Es gibt zahlreiche Ansätze,  wie man die Energieversorgung künftig sicher stellen kann. Fast alle Modelle haben jedoch eine Sache gemeinsam: Sie setzen auf dezentrale Energiegewinnung. Die Kunst wird darin bestehen, diese vielen Einzelkomponenten sinnvoll zu verbinden, zu steuern und zu regeln.

Die Energieversorgung muss sich künftig gravierend ändern. Nicht nur die CO² Emissionen und ihre Auswirkungen auf das Klima machen ein Umdenken erforderlich.

Auch die rasant wachsende Weltbevölkerung und die Endlichkeit fossiler Brennstoffe  lassen nicht zu, dass wir weiter machen wie bisher. Regenerative Energien könnten unsere Probleme lösen. Viele Technologien in diesem Bereich sind längst marktreif und praktisch erprobt. Viele kleine und kleinste Anlagen werden dann die großen Kraftwerke, die wir heute haben, weitgehend ersetzen. Wasser, Sonne, Wind oder nachwachsende Rohstoffe werden jeweils dort genutzt, wo es sinnvoll ist – und das kann manchmal ein sehr abgelegener Standort sein.

Eine wichtige Rolle wird in landwirtschaftlich geprägten Regionen dem Biogas zukommen. Diese Art der Energiegewinnung nutzt die  hier anfallenden Stoffe, etwa Gülle und Pflanzenreste,  und auch die entstehenden  Reststoffe können als Dünger wieder in den landwirtschaftlichen Produktionskreislauf eingebracht  werden.

Ein ganz großer Vorteil von Biogas: Die Energiegewinnung  erfolgt hier im Gegensatz zu Windrädern  oder Photovoltaikanlagen kontinuierlich und ist damit grundlastfähig. Kein Wunder, dass Biogasanlagen sich einer immer größeren Beliebtheit erfreuen. Dabei gibt es ganz  unterschiedliche Anlagentypen und Größenordnungen:  Das Spektrum des Herstellers BD AgroRenewables aus Vechta-Calveslage beispielsweise, reicht von landwirtschaftlichen Einzelanlagen mit 190 kW bis zum Fünf-MW-Industrie-Projekt.

Damit per Traktor regelmäßig  die erforderlichen Ausgangsmaterialien angeliefert werden können, ohne dabei jemanden durch den Motorenlärm oder Geruchsentwicklung zu stören,  werden Biogasanlagen  in der Regel auf dem freien Feld errichtet – häufig gibt es hier weder Telefon- noch Datenleitungen.

Um alle Parameter trotzdem sicher zu überwachen und die Option für anlagenübergreifendes Energiemanagement zu haben, setzten Anlagenerrichter auf flexible Fernwartungssysteme. Diese Komponenten können  mehrere Wege für die Vernetzung nutzen – von analogem Telefonanschluss bis Mobilfunk ist alles möglich. So bleiben selbst die abgeschiedensten Anlagen keine Inseln, sondern können bei Bedarf leistungsfähige Teile eines großen Netzwerks werden.

In Großenkneten unweit von Bremen entsteht derzeit eine Biogasanlage der Firma BD AgroRenewables im Auftrag von Landwirt Eike Bruns, der hier künftig Gülle und Maissilage, die auf seinem Hof anfallen, zur Energiegewinnung nutzen kann. Während die Ausgangsstoffe, Substrat genannt, in einem großen Fermenter von Bakterien zersetzt werden, entsteht Methangas. Dieses Gas wird in einem Blockheizkraftwerk, das ebenfalls zur Anlage gehört, verbrannt. Die entstehende  Abwärme  wird teilweise zum Heizen des Fermenters verwendet und  auch auf dem Hof genutzt. Der erzeugte Strom gelangt ins öffentliche Netz. Die vergorenen Reste, in denen die Spurenelemente,  Stickstoff und Phosphor weitgehend erhalten bleiben   werden zunächst in einem weiteren, großen Behälter zwischengelagert und dann wieder als Dünger auf die Felder gebracht. Dieser Dünger ist weniger aggressiv als Rohgülle – außerdem ist er weniger geruchsintensiv.

Was so einfach klingt, ist ein komplexer, verfahrenstechnischer Prozess mit vielen Rohrleitungen, Pumpen und Messwerten. So müssen kontinuierlich Gülle und Feststoffe in einem bestimmten Mischungsverhältnis vorhanden sein. Als Puffer für die Gülle dient eine Vorgrube. Die festen Inputstoffe  werden in einem großen Mischbehälter gesammelt, in dem die verschiedenen Komponenten durchgemischt werden, bevor sie in den Fermenter befördert werden. Das entstandene Gas wird vom Gasspeicher zum BHKW geleitet – der vergorene Inhalt des Fermenters wird in das Gärrestlager weiter transportiert und von dort bei Bedarf wieder in Tankwagen gepumpt und abtransportiert. Nur wenn die Anlage kontinuierlich gefüttert  wird, kann sie optimal arbeiten.

So auch die Anlage in Großenkneten – auch sie liegt außerhalb des Dorfes und damit einige Kilometer vom Hof des Betreibers entfernt. Die Steuerung dieser Anlage erfolgt über eine Siemens S7-SPS. Hier laufen alle Parameter vom Füllstand der Behälter bis zur Leistung des BHKW auf. Um diese Daten jederzeit auch vom Hof aus im Blick zu haben, setzte man  das das Fernwartungsmodul eWON ein. Dieser intelligente Router des Rheingauer Unternehmens Wachendorff verbindet die Biogasanlage mit dem Rest der Welt. Die Anbindung an das Internet kann über PSTN & ISDN, DSL/LAN aber auch Mobilfunk (UMTS/HSUPA) erfolgen – man benutzt bei Biogasanlagen das, was gerade vor Ort vorhanden ist. In Großenkneten verläuft eine DSL-Leitung entlang der nahegelegenen Landstraße – dies ist jedoch die Ausnahme.

Dort, wo früher mehrere Module zur Fernwartung der Steuerung benötigt wurden, genügt heute ein einziges eWON-Gerät.  eWON kann sowohl über das MPI- und PROFIBUS-Protokoll, als auch über das ISOTCP-Protokoll kommunizieren. Somit ist der komplette Zugriff auf die Steuerungen und die Bediengeräte möglich, so als wären sie direkt am PC angeschlossen. Zusätzliche Teleservice-Hard- oder Software ist somit nicht mehr erforderlich.

Schnittstellen zu allen gängigen Steuerungen bringt  eWON bereits mit. Die Visualisierung der Daten kann individuell erfolgen - das kann eine tabellarische Übersicht sein, in der alle Daten auf einen Blick zu erfassen sind. Möglich sind aber auch Grafikfunktionen, die Werte über einen längeren Zeitraum sammeln und miteinander vergleichbar machen. So lässt sich nicht nur die reibungslose Funktion kontrollieren, sondern auch der laufende Betrieb der Anlage optimieren. Nun sieht man beispielsweise auf einen Blick, wann mehr oder weniger Gas produziert wird und kann so ableiten, wieviel an Feststoffen und  Gülle für mehr Ausbeute gefüttert werden musse oder welche Temperatur für die Methanproduktion optimal ist.

Auch ein ausgefeiltes Historien- und Alarmmanagement kann mit eWON realisiert werden, da es als weitere integrierte Funktion das Service- bzw. Datenlogging bietet. Nicht nur Fehlermeldungen des Gerätes selbst können geloggt werden -  auch ein direkter Zugriff über MPI/PROFIBUS und ISOTCP auf die in der S7-Steuerung vorhandenen Daten, z. B. Datenbausteine, Merker, Zeiten,  Zähler, Ein- und Ausgänge, ist ohne zusätzliche Software möglich. So können  Temperaturverläufe aufgezeichnet und bei Grenzwertverletzungen E-Mails mit Anhang versendet werden, in denen die Daten  im CSV Format angehängt sind. Der Zugriff auf die Anlagendaten ist über jeden Web-Browser möglich – ob mit dem PC auf dem Hof oder über ein  Smartphone von unterwegs. So kann man jederzeit  sehen, ob noch genügend Gülle oder Feststoffe vorhanden sind oder dringend nachgeliefert werden muss.

Fazit:

Die Zahl der Biogasanlagen in Deutschland steigt stetig an. Ihr großer Vorteil gegenüber anderen regenerativen Technologien liegt in der kontinuierlichen Energieerzeugung, die keinen äußeren Einflüssen unterliegt.  Aus logistischen Gründen werden Biogasanlagen häufig an abgelegenen Standorten errichtet. Um die komplexen, verfahrenstechnischen Prozesse trotzdem zuverlässig zu überwachen, nutzt man heute  flexible Fernwartungssysteme. Sie greifen direkt auf die SPS zu und machen die Daten über das Internet von überall und jederzeit verfügbar. Dies ist nicht nur sicher und komfortabel: Man wird künftig um solche Systeme auch bei Windrädern oder Solarpanels nicht mehr herum kommen. Denn wenn diese vielen kleinen und kleinsten Anlagen einen Großteil der Energieversorgung übernehmen sollen, muss es Wege geben, jederzeit Zugriff auf die Betriebsdaten zu haben, Engpässe und Überschüsse zeitnah zu erkennen und Energieangebot und -nachfrage aufeinander abzustimmen. Themen wie Smart Metering oder Smart Grid werden erst durch die Möglichkeit von Vernetzung und Fernzugriff mit Leben gefüllt.

Biogasanlagen werden in ländlichen Regionen immer beliebter. Ihr Vorteil: Sie arbeiten kontinuierlich und sind dadurch grundlastfähig.

In dem roten Behälter werden die Feststoffe, etwa Maissilage, gesammelt und durchmischt, bevor sie in den Fermenter gefördert werden.

Das kompakte Fernwirkmodul eWON von Wachendorff findet in jeder Verteilung  Platz und kann unterschiedliche Medien zur Anbindung von Anlagen an das Internet nutzen.

Verena Wieling von der Firma BD AgroRenewables nutzt eWON, um Biogasanlagen auch von Ferne kontrollierbar zu machen.

Die Ingenieure von BD AgroRenewables erklären Eike Bruns die Möglichkeiten, die die Fernanbindung für ihn bietet - beispielsweise ein ausgefeiltes Alarmmanagement.

Text: Sonja Pfaff, Oliver Prang