Kögelhof – ultralyds nedbrydning i et biogasanlæg overvåget af sensorer
Applikationsrapport
Naturlige energikilder bruges effektivt
Kögelhof landbruget ligger i Ravensburg-distriktet. Det er en familieejet gård og har været dedikeret til at producere biogas, der kan omdannes til energi siden 2004. Landmand Hermann Müller dyrker selv det nødvendige råmateriale på 180 ha agerjord. Den producerede energi er tilstrækkelig til at forsyne gården, samt yderligere 1.400 husstande med elektricitet. Spildvarmen bruges til at opvarme den lokale skole.
Bæredygtig energi og varme til nabolaget
Hermann Müller sammenligner funktionaliteten af et biogasanlæg med den måde, en ko's mave fungerer på. Det burde han vide for der blev engang opdrættet malkekvæg på Kögelhof. “Ligesom omrørere i fermenteringsbeholderen, flytter en ko's muskler det organiske stof. Det nedbrydes af mikroorganismer i det varme, lufttætte miljø, og der udvikles biogas.” I Kögelhof-anlægget drives fem motorer, der genererer elektricitet ved hjælp af en koblet generator – op til 4,5 millioner kilowatttimer om året – af biogassen. Denne energi føres ind i elnettet og kan dække omkring 1.400 husstandes behov.
Spildvarme bruges også målrettet: Det lokale forsyningsselskab har lagt en 1,4 kilometer lang fjernvarmeledning til skolen. Både bygningen og svømmehallen opvarmes nu med biologisk bæredygtig strøm, hvilket giver en årlig fyringsoliebesparelse på 80.000 liter. Et tilstødende nyt udviklingsområde skal også fremover opvarmes med biogas. Da energiproduktionen på Kögelhof-gården er drevet af efterspørgsel, produceres der mere om vinteren end om sommeren. "Dette øger uundgåeligt biomasse gennemstrømningen, hvilket ikke altid har gjort det muligt at udnytte det fulde energipotentiale indtil videre," siger Hermann Müller. ”Ved høje produktionsvolumener er der altid en vis mængde restenergi i slutproduktet af biomassen, det såkaldte fermenteringssubstrat. Af denne grund ledte vi efter en løsning til at producere bæredygtigt og få næsten hele energien fra biomassen.” Hermann Müller har fundet den rigtige løsning med firmaet Weber Entec.
Billede 1: Udsigt over Kögelhof. Billede 2: I ultralyds desintegrations anlægget behandles biomasse for maksimalt energiudbytte.
Ultralyds nedbrydning
Weber Entec har specialiseret sig i anlægskonstruktion til ultralydsbaserede applikationer inden for miljøteknologi, især disintegration - ultralydsbehandling af biogene stoffer. Denne proces øger overfladearealet af fermenteringssubstratet - i teknisk jargon kaldes denne proces fordøjelse. Stigningen i overfladeareal fremskynder den organiske nedbrydningsproces og øger energiudbyttet.
Ved ultralyds disintegration omdannes de elektriske vibrationer produceret af en generator af en konverter til mekaniske vibrationer (lydtransducer). Disse vibrationer overføres til det omgivende medium via en såkaldt sonotrode. Her forårsager de skiftevis høje over- og undertryk i rytme med ultralydsfrekvensen, alt efter om transduceren udvider sig eller trækker sig sammen. Under den negative trykfase dannes mikroskopiske dampbobler i den sonikerede væske og imploderer i den efterfølgende positive trykfase. Denne proces kaldes kavitation. Implosionerne frigiver høje tryk og temperaturer, hvilket yderligere udbreder nedbrydningsprocessen i biomassen.
Billede 1: ifm tryksensoren PM1604 er med sin robuste keramisk-kapacitive trykmålecelle ideel til overvågning af pumpen. Billede 2: Der kan tilsluttes flere IO-Link sensorer og aktuatorer til IO-Link masteren. Sidstnævnte fungerer også som gateway og kommunikerer med anlægs controlleren via PROFINET.
Trykovervågning ved pumpen
Weber Entec har valgt sensorer og IO-Link mastere fra ifm til at overvåge disintegrationen i dette anlæg. For eksempel ved pumpen på hovedfermenteren, hvor fermenteringssubstratet pumpes ind i ultralydssystemet og tilbage igen. Sensorerne overvåger pumpen ved at måle trykket på suge- og afgangssiden. De beskytter også ultralyds genereringen og styrer flowet, når tryktabet er for højt.
Den planmonterede tryksensor PM1604 er meget velegnet til denne applikation takket være dens robuste keramisk-kapacitive trykmålecelle. Målecellen er modstandsdygtig over for partikler i mediet, mens skylleprocesforbindelsen forhindrer aflejringer på målecellen.
Merværdi takket være IO-Link
Sensorerne er forbundet til controlleren via IO-Link. Konkret betyder det, at sensorerne kommunikerer med IO-Link masteren via IO-Link. Der kan tilsluttes flere sensorer til sidstnævnte, som samler signalerne og kommunikerer med controlleren via fieldbus, i dette tilfælde Profinet. Lednings kompleksiteten er derfor betydeligt reduceret. Denne kommunikationsvej, som er digitaliseret fra ende til anden, tillader mere end blot tabsfri transmission af den målte værdi. Det er for eksempel muligt at bruge IO-Link til at aflæse minimum- og maksimumværdier fra sensoren, som giver information om mulige trykstød. Sensorens status kan til enhver tid kontrolleres via diagnosedata. Alle disse data som er udover den målte værdi, hjælper med at undgå uplanlagte fejl i systemet. Parametrene for PM1604 indstilles også via IO-Link. Måleområdet kan for eksempel frit skaleres inden for grænser og tilpasses optimalt til applikationen. Christian Eichhorst, administrerende direktør for Weber Entec GmbH & Co. KG opsummerer det som følger: “Følerne er nøjagtige og pålidelige. Især IO-Link har gjort det muligt for os at forbedre vores controller betydeligt. IO-Link giver meget store fordele såsom reduceret lednings kompleksitet eller direkte aflæsning af forskellige parametre, f.eks. maks tryk."
Konklusion
Effektiv udnyttelse af ressourcer – dette princip gælder både for den energiske udnyttelse af biomasse og den anvendte sensorteknologi, som udsender mere end blot målte værdier takket være IO-Link. Dette giver maksimal gennemsigtighed i procesovervågning og sikrer en effektiv og problemfri drift af biogasanlægget.