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Relais steuern wichtige Funktionen in einer Biogasanlage

Bild 1. Die Biogasanlagen von Planet sind modular aufgebaut

Bild 2. Koppelrelais von Finder schalten die Verbraucher innerhalb der Anlage

Der Klimawandel und die daraus resultierende energiepolitische Diskussion haben in den vergangenen Jahren dazu geführt, dass sich Methoden der CO2-neutralen Energieerzeugung immer weiter durchgesetzt haben. Ein typisches Beispiel ist die Herstellung von Biogas aus organischen Abfällen in der Landwirtschaft. Die Planet Biogastechnik setzt bei ihren Anlagen Relais von Finder ein. Diese übernehmen wichtige Schaltfunktionen innerhalb des Systems.

Biogas ist wie Erdgas ein Gasgemisch, das vor allem aus Methan besteht. Ökologisch und ökonomisch betrachtet ist Biogas heute eine wichtige Energiequelle. Es trägt als erneuerbarer und vielseitiger Strom-, ­Wärme- und Treibstofflieferant zu ­einer sicheren und klima­freundlichen Energieversorgung bei. Biogas ist speicherbar und lässt sich in das Erdgasnetz einspeisen. Dadurch ist es besonders flexibel. Zur energetischen Nutzung wird Biogas heute in der Regel in Blockheizkraftwerken (BHKW) in Strom und Wärme umgewandelt. Die Wärme lässt sich beispielsweise zur Heizung von Gebäuden einsetzen.

International tätiger Mittelständler
Die Planet Biogastechnik GmbH ist ein weltweit agierender Biogasanlagenbauer. Das Leistungsspektrum des 1998 gegründeten Unternehmens umfasst alle Bereiche der Biogastechnologie, von der Planung, dem Anlagenbau, der Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz bis hin zum Service und der biologischen Betreuung durch ein eigenes Labor. 170 Mitarbeiter sind derzeit in der Unternehmenszentrale im Münsterland beschäftigt. Weitere Mitarbeiter arbeiten an den internationalen Niederlassungen und Servicestützpunkten in Deutschland, den Niederlanden, Frankreich und Kanada. Weltweit hat das mittelständische Unternehmen mehr als 200 Biogasanlagen erfolgreich realisiert.
Das Grundprinzip einer Biogasanlage (Bild 1) besteht darin, dass Mikroorganismen organisches Material durch Vergärung in Biogas umwandeln, das überwiegend aus Methan besteht. Speziell in der Landwirtschaft sind Biogasanlagen eine interessante Möglichkeit der Energieproduktion, da organische Materialien, wie Mist, Gülle oder Reststoffe aus der landwirtschaftlichen Produktion, als Nebenprodukte oder Abfälle entstehen. Die Integration einer angepassten Hof-Biogasanlage ermöglicht es Landwirten, Zusatzeinkünfte aus dem Strom- und Wärmeverkauf zu erzielen.
Die Biogasanlagen von Planet sind modular aufgebaut. In Fahrsilos oder Vorlagebehälter wird die feste oder flüssige Biomasse unter Luftabschluss gelagert. Ein Feststoff­einbringsystem beschickt die Anlage automatisch mit der notwendigen Biomasse, die je nach Bedarf noch zerkleinert und gemischt wird, bevor sie anschließend in den eigentlichen Gärbehälter gelangt. Dieser sogenannte Fermenter ist der eigentliche biologische Reaktionsraum, in dem die Mikroorganismen bei einer Temperatur von 38 °C die Biomasse vergären und so Methan produzieren. Der Gärbehälter ist mit einer Heizung und Rührwerken ausgestattet, die eine gleichmäßige Vergärung garantieren. Bei großen Mengen kommt ein zweiter Gärbehälter zum Einsatz, der durch ein Überlaufrohr mit dem ersten Gärbehälter verbunden ist. Dort kann die Biomasse bei Bedarf noch nachgären. Die flüssigen Reste der Vergärung, die einen hochwertigen Pflanzendünger darstellen, kommen anschließend in das Gärproduktelager, wo sie bis zur Ausbringung auf das Feld zwischengelagert werden. Das erzeugte Biogas wird in einem Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umgewandelt. Die Wärme kann direkt zur Heizung der Gärbehälter verwendet werden und gleichzeitig beispielsweise Wohnräume versorgen. Der produzierte Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist.

Hohe Einschaltströme sicher Schalten
Die verschiedenen Teile der Biogasanlage werden zen­tral gesteuert. Bei Planet setzt man dazu eine SPS vom Typ Simatic S7-300 von Siemens ein. Die Steuerung überwacht den gesamten Prozess, der in der Regel ohne Eingriff von außen automatisch abläuft. Dazu müssen die verschiedenen Antriebe, beispielsweise der Feststoff­förderung, Pumpen und Rührwerke, sowie Ventile geschaltet werden. Um die verschiedenen Verbraucher an die zen­trale SPS anzubinden, kommen Koppelrelais aus dem Haus Finder zum Einsatz. „Die Antriebe können wir direkt über die SPS schalten“, erläutert Detlef Brümmer, der bei Planet für die Elektro- und Steuerungstechnik der Anlagen verantwortlich ist: „Andere Verbraucher, die teilweise recht hohe Leistungen haben, schalten wir prinzipiell über Koppelrelais.“

Hochverfügbare Anlagen
Eine wesentliche Anforderung an die Biogasanlagen ist eine sehr hohe Verfügbarkeit. „Die Berechnungen zur Rentabilität ­einer Biogasanlage wird üblicherweise mit 8.000 Betriebsstunden pro Jahr durchgeführt“, sagt D. Brümmer. Häufige störungsbedingte Ausfälle würden die Anlagen schnell unrentabel machen. Denn nur wenn die Biogasanlage arbeitet und dadurch Strom und Wärme erzeugt, erhält der Betreiber die entsprechende Einspeise­vergütung. „Um die hohe Verfügbarkeit zu garantieren“, so D. Brümmer weiter: „verwenden wir möglichst hochwertige Komponenten. Denn häufige Störungen und damit verbundene Serviceeinsätze kommen im Endeffekt teurer.“ Deshalb entschied man sich für Koppelrelais von Finder (Bild 2). Die verschiedenen Verbraucher haben teilweise einen relativ hohen Einschaltstrom. Typisches Beispiel hierfür sind 24-V-Magnetventile. Auch deswegen brauche man hochwertige Relaistechnik, sagt D. Brümmer: „Bei einfacheren Relais kann es schon einmal passieren, dass der Kontakt bei einem zu hohen Einschaltstrom verschweißt. Die Relais von Finder dagegen kommen auch mit hohen Einschaltströmen problemlos zurecht.“

Für alle Störungen gerüstet
Die SPS steuert alle Vorgänge in der Biogasanlage automatisch. Sollte doch einmal ein manueller Eingriff notwendig sein, bieten die verwendeten Koppelrelais einen weiteren Vorteil: Über eine integrierte Prüftaste lassen sich die angeschlossenen Verbraucher manuell schalten. „Auch bei Inbetriebnahme und Wartung ist diese Funktion sehr hilfreich“, erklärt der Experte und fügt an: „Im Prinzip lassen sich die Relais auf diese Weise auch dauer­haft einschalten. Da der Bediener dafür aber die Sicherungslasche abbrechen muss, können wir dies im Servicefall exakt nachvollziehen.“ Auch die integrierte LED, die den Schaltzustand des Relais anzeigt, leistet bei der Inbetriebnahme wertvolle Hilfe.
Um die hohe Verfügbarkeit der Biogasanlagen zu erreichen, ist es außerdem wichtig, dass der Betreiber im Fall einer Störung schnell reagieren kann. Die Steuerung der Anlage verfügt daher über umfangreiche Überwachungsfunktionen, die entsprechende Störungen sofort erkennen. Da die Biogasanlage im normalen Betrieb vollständig auto­matisch läuft und daher kein Bedienpersonal ständig an der Anlage ist, muss eine entsprechende Störungsmeldung als Fernmeldung realisiert werden. Bei Planet entschied man sich dazu, die Störungsmeldung per Telefon zu übertragen. „Eine SMS, wie sie heute bei vielen Systemen üblich ist, schien uns zu unsicher“, begründet D. Brümmer diese Wahl. Auch die Übertragung der Störungsmeldungen geschieht über Relais der Treburer Spezialisten. Zum Einsatz kommen hier Relais mit hartvergoldeten Kontakten.

Internationale Zulassungen
Da Planet seine Biogasanlagen weltweit ausliefert, ist es erforderlich, dass die elektrotechnischen Anlagen den jeweils gültigen Normen entsprechen. Anlagen, die in den nordamerikanischen Markt geliefert werden, müssen beispielsweise die UL-Normen für die USA oder CSA-Normen für Kanada erfüllen. Innerhalb der EU haben dagegen die IEC-Normen Gültigkeit. Die Relais von Finder erfüllen die einschlägigen Normen in allen weltweit wichtigen Märkten. „Auch dies hat unsere Entscheidung für Finder als Lieferanten für die Relaistechnik mit beeinflusst“, schließt D. Brümmer seine Ausführungen ab. (ih)

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Auto: Andreas Heck ist Leiter Technik Produktmanagement bei der Finder GmbH in Trebur-Astheim.