A model-based control concept for a demand-driven biogas production

With the expansion of highly fluctuating renewable energies (like wind power and photovoltaics) in the last few years, the intelligent integration of these new energy sources into the German energy system is becoming one of the central challenges. Biogas plants can play a key role in this transition. The present thesis investigates the possibilities, underlying mechanisms and dependencies establishing a flexible biogas production by means of demand-driven feeding. Furthermore, a robust control concept for demand-driven operation has to be developed and demonstrated in full-scale.Mit dem Ausbau von fluktuierenden erneuerbaren Energien (Windkraft, Photovoltaik) und dem voraussichtlichen Weiterschreiten dieser Entwicklung wird die intelligente Integration dieser Energiequellen in das Energiesystem zur zentralen Herausforderung. Biogasanlagen besitzen dabei eine Schlüsselrolle. Die vorliegende Dissertation untersucht die Möglichkeiten, zugrundeliegende Mechanismen und Abhängigkeiten zur Etablierung einer flexiblen Biogasproduktion durch bedarfsgesteuerte Fütterung. Es ist ein robustes Regelungskonzept entwickelt und im großtechnischen Maßstab demonstriert worden

Bioenergie - intelligenter Baustein für ein nachhaltiges Energiesystem

Das Ziel der Energiewende - ein sicheres, umweltverträgliches und ökonomisch erfolgreiches Energiesystem - birgt diverse Herausforderungen. Diese umfassen die Erreichung der Klimaneutralität, den Umstieg auf erneuerbare Energieträger in allen Sektoren (inkl. Schwerlast- und Flugverkehr sowie industrielle Prozesswärme) als auch deren gegenseitige Integration. Bioenergie kann hierzu einen multiplen Beitrag leisten, sowie negative Emissionen bereitstellen und darüber hinaus auch Beiträge jenseits des Energiesystems erbringen, wie Naturschutz, ländliche Entwicklung, oder die Bereitstellung von biogenem CO2 als Rohstoff für die chemische Industrie. Somit ist Bioenergie ein unverzichtbarer Bestandteil für die Lösung der Herausforderungen in der Transformation zu einem nachhaltigen Energiesystem. Gegenwärtig stellt Bioenergie mit dem größten Anteil an erneuerbaren Energien im Primärenergieverbrauch (60 %) als auch im Endenergieverbrauch (53 %), mehr als alle anderen erneuerbaren Energieträger zusammen. Dabei bestehen Unterschiede zwischen den Endenergiesektoren: während Bioenergie in der Bruttostromerzeugung 24 % des erneuerbaren Stroms deckt, dominiert sie die erneuerbare Bereitstellung von Wärme mit 86 % als auch den erneuerbaren Endenergieverbrauch im Verkehrssektor mit 88 % in 2018. Aufgrund der Bedeutung von Bioenergie heute werden Beispiele vorgestellt, welche einen zukünftigen multipleren Systembeitrag von Bioenergie fokussieren

How to measure flexibility - performance indicators for demand driven power generation from biogas plants

Flexible power provision from biogas can significantly contribute to energy systems with high shares of renewables. However, the characteristics and demands for this flexibility are not clearly defined or measured. In this paper eight indicators are defined to shape “flexibility” and perform a downstream investigation of eight research projects focusing on flexible energy provision of biogas plants. The indicators are structured in three dimensions (1) velocity (ramps) by which the system can be modulated, (2) power range (bandwidth) and (3) duration for specific load conditions. Based on these indicators bottlenecks for the flexibility potential were identified. One crucial result shows that short-term flexibility of biogas plants is mainly driven by properties of the combined heat and power unit (velocity and bandwidth). The long-term flexibility depends mainly on gas storage, mode of operation and ability for modulation of the target gas production