Klopfende Verbrennung : Biogasmotoren erleiden Schäden

Klopfende Verbrennung durch heiße Ablagerungen

Moderne Biogasmotoren sind Hochleistungsaggregate, die empfindlich auf Störungen im Verbrennungsablauf reagieren. Entzündet sich das Biogas-Luft-Gemisch zum falschen Zeitpunkt, steigen Druck und Temperatur im Brennraum stark an. Der Motor macht starke Geräusche. Dieser Zustand heißt daher klopfende Verbrennung.

Das Schadenpotenzial ist groß: zu hohe Brennraumdrücke überlasten die Lager des Biogasmotors. Gleichzeitig zu hohe Brennraumtemperaturen lassen den Kolbenboden anschmelzen und führen aus diesem Grund oft zum gefürchteten Kolbenfresser.

Motorsteuerung kann gegen klopfende Verbrennung schützen

Klopfsensoren können klopfende Verbrennung erkennen und den Zündzeitpunkt und die Leistung des Biogasmotors so verändern, dass unter Inkaufnahme von Leistungsreduktion und Verbrauchserhöhung der Motor keinen Schaden nimmt. Leider sind nicht alle Biogasmotoren mit dieser Schutzeinrichtung ausgestattet.

Die Ursachen für klopfende Verbrennung sind sehr vielfältig. Wir werden hierzu in Kürze ein Technik-Spezial publizieren, um Betreibern von Biogas-BHKWs die Möglichkeiten aufzuzeigen, wie Klopfschäden verhindert werden können.

Heiße Ablagerungen als Ursache des Klopfens

Mit einer besonderen Ursache der klopfenden Verbrennung wurden wir kürzlich konfrontiert: trotz Klopfsensorik zeigte die Motorsteuerung anhaltendes Klopfen an. Die Veränderung des Zündzeitpunktes führte nicht zu einem verträglichen Verbrennungsablauf. Ein Blick in den Brennraumes zeigte die Ursache:  es hatten sich starke Ablagerungen am Zylinderkopf und an den Ventilen gebildet. Diese Ablagerungen wurden im Betrieb so heiß, dass sie für Glühzündungen im Brennraum sorgten. Damit stand die Ursache für die klopfende Verbrennung fest, nachdem alle anderen Risikofaktoren hierfür ausschieden.

Bildung von Ablagerungen durch das eingesetzte Schmieröl

Die hellen Ablagerungen waren auf das Schmieröl zurückzuführen. Dieses war zwar für diesen Biogasmotor zugelassen, repräsentierte aber einen älteren Entwicklungsstand. In den letzten zwei bis drei Jahrzehnten hat es bei Gasmotoren eine beträchtliche Leistungssteigerung gegeben. Damit werden auch die eingesetzten Schmieröle vor höhere, insbesondere thermische Anforderungen gestellt.

Mit gutem Service klopfende Verbrennung vermeiden

Der Servicepartner sollte gemeinsam mit dem Betreiber die Hand am Puls des Biogasmotors halten. Das bedeutet einerseits, dass der Betreiber die Betriebsdaten des Biogasmotors ausreichend dokumentiert. Andererseits trägt der Servicepartner die Verantwortung für eine genaue Eingrenzung der Ursache für das Klopfen. Dann erst passen nachfolgende Instandsetzungsarbeiten.

Hohe Betriebstemperaturen und unerwünschte Brandlasten in Form von Ölnebeldämpfen sind weitere Ursachenfelder für klopfende Verbrennung.

Bericht aus Erwitte: Flexibilisierung gut gemacht

Flex-Praxisworkshop in Erwitte am 14.3.2018

Mitte März fand ein Flex-Praxisworkshop in Erwitte auf dem Gut Brockhof statt. Gastgeber Holger Tägder leitet als Verwalter das Tagesgeschäft einschließlich der Biogasanlage. Rund 25 Gäste haben sich das Flex-Projekt im Detail vorstellen lassen.

Die ehrliche und offene Präsentation auch der Umsetzung dieses Flexprojektes, ließ den Schluß zu, hier hat ein Betrieb die Flexibilisierung gut gemacht und sich mit seinen Partnern ausreichend Zeit zur Planung genommen.

Ohne einen guten Plan wird Flexibilisierung schwer

Den Anfang der vier kurzen Vorträge machte Holger Tägder selbst. Die ersten Überlegungen zur Flexibilisierung wurden schon 2013 angestellt. 2014 gab es die erste Einspeisezusage, die 2015 noch einmal deutlich erweitert wurde. Mitte 2016 erfolgten die ersten Gespräche mit Energethik. Dieses Unternehmen hat das gesamte Flexprojekt einschließlich der Wärmeversorgung eines Nahwärmenetzes geplant und mit weiteren Unternehmen umgesetzt.

MIt der Umsetzung des Flexprojektes war der Betreiber sehr zufrieden, kleinere Stolpersteine haben beteiligten Firmen rasch erkannt und beseitigt. „Kein Projekt läuft immer völlig reibungs- und störungsfrei, aber wie die Firmen mit diesen Themen umgehen, macht schon einen Unterschied“, so Holger Tägder in seinem Vortrag.

Wie wichtig eine gute Dokumentation der verbauten Strom-, Biogas- und Wärmeleitungen ist, hat sich  in der Bauphase gezeigt. Als sich Leitungen nicht genau dort befanden, wo sie hätten sein sollen, hatten die Erdbauer schlichtweg mehr zu tun.

Geradezu begeistert berichtete Holger Tägder über den raschen Aufbau eines 1000-Kubikmeter-Wärmepufferspeichers, der das noch zu bauende Wärmenetz zukünftig versorgen soll. Energethik achtete auf die Qualität der verbauten Komponenten bis hin zur Heizwasseraufbereitung.

Das Herzstück der Flexibilisierung: das 2000 kW Flexaggregat von ETW

Marco Weiss, Geschäftsführer der ETW Energietechnik GmbH, zeigte den Gästen den Aufbau des MWM TCG 2020 V20 Aggregates, der als Besonderheit einen 10kV-Generator antreibt und daher ohne einen eigenen Transformator ins Stromnetz vor Ort einspeisen kann.

Die Motorvorwärmung wird mit minimalem Eigenstromverbrauch für die beiden Wasserpumpen umgesetzt. Diese versorgen den Motor mit 60-65°C heißen Waser aus dem Wärmepufferspeicher und laufen alle 15 Minuten nur für 1,5 Minuten Dauer.

Die Gasaufbereitung wurde für den gesamten Motorenbestand auf die Flex-Anforderungen hin gebaut. Eine Warmhaltung des Aktivkohlefiltergehäuses sorgt für lange Standzeiten der Aktivkohle und sauberes Biogas schon beim Motorstart. Auch hier dient der Wärmepufferspeicher als Warmwasser-Lieferant. Das Biogas wird von 12°C auf 27°C nach der Entwässerung erwärmt und erreicht so optimale Eintrittsbedingungen für den Aktivkohlefilter.

Marco Weiss unterstrich in seinem Vortrag, wie wichtig ein Systemverständnis der gesamten Anlage ist, um Probleme an den Schnittstellen zu vermeiden. ETW hat die Biogasaufbereitung und das BHKW geliefert und konnte so alle Komponenten in die BHKW-Steuerung optimal einbinden.

Flexibilisierung gut gemacht – geht nur mit guter Planung

Projektingenieur Alexey Tsutskikh stellte das Flex-Projekt aus der Perspektive der Energethik Ingenieurgesellschaft vor, die von der Vorbereitung der Genehmigung über die Planung und Ausschreibung aller notwendigen Gewerke bis zum Bau und zur Abnahme den Betreiber ganz maßgeblich unterstützt hat. 12 Firmen waren an der Umsetzung der Flexibilisierung beteiligt und mussten koordiniert werden.

Neben der Fermenterbeheizung sind Hähnchenställe sowie Büro- und Wohngebäude mit Wärne zu versorgen. Der Lastgang Wärme für die Hähnchenställe kann  aus dem großen Wärmepufferspeicher mühelos bedient werden. Zukünftig wird noch ein Wärmenetz mit weiteren Gebäuden angeschlossen.

Die Fotos von der Baustelle in den einzelnen Phasen des Baufortschrittes vermitteln eine Vorstellung davon, welch großer Planungseinsatz hier notwendig war, um dieses Flexprojekt in hoher Qualität abzuliefern. Die effiziente Wärmenutzung und die Möglichkeit, durch bedarfsgerechte Fahrweise der BHKWs die Strompreisspitzen im Markt mitzunehmen, lassen sich mit diesem Flex-Pojekt realisieren. Damit ist diese Biogasanlage gut für die Zukunft aufgestellt.

Technische Anforderungen an das Flex-Biogas-BHKW

Damit Flexibilisierung zu guten wirtschaftlichen Ergebnissn führt, muss die Ausstattung des Flex-Biogas-BHKWs auch in der Peripherie stimmen. Michael Wentzke von der IG Biogasmotoren zeigte den Teilnehmern zu Beginn seines Vortrages Fahrpläne von einer doppelt und einer dreifach überbauten Anlage, die die Speicheranforderung deutlich machte. Der Zeitscheiben-Betrieb benötigt entsprechend dimensionierte Gas- und Wärmepufferspeicher, damit sowohl die maximalen Stromerlöse und Wärmemengenumsätze erzielt werden können.

Die Biogasaufbereitung wird häufig in Flex-Projekten vernachlässigt. Dabei ist ihre störungsfreie Funktion auch von großer Bedetung für die Motorengesundheit. Kalte Aktivkohle konvertiert nicht gut und verbraucht sich schnell. Mit jedem Start gelangt so Schwefelwasserstoff in den Biogasmotor und in den Abgaswärmetauscher. Dies sorgt für beträchtliche Schäden im Biogasmotor und im gesamten Abgasstrang.

Temperaturschwankungen sind auch für den Biogasmotor zu vermeiden: eine Warmhaltung sorgt für Wohlfühltmperaturen und geringeren mechanischen Verschleiß. Außerdem starten warme Motoren deutlich besser. MIt der Anzahl der Starts im Flexbetrieb von max. 700 im Jahr haben die Motorenhersteller kein Problem. Zumal die größeren Biogasmotoren ohnehin vor jedem Start ihre Vorschmierung aktivieren und so den Lagerverschleiß klein halten.

Die Servicekosten im Flexbetrieb werden von den Motoren- und BHKW-Herstellern im Markt noch in sehr unterschiedlicher Höhe angeboten. Hier herrscht unter den Anbietern noch viel Unsicherheit. Aber die ersten Anbieter bieten schon für den jeweiligen Flexbetrieb passende Full-Service-Flexverträge an, die Betreibern neben attraktiv geringen Kosten eine Risikoübernahme von Motorenschäden im Flexbetrieb anbieten. Der Markt kommt also in Bewegung – und für Betreiber in die richtige Richtung.

Wer sich für die vielfältigen Fragen der Flex-Planung und -Umsetzung interessiert, sollte sich die Vorträge zu diesem Flexprojekt anschauen. Hier geht es zum Link .

Top-News für den Biogas-BHKW-Betrieb in Leipheim

Am 7.3.2018 wird in Leipheim das Fachsymposium Biogasmotoren den Betreibern von Biogasanlagen wichtige Hinweise zur Senkung Ihrer Kosten im Biogas-BHKW-Betrieb vermitteln. Dies betrifft Anlagen, die im Grundlastbetrieb laufen, und Biogas-BHKWs, die unmittelbar vor der Flexibilisierung stehen. Mehr als ein Dutzend Referenten  und ein Anlagenbetreiber stellen den Tagungsteilnehmern  ihr Know-How und ihre praktische Erfahrungen vor.

Wartung von BHKW-Komponenten sichert Ertrag und Anlagenverfügbarkeit

Wenn Zündkerzen sich mit einer Störmeldung verabschieden, werden sie ausgetauscht. Wenn ein Wärmetauscher verschmutzt ist, passiert dies im Regelfall schleichend, bis ein Wärmekunde über zuwenig ausgekoppelte Wärme klagt. Oder die Motorsteuerung eine zu hohe Gemischtemperatur anmahnt. Zwischenzeitlich erhöhen sich aber die Risiken und es wird weniger Wärmeumsatz getätigt.

Spezialisten, die sich um diese Themen kümmern, geben den Betreibern mit kurzen Vorträgen die wichtigsten Hinweise für den Alltag. Damit das Biogas-BHKW seine Kondition behält oder wieder erlangt. Das schont den Geldbeutel des Betreibers und schützt vor überraschenden Schäden.

Wärmeauskopplung und Wärmespeicher : die unterschätzten Ertragstreiber im Biogas-BHKW-Betrieb

Die Fehlermöglichkeiten bei der Wärmeauskopplung sind genauso zahlreich wie beim Einsatz von Wärmepufferspeichern und der Anbindung von Nahwärmnetzen. Ausgeführte Beispiele zeigen Betreibern, das der Respekt vor großen Wärmepufferspeichern nicht berechtigt ist. Richtig ausgelegt und eingesetzt sind diese Wärmepufferspeicher eine sichere Bank für die Versorgung der Wärmekunden. Und sie amortisieren sich über die Qualität der Wärmeversorgung sehr schnell.

Die Praxisbeispiele eines Komponentenherstellers und eines Ingenieurbüros motivieren Betreiber, sich intensiver mit den passenden Partnern hierüber zu informieren und eine attraktive Ertragsquelle zu erschließen. Die Vortragsblöcke sind von ausreichend großen Pausen unterbrochen. So können die ersten Gespräche zwischen Betreibern und Spezialisten beginnen.

Wie in der Flexibilisierung Stolperfallen vermieden werden

In der Flexibilisierung müssen nahezu alle Bereiche einer Biogasanlage neben dem Biogas-BHKW kritisch angeschaut werden. Ob alles auch für den geplanten Flexbetrieb passt, ist durchaus nicht klar. Daher lassen Angebote über Flex-BHKWs, die nichts über die notwendigen Schnittstellen zur Biogasversorgung, Biogasaufbereitung und weiteren Bereichen aussagen, den Betreiber allein. Wichtige Ergänzungen für späteren problemlosen Flex-Betrieb werden oft nicht angesprochen.

Die IG Biogasmotoren sorgt mit ihren Partnern für Information und Transparenz. Dies schützt Betreiber vor Investitionen, die später zeit- und kostenfressende Nachbesserungen erfordern. Wer sich mit dem Gedanken der Flexibilisierung trägt, wird auf dem Fachsymposium Biogasmotoren in Leipheim in den Fachvorträgen zahlreiche Anregungen erhalten, die er später in seinem Flexprojekt berücksichtigen kann.

Niedrige Betriebskosten mit dem richtigen Servicekonzept

Die Flexibilisierung zwingt Serviceanbieter, ihr Servicekonzept zu überdenken. Es ist sowohl für die Fahrweise Grundlast als auch im Flexbetrieb zu modifizieren. Teurer Bauteileaustausch auf Verdacht ohne Prüfung des Zustandes werden hinterfragt. Ebenso starre Fristen für Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen. Der Service-Markt kommt langsam in Bewegung. Andere Branchen machen es schon seit längerem vor, wie es zuverlässig und kostengünstig für Anlagen-Betreiber geht.

Die Fachvorträge im vierten Themenblock stellen Betreibern Dienstleistungen und Produkte für einen kostengünstigen Biogas-BHKW-Betrieb vor. Die Themen reichen bis hin zu praktisch erzielten Standzeiten der neuen Generation von Abgaskatalysatoren für Biogas-BHKWs.

Das Fachsymposium Biogasmotoren richtet sich an Betreiber von Biogas-BHKWs, ihre Servicepartner, Komponentenhersteller, Refinanzierer und Versicherer sowie an Berater, Planer und Anlagenbauer. Die Tagungsplätze sind in Leipheim begrenzt, die Anmeldung erfolgt über den Veranstaltungsflyer.