das Schaufenster 16, die Füllstandsonde 15, der Flanschanschluss 13 für die
Einbringschnecke und der Drucksensor 11 zu erkennen.
Die in den Figuren 5 bis 9 beschriebene Ausführungsform eines Tanks 10 für die modulare Biogasanlage 100 soll nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Tanks 10 mit unterschiedlichen Anschlüssen für die Zu- und Ableitungen beziehungsweise
Sensoren und Sonden ausgestaltet werden können. Das in den Figuren 5 bis 7 beschriebene Ausführungsbeispiel ist lediglich als Beispiel zu verstehen und soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
Figur 10 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des Aufbaus einer modularen Biogasanlage 100. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist die modulare Biogasanlage 100 aus sieben Modulen 1 aufgebaut. Vier der Module 1 sind als Tanks 10 ausgebildet. Drei der Module 1 sind geschlossene Einhausungen 31 , 32, 33, die in Form von Standardcontainern (ISO-See-Container mit Standardmaß) ausgebildet sind. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf Standardcontainer beschränkt sein soll. Wie ebenfalls aus der Darstellung der Figur 10 ersichtlich ist, haben die Module 1 alle die gleiche Größe. Wie bereits in der obigen Beschreibung erwähnt, ist jeder der Tanks 10 in einem quaderförmigen Rahmen 12 untergebracht, wobei der Rahmen 12 die gleiche Größe hat wie die der Einhausungen 31 , 32 oder 33. Die hier dargestellte Ausführungsform der modularen Biogasanlage 100 ist für eine Leistung unter 100 kWh ausgelegt, was jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden darf. Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung des inneren Aufbaus einer Ausführungsform eines Moduls 1 der modularen Biogasanlage 100. Das hier dargestellte Modul 1 ist eine dritte Einhausung 33, die mindestens eine Pumpe 41 für die Biomasse 3 und mindestens eine Pumpe 42 für Kühlfluid/Heizfluid der
Heizeinrichtung 40 umfasst. Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind zwei Pumpen 41 für die Biomasse 3 und zwei Pumpen 42 für das Kühlfluid/Heizfluid vorgesehen. Hierzu ist jeweils eine der Pumpen 41 oder 42 als redundante Pumpe vorgesehen, die dann einspringt, wenn die aktuelle Pumpe 41 oder 42 ausfällt. Zu der Pumpe 41 für die Biomasse 3 führen Leitungen 45 von den Tanks 10. Nach der Pumpe 41 für die Biomasse 3 führen Leitungen 46 zu den Tanks. In den Leitungen 45 und 46 sind jeweils steuerbare Ventile 44 vorgesehen. Mit den steuerbaren Ventilen 44 ist es möglich, die Tanks 10 der modularen Biogasanlage 100 in beliebiger Art und Weise zu befüllen beziehungsweise zu entleeren. In der dritten Einhausung 33 ist ebenfalls die Heizeinrichtung 40 untergebracht. Die Heizeinrichtung 40 umfasst einen Wärmetauscher 43, der beispielsweise Kühlwasser von den Motoren der
Biogasanlage 100 empfängt und dieses als Kühlwasser wieder zu den Motoren zurückschickt. Über den Wärmetauscher 43 führen Heizleitungen 47 von den Tanks 10 zu der mindestens einen Pumpe 42 für das Heizfluid. Von der Pumpe 42 für das Heizfluid führen Heizleitungen 48 zu den Tanks 10. In den Heizleitungen 47 von den Tanks 10 und in den Heizleitungen 48 zu den Tanks 10 sind steuerbare Ventile 44 vorgesehen. Durch diese steuerbaren Ventile 44 kann in beliebiger und
bedarfsgerechter Weise die Heizleistung auf die ausgewählten Tanks 10 verteilt werden. Ebenso ist in der dritten Einhausung 33 eine Vielzahl von Messstellen 49 für die Prozessautomation vorgesehen. Die Informationen der Messstellen 49 gelangen an eine zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit 120, die in der zweiten Einhausung 32 vorgesehen ist. Ferner kann der dritten Einhausung 33 Zuluft für die Kühlung der Pumpen 41 beziehungsweise 42 zugeführt werden. Ebenso ist es möglich, Abluft aus der dritten Einhausung 33 abzuführen. Auch bei der Zuluft und der Abluft sind entsprechende Messstellen 49 vorgesehen. Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines weiteren Moduls 1 der erfindungsgemäßen modularen Biogasanlage 100. Das Modul 1 ist der flexible Gasspeicher 20. Über eine Vielzahl von Leitungen 53 wird das Biogas zum Gasspeicher 20 und vom Gasspeicher 20 zu den verschiedenen Verbrauchern transportiert. Der Transport des Biogases geschieht drucklos bzw. im
Niederdruckbereich. In der Leitung 53 zum Gasspeicher 20 wird das Biogas über einen Entfeuchter 51 geführt. Das Kondensat aus dem Entfeuchter 51 wird
aufgefangen und kann in die Fermenter zurückgeleitet werden. Ebenso kann auch Kondensat aus dem Gasspeicher 20 abgeführt werden. Die Leitung 53 vom
Gasspeicher 20 führt das Biogas zu Verbrauchern. An einer Weiche 54 kann das Biogas auf die verschiedenen Verbraucher, wie beispielsweise, jedoch ohne
Beschränkung der Erfindung, einem Ofen zum Kochen und auch an den Gasmotor (Blockheizkraftwerk), an eine Gasfackel 52 oder einen anderen Verbraucher (hier nicht dargestellt, wie z.B. Backofen, Herd, Boiler, Brenner oder Heizung usw., verteilt werden. Steuerbare Ventile 44 sind dabei in der Leitung für den Überdruck und in der Leitung 53 zur Gasfackel 52 vorgesehen. Ebenso ist eine Vielzahl von Messstellen 49 den Leitungen 53 und den steuerbaren Ventilen 44 zugeordnet. Mit den
entsprechenden Messstellen 49 kann beispielsweise die Zufuhr der Menge von Biogas in den Gasspeicher 20 ermittelt werden. Ebenfalls kann mit der
entsprechenden Messstelle 49 der Verbrauch von Biogas an der Gasfackel 52 bestimmt werden. Hinzu kommt, dass die Menge von Biogas mit den Messstellen 49 ermittelt wird, die zum Gasmotor geht oder die Menge von Biogas, die zu einem Verbraucher, wie beispielsweise zu einem Brenner oder einem Ofen für das Kochen geleitet wird. Ein entsprechender Eingriff von einer zentralen Steuerungs- und
Überwachungseinheit 120 (siehe Figuren 15 bis 17) in den Gaskreislauf ist somit möglich und ermöglicht parallel dazu auch eine Buchführung der Ströme des
Biogases.
Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines weiteren Moduls 1 , das Teil der modularen Biogasanlage 100 sein kann. Das Modul 1 ist hier ein Fütterer 35. Der Fütterer 35 umfasst einen Trichter 62, in dem die Biomasse, welche der modularen Biogasanlage 100 zugeführt werden soll, eingefüllt wird. Über eine Schnecke 63 wird die Biomasse zerkleinert dem Fütterer 35 Frischwasser zugeführt werden, so dass aus der dem Fütterer 63 zugeführten Biomasse eine gewisse Art Schlamm gebildet wird, der eine pumpbare Masse darstellt. . Dem
Fütterer (auch Fütterungsmodul genannt), hier nicht dargestellt, werden die
Futterstoffe und das Rezirkulat bzw. Wasser, Brauchwasser oder Regenwasser zugeführt. Dadurch wird das pumpfähige Substratgemisch erzeugt, welches dann dem Prozess in der modularen Biogasanlage 100 zugeführt wird. Die Zuführung von Frischwasser, Brauchwasser oder Regenwasser und die Zuführung von Rezirkulat wird mit entsprechenden Steuerventilen 44 geregelt. Dem Fütterer 35 kann eine Webcam 61 zugeordnet werden, die optional mit Bilderkennungssoftware ausgestattet sein kann, um Futterstoffe automatisch zu erkennen. Über die Webcam 61 ist es somit von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 (siehe Figuren 15 bis 17) her möglich zu sehen, welche Biomasse in den Fütterer 63 gelangt. Die Menge der dem Fütterer zugeführten Biomasse kann durch entsprechende Sensoren erfasst werden. Dies dient ebenfalls zur Überwachung und kann dadurch möglicherweise Störungen der modularen Biogasanlage 100 vermeiden. Dem Fütterer 35, der Zufuhr von Frischwasser und der Zufuhr von Re-Zirkulat, sowie der Abfuhr von Schlemmen zur Flydrolyse sind ebenfalls mehrere Messstellen 49 für die Prozessautomation zugeordnet. Diese Messstellen 49 ermöglichen einen gesteuerten und störungsfreien Betrieb des Fütterers 35 und somit auch der gesamten modularen Biogasanlage 100.
Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines weiteren Moduls 1 der modularen Biogasanlage 100. Das hier dargestellte Modul 1 ist ein Tank 10. Eine Heizung 39 für den Tank 10 ist mit einer Heizleitung 47 zum Tank 10 und mit einer Heizleitung 48 vom Tank 10 verbunden. Die Heizleitungen 47 und 48 sind mit der Pumpe 42 (siehe Fig. 11 für das Heizfluid kommunikativ verbunden. Im
Allgemeinen sind Heizleitungen 47 und 48 und der Wärmeübertrager
(Kühlfluid/Heizfluid) ist je Modul 1 definiert und wird mit einem steuerbaren Ventil und Temperatursensoren (beide nicht dargestellt) an das Heizsystem mit Pumpe 42 und die Heizungskontrolle angeschlossen. Dem Tank 10 können Futterschlämme für die Erzeugung von Biogas zugeführt werden. Ferner ist der Tank 10 mit der Leitung 45 zum Tank 10 und mit einer Leitung 46 vom Tank 10 verbunden. Über die Leitung 45 und 46 können dem Tank 10 Hydrolyseschlämme mittels der Pumpe 41 zu- beziehungsweise abgeführt werden, wobei sich die Pumpe 41 beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, in dem in Figur 12 dargestellten Tank 10 oder in einem anderen Tank 10 gemäß Figur 9 befinden kann. Das im Tank 10 gebildete Biogas kann drucklos bzw. mit Niederdruck entnommen werden und dem
Gasspeicher 20 (hier nicht dargestellt) zugeführt werden. Der Gasspeicher 20 kann sich beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, in dem in Figur 12 dargestellten Tank 10 oder in einem anderen Tank 10 gemäß Fig. 10 befinden.
Ebenso ist auch hier eine Vielzahl von Messstellen 49 vorgesehen, die den Transport der Schlämme, des Heizfluids, des Biogases, usw. überwachen und entsprechend melden.
Figur 15 zeigt schematisch die kommunikative Verbindung mehrerer modularer Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N mit einer zentralen Steuerungs- und
Überwachungseinheit 120. Jede der modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N kommuniziert über zugeordnete Kommunikationsverbindungen 1011 , 1012, . . . , 101 N mit einer Cloud 1 10. Die Cloud 1 10 kommuniziert über Kommunikationsverbindungen 102i, 1022, ... , 102N mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120. Die Kommunikationsverbindungen 102i, 1022, ... , 102N zwischen der Cloud 1 10 und der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 sind entsprechend den zu überwachenden modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N zugeordnet. Von der Cloud 1 10 können die von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 generierten Steuersignale, Befehle, Warnungen, etc. über die
Kommunikationsverbindungen 1011 , 1012, 1 01 N an die einzelnen modularen
Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N weitergeleitet werden. Die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 ist auch dazu vorgesehen, dass die einzelnen modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N individuell und automatisiert von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 betrieben werden. Die schematische Darstellung der Figur 15 zeigt einen Typ von modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N, die über die Cloud 1 10 mit der zentralen Steuerungs- und Kommunikationseinheit 120 verbunden sind. Dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufzufassen. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass unterschiedliche Typen und Ausführungsformen der modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, 1 00N, über die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 betrieben und überwacht werden können. Sollte die Kommunikation mit der übergeordneten zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 nicht zustande kommen, kann die Lokale Steuerung 103 die jeweilige modulare Biogasanlage 100i, I OO2, 100N auch weiter betreiben. Nach einer zu definierenden Zeit werden Betreiber und
Verantwortliche über SCADA und Visualisierung sowie Kommunikationsmittel informiert, dass ein Problem mit der Kommunikation zu der übergeordneten zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 vorliegt.
In Figur 16 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems, wie die einzelnen modularen Biogasanlagen 100i,
I OO2, ... , 1 00N mit einer zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 kommunizieren. Bei dieser Ausführungsform ist jedes der Module 1 mit einer intelligenten Kopfstation 105 versehen. Jede intelligente Kopfstation 105 kann Daten des jeweiligen Moduls 1 erfassen, kann zumindest teilweise das jeweilige Modul 1 steuern und ist mit der Cloud 110 kommunikativ verbunden. Die die Steuerung 103 für die Module 1 der modularen Biogasanlagen 100i , 10O2, ... , 100N ist in der Cloud 110 realisiert. Von der Cloud 110 und der Steuerung 103 können die von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 generierten Steuersignale, Befehle, Warnungen, etc. über die Kommunikationsverbindungen 1011, 1012, ... , 101 N an die einzelnen intelligenten Kopfstationen 105 der einzelnen Module 1 der modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N weitergeleitet werden. Die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 ist auch dazu vorgesehen, dass die einzelnen modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N individuell und automatisiert von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 betrieben werden. Die
Darstellung der modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N mit vier Tanks 10 dient lediglich der Beschreibung und ist nicht als Beschränkung der Erfindung aufzufassen. Erfindungsgemäß können über die zentrale Steuerungs- und Kommunikationseinheit 120 eine Vielzahl von Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N. Figur 17 zeigt eine schematische Darstellung der Kommunikation der einzelnen modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, 1 00N mit der Cloud 1 10 und der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120. Jede der modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, 1 00N liefert Daten und Parameter an die jeweils ihr zugeordnete lokale Steuer- und Datenerfassungseinheit 104. Mit der jeweiligen Steuer- und
Datenerfassungseinheit 104 ist eine jeweilige Kommunikationseinrichtung 106 verbunden. Über eine Firewall 107 und das Internet 109 kommuniziert die jeweilige Kommunikationseinrichtung 106 mit der Cloud 1 10. Die Cloud 1 10 selbst
kommuniziert dann mit der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120. Von der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit 120 gelangen Anweisungen, Befehle, Meldungen, usw. über die Cloud 1 10 und das Internet 109 und die Firewall 107 zu den modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N. Ebenso ist jeder der modularen Biogasanlagen 100i, I OO2, ... , 1 00N jeweils mindestens eine
Benutzerschnittstelle 108 zugeordnet. Die Benutzerschnittstellen 108 können beispielsweise über ein W-LAN die von der zentralen Steuerungs- und
Überwachungseinheit 120 generierten Meldungen und/oder Warnungen empfangen. Über die Benutzerschnittstellen 108 können diese dem Betreiber der lokalen
Biogasanlagen 100 angezeigt werden. Der Betreiber wird damit zentral darauf hingewiesen, ob in der jeweiligen lokalen Biogasanlage 100 ein Fehler auftritt, der beispielsweise einen aktuellen Eingriff des Betreibers selbst erfordert. Ebenso ist es möglich, dass der Betreiber bereits vorab über möglicherweise anstehende
Reparaturen oder den Austausch von Komponenten der modularen Biogasanlage 100 informiert wird.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass ebenso Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Bezugszeichenliste
I Modul
3 Biomasse
4 Aufstellfläche
6 Rohrstück für Rührwerk
7 Heizleitung (Vor- und Rücklauf)
8 Flanschanschluss für Saugleitung
9 Flanschanschluss für Gaseinblasung
10 Tank
10H hinteres Ende des Tanks
10V vorderes Ende des Tanks
I I Drucksensor
12 virtueller Rahmen, starrer Rahmen
13 Flanschanschluss für Einbringschnecke
14 Seitenflächen
15 Füllstandsonde
16 Schaufenster
17 Mannloch
18 Flanschanschluss für Gasleitung
19 Flanschanschluss für Druckleitung
20 Gasspeicher
25 Stellelement, unteres Stellelement
26 oberes Stellelement
31 erste Einhausung
32 zweite Einhausung
33 dritte Einhausung
34 Transporteinhausung
35 Fütterer
39 Heizung
40 Heizeinrichtung 41 Pumpe für Biomasse / Aktor
42 Pumpe für Heizfluid / Aktor
43 Wärmetauscher
44 steuerbare Ventile / Aktor
45 Leitungen von Tanks
46 Leitungen zu Tanks
47 Heizleitung von Tanks
48 Heizleitung zu Tanks
49 Messstelle für Prozessautomation
51 Entfeuchter
52 Gasfackel
53 Leitungen
54 Weiche
61 Webcam
62 Trichter
63 Schnecke
100 modulare Biogasanlage
100i, 10O2, ... , 1 00N modulare Biogasanlage 1011 , 1012, , 1 01 N Kommunikationsverbindung
102i, 1022, ... , 1 02N Kommunikationsverbindung
103 Steuerung
104 Datenerfassungseinheit
105 intelligente Kopfstation
106 Kommunikationseinrichtung
107 Firewall
108 Benutzerschnittstelle
109 Internet
110 Cloud
120 zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit
200 Biogasanlage
201 Fördereinrichtung Hydrolysebehälter Rührwerk
Fermenterbehälter Gärrestelager

Claims

Patentansprüche
1. Modulare Biogasanlage (100) umfassend
eine Vielzahl von Tanks (10) zur Aufnahme von Biomasse (3), wobei die Tanks (10) fluide miteinander verbindbar sind, und
mindestens einen Gasspeicher (20) für das in der modularen Biogasanlage (100) erzeugte Biogas,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeder der Tanks (10) ein Modul (1 ) der modularen Biogasanlage (100) ist und mehrere Stellelemente (25) umfasst, die derart an jedem der Tanks (10) vorgesehen sind, dass sie einen quaderförmigen Rahmen (12) definieren, der sechs
Seitenflächen (14) definiert und die Seitenflächen (14) des quaderförmigen Rahmens (12) eine Einhüllende für den Tank (10) bilden.
2. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 1 , wobei die mehreren
Stellelemente an einem starren quaderförmigen Rahmen (12) angebracht sind, wobei die sechs Seitenflächen (14) des starren, quaderförmigen Rahmens (12) die
Einhüllende für den Tank (10) definieren.
3. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 1 , wobei die Module (1 ) der modularen Biogasanlage (100) ferner mindestens zwei schließbare Einhausungen (31 , 32, 33), umfassen, wobei jede der schließbaren Einhausungen (31 , 32, 33) die Größe des quaderförmigen Rahmens (12) aufweist, und wobei jede der schließbaren Einhausungen (31 , 32, 33) an mindestens einer Seitenfläche (14) zugänglich ausgebildet ist und die restlichen Seitenflächen (14) des Rahmens (12) mit einer Verkleidung versehen sind.
4. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 3 umfassend
eine erste Einhausung (31 ), die ein Blockheizkraftwerk enthält, das das in der modularen Biogasanlage (100) erzeugte Biogas als Energieträger verwendet, und eine zweite Einhausung (32), die eine Steuerungselektronik für die gesamte modulare Biogasanlage (100), mindestens eine Pumpe (41 ), die den gesteuerten Transport der Biomasse (3) innerhalb der modularen Biogasanlage (100)
bewerkstelligt, und mindestens eine Heizeinrichtung (40), die zur gesteuerten
Temperatureinstellung mit den Tanks (10) verbindbar ist, enthält.
5. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 3 umfassend
eine erste Einhausung (31 ), die ein Blockheizkraftwerk enthält, das das in der modularen Biogasanlage (100) erzeugte Biogas als Energieträger verwendet,
eine zweite Einhausung (32), die eine Steuerungselektronik für die gesamte modulare Biogasanlage (100) enthält, und
eine dritte Einhausung (33), die mindestens eine Pumpe (41 ), die den
Transport der Biomasse (3) innerhalb der modularen Biogasanlage (100)
bewerkstelligt, und mindestens eine Heizeinrichtung (40), die zur gesteuerten
Temperatureinstellung mit den Tanks (10) verbindbar ist, enthält.
6. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 4 oder , wobei die mindestens eine Pumpe (41 ) über ein Leitungssystem mit den Tanks (10) verbunden ist und jedem der Tanks (10) ein Steuer- und regelbares Ventil (Y) zugeordnet ist, und wobei die Heizeinrichtung (40) über ein Leitungssystem verfügt, das zu den Tanks (10) führt, wobei jedem Tank (10) ein Steuer- und regelbares Ventil (Y) zugeordnet ist, um die Einstellung eines erforderlichen Temperaturbereichs der Biomasse (3) in den Tanks (10) zu erzielen.
7. Modulare Biogasanlage (100) einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tanks (10) Hydrolysetanks und Fermentertanks umfassen, wobei jeder der Tanks (10) einen Anschluss für die Zu- und Abfuhr von Biomasse, einen Anschluss für eine Zufuhr von Biogas und einen Anschluss für eine Abfuhr von Biogas ausgebildet hat.
8. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 7, wobei mindestens zwei Hydrolysetanks vorgesehen sind.
9. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 1 , wobei ein Gärrestelager vorgesehen ist, das vergorene Reste aus den Tanks (10) der modularen
Biogasanlage (100) aufnimmt.
10. Modulare Biogasanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein druckloser Gasspeicher (20) vorgesehen ist, der zumindest zur Aufnahme von Biogas aus der modularen Biogasanlage (100), zur Abgabe von Biogas an das Blockheizkraftwerk und zur Rückführung von Biogas in die Tanks (10) ausgebildet ist.
11. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 10, wobei der drucklose
Gasspeicher (20) aus einem flexiblen Material ist und ein Ende definiert, das mit einer Verkleidung einer Transporteinhausung (34) des Gasspeichers (20) verbunden ist.
12. Modulare Biogasanlage (100) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei das
Gärrestelager mit dem Gasspeicher (20) zur Zufuhr von Biogas aus dem
Gärrestelager in den Gasspeicher (20) verbunden ist.
13. Verfahren zum Betreiben einer modularen Biogasanlage (100), die zumindest eine Vielzahl an Tanks (10) zur Aufnahme von Biomasse (3) umfasst, wobei mindestens zwei der Tanks (10) Hydrolysetanks sind und mindestens ein weiterer Tank (10) ein Fermentertank ist, und mindestens einen Gasspeicher (20) für das in der modularen Biogasanlage (100) erzeugte Biogas umfasst, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
batchweises Befüllen der Hydrolysetanks mit Biomasse (3), wobei in den Hydrolysetanks ein erster Temperaturbereich und ein erster pH- Bereich vorherrscht; dass in dem mindestens einen Fermentertank die Produktion von Biogas aus der Biomasse (3) aus den Hydrolysetanks erfolgt, wobei in dem mindestens einen Fermentertank ein zweiter Temperaturbereich °C und ein zweiter pH-Bereich vorherrscht; und dass eine Produktionsrate des Biogases kontinuierlich überwacht wird und wenn in einen der Fermentertanks die Produktionsrate unter einen vordefinierten Wert fällt, wird Biomasse (3) aus einem der Hydrolysetanks nachgeliefert, bis die
Produktionsrate wieder über dem vordefinierten Wert liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei zumindest den Hydrolysetanks und den Fermentertanks steuerbare Ventile zugeordnet sind und die Hydrolysetanks und die Fermentertanks derart über Leitungen mit mindestens einer Pumpe verbunden sind, dass die Hydrolysetanks und/oder die Fermentertanks in beliebiger Kombination derart verschaltet werden, dass Biomasse (3) den Hydrolysetanks und/oder den Fermentertanks wahlweise zugeführt beziehungsweise aus diesen wahlweise abgeführt werden kann.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Hydrolysetanks und die
Fermentertanks jeweils mit einem Zu- und Ablauf für Heizfluid versehen sind und wobei in jedem Zu- und Ablauf jeweils ein steuerbares Ventil vorgesehen ist, so dass mit mindestens einer Heizfluidpumpe bedarfsgerecht den Hydrolysetanks und/oder Fermentertanks das Heizfluid gesteuert zugeführt werden kann.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei mindestens ein
Gärrestelager vorgesehen ist, dem ein steuerbares Ventil in einer Leitung zum
Gärrestelager zugeordnet, so dass gesteuert aus mindestens einem der
Fermentertanks dem Gärrestelager Biomasse (3) zugeführt werden kann.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei dem Gasspeicher (20) zumindest Biogas aus dem mindestens einen Fermentertank drucklos zugeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei Biogas gesteuert zur Energieerzeugung aus dem Gassppeicher (20) entnommen und einem Blockheizkraftwerk, das in einem Modul (1 ) der modularen Biogasanlage (100) vorgesehen ist, zugeführt wird, oder wobei Biogas aus dem Gasspeicher (20) mit einem Kompressor verdichtet wird und das verdichtete Biogas gesteuert zumindest in einem mit Biomasse (3) gefüllten Fermentertank eingeblasen wird.
19. System zur computergestützten, dezentralen Überwachung und Steuerung mindestens einer modularen Biogasanlage (100) gekennzeichnet durch:
mehrere modulare Biogasanlagen (100i, I OO2, ... , 100N), wobei jede der modularen Biogasanlagen (100i, I OO2, ... , 1 00N) aus mehreren einzelnen und beweglichen Modulen (1 ) besteht und jedem der Module (1 ) ist mindestens ein Aktor (41 , 42, 44) und/oder mindestens ein Sensor und/oder mindestens eine Messstelle (49) zugeordnet, die mit mindestens einer Datenerfassungseinheit (104) kommunikativ verbunden sind;
eine Kommunikationseinrichtung (106), die jeder der modularen Biogasanlagen (100i, 10O2, ... , 1 00N) zugeordnet ist und Daten der Datenerfassungseinheit (104) an eine Cloud (110) liefert beziehungsweise Daten von der Cloud (110) empfängt;
eine zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit (120), die kommunikativ mit der Cloud (110) verbunden ist, um zentralisiert die modularen Biogasanlagen (100i, 1002, ... , 100N) zu überwachen und automatisiert zu steuern; und
eine Benutzerschnittstelle (108) ist jeder der modularen Biogasanlagen (100i,
10O2, ... , 100N) zugeordnet, an die von der zentralen Steuerungs- und
Überwachungseinheit (120) Meldungen oder Warnungen übermittelbar sind.
20. System nach Anspruch 19, wobei die Datenerfassungseinheit (104) mit mindestens einer Steuerung (103) kommunikativ verbunden ist und die Steuerung (103) ist kommunikativ mit der Cloud (110) verbunden.
21. System nach Anspruch 19, wobei jedes der Module (1 ) mit einer intelligenten Kopfstation (105) versehen ist und jede intelligente Kopfstation (105) Daten des jeweiligen Moduls (1 ) erfasst, zumindest teilweise das jeweilige Modul (1 ) steuert und mit der Cloud (110) kommunikativ verbunden ist, und wobei die Steuerung (103) für die Module (1 ) in der Cloud (110) realisiert ist.
22. System nach einem der Ansprüche 19 - 21 , wobei die mehreren Module (1 ) der modularen Biogasanlagen (100i, I OO2, ... , 1 00N) mindestens zwei Hydrolysetanks, mehrere Fermentertanks, mindestens einen drucklosen Gasspeicher (20) und mehrere Einhausungen (31 , 32, 33) umfassen.
23. System nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei eine erste Einhausung (31 ) ein Blockheizkraftwerk enthält, das über die zentrale Steuerungs- und
Überwachungseinheit (120) betreibbar ist, um somit das in den modularen
Biogasanlagen (100i, I OO2, ... , 1 00N) erzeugte Biogas als Energieträger zu verwenden.
24. System nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei eine dritte Einhausung (33) mindestens eine Pumpe (41 ) enthält, die gesteuert über die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit (120) in Verbindung mit der Steuerung (103) den Transport der Biomasse (3) innerhalb der modularen Biogasanlagen (100i, I OO2, ... , 1 00N) bewerkstelligt, und mindestens eine Heizeinrichtung (40) enthält, die gesteuert über die zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit (120) in Verbindung mit der Steuerung (103) die Temperatur in den Tanks (10) der modularen Biogasanlagen (100i, 1002, ... , 100N) zumindest innerhalb eines vorgegebenen Intervalls hält.
25. System nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei Parameter der mehreren modularen Biogasanlagen (100i, I OO2, ... , 1 00N) in der zentralen Steuerungs- und Überwachungseinheit (120) verglichen werden, und wobei daraus
Optimierungskriterien für eine Verarbeitung und Umsetzung der Biomasse (3) in den modularen Biogasanlagen (100i, I OO2, ... , 1 00N) des Systems gewonnen werden.
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