Was bringt mehr Ertrag: Fahrplan oder Regelenergie ?

Fahrplan von Flex-BHKWS unter Berücksichtigung des Wärmebedarfes. Quelle SKVE AG

Es ist erstaunlich, in wievielen Angeboten zur Flexibilisierung eines Biogas-BHKWs sich technische Ausstattungsmerkmale finden, die der Regelenergie-Bereitstellung dienen. Über eine automatisierte Fahrplan-Steuerung wird eher weniger gesprochen. Das ist angesichts der Marktverhältnisse unberechtigt und birgt erhebliche Gefahren in der Anlagenplanung für den Flexbetrieb im Sinn einer bedarfsgerechten Stromerzeugung.

Preise für Regelenergie-Bereitstellung am Markt eingebrochen

Da in ausreichendem Maße Regelenergie angeboten wird, um die Stromnetze zu stabilisieren, sind die Preise für Regelenergieangebote am Markt deutlich zurückgegangen. Details finden Sie in dem Beitrag unseres Kooperationspartners SK Verbundenergie AG, auf dem wir am Schluss dieses Beitrages noch einmal verweisen.

Betreiber sind also gut beraten, die Umsatzerlöse aus Regelenergiebereitstellung sehr konservativ zu bewerten. Auch wenn in den nächsten Jahren konventionelle Kraftwerke wie auch Atomkraftwerke vom Netz gehen werden, so ist es zumindet unsicher, ob sich die Marktpreise wieder zu den alten Höhen aufschwingen werden, die attraktive Zusatzerlöse versprachen.

Servicekosten für Regelenergie-Bereitstellung höher als im Fahrplan-Betrieb

Die Bereitstellung von Regelenergie fordert das Biogas-BHKW technisch deutlich stärker im Vergleich zu einem Fahrplan, der eine stark reduzierte Dynamik im Betrieb aufweist:

  1. Höherer Lagerverschleiß durch deutlich mehr Starts im Jahr
  2. Höhere Teillastanteile mit geringerem Wirkungsgrad
  3. Mehr Abkühl- und Aufheizprozesse durch mehr Startvorgänge
  4. Hohe Dynamik im Startprozess gefordert, dadurch größerer Aufwand in der Vorwärmung notwendig oder mehr Bauteilverschleiß durch thermische Spannungen

Motorenhersteller gehen davon aus, dass im Vergleich zum klassischem Volllastbetrieb die Wartungskosten pro produzierter (elektrischer) Kilowattstunde im dynamischen Betrieb der Regelenergie-Bereitstellung ca. 30 bis 80% höher ausfallen.

Der Fahrplanbetrieb, der

  • mit durchschnittlich 1,7 Starts pro Tag auskommt,
  • eine Laufzeit des Biogasmotors von mindestens 2 Stunden nach Start aufweist
  • und mindestens 3000 Betriebsstunden im Jahr vorsieht,

benötigt dagegen keine höheren Instandhaltungsaufwendungen pro produzierter (elektrischer) Kilowattstunde.

Zwei Drittel der Biogasanlagen erwirtschaften keine zufriedenstellenden Erträge. Die Betriebskosten stellen vielerorts eine ausgesprochene Achillesferse dar. Es ist daher fraglich, ob man sich als Betreiber einen kostenintensiveren Betrieb zur Regelenergie-Bereitstellung zumuten soll, der dies (derzeit) nicht durch ausreichende Mehrerlöse rechtfertigt.

Erst mit einem genauen Fahrplan richtig investieren

Dass Fahrpläne von Biogas-BHKWs einen so geringen Stellenwert in Verkaufsgesprächen haben, ist zu bedauern. Denn erst das Zusammenspiel von Fahrweise und eingesetzter Technik ermöglicht gute wirtschaftliche Ergebnisse. Bleibt dies unberücksichtigt, wächst die Gefahr einer Fehlinvestition, die sich nachträglich nur noch teuer korigieren lässt. Auch  Betreiber sind hieran nicht immer schuldlos: die Flexprämie verstellt manchmal den Blick auf ein gut abgestimmtes Gesamtkonzept für ein flexibilisiertes BHKW.

Je höher das Maß der Überbauung ist, desto kürzer werden die Laufzeiten der Biogasmotoren und desto anspruchsvoller wird die Anforderung an den Gasspeicher, den Wärmepufferspeicher und die Warmhaltung des Biogasmotors neben der Biogasaufbereitung.

Es ist nicht damit getan, einen Heizwärmetauscher in einem R/I Schaubild aufzuführen und den Part der Wärmeversorgung damit auch abschließend für den Kunden darzustellen. Es wird in der Auslegung dieses Bauteiles oftmals die kundespezifische Heizlast über 8760 Stunden im Jahr nicht ausreichend genau berücksichtigt.

Für die richtige Dimensionierung aller Komponenten ist eine planerische Modellrechnung unerläßlich. Dies reicht von der Biogasaufbereitung und -Speicherung bis hin zur Wärmeversorgung und zur Stromproduktion zu Tageszeiten mit hohen Strompreisen. Als Ergebnis wird klar,

  • welches Maß der Überbauung sich am Anlagen-Standort rechnet,
  • wie die Anforderungen an die Komponenten (Speicher, Wärmetauscher, etc.) aussehen
  • und wie groß die Erträge über die geplante Nutzungsdauer ausfallen.

„Schnellschüsse“ aus Betreiber- oder Anbietersicht sind bei der Flexibilisierung eines Biogas-BHKWs kontraproduktiv. Wir verweisen auf den wichtigen Beitrag in dieser Sache von der SK Verbundenergie AG . Unser Partner hat in mehr als 250 Flexibilisierungsprojekten für Betreiber genau gerechnet, damit die erwarteten Mehrerlöse auch kommen. Dieses Thema wird auch im Fachsymposium der IG Biogasmotoren im September in Hamburg zur Sprache kommen.

Fachsymposium Biogasmotoren 5. September 2017

Ein Muss für Biogas-BHKW-Betreiber, die eine gute wirtschaftliche Perspektive anstreben

Das zweite Mal nach 2016 lädt die Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren Betreiber, Hersteller, Packager und Dienstleister sowie Fachjournalisten für Biogas-BHKWs zum Fachsymposium Biogasmotoren nach Hamburg ein. Im Fokus stehen die Themen, die Betreibern von Biogasanlagen und Biogas-BHKWs die größten Sorgenfalten in die Stirn treiben:

  1. Wie können die Instandhaltungsaufwendungen so optimiert werden, dass ein profitabler Betrieb mit hoher Verfügbarkeit einhergeht?
  2. Wie sind die wirtschaftlichen Chancen des Flexbetriebes für eine Zeit nach dem EEG zu heben?

Die wirtschaftlichen Ergebnisse von Biogasanlagen mit den angeschlossenen Biogas-BHKWs streuen immer noch sehr stark. Rund zwei Drittel der Betriebe ewirtschaften keine ausreichenden Erträge, ein Drittel zufriedenstellende bis gute Erträge. Es gibt mehr als ein Dutzend „Stellschrauben“ und Einflussfaktoren, die ebenfalls in ihren Ausprägungen sehr große Unterschiede im Feld aufweisen.

Das bedeutet, dass hier Verbesserungspotenzial vorhanden ist. Das ist ermutigend für Betriebe, die heute eher unbefriedigende Ergebnisse erzielen. Und es zeigt, dass noch Luft nach oben ist für Ertragsverbesserungen, auch für die schon guten Betriebe.

Was Besucher am 5. September 2017 auf dem Fachsymposium Biogasmotoren an Neuigkeiten im Vergleich zum Vorjahr  erwartet, sehen Sie hier .

Die Tür geht nicht auf

Die Tür zum Biogas-BHKW geht nicht auf

Schleichende Veränderungsprozesse nehmen Betreiber oft selbst nicht wahr. So erging es Michael Wentzke von der IG Biogasmotoren  kürzlich beim Besuch einer Biogasanlage: die Tür zum BHKW-Betriebsraum ließ sich nicht mit normalem Kraftaufwand öffnen. Eine geheimnisvolle Kraft von innen hielt kräftig dagegen. Die Ursache war schnell geklärt. Die Zuluft- und Abluftgebläse wurden im Winter manuell gedrosselt und die Luftfilter standen vor dem Austausch. Der laufende Biogasmotor sorgte für einen kräftigen Unterdruck im Raum und kämpfte sowohl mit der knappen Luftmenge als auch mit der hohen Raumtemperatur.

Raumluft genauso wichtig wie Biogas

Vielfach wird über die Notwendigkeit der Biogasaufbereitung gesprochen. Das ist auch notwendig, aber es darf darüber nicht vergessen werden, dass auch mit der  Raum- und Ansaugluft alles stimmen muss, damit der Biogasmotor richtig läuft. Die korrekte Konditionierung der Ansauguft wird in der Praxis häufig vernachlässigt. Dies beginnt schon mit der Planung und Auslegung der Luftversorgung für den BHKW-Container oder die Raumaufstellung des Aggregates.

Frischluft zur Kühlung wird sowohl für den Motor als auch für den Generator benötigt. Staub und Schmutz müssen durch Raumluftfilter ferngehalten werden. Anderenfalls gibt es einen rasanten Laufbuchsen-Verschleiß, der kostentreibende Reparaturen nach sich zieht. Der Generator leidet ebenfalls, da bei Stillstand kondensierende Feuchtigkeit die Wicklungen schädigt. Dagegen schützt die Generatorstillstandsheizung, die stets mitgeliefert wird, aber häufig nicht angeschlossen wird.

Sparen an der Raumluftkonditionierung rächt sich

Es gibt immer noch Anlagenbauer, die eine Raumluftfilterung als Luxus erachten. Motorenhersteller schreiben vor, dass nicht nur die  Ansaugluft sondern auch die Raumluft gefiltert werden muss. Meistens ist es nicht mit einem großen Aufwand verbunden, Filter passend nachzurüsten. Geringere Instandhaltungskosten werden es dem Betreiber danken.

Ein installierter Umluftkanal ist ebenfalls kein Luxus, sondern eine Notwendigkeit, wenn bei kalten Außentemperaturen der Motor gestartet wird. Die Ansaugluft darf eine bestimmte Mindesttemperatur nicht unterschreiten, um den Motor vor zu hohen Ladungsgewichten zu schützen. Diese führen zu überhöhten Lagerbelastungen und Brennraumtemperaturen, die den Motor schädigen. Entsprechend angesteuerte Jalousieklappen schützen den Betriebsraum auch vor zu starker Auskühlung nach Motorstillstand. Dies wird gerade für den Flexbetrieb bedeutend sein, wo sich mehrstündiger Betrieb mit mehrstündigen Stillstandsphasen des Aggregates abwechseln.

Eigenstrombedarf mit cleverer Technik senken

Der Betriebsraum des Biogas-BHKW sollte ohne große Verwirbelung der Frischluft durchströmt werden. Die Frischluft wird so geführt, dass  sie in den Generator eintritt und dort die Wicklungen kühlt. Danach strömt sie am Biogasmotor entlang.

Es muss vermieden werden, dass das Frischluftgebläse das Luftfiltergehäuse des Biogasmotors direkt anströmt, sodass sich dort ein Staudruck bildet. Da dieser nicht auch am Nulldruckregeler anliegt, wird ein zu mageres Startgemisch gebildet und der Motor springt nicht oder schlecht an. Frequenzumrichter-geregelte Ventilatoren sorgen dafür, dass Frischluft in ausreichender Menge bei geringem Stromverbrauch bereitgestellt werden.

Eine Temperatur- und Mengenregelung der Frischluft sollte automatisch und nicht per Hand geschehen. Die hier zu notwendige Automatisierungstechnik ist mittlerweile preisgünstig und ebenfalls nachrüstbar. Die Stufenregelung mit zwei oder drei Volumenströmen der Gebläse hebt noch nicht das mögliche Einsparpotenzial für die Lüfterantriebe. Sparen lässt sich auch bei den Raumluftfiltern: Eine Differenzdruckmessung zeigt an, wann die Filterelemente ausgetauscht werden müssen.

Ein eingestellter leichter Überdruck im Betriebsraum schützt vor Staubbelastungen von außen und hat eine angenehme Nebenwirkung: die Tür geht wieder leichter auf…

Erfahrungen aus zurückliegenden Flex-Veranstaltungen

Quelle SKVE AG: Flexbetrieb

Manche Veranstalter und sicher auch manche Teilnehmer haben die Erwartung, in wenigen Stunden sei das Thema Flexibilisierung mit seinen zahlreichen Schnittstellen ausreichend besprochen. Das deckt sich nicht mit unseren Erfahrungen aus zahlreichen Flex-Veranstaltungen. Die richtige Arbeit fängt für Betreiber erst nach einem Ganztages-Seminar an, wenn vor dem Hintergrund der eigenen Anlage die Voraussetzungen für erfolgreiche Flexibilisierung geklärt und bewertet werden müssen. Ziel muss es sein, alle wichtigen Entscheidungskriterein und die inhaltlichen und zeitlichen Abhängigkeiten der Teilthemen voneinander in Flex-Veranstaltungen ausreichend detailliert vorzustellen.

1. Zukunftsperspektive – die Zeit nach dem EEG

Mt einer Restlaufzeit des jeweilgen EEGs für die eigene Biogasanlage von mehr als 10 Jahren lässt sich die Flexprämie für die Investition in ein weiteres Biogas-BHKW nutzen. Die Höchstbemessungsleistung bleibt gleich, der Volllastbetrieb des BHKWs wird verlassen und je nach Anzahl und Größe des Flex-Aggregates werden jährlich nur noch ca. 2500 bis 4000 Betriebsstunden erreicht. Damit fallen größere Revisionen und Grundüberholungen der Biogasmotoren entsprechend später an.

Es ist davon auszugehen, dass nach Auslauf des EEG-Zeitraumes ein wirtschaftlicher Betrieb der Biogasanlagen nur noch mit bedarfsgerechter Stromerzeugung und einem Wärmekonzept möglich sein wird.

Es gibt kein Patentrezept für das ideale Maß der Überbauung einer bestehenden Anlage. Daher ist es ratsam, eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsrechnung vor die Investitions-entscheidung zu stellen. Für den späteren Flexbetrieb der BHKWs ist die Peripherie insbesondere im Bereich der Biogasaufbereitung, der Gas- und Wärmespeicher sowie der Trafostation anzupassen.

2. Frühzeitig Genehmigungsbehörden einbinden

Die Genehmigungsdauern reichen von sportlichen 5 Monaten bis knapp 2 Jahre. Wenn dann noch Lieferzeiten mit ca. 6 Monaten vom BHKW-Lieferanten hinzukommen, wird klar, wie wichtig ein Zeitplan für alle Phasen des Flexibilisierungsprojektes wird.

Betreiber berichten von postiven Erfahrungen, wenn Behörden frühzeitig in das Flexprojekt eingebunden werden. Es scheint auch noch nicht überall bei Genehmigungsbehörden angekommen zu sein, dass Flexibilisierung nicht mit einem Mehrverbrauch von Substraten verbunden ist, sondern die Produktion der Energiemenge nur anders zeitlich verteilt wird. Je mehr um Verständnis geworben wird und je mehr Vorurteile abgebaut werden, desto einfacher und schneller wird der Genehmigungsprozess.

3. Netzanbindung und Trafostation

Manche Netzbereiche erlauben heute kaum noch einen weiteren Ausbau, um eine größere elektrische Leistung aufzunehmen. Deswegen ist eine der ersten Aufgaben die Netzanfrage. Ohne ein grünes Licht vom Netzbetreiber droht das Flexprojekt zu scheitern.

Wenn die Netzanbindung heute nicht ausreichend gegeben ist, könnte ein klärendes Gespräch mit dem Übertragungsnetzbetreiber helfen, ob nicht zeitlich parallel der Aufbau des Flex-BHKWs und der Netzausbau bis zum Einspeisepunkt geschehen kann.

Für eine mindestens doppelte Überbauung wird auch der vorhandene Tranformator zu klein sein. Die nicht zu knappe Auslegung des Transformators ist für einen wirtschaftlichen Betrieb nicht zu unterschätzen, da sonst dauerhaft unnötig große Wirkungsgrad-Verlustes des Transformators in Kauf genommen werden müssen.

4. Gasspeicher und Wärmespeicher müssen bewertet werden

Flexibler Betrieb bedeutet phasenweiser Stillstand aller Biogasmotoren, wenn die Strompreise unattraktiv niedrig sind und Volllast für alle Aggregate, wenn die Strompreise an der Börse hoch sind. Flexibler Betrieb hat auch nichts mit Regelenergiebereitstellung zu tun. Dieses Missverständnis teilen sich viele Betreiber mit Herstellern und Packagern.

Auf der einen Seite möchte man als Betreiber die erlaubte Höchstbemessungsleistung hereinfahren. Dazu reichen je nach Grad der Überbauung schon 3000 Betriebsstunden pro Biogasmotor oder weniger aus. Andererseits dürfen die Stillstandszeiten der Biogas-Motoren nicht so groß sein, dass sich der Wärmespeicher entleert und Wärmekunden über zu niedrige Temperaturen klagen. Ein optimierter Fahrplan berücksichtigt sowohl die höchsten Strompreis im Markt als auch die erforderliche Wärmeversorgung der Wärmeabnehmer.

5. Biogasversorgung und -Aufbereitung

Biogasentfeuchtung, Nacherwärmung und Entschwefelung im Aktivkohlefilter sind für Anlagenbauer deshalb eine Herausforderung, weil mit ca. 2 Starts pro Tag Abkühl- und Aufwärmphasen durch eine Warmhaltung kompensiert werden müssen. Diese lässt sich entweder elektrisch oder aus einem Wärmespeicher bedienen. Damit wird vermieden, dass kaltes und feuchtes BIogas die Aktivkohle passiert und dadurch ungefiltert Schwefel-wasserstoff in den Biogasmotor gelangt.

Mehrere Biogas-BHKWs, die von den bestehenden Fermentern mit Biogas versorgt werden sollen, benötigen ausreichend dimensionierte Rohbiogasleitungen und Gasgebläse, die den notwendigen Gas-Vordruck am jeweiligen BHKW sicherstellen. Anderenfalls beeinflussen sich einzeln startende BHKWs ungüstig und der Gasdrck bricht am Nachbar-BHKW so ein, das der Biogasmotor in die Abschaltung geht. Durch sorgfältige Planung lassen sich diese unerwünschten Betriebszustände vermeiden.

6. Motorvorwämung und Versorgung der Wärmekunden

Der Wechsel von Warm- und Kaltbetriebszuständen ist grundsätzlich mit höherem Verschleiß der Motoren verbunden und kann durch eine Vorwärmung oder Warmhaltung vermieden werden. Auch hier bietet sich als Energielieferant ein Wärmespeicher an, der die gewünschte Wärme deutlich preisgünstiger liefert als die elektrisch betriebenen Vorwärmeinrichtungen, die viele Biogasmotoren serienmäßig aufweisen.

Die größere Anzahl von Motorstarts beanspruchen die Lager der Motoren nur unwesentlich, wenn elektrisch vorgeschmiert wird. Manche Hersteller statten ihre Biogasmotoren mit Vorschmierpumpen aus, ab einer bestimmten Motorengröße sind sie ohnehin zwingend notwendig. Sofern die Anzahl der Starts unter 1000 pro Jahr bleibt, ist für viele Hersteller nicht von signifikant höherem Lagerverschleiß auszugehen. Auch bei älteren Motoren ist eine Vorschmierung nachrüstbar, um den Verschleiß zu reduzieren.

Gut optimierte Flex-Fahrpläne  kommen mit 1,5 – 2 Starts pro Tag aus und sind nicht mit den (unkalkulierbaren) Fahrplänen und Leistungsabrufen der Regelenergiebereitstellung vergleichbar. Nach dem Start laufen die Motoren mindesten 2 Stunden bis maximal ca. 10 -12 Stunden und haben am Wochenende eher größere Stillstandszeiten, weil die Strompreise niedrig sind.

Gerade dann schlägt die Stunde richtig dimensionierter Gasspeicher, die bei still stehenden Motoren sich befüllen und die Gasproduktion aufnehmen. Der Wärmespeicher entlädt sich am Wochenende stärker für den Wärmebedarf der Wärmekunden und sollte dies auch bei strengen Außentemperaturen schaffen.

Schon im ganz normalen Volllastbetrieb gibt es durch mangelhafte Planung der Komponenten zur Wärmeversorgung häufig Probleme, die sich im Flexbetrieb dramatisch verschärfen würden, wenn die Lastprofile der Wärmekunden unberücksichtigt blieben und die Wärmetauscher, Pumpen und Wärmeleitungen zu knapp dimensioniert würden. Die Umsetzung der dynamischen Anforderungen der Wärmespeicher für Auf- und Entladung sind die Erfolgsfaktoren eines gut geplanten Flexprojektes.

7. Sorgfalt vor Schnelligkeit

Ohne planerische Unterstützung wird es nach unserer Überzeugung kein nachhaltig wirtschaftlich erfolgreiches Flexprojekt geben können. Der (externe) Planungsaufwand macht sich später durch störungsfreien Betrieb bezahlt.

Ein Flexprojekt hat zahlreiche Schnittstellen nach außen, die zeitlich bedient werden müssen. Auch wenn der Alltagsbetrieb fallweise zurücktreten muss, lohnt sich der Zeiteinsatz für die Flexibilisierung, damit diese unter Beachtung aller Risiken erfolgreich bewältigt wird.

Deshalb ist jedem Betreiber empfohlen, sein eigenes Flexprojekt kritisch auf wirtschaftliche Risiken und Chancen hin zu überprüfen und mit ausreichenden Reserven zu kalkulieren.

Warum Aktivkohle es im Winter schwer hat

Quelle NECATEC AG : Beladungsleistung von Aktivkohle in Abhängigkeit von relativer Gasfeuchte und Temperatur

Im Winter ist der Schwefelwasserstoff-gehalt des Rohbiogases um bis zu 30% höher als im Sommer. Die Aufnahme-fähigkeit der Aktivkohle hängt unter anderem davon ab, wie groß die relative Feuchte des Biogases und seine Temperatur ist. Durch die Gaskühlung wird das Rohbiogas entwässert.Danach tritt es wieder erwärmt in den Aktivkohlefilter ein. Die unvermeidliche Restfeuchte und die Temperatur des Rohbiogases im Aktivkohlefiltergehäuse bestimmen nun die Beladungsleistung der Aktivkohle. Es darf nicht zu „trocken“ und nicht zu „nass“ sein. Die Herausforderung für die Anlagentechnik besteht darin, bei wechselnden Außentemperaturen gerade den optimalen Bereich zutreffen, in dem die Aktivkohle viel Schwefelwasserstoff aufnimmt. Ziel ist es, den Biogasmotor vor Schwefelwasserstoff im Biogas-Luft-Gemisch zu schützen, die innermotorisch das Schmieröl versauert und Bauteile im Abgasstrang korrodiert.

Fütterung und Rohentschwefelung können die Biogasaufbereitung belasten

Wird Hühnertrockenkot oder Geflügelmist in nenenswerten Anteilen gefüttert, entstehen Natriumfrachten und es wird Ammoniak gebildet. In Verbindung mit Eisenchlorid, das gern zur Rohentschwefelung eingesetzt wird, kann sich Salz bilden, das mit dem Biogas in den Brennraum gelangt und dort zur Salzäurebildung führt. Diese hat eine stark korrosive Wirkung in allen abgasführenden Bauteilen. Aktivkohle, die auf die Bindung von Schwefelwasserstoff ausgelegt ist, kann nicht in gleichem Maße auch Ammoniak herausfiltern. Hier ist eine zweite Filterstufe notwendig – oder die Fütterung verzichtet auf Geflügel-Substrate. Auch zu Eisenchlorid als Rohentschwefelung gibt es Alternativen, um die Salzsäurebildung zu verhindern.

Warmhaltung der Aktivkohle im Flex-Betrieb

Im Flexbetrieb werden Zeitscheiben gefahren, die von unterschiedlich langen Stillstandszeiten des Blockheizkraftwerkes abgelöst werden. Diese können je nach Grad der Überbauung werktags 6 bis 8 Stunden zwischen der Betriebsphase betragen, am Wochenende auch schon einmal 18 bis 24 Stunden. Da Fahrpläne für das Biogas-Blockheizkraftwerk rollierend gemäß Wetter – und Börsenpreisprognose erstellt werden können, lassen sich die Zeitpunkte für eine Vorwärmung oder dauerhafte Warmhaltung des Aktivkohle-Filtergehäueses bestimmen.

Es wäre gerade im Winter verschleißfördernd, wenn nach einer Stillstandsphase des Biogasmotors dieser bei Anlauf erst einmal wegen einer „kalten“ und möglicherweise zu „nassen“ Aktivkohle viel Schwefelwasserstoff schluckt. Die Biogasnacherwärmung muss mit Blick auf das Filtergehäuse und die nachfolgende Biogasleitung zur Gasregelstrecke erweitert werden und vor Start des Biogasmotors ausreichend Wärme – elektrisch erzeugt oder aus einem Warmwasserspeicher – bereitstellen.

Für Anlagenbauer ergeben sich hier konkrete Aufgaben der Anlagenoptimierung mit Blick auf den Flex-Betrieb, die von der Expertise derjenigen Unternehmen begleitet werden sollten, die sich intensiv mit den Einflussfaktoren auf eine optimale Ausnutzung der Aktivkohle beschäftigt haben. Erst individuell angepasste Lösungskonzepte führen zum gewünschten Ergebnis: keine Belastung des Biogasmotors und wirtschaftlicher Einsatz der Aktivkohle. Handlungsbedarf gibt es häufig schon beim klassischen Volllastbetrieb der Biogas-Blockheizkraftwerke.

Gastbeitrag HGS: Schwingungsmessung im BHKW

Wie H.G.S. Schwingungsmessungen in der Praxis durchführt

Schwingungsmessung an einem Biogas-Aggregat

Die Schwingungsmessung ist nach DIN ISO 8528-9 seitens des Lieferanten der Gasmotoreinheit mit Generator (Caterpillar Energy Solutions – MWM) nach der erfolgten Inbetriebnahme des BHKWs vorgeschrieben.

Für die Durchführung der Messung sind entsprechende Meßgeräte und -Fühler sowie speziell geschulte Servicetechniker erforderlich. Für die Messung wird eine Vorlage von MWM, in der bis zu 60 Meßpunkte graphisch und tabellarisch dargestellt sind, verwendet.

Die Messung ist nach der Inbetriebnahme notwendig, um unter anderem die korrekte Aufstellung des Gensets z.B. im Container oder auf einem Fundament in Raumaufstellung zu kontrollieren. Es werden die Einhaltung der Grenzwerte für Schwingungen am Gasmotor und Generator, die Wellen-Ausrichtung vom Generator zum Gasmotor, die Funktion der einzelnen Komponenten zur Schwingungsreduzierung (z.B. Federelemente, Schwingungsdämpfer am Motor, Kompensatoren, etc.) überprüft und ein Referenzwert für spätere Messungen festgestellt.

Praktische Durchführung einachsiger Schwingungsmessungen

Messwertaufnehmer mit einem mobilen Schwingungsmessgerät

Die Schwingungsmessung und Dokumentation der entsprechenden Meßwerte ist Bestandteil der Inbetriebnahme nach MWM-Hersteller-vorgabe und einschließlich der restlichen Inbetriebnahme-Dokumente bei MWM einzureichen.

Bei den folgenden, größeren Wartungsstufen des GenSet (Gasmotor und Generator) ist ebenfalls eine Schwingungsmessung vorgeschrieben. Die entsprechenden Wartungsintervalle und dazugehörigen Umfänge sind der jeweils beigefügten Dokumentation von MWM zum Marelli-Generator zu entnehmen.

Um nun zu erkennen ob sich das Schwingungsverhalten des BHKWs verändert hat, ist ein Vergleich mit den Referenzwerten aus der Messung nach der Inbetriebnahme unumgänglich. Nur durch den Vergleich mit dem Neuzustand ist zu erkennen, ob und wo sich Werte verändern, so daß man dann gegebenenfalls darauf reagieren und eine weitere Diagnose der Fehlerquelle einleiten kann.

Stellt man nun bei einer Schwingungsmessung im Rahmen einer Wartung fest,  daß sich die Werte verändert haben, sollte man an den entsprechenden Meßpunkten erneut eine Messung durchführen,  um sicherzustellen, daß es sich nicht um einen Meßfehler handelt.

Werden die Abweichungen zum damaligen Referenzwert in der Vergleichsmessung bestätigt, so sollte man vor Ort direkt folgende Punkte kontrollieren:

  • Einstellung der Federelemente und Kontrolle, ob diese vollständig auf dem Boden aufliegen sowie
  • Sichtkontrolle der Kompensatoren

Wenn diese Punkte alle in Ordnung sind, so sollte im Anschluß die Wellenausrichtung vom Gasmotor und Generator kontrolliert werden. Des weiteren kann man weitere Messungen, z.B. an anderen Meßpunkte, oder eine Spektrumanalyse durchführen.

Ein verändertes Schwingungsverhalten kann natürlich auch von einem „unrunden“ Motorlauf hervorgerufen werden. Ein „unrunder“ Motorlauf ist zum Teil zu hören und zu sehen oder kann auch an analogen Leistungs- oder Stromanzeigen sichtbar sein. Stellt man nun fest, daß der Motor nicht ruhig läuft, kann man zum einen in der MWM TEM-Steuerung die jeweilige  Zündenergie ablesen und per Zündlichtpistole die einzelnen Zylinder auf korrekte Zündimpulse hin kontrollieren.

Weiterhin sollte der korrekte Zündzeitpunkt ebenfalls direkt kontrolliert werden. Eine Messung der Abgaswerte nach Motor sowie vor Katalysator kann ebenfalls hilfreich sein, um zu erkennen, ob der Motor in seinen richtigen Parametern läuft.

Zu hohe Schwingungen können zu kurz- und langfristigen Schäden am gesamten BHKW führen. Wenn diese Schäden eintreffen, ist meistens eine kostenintensive Reparatur, verbunden mit einer längeren Ausfallzeit, unumgänglich. Welche Leistungsumfange für Schwingungsmessungen angeboten wird und wie groß der Zeitaufwand für die Messung ist, erfahren Interessenten hier.

Autor: Arnd Dietrich, Leitung Elektrotechnik H.G.S. GmbH & Co KG in Krefeld