Technical and economical analysis of concepts for using the heat of biogas plants in rural areas

Die Biogasproduktion hat sich in Deutschland seit Einführung des Erneuerbare Energien Gesetzes in der Landwirtschaft zu einem eigenen Betriebszweig entwickelt. Etwa 90 % der Biogasanlagen verstromen das Biogas derzeit in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, deren thermische Wirkungsgrade zumeist über 50 Prozent erreichen. Aufgrund des meist dezentralen Standortes der Biogasanlagen im ländlichen Raum stehen Wärmesenken mit einem kontinuierlichen Wärmebedarf im Jahresverlauf nur selten zur Verfügung. Die vorliegende Untersuchung greift die Fragestellung auf, wie die bei der Biogasproduktion entstehende Abwärme einerseits energieeffizient, andererseits wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Als Bedingungen werden eine ganzjährige Nutzung der Abwärme, ein positives wirtschaftliches Ergebnis des Abwärmekonzeptes ohne Berücksichtigung des KWK-Bonus sowie die Generierung der Wertschöpfung im landwirtschaftlichen Betrieb festgesetzt. Als Abwärmekonzepte werden für sich und in Kombination untereinander der beheizte Spargelanbau im Freiland, die Trocknung unterschiedlicher Güter im Bandtrockner, die Produktion von afrikanischem Wels in Aquakultur, die Geflügelmast sowie die Produktion von Tomaten im Folientunnel untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Abwärme von Biogasanlagen im landwirtschaftlichen Betrieb sowohl energieeffizient als auch wirtschaftlich eingesetzt werden kann. In der Regel können jedoch die drei vorgenannten Bedingungen bei der Umsetzung lediglich eines Abwärmekonzeptes nicht erfüllt werden, so dass eine Kombination unterschiedlicher sich ergänzender Abwärmekonzepte erforderlich ist. Von den hier untersuchten Abwärmekonzepten stellt die Geflügelmast in Kombination mit der Trocknung unterschiedlicher Güter im Bandtrockner das vorteilhafteste Konzept dar. Während sich die Geflügelmast insbesondere in den Wintermonaten durch einen hohen Wärmebedarf auszeichnet, bietet der Bandtrockner die Möglichkeit flexibel bei vorhandener Abwärme eingesetzt werden zu können. Unter Berücksichtigung des erzielbaren wirtschaftlichen Ergebnisses der Abwärmekonzepte und der Steigerung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage sollten Biogasanlagenbetreiber alle Möglichkeiten in Erwägung ziehen, um betriebsindividuelle Konzepte für die Nutzung ihrer Abwärme zu entwickeln.Since the implementation of the EEG in Germany the biogas production becomes an independent branch of industry in the agriculture. At this time more than 90 percent of the biogas plants work with co-generation plant for heat and power with a thermal engine efficiencies of more than 50 percent. Because of the location in the rural area heat costumers with a continuous demand of heat over the whole year are rare. This research had a closer look how to use the heat of biogas production efficiently and also generating profit. The aim of the study was to use heat over the whole year, a profitable heat concept without counting the KWK-bonus and an added value on the farm. During the study the following concepts were analyzed: asparagus production using soil heating, drying equipment for different products, the production of fish in aquaculture, the poultry production and the heated production of tomatoes. The results showed different concepts using heat of biogas plants as efficient for farmers. However with only one concept the aims – to use the heat over the whole year, generating a profitable heat concept without counting the KWK-bonus, add an value on the farm - mostly can not be achieved. The combination of different heat concepts is necessary. In this analysis the poultry production in combination with the dryer can be considered as the most efficient concept. Bearing in mind the benefit which can be generated with a heat concept as well as the higher income and the higher technical efficiency of biogas plants operators should implement an individual concept for their heat