BHKW für Biogas: Technik, Wirkungsgrad, richtige Größe

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) für Biogas ist ein Verbrennungsmotor mit angekoppeltem Generator, der aus Biogas gleichzeitig Strom und nutzbare Wärme erzeugt. Heute wird fast ausschließlich der Gas-Otto-Motor eingesetzt. Je nach Größe erreichen Biogas-BHKW elektrische Wirkungsgrade von rund 35 bis 43 Prozent und thermische Wirkungsgrade von rund 40 bis 50 Prozent. Die passende Größe richtet sich nach der verfügbaren Gasmenge, der angestrebten Bemessungsleistung und danach, ob die Anlage durchgehend oder flexibel nach Strompreisen laufen soll.

Aufbau eines Biogas-BHKW

Ein Biogas-BHKW besteht aus dem Gasmotor, dem Generator, den Wärmetauschern für Kühlwasser und Abgas, der Gasregelstrecke, der Steuerung und meist einem Schallschutzcontainer. Vor dem Motor muss das Biogas aufbereitet werden: Es wird gekühlt und getrocknet, damit Kondensat abgeschieden wird, und entschwefelt, weil Schwefelwasserstoff Motor und Öl angreift. Häufig kommt zusätzlich ein Aktivkohlefilter zum Einsatz.

Die Wärme fällt auf zwei Temperaturniveaus an: Motorkühlwasser um etwa 80 bis 90 Grad Celsius und heißes Abgas, das über einen Abgaswärmetauscher genutzt werden kann. Ein Teil dieser Wärme wird für die Beheizung des Fermenters gebraucht, der Rest steht für Stall, Wohnhaus, Trocknung oder ein Nahwärmenetz zur Verfügung. Wie Sie die Wärme sinnvoll verwerten, beschreibt der Ratgeber zur Wärmenutzung.

Gas-Otto oder Zündstrahl?

Zündstrahlmotoren waren in den Anfangsjahren der Hofbiogasanlagen verbreitet, weil sie aus robusten Dieselmotoren abgeleitet sind und gerade bei kleinen Leistungen gute Wirkungsgrade erreichten. Die Pflicht, einen zweiten Brennstoff zu beschaffen und zu lagern, höhere Anforderungen an die Abgaswerte und kürzere Wartungsintervalle haben dazu geführt, dass Neuanlagen heute fast immer mit Gas-Otto-Motoren ausgerüstet werden. Für Betreiber älterer Anlagen kann der Tausch eines Zündstrahlers gegen einen Gas-Otto-Motor bei einer anstehenden Generalüberholung eine Option sein.

Wirkungsgrade und Volllaststunden

Der elektrische Wirkungsgrad ist die wichtigste Kennzahl, weil Strom der wertvollere Teil der Energie ist. Er steigt mit der Motorgröße: Kleine BHKW im Bereich bis 100 Kilowatt liegen eher am unteren Ende der Bandbreite, Motoren im Megawattbereich am oberen. Zusammen mit der Wärme lassen sich Gesamtwirkungsgrade von rund 80 bis 90 Prozent erreichen, sofern die Wärme tatsächlich genutzt wird.

Ein Rechenbeispiel für eine Gülle-Kleinanlage: Die Anlage erzeugt im Jahr 300.000 Kubikmeter Biogas mit 55 Prozent Methan, also 165.000 Kubikmeter Methan. Bei rund 10 Kilowattstunden je Kubikmeter Methan sind das etwa 1,65 Millionen Kilowattstunden Brennstoffenergie. Mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 38 Prozent entstehen daraus rund 627.000 Kilowattstunden Strom. Geteilt durch die 8.760 Stunden des Jahres ergibt das eine Bemessungsleistung von gut 70 Kilowatt. Gleichzeitig fallen bei 45 Prozent thermischem Wirkungsgrad rund 740.000 Kilowattstunden Wärme an. Für eigene Zahlen nutzen Sie den Biogas-Rechner.

Im Grundlastbetrieb sind rund 7.500 bis 8.300 Volllaststunden pro Jahr üblich. Jede Stunde Stillstand bedeutet nicht verwertetes Gas, das im Gasspeicher gepuffert oder im Notfall über die Fackel verbrannt werden muss. Eine hohe Verfügbarkeit des BHKW ist deshalb für die Wirtschaftlichkeit wichtiger als ein Prozentpunkt mehr Wirkungsgrad.

Zur Absicherung gehören ein ausreichend großer Gasspeicher, der kurze Stillstände überbrückt, und eine Notfackel, die überschüssiges Gas sicher verbrennt, wenn das BHKW länger ausfällt. Abgefackeltes Gas bringt keinen Erlös, ist aber deutlich besser als Methan, das unverbrannt entweicht. Wer sich für zwei Aggregate oder für einen Servicevertrag mit kurzer Reaktionszeit entscheidet, senkt das Risiko langer Ausfälle.

Die richtige BHKW-Größe

Bei der Größenwahl unterscheiden Sie zwei Werte. Die installierte Leistung ist die elektrische Nennleistung des BHKW. Die Bemessungsleistung ist die im Jahr tatsächlich erzeugte Strommenge geteilt durch die Stunden des Kalenderjahres. Bei der Gülle-Kleinanlage richtet sich die Vergütung nach der Bemessungsleistung, während die installierte Leistung am Standort insgesamt 150 Kilowatt nicht überschreiten darf. Einzelheiten dazu finden Sie im Ratgeber zur EEG-Vergütung.

Für die Auslegung haben sich folgende Fragen bewährt:

1. Wie viel Gas steht sicher zur Verfügung? Grundlage ist eine realistische Substratplanung, nicht der Bestwert aus dem Prospekt.
2. Grundlast oder Flexibilität? Für den Dauerbetrieb wird das BHKW etwas größer als die Bemessungsleistung gewählt, um Wartungsstunden auszugleichen. Für flexiblen Betrieb kann die installierte Leistung deutlich darüber liegen.
3. Ein oder zwei Aggregate? Zwei kleinere BHKW erhöhen die Verfügbarkeit, weil bei Wartung eines Motors der andere weiterläuft. Dafür steigen Investition und Wartungsaufwand.
4. Teillastverhalten: Ein BHKW, das dauerhaft deutlich unter Nennlast läuft, verliert Wirkungsgrad und verschleißt schneller.
5. Wärmekonzept: Die Wärmeauskopplung sollte zum Bedarf auf dem Hof oder im Wärmenetz passen.

Flexibilisierung: mehr Leistung, weniger Stunden

Bei der Flexibilisierung erzeugt die Anlage Strom gezielt dann, wenn die Börsenpreise hoch sind, und speichert das Gas in den übrigen Stunden. Dafür braucht sie mehr installierte BHKW-Leistung, größere Gasspeicher, oft einen Wärmespeicher und eine Steuerung, die Fahrpläne umsetzt. Das EEG fördert diese Mehrleistung mit dem Flexibilitätszuschlag nach § 50a EEG, der nach aktuellem Gesetzestext 100 Euro je Kilowatt installierter Leistung und Jahr beträgt. Er gilt für Biogasanlagen mit mehr als 100 Kilowatt installierter Leistung, deren anzulegender Wert gesetzlich bestimmt ist, sowie für Anlagen aus Ausschreibungen. Bestehende Anlagen können unter Umständen die Flexibilitätsprämie nach § 50b EEG erhalten.

Für Gülle-Kleinanlagen ist die Flexibilisierung meist zweitrangig. Der Schwerpunkt liegt hier auf einem zuverlässigen Dauerbetrieb und einer guten Wärmenutzung. Bei größeren Anlagen und bei Anlagen, die über eine Anschlussperspektive nach dem Ende der ersten EEG-Vergütung nachdenken, ist die Flexibilisierung dagegen oft der zentrale Hebel.

Betrieb, Wartung und Anbieter

Ein BHKW ist das Bauteil der Biogasanlage mit dem höchsten Wartungsaufwand. Ölwechsel, Zündkerzen, Ventilspiel und in größeren Abständen eine Generalüberholung gehören zum Alltag. Viele Betreiber schließen deshalb einen Wartungsvertrag mit dem Hersteller oder einem Servicebetrieb ab. Was dabei zu beachten ist, erklärt der Ratgeber zur Wartung der Biogasanlage. Fachbetriebe für Lieferung, Service und Instandhaltung von BHKW finden Sie in der Kategorie Service und Wartung.

Achten Sie beim Kauf darauf, dass Ersatzteile und Servicetechniker in Ihrer Region verfügbar sind. Ein günstiger Motor nützt wenig, wenn er bei einem Defekt tagelang auf ein Ersatzteil wartet. Fragen Sie außerdem nach Referenzen mit Biogas, denn Schwefel, Feuchtigkeit und schwankende Methangehalte stellen höhere Anforderungen an den Motor als Erdgas.