Kraft-Wärme-Kopplung mit Biogas

Combined Heat and Power from Biogas

anbul

Typical applications served by MDE
gensets and CHP modules with gas
engines include operations based on
biogas (sewage/digester gas, landfill
gas or unconventional gases derived
from biomass) as the primary fuel. The
lean-burn principle employed by MDE
in these engines prevents the produc-
tion of toxins and pollutants right at the
beginning of the process, i.e. during fu-
el combustion in the cylinder. Emission
values well below the limits specified in,
say Germany's air pollution control ordi-
nance ("TA-Luft") or the statutory regu-
lations of other countries, are reliably
achieved without a catalytic converter.
Our module design incorporates a wide
range of beneficial features:

- MDE`s A/F-ratio control system

(lambda control) guarantees optimum
combustion even with fluctuating gas
quality and prevents engine attrition.
As a result, operation with a CH

4

content varying between 40 and 75
vol.% presents no problem.

- The cooling water circuit is easily

integrated into existing central or
local-area heating systems.

- The exhaust gas heat exchanger is

part of the engine cooling water
circuit, so minimising the danger of
corrosion.

- Maximum operational reliability and

cost-efficiency are achieved thanks
to extensively standardised and ca-
refully selected components.
Availability well in excess of 90% is
standard with MDE systems.

- Low fuel and lube oil consump-

tion combined with long component
lifetime further reduce operating
costs.

- Our development department con-

stantly uses the experience from
practical applications in optimising
our technology in order to meet the
specific demands prevailing in the
biogas sector.

Zu den typischen Anwendungsfeldern der
MDE - Generatoraggregate und KWK-Mo-
dule mit Gasmotoren zählt der Betrieb mit
Biogas oder Faulgasen. Das Magermotor-
prinzip verhindert das Entstehen von
Schadstoffen bereits bei der Verbrennung
im Motor. Abgaswerte, die unter den Grenz-
werten der TA-Luft oder ähnlicher Vorschrif-
ten anderer Länder liegen, werden auch oh-
ne Katalysator sicher erreicht. Unsere Mo-
dule zeichnen sich durch folgende kon-
struktive Merkmale aus:

- Die MDE Lambda-Regelung garantiert

eine optimale Verbrennung auch bei
schwankenden Gasqualitäten und verhin-
dert Schäden im Motor. Dadurch ist ein
Betrieb bei wechselndem CH

4

Gehalt

zwischen 40 und 75 Vol.% problemlos
möglich.

- Die Kühlwasserführung erlaubt eine ein-

fache Einbindung auch in bestehende
Heizkreisläufe.

- Der Abgaswärmetauscher ist in den Mo-

torkühlwasser-Kreislauf integriert, dadurch
ist die Korrosionsgefahr minimiert.

- Durch weitgehend standardisierte und

sorgfältig selektierte Baugruppen wird ein
Höchstmaß an Betriebssicherheit und Zu-
verlässigkeit erreicht. Verfügbarkeit von
weit über 90% sind bei MDE die Regel.

- Geringer Kraftstoff- und Schmierölver-

brauch bei langen Bauteil-Standzeiten
reduzieren die Betriebskosten.

- Unsere Entwicklungsabteilung wertet

ständig die Erfahrungen aus dem prakti-
schen Einsatz aus und optimiert auf

unseren Prüfständen die Technik für die
unterschiedlichsten hohen Anforderungen
im Biogasbereich.

Abfallenergie nutzen und die Umwelt entlasten

Recovering energy from waste for the good
of the environment

2

Ladeluftkühlwasser
charge air
cooling water

Turbolader
turbocharger

λ

-Sonde

λ

-probe

λ

-Regler

λ

-controller

M

Wärmetauscher
heat exchanger

Gasmischer
gas mixer

Otto-Gasmotor

Otto-gasengine

Druckregler

pressure controller

Brenngas
fuel gas

Ansaugluft
combustion air

Abgas
exhaust gas

M

Drehzahlregler
speed controller

Klärgas

Sewage gas

3

Die im Motor anfallende
Wärme wird in der Regel
für die Aufheizung des
Klärschlamms im Faulturm
und zur Wärmeversorgung
der Gesamtanlage genutzt.
Wenn in größeren Anlagen ein Wärmeüber-
angebot besteht, kann die Hochtempera-
turwärme aus dem Abgassystem des Mo-
tors auch zum Pasteurisieren oder Trocknen
des Klärschlamms verwendet werden.

Mit dem Faulgas als Brennstoff werden
auch vielfach Gasmotoren für den Direktan-
trieb von Belüftungsgebläsen betrieben.

Der Einsatz von KWK - Modulen in Kläran-
lagen ist eine der wirtschaftlichsten Arten,
anfallende Abfallenergie zu nutzen, da der
Brennstoff Klärgas praktisch gratis zur Ver-
fügung steht. Aus durchschnittlich 6m

3

kommunaler Abwässer können 1 kWh elek-
trische und 1,2 kWh thermische Energie
gewonnen werden.

Der kostengünstig erzeugte Strom steht in
erster Linie der Kläranlage zur Eigennutzung
zur Verfügung. Überschüsse können gegen
Vergütung, nach dem Erneuerbare Energie
Gesetz (EEG) derzeit 7,67 Cent/kWh, in das
öffentliche Netz eingespeist werden.

The application of CHP modules in se-
wage treatment plants constitutes one
of the most economic methods of
energy generation because sewage
gas, as a waste product, would other-
wise have to be flared off. On average,
6 m

3

of municipal sewage will produce

around 1 kWh in electric power and
1.2 kWh in thermal energy when com-
bined with a CHP system.

The electric power produced is used
primarily as auxiliary power for the se-
wage treatment plant. Surplus energy
can be fed into the public grid - in Ger-
many, for example, this is encouraged
by the provisions of the Renewable
Energy Act (EEG) which currently gua-
rantees a credit of 7,67 cent/kWh.
The thermal energy generated in the
engine is invariably used to heat the se-
wage sludge in the digester tower and
for general heat supply to the plant as
a whole. If there is a surplus of thermal
energy available - often the case with
large scale CHP plants - the high tem-
perature heat from the engine exhaust
system may be used for pasteurising or
drying the sludge.

Quite often digester gas is the fuel for
gas engines driving aeration blowers
required in the fermentation process.

Klärschlamm

sewage sludge

Schlamm-
trocknungs-
tank

Feste Abfälle zur
landwirtschaftlichen Nutzung

Wärme von der KWK-Anlage

thermal output from CHP

Blockheizkraftwerk

CHP plant

Klärgas

sewage gas

Gasverdichter

gas compressor

Gasometer

gasometer

solid remains for
agricultural use

sludge
drying
tank

Faulturm

digester tower

Properly managed landfill sites also
constitute a low-cost source of energy.
For environmental reasons the gas pro-
duced by anaerobic conversion must,
in any case, be collected and properly
neutralised. The gas being available
virtually cost-free, its use as fuel for
MDE gas engine modules can greatly
enhance a landfill site's profitability.
Again, in Germany, energy generation
from dumped waste falls under the
auspices of the Renewable Energy
Act (EEG) and will currently earn the
operator 7,67 cent/kWh when fed into
the public grid.

The controlled recovery of gas for elec-
tricity generation offers more advanta-
ges: it precludes odour nuisance, pre-
vents smouldering fires and minimises
gas migration/seepage.The landfill site
can also be quickly recultivated.

MDE offers compact generator sets
with engines designed for landfill gas;
it also supplies complete modules
housed in 40-foot standard containers
combining:
- genset
- switchgear with monitoring and

control system

- all the necessary connections and

interfaces plus auxiliaries such as
ventilation system, lube oil supply
equipment, closed-circuit cooler, etc.

Kontrolliert betriebene Mülldeponien sind
kostengünstige Energiequellen. Das durch
anaerobe Umwandlung entstehende Gas
muss aus Umweltgründen abgesaugt und
entsorgt werden. Mit diesem zum Nulltarif
zur Verfügung stehendem Deponiegas lässt
sich durch Stromerzeugung mit MDE Gas-
motoraggregaten Geld verdienen. Strom
aus Müll gilt als regenerative Energie und
kann deshalb mit hoher Vergütung, derzeit
7,67 Cent/kWh lt. EEG, in das Stromnetz
eingespeist werden.

Die planmäßige Gasverwertung bietet wei-
tere Vorteile: Geruchsbelästigung, Schwel-
brände und Gaswanderungen werden ver-
mieden. Die Deponie kann schneller rekulti-
viert werden.

Für die Verstromung von Deponiegas bietet
MDE kompakte Generatoraggregate mit
Otto-Gasmotoren an und liefert auch Kom-
plettanlagen im 40 Fuß-Standardcontainer
mit
- Generatoraggregat,
- Schaltanlage mit Steuer- und Über-

wachungssystem,

- allen erforderlichen Anschlusssystemen

und Versorgungseinrichtungen, wie Belüf-
tung, Schmierölversorgung, Rückkühler
etc.

Deponiegas

Landfill gas

besaugte horizontale
und vertikale
Gasbrunnen

horizontal and vertical
wells for suction

Verdichteranlage mit
Gasanalyse (CH4, CO2, O2)

compressor station with
gas analysis (CH4, CO2, O2)

Deponiegasfackel
flare

Deponiegas-
aggregat

landfill gas
genset

Trafostation

transformer
station

Gasbrunnen während
des Mülleinbaus

gas well during fill up

4

Die Anlagen erlauben einen vollautomati-
schen, unbeaufsichtigten Dauerbetrieb. Sie
schalten sich selbständig bei ausreichend
verfügbarer Gasmenge mit Mindest-Me-
thangehalt ein, und umgekehrt bei fehlen-
dem Gasvorrat ab.

Besonderer Vorteil
dieser Anlagen ist
ihre Mobilität. Der
Container kann di-
rekt auf oder neben
der Deponie aufgestellt werden. Ist der
Gasvorrat eines Deponie-Teils erschöpft
oder über einen längeren Zeitraum nicht
verfügbar, wird der komplette Container oh-
ne großen Aufwand auf einen anderen Teil
oder eine andere Deponie umgesetzt.

Bei zunehmendem Prozesswärmebedarf
auf Deponien, z.B. zur Sickerwasseraufbe-
reitung, empfiehlt sich zur weiteren Verbes-
serung der Wirtschaftlichkeit die gekoppelte
Erzeugung von Strom und Prozesswärme.
Als führender Hersteller von Kraft-Wärme-
Kopplungsanlagen bietet MDE auch hierfür
die technisch optimale Komplettanlage.

The modules can be operated fully
automatically under unmanned condi-
tions. They switch on automatically as
soon as a sufficient gas flow with a
minimum methane content is detec-
ted, and shut down again as the gas
supply declines.

The particular advantage of the con-
tainer solution lies in its inherent mobi-
lity. The containers can be installed
either on or next to the landfill site.
Once the gas supply from one section
of the site is exhausted or has fallen
below a minimum long-term value, a
complete container can be inexpensi-
vely disconnected and transferred to
another section or another site.

When there is a sufficient process
heat requirement at a landfill site, e.g.
for leachate treatment, the cost-effi-
ciency of a landfill system can be furt-
her improved by adopting a cogene-
ration (CHP) option. As a leading ma-
nufacturer of CHP systems, MDE is
able to offer technically optimised in-
tegrated solutions for such applicati-
ons.

5

Das bei der Vergärung von Bioabfall anfal-
lende Gas wird in Landwirtschaftsbetrieben
bereits in kleinerem Umfang genutzt. Zu-
nehmend entstehen heute professionelle
Vergärungsbetriebe, die für die Entsorgung
von Bioabfall tätig sind. Abfälle aus Hotel-
und Gaststättenbetrieben, von Großmärk-
ten, Gartenbaubetrieben etc. werden ent-
sorgt und verarbeitet.

Das durch den Vergärungsprozess ent-
stehende Biogas sollte nicht abgefackelt,
sondern wirtschaftlich in einer Gasmotor-
KWK-Anlage zur Erzeugung von Strom und
Wärme genutzt werden. Vergleichbar einer
Kläranlage wird der anfallende Strom zur
Eigenstromversorgung verwendet und
überschüssig erzeugte elektrische Energie
in ein Stromnetz eingespeist. Nach dem
EEG wird für Anlagen bis zu 500 kW elektri-
scher Leistung eine Vergütung von derzeit
10,1 Cent/kWh gewährt.

Die bei der Verstromung entstehende Ab-
wärme wird zur Fermentierung und Pasteu-
risierung innerhalb des Gesamtprozesses
eingesetzt. Gleichzeitig steht in der Regel
ausreichend Wärme für die Beheizung aller
Betriebsräume zur Verfügung.

Die Integration von KWK-Anlagen in den
Vergärungsprozess erfordert ein hohes Maß
an Erfahrungen. Uns steht hier eine in vielen
Jahren gewonnene Kenntnis aus der Klär-
und Deponiegastechnologie zur Verfügung.
Mit unseren im Biogasbetrieb bewährten
Motoren sind wir in der Lage, die KWK-
Technik nutzbringend in den Gesamtpro-
zess einzubringen. Im Vergleich zu Zünd-
strahlmotoren ist der Einsatz von Gas-Otto-
motoren umweltfreundlicher und darüber
hinaus auch wirtschaftlicher, da deutlich
weniger Betriebs- und Wartungskosten ent-
stehen.

Biogas

Biowaste

The gas produced by the fermentation
process when rotting biowaste is wide-
ly used by farms and agricultural enter-
prises mainly for heating or cooking.
Now, there is an increasing number of
professional businesses active in the
biowaste disposal sector. These com-
posting firms remove and process the
biological waste from hotels and re-
staurants, supermarkets, garden cent-
res, horticultural nurseries, etc.

Instead of being burnt, the biogas pro-
duced in the composting process can
be utilised as fuel for a gas engine ba-
sed CHP plant. As for sewage treat-
ment plants, the electricity produced
can be used as auxiliary power with
any surplus being fed into the public
grid. The Renewable Energy Act (EEG)
currently allows for a credit in Germany
of 10,1 cent/kWh of electric power
for plants with rated capacity up to
500 kW.

The heat recovered from the CHP fa-
cility is used for fermentation and past-
eurisation in the composting process.
Usually there is enough thermal energy
remaining to heat all the offices and
auxiliary buildings.

The integration of CHP systems with
gas engines into the composting pro-
cess requires a considerable amount of
technical expertise. We offer a wide
range of know-how and experience
gained from many years of involvement
in cogeneration technology.
With our engines thoroughly
proven in biogas applications,
we are in a position
to effectively incor-
porate CHP tech-
nology within the
overall process.
Moreover, gas-fuel-
led engines are en-
vironmentally more
friendly than f.e..
pilot injection gas
engines, and they
are also more eco-
nomical thanks to
significantly lower
operating and
maintenance costs.

6

Zerkleinerer

biowaste grinder

Bioabfall / biowaste

Auflösebehälter

decomposer

Sand / sand

Störstoffe / non organic matter

Sandabscheider

sand catcher

Speicherbecken

storing basin

Flüssigdünger
liquid fertilizer

Nachkompostierung

secondary decomposition

Blockheizkraftwerk

CHP plant

Biogasanlage

biogas plant

Biogas
biogas

Separator
separator

Das vorbildliche Energiekonzept des
„neuen” Reichtagsgebäudes basiert auf
rationeller Energienutzung durch
Kraft-Wärme-Kopplung, in Verbindung mit
dem Einsatz regenerativer Energiequellen
in Form von Biodiesel.

Die Energie liefert ein auf engstem Raum
untergebrachtes Biodiesel- Blockheizkraft-
werk, das aus vier MDE Dieselmotor-Modu-
len mit einer elektrischen Leistung von je
400 kW besteht.

Als Treibstoff für die Motoren wird Pflan-
zenöl-Methylester (PME) eingesetzt, wofür
die eingesetzten Dieselmotoren entspre-
chend modifiziert wurden. Die Technik wur-
de von uns so ausgestattet, dass die Moto-
ren auch mit normalem Diesel betrieben
werden können, falls Biodiesel in ausrei-
chender Menge nicht zur Verfügung steht.

Durch den Einsatz von SCR-Katalysatoren
und Rußfiltern bleiben die Schadstoffe ex-
trem gering. Pro Kubikmeter Luft werden
nur 100 mg Stickoxyde, 300 mg CO

2

,

20 mg Staub und nur 10 mg Ruß in die
Umwelt abgegeben.

Schwachgase entste-
hen bei der Vergasung
von Holzabfällen, in
Pyrolyseprozessen, als
Abfallprodukt in der chemischen Industrie
und bei der Koksherstellung.
Grundsätzlich können auch diese Gase im
Gasmotor genutzt und entsorgt werden.
Sie sind in der Regel jedoch stark mit
Schadstoffen behaftet, die es notwendig
machen, sie vor dem Einsatz als Treibstoff
einer eingehenden Analyse zu unterziehen.
Dadurch können geeignete Maßnahmen
am Gasmotor vorgenommen und spätere
Schäden vermieden werden.

Biodiesel

The exemplary energy concept ap-
plied in the refurbished parliamentary
building in Berlin, the "Reichstag", is
based on the inherent efficiency of
CHP generation combined with a
regenerative fuel in the form of bio-
diesel.

The cogenerated energy is supplied
by a CHP plant comprising four highly
compact MDE biodiesel engine mo-
dules, each with an electrical output
of 400 kW.

The fuel used for these engines is
VOME (vegetable oil methyl ester) for
which the combustion technology has
been appropriately modified.
The systems have been equipped so
that the same engines can be used
for normal diesel fuel should biodiesel
become short in supply.

Emissions are kept exceptionally low
through the use of SCR converters
and particulate filters. The levels are
restricted to just 100 mg NOx,
300 mg CO

2

, 20 mg dust and a mere

10 mg particulate per cubic metre of
exhaust gas.

Lean gas
Lean gas is produced by the gasifica-
tion of timber waste in pyrolysis plants,
as a waste product in the chemical
industry and in the coking process.
In principle, it is also feasible to use -
and thus eliminate - gases of this type
in a gas engine. Usually, however, they
contain large quantities of contami-
nants, so rendering a detailed analysis
necessary before use as fuel can be
approved.
On the basis of a gas analysis, the
appropriate modifications can be
made to the gas engine design so as
to avoid problems later on.

Biodiesel / Schwachgas

Biodiesel / Lean gas

Pyrolysegas · Holzvergasung · Koksgas

Abfallgas aus chemischen Prozessen

pyrolysis gas · wood gas · coke gas

waste gas from chemical process

G A S R E I N I G U N G

G A S P U R I F Y I N G

7

Gasmotor

Generatoraggregat

gas engine

generating set

Gasmotor

KWK-Modul

gas engine

CHP module

Nach qualifizierter Planung und
sorgfältiger Ausführung ist die
Verfügbarkeit und damit
Service und Wartung für den
wirtschaftlichen Betrieb einer
Anlage von ausschlaggebender
Bedeutung.

Notwithstanding all the care
and attention with which the
project engineering, plant plan-
ning and design, manufacturing
and installation/erection work is
performed, the service and
maintenance side is always like-
ly to become critical to maintai-
ning plant availability and cost-
efficiency in the long term.

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