Mittels Netzanalyse genaue Messung
der Strom- und Spannungsverläufe
Für Betreiber von Biogas-BHKWs kommt es darauf an, dass der erzeugte Strom mit minimalen Verlusten eingespeist wird. Im besten Fall stimmen die erzeugten Strommengen, die Erzeuger und Netzbetreiber jeweils messen, überein. Dies ist jedoch nicht immer der Fall und führt zu Abrechnungsdifferenzen, die sich nur mühsam aufklären lassen. Eine Netzanalyse kann dann Klarheit für eine valide Abrechnung schaffen.
Holger Roswandowicz von der HR Energiemanagement GmbH hat in den letzten Jahren bei bisher ca. 600 BHKWs den Strom- und Spannungsverlauf am Netz und am BHKW-Generator genauer untersucht. Hierfür verwendet das Unternehmen hochauflösende und schnell messende Netzanalyserecorder. Die Netzanalyse klärt unter anderem diese Fragen:
- Welchen Einfluss hat die Netzspannung auf den Wirkungsgrad des Generators?
- Wie wirkt sich der „Cosinus Phi“ auf den Einspeiseertrag aus (Blindleistungsregelung)?
- Welche Auswirkungen hat die sogenannte „Schieflast“ am Generator auf den Einspeiseertrag und die Mechanik des BHKWs (im Regelfall erhöhter Verschleiß)?
- Zeigt die BHKW Steuerung die tatsächlichen elektrischen Leistungswerte des Generators an?
- Wie hoch sind die tatsächlichen Transportverluste bis zum Transformator?
- Wie hoch dürfen die Oberschwingungen, verursacht von der Biogasanlage oder dem Netz am Generator, für einen optimalen Betrieb sein?
- Rechnet der Netzbetreiber die produzierte elektrische Wirkleistung korrekt ab?
- Kommt ein angemessenes Messkonzept vom Netzbetreiber zum Einsatz?
Die Messungen erfolgen mit mehreren parallel installierten Recordern, um zeitgleich am Generatorausgang und am Netz messen zu können. Die Installation der Messgeräte und die Aufzeichnungen lassen sich im laufenden Betrieb durchführen. Daher müssen Betreiber auch keine Betriebsunterbrechungen oder Einschränkungen in Kauf nehmen. Die Messergebnisse sind für Biogas-BHKW Betreiber durchaus beunruhigend. Dazu gehören die nachfolgenden drei Themen:
1. Mehr Verschleiß und Gasverbrauch durch nicht optimale Cosinus Phi Einstellung
Ca. 50 % aller untersuchten BHKW-Generatoren zeigen keine optimale Cosinus Phi Einstellung. Dies bedeutet in Einzelfällen erhebliche Einspeiseverluste. Der Synchrongenerator läuft dadurch nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt. Daher werden die Wicklungen heißer und der Gasverbrauch des Motors steigt unnötigerweise an. Die zunächst fehlende „Wirkleistung“ erfordert Kompensation durch einen ca. 2 bis 3 % höheren Energieeinsatz (bei Einstellung Cos Phi = 0,95 als Faustformel).
2. Sicherheitsrisiken durch Generator-Schieflasten
Die Praxis zeigt häufig, dass der Generator nicht symmetrisch über alle 3 Phasen gleichmäßig Strom produziert (sogenannte Schieflast), was vielfältige Ursachen haben kann. Schwerwiegende Folgen können eintreten, wie diese Messungen aufgedeckt haben:
- Zu hohe Ströme auf dem Neutralleiter trotz Schutzmessung im BHKW
- In der Folge zu hohe Erwärmung (durch induzierte Ströme) im Läufer des Generators durch ein Gegendrehfeld mit 100 Hz
- Außerdem hoher Verschleiß an den Lagern und der Welle führt dazu, dass der Motor „unrund“ läuft. Deutlich spürbar mit Abweichungen von der eingestellten Soll-Drehzahl.
3. Netzanalyse deckt die Ursachen von Oberschwingungen auf
Besonders belastend wirken zu viele Frequenzumrichter (eigene Pumpen- und Lüfterantriebe) ohne geeignete Netzfilter in der Biogasanlage. Ebenso ungünstig ist ein Transformator in der Nähe von größeren Stromverbrauchern wie z.B. Krankenhäusern, Industriebetrieben etc.. Die erzeugten Oberschwingungen aus dem eigenen Betrieb oder dem Netz wirken stark verschleißfördernd auf den Generator. Das geschieht weitestgehend unbemerkt vom Anlagenbetreiber.
Abhilfe schafft hier die „Säuberung“ des Netzes, aber nur nach gründlicher Netzanalyse. Geeignete Abhilfe-Maßnahmen können dann beispielsweise sein:
- Einbau von Netzfiltern an den Frequenzumrichtern
- Geeignete “Sanftanläufe” von starken Stromverbrauchern mit Blindleistungskorrektur
- Einsatz aktiver Blindleistungskompensationsanlagen
- Einsatz statischer Blindleistungskompensation (SVG Static Var Generator)
Besonders auffällig im Zusammenhang mit den Untersuchungen waren diejenigen Fälle, in denen die BHKW-Steuerung nicht die tatsächlichen elektrischen Werte angezeigt haben. Abweichungen bis zu 50 kW elektrische Wirkleistung zeigten die Spitze des Eisberges und unterstreichen den Nutzen der Netzanalyse für den Anlagenbetreiber.
Das wirtschaftliche und technische Verbesserungspotenzial durch Netzanalyse an Biogas-BHKWs ist groß
Netzanalyse mit mehreren Netzanalyserecordern
Fazit: Um die vorgenannten Probleme zu erkennen und zu belegen, bedarf es zunächst mehrtägiger Messungen mit mehreren synchron messenden Netzanalyserecordern. Die Messergebnisse nimmt HR Management GmbH danach zum Anlass, sowohl dem Betreiber eines Biogas-BHKWs als auch dem Netzbetreiber konkrete Verbesserungsvorschläge zu unterbreiten. Gerade nach einer durchgeführten Flexibilisierung einer Biogasanlage ergibt sich Handlungsbedarf z.B. in der Anpassung des Messkonzeptes. Dies führt bei BHKWs mit ca. 1 MW el. Leistung im Durchschnitt zu einer 5-stelligen Ergebnisverbesserung im Jahr. Wer mehr zu diesem Thema in einem aktuellen, kostenfreien BHKW-Talk am 18.2.2022 erfahren möchte, meldet sich hier an.
