Biogas ist grundlastfähig und speicherbar - und spielt daher im Energiemix der Zukunft eine entscheidende Rolle. Und so waren 2012 bereits über 7.000 Biogasanlagen in Betrieb. Relais sorgen dafür, dass die Anlagen vollautomatisiert laufen. Sie geben die Steuerbefehle der SPS an Pumpen, Rührwerke und Ventile weiter.

Eine Biogasanlage basiert darauf, dass Mikroorganismen organisches Material durch Vergärung in Biogas umwandeln. Dieses besteht zu großen Teilen aus Methan. Biogasanlagen stellen in der Landwirtschaft eine interessante Möglichkeit dar, Energie zu produzieren. Denn organische Materialien, wie Mist, Gülle oder Reststoffe der landwirtschaftlichen Produktion, fallen ohnehin an. Angepasste Hof-Biogasanlagen verschaffen den Landwirten dann Zusatzeinkünfte aus dem Strom- und Wärmeverkauf. Das Unternehmen Planet Biogastechnik hat sich auf die Planung und den Bau solcher Anlagen spezialisiert. Dabei kümmert sich die Firma auch um die Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz. Mehr als 200 Biogasanlagen hat der Mittelständler bis heute realisiert.

Aufbau und Funktion einer Biogasanlage

Die Biogasanlagen von Planet sind modular aufgebaut. In Fahrsilos oder Vorlagebehältern 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 so genannte Fermenter ist der 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 für eine gleichmäßige Vergärung sorgen. 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 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. Planet setzt dazu eine SPS vom Typ S7-300 von Siemens ein. Die Steuerung überwacht den gesamten Prozess, der in der Regel ohne Eingriff von außen 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, vertraut man bei Planet auf Koppelrelais von Finder. „Die Antriebe können wir direkt über die SPS schalten", erläutert Detlef Brümmer, der bei Planet für die Elektro- und Steuerungstechnik der Anlagen verantwortlich ist: „Verbraucher, die recht hohe Leistungen haben, schalten wir prinzipiell über Koppelrelais." Die verschiedenen Verbraucher haben teilweise einen relativ hohen Einschaltstrom. Typisches Beispiel hierfür sind die 24-Volt-Magnetventile. Brümmer berichtet: „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."
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", sagt Brümmer. „Im Prinzip lassen sich die Relais auf diese Weise auch dauerhaft einschalten. Da der Bediener dafür aber den Sicherungsstift 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.

Für Störungen gerüstet

Eine wesentliche Anforderung an Biogasanlagen ist die hohe Verfügbarkeit. „Die Berechnung zur Rentabilität einer Anlage wird üblicherweise mit 8.000 Betriebsstunden pro Jahr durchgeführt", erzählt Brümmer. Häufige störungsbedingte Ausfälle würden die Anlage schnell unrentabel machen. Und so ist es wichtig, dass der Betreiber im Fall einer Störung schnell reagieren kann. Da die Biogasanlage im normalen Betrieb vollständig automatisch läuft und Bedienpersonal nicht ständig vor Ort 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 Brümmer die Wahl. Auch die Übertragung der Störungsmeldungen erfolgt über Relais von Finder. Zum Einsatz kommen hier Relais mit hartvergoldeten Kontakten.
Planet liefert seine Biogasanlagen weltweit. Dabei 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 Normen der wichtigsten Märkte. „Auch dies hat unsere Entscheidung für Finder als Lieferant für die Relaistechnik beeinflusst", fasst Brümmer zusammen.