Optimaler BHKW-Betrieb

Gasmotor im Betrieb in Raumaufstellung

Ganztages-Seminare zum Thema “Optimaler BHKW-Betrieb” stießen in jüngster Zeit auf großes Interesse der Betreiber. Oft wurden auch auf Wunsch  die Themen ergänzt, die beim Flex-Betrieb zu beachten sind.

In den Veranstaltungenstellte sich heraus, dass die Interpretation der Betriebsdaten oft Schwierigkeiten bereitet. Damit fehlen wichtige Informationen, um die Schadenprävention zu unterstützen. Mit den täglich erfassten Betriebsdaten des BHKWs hätte der Betreiber die Chance, frühzeitig gemeinsam mit dem Servicepartner vorbeugend einzugreifen.

Es geht dabei um Gefahren erhöhter Temperaturen in den Kühlkreisläufen und in der Gemischversorgung, die den Betreiber bei Nichtbeachtung viel Geld und ungeplante Stillstände kosten. Beispielhaft seien 6 Einflussfaktoren angesprochen, die in der Praxis immer wieder zu teuren Störungen führen.

1. Betriebstemperaturen in Kühlkreisläufen zu hoch

Hohe Kühlwassertemperaturen führen zu vorzeitiger Materialermüdung im Bereich der Zylinderköpfe, Laufbuchsen und Zündkerzen. Diese Bauteile erreichen früher ihre Verschleißmaße und erhöhen somit die Betriebskosten.  Die Standzeiten dieser Bauteile sind bei den gleichen Motortypen sehr unterschiedlich und weisen auf die unterschiedlichen Arbeitsumgebungen der Motoren hin. Darauf hat schon der Anlagen-Planer und Projektierer einen großen Einfluss. Liefert die Inbetriebnahme des Aggregates keine Betriebstemperaturen im Sollbereich, sind die Wurzeln für vorzeitigen Verschleiß gelegt.

Es gibt mehrere Ursachen für zu hohe Betriebstemperaturen in Kühlkreisläufen, die auch in der zunehmenden Verschmutzung der Wärmetauscher liegen. Deshalb sind die Temperaturänderung der Kühlmedien wichtige Indikatoren für anstehende Reinigungsarbeiten an Wärmetauschern und Notkühlern.

2. Schmieröltemperatur im BHKW-Betrieb zu hoch

Schmieröl kann eine Menge Temperatuerhöhung ertragen, bevor der Schmierfilm reisst. Aber weit davor sind wichtige Additive schon zerstört. Und die Schmierölanalyse zeigt hohe Oxidationswerte, die einen vorzeitigen Schmiereölwechsel erfordern. Die Schmieröltemperatur zeigt ein Sympton an (im Motor herrschen zu hohe Temperaturen) und wirkt selbst auf die zu schmierenden Bauteile mit weniger Leistung als Schmieröl (Additive zerstört) ein.

Auch hier gibt es ein Ursachenbündel, das vom verschlammten Ölkühler bis zur klopfenden Verbrennung des Motors reicht. Oft wirken auch mehrere Ursachen gleichzeitig und erfordern daher eine saubere Auswertung der Motor-Betriebsdaten. Wer zu früh mit der Fehlersuche aufhört, wundert sich dann, dass die Temperatur immer noch zu hoch ist.

3. Hohe Gemischtemperatur führt zur Leistungsreduktion oder zum Totalschaden

Gute Motorsteuerungen schützen den Motor vor zu heißem Gemisch und reduzieren die Motorleistung. Bis die Gemischtemperatur wieder ein erträgliches Temperaturniveau erreicht hat. Wer keine Sensorik hierfür hat, läuft Gefahr, dass zu hohe Brennraum-Temperaturen und -Drücke den Motor massiv schädigen. Dies reicht dann bis zum einzelnen oder gemeinschaftlichen Kolbenfresser und Lagerversagen.

4. Ölnebeldämpfe im Brennraum

Der verborgene Champion mit starker Zerstörungskraft im Motor sind Ölnebeldämpfe. Als starke Brandbeschleuniger führen sie ausnahmslos zu massiven Motorschäden. Den Zustand der Ölnebeldampfabscheidung sauber im Auge zu behalten, ist daher eine wichtige Aufgabe im BHKW-Betrieb. Überhaupt hat Schmieröl nichts im Ansaugtrakt zu suchen, kommt es nun von undichten Turboladern oder von verschlissenen Einlassventilführungen.

Je nach Menge des in den Brennraum eingetragenen Schmieröles werden auch Bauteile im Abgastrakt durch harte Beläge und Ölkohleaufbau geschädigt, wie z.B. der Abgasturbolader.

5. Kondensatabführung

Gerade im Winterhalbjahr ist die Gefahr der Kondensatbildung in der Biogasleitung groß. Wenn durch unzureichende Erwärmung oder Rohrisolierung die Feuchtigkeit im Biogas ausfällt, bekommt im schlimmsten Fall der Motor durch die Wassermenge Schluckbeschwerden. Überdies hinaus erhalten die Komponenten wie Nulldruckregler oder Gemischregler mit dem Kondensat auch Schmutzpartikel, die sich in den empfindlichen Bauteilen ablagern und zu Störungen führen.

Freie Kondensatschächte und regelmäßige Entleerung der Kondensatabzüge von Abgaswärmetauschern sind wichtige Programmpunkte im BHKW-Betrieb, da anderenfalls dort auch große Korrosionsgefahr droht.

6. Biogasaufbereitung im BHKW-Betrieb oft vernachlässigt

Die Qualität der Biogasaufbereitung steht und fällt mit dem Fahren im optimalen Bereich der Aktivkohle. Im Seminar “Optimaler BHKW-Betrieb” wird genau erläutert, welche Bestandteile (u.a. Sauerstoffgehalt) und Zustandsgrößen (Feuchte und Temperatur) zu einer optimalen Beladungsleistung der eingesetzten Aktivkohle führen. Für Schwefelwasserstoff gilt eine Null-Toleranz-Politik, um Lagerschäden, versauerndes Schmieröl und korrodierte Abgaswärmetauscher zu vermeiden. Die penible Überwachung wird mit höherer Verfügbarkeit des Aggregates und geringeren Betriebskosten (insbesondere Instandhaltung und Ausfallkosten) belohnt.

Technische Betriebsführung erfordert Hand am Puls des Biogasmotors

Die im BHKW-Betrieb gewonnenen Motor-Betriebsdaten geben klare Signale, was für einen weiteren störungsfreien Betrieb zu tun ist. Entweder für den Betreiber selbst oder den involvierten Service-Betrieb. Es gäbe also gute Chancen, die heute noch sehr unterschiedlich hohen Ausfallzeiten und Instandhaltungskosten auf ein günstiges Maß zu reduzieren. Wenn Betreiber und Servicepartner die kontinuierlich gemessenen Daten bewerten und dann rechtzeitig (nicht zu früh oder zu spät) gegensteuern.

Häufig sind es die kleinen Stellschrauben, die oft Wunder wirken und den Alltagsstress mit dem BHKW deutlich reduzieren. Wir unterstützen Betreiber hierin, z.B. mit den schon oben angesprochenen Seminaren, die insbesondere auch für den Flex-Betrieb wichtige Hinweise enthalten. Aktuelle Termine sind hier für Nienburg und Freiberg verlinkt.

 

Nachlese Fachsymposium Biogasmotoren

Bildquelle: Dierk Jensen, Blick in den Vortragssaal
Fachsymposium Biogasmotorenam 5.9.2019

18 Fachvorträge wurden jeweils kurz und prägnant in 15 Minuten präsentiert und von Peter Krabbe mit dem Blick auf die Uhr straff moderiert. Sie boten den Teilnehmern wertvolle Inhalte mit Blick auf Biogas-BHKWs und ihre Peripherie, die für deren wirtschaftlichen Betrieb unerläßlich ist.  Das spätsommerlich schöne Wetter am 5.9.2019 stand in einem gewissen Gegensatz zu dem Stimmungstief der Biogas-Branche. Dies geht auch zurück auf das schwierige politische Standing der Branche als unterschätzter Player der Energiewende. Belastend wirkt sicher auch die  mancherorts wetterbedingt schwierige und teure Substratversorgung und der nach wie vor steigende Auflagendruck für Biogasanlagenbetreiber.

Flexibilisierung als Treiber der Weiterentwicklung von Produkten und Dienstleistungen

Nicht nur im ersten Themenblock ging es um Flexibilisierungs-Themen. Moritz Raben stellte seine Erfahrungen aus dem Flex-Betrieb seiner BHKWs vor, die viele Betreiber, die noch in der aktuellen zum Ende kommenden Bauphase ihrer Flex-BHKWs sind, ermutigen sollten, die unterstützenden Dienstleistungen für ein Flexprojekt nicht zu vergessen.

Dies sind Direktvermarktungsverträge auf Augenhöhe, die Rechte und Pflichten beider Vertragspartner sauber und transparent austarieren. Und eine im Alltag den Betreiber entlastende automatisierte Fahrplansteuerung, die Speicherstände für Gas und Wärme ausreichend genau erfasst. Dazu gehört ebenso ein individuelles Instandhaltungskonzept, das die Fahrweise der BHKWs berücksichtigt.

Kleine Ursachen mit großer Wirkung im BHKW-Betrieb

Viele unscheinbare Stellschrauben helfen nicht nur im Flexbetrieb, Erträge zu retten und ungeplante Stillstände zu vermeiden. Ob das die Temperierung von Biogas betrifft, um Kondensate zu vermeiden und hohe Standzeiten der Aktivkohle zu sichern. Oder die Verringerung des hohen Eigenstromverbrauches von BHKWs, für dessen Umsetzungs-Maßnahmen sich Fördergelder nutzen lassen. Unmittelbar nach dem Fachsymposium gingen die ersten konkreten Anfragen zur Prüfung von Fördermitteln bei Joachim Kohrt ein. Die technischen Potenziale zur Eigenstromsenkung bei elektrischen Antrieben im BHKW hatte Stephan Waerdt in seinem Vortrag angesprochen.

Mit Blick auf das kommende Winterhalbjahr wird der Beitrag von Michael Gülck zur Temperierung von Schmieröl im Flex-BHKW besondere Bedeutung bekommen: zwei Motorstarts am Tag mit langen Auskühlphasen fordern vom Schmieröl schnelle Präsenz an der Schmierstelle beim Motorstart, wenn die Lager nicht unnötigt belastet werden sollen. Das bewältigen (Einbereichs-) Gasmotoren-Schmieröle nur mit ausreichender Vorwärmung. Der Flexbetrieb der Biogas-BHKWs wird daher sicher eine weitere Entwicklung der Gasmotoren-Schmieröle in Richtung der aus dem Automotive-Sektor bekannten Mehrbereichsöle anstoßen. Diese werden in einem größeren  Temperaturbereich bereits seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt.

Dekarbonisierung und schärfere Emissionsvorschriften verändern die Verbrennungsverfahren

Mit extremen Magermixmotoren lassen sich die geforderten NOx-Grenzwerte nicht mehr einhalten. Deshalb werden sich die Motorenhersteller mit der Optimierung ihrer eingesetzten Brennverfahren und dem Einsatz der Harnstoffeindüsung zur Reduktion der Stickoxide beschäftigen müssen. Diese Veränderung wird Betreibern einen Wirkungsgradvorteil verschaffen, der den Mehraufwand an Harnstoffeindüsung zum großen Teil kompensiert. Für andere Verbrennungskraftmaschinen (Dieselmotoren in Nutzfahrzeugen) ist diese Technologie bereits seit knapp zehn Jahren erprobt und zuverlässig im Einsatz.

Wasserstoff steht als Kraftstoff zur Verstromung bereits in unterschiedlichen Verfahren in den Startlöchern. Auch für Biogasmotoren wird eine Beimischung zum Biogas bzw. zu Biomethan erprobt, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. Mit aus erneuerbaren Energien, wie  z.B. Windenergieanlagen, erzeugtem Strom lässt sich Wasserstoff gewinnen, der entweder methanhaltigen Brennstoffen beigemischt wird oder sich mit Hilfe von anfallendem CO2 zu Methan weiterverarbeiten lässt. Frank Grewe gab in seinem Vortrag einen Ausblick auf die zu erwartende BHKW-Technolgie , die “grün” erzeugten Wasserstoff verarbeitet. Auch wenn die Wasserstoff-Logistik noch in den Kinderschuhen steckt, so zeigen die ersten Gehversuche doch, welches Potenzial zur (umweltfreundlichen) Energieerzeugung nutzbar sein wird – auch von der Biogasbranche.

Aktuelle Service-Umfrage

In den zurückliegenden Sommermonaten haben rund 150 Betreiber von Biogas-BHKWs an der Service-Umfrage der IG Biogasmotoren teilgenommen. Für die Ertragskraft eines Biogas-BHKWs ist ein guter Servicepartner unerläßlich, so dass dem Anlagenbetreiber weder (häufige) ungeplante Stillstände noch hohe Instandhaltungskosten drohen.

Was macht einen guten Servicepartner aus?

Die erste Frage beschäftigt sich mit der Gewichtung der Kriterien aus der Kundenanforderung. Diese sind im wesentlichen folgende:

  • Reaktionszeit
  • Erreichbarkeit
  • Preis-Leistungs-Verhältnis
  • Ersatzteilverfügbarkeit
  • Technische Kompetenz

Natürlich sind die Anforderungen an Servicebetriebe durchaus unterschiedlich aus Sicht der betroffenen Anlagenbetreiber, da es im Markt auch sehr unterschiedliche Instandhaltungs-Konzepte gibt. Die Bandbreite der Instandhaltungskosten (ohne Schmierölkosten) ist sehr groß:

  • zwischen den niedrigsten Kosten (die besten 10%: weniger als 1 Cent pro kWh el.) und
  • den höchsten Kosten (die schlechtesten 10%: mehr als 2,5 Cent pro kWh el.) bezogen auf die produzierte Kilowattstunde Strom liegen mehr als 250%.

Die große Bandbreite der Kosten zeigt, dass hier noch ein erhebliches Verbesserungs-Potenzial im Markt schlummert.

Die Service-Umfrage belegt aber auch, dass die Kosten des Servicepartners nicht das wichtigste Anforderungs-Kriterium sind. Sondern Erreichbarkeit, Reaktionszeit und technische Kompetenz aus Sicht der Kunden mehr punkten.

Gewichtung der Kundenanforderung aus Sicht der Anlagenbetreiber

Quelle: SurveyMonkey Service-Umfrage Sommer 2019 Gewichtung der Kundenanforderung

Während die erste Frage der Service-Umfrage die Gewichtung der Anforderungskriterien bewertet, beantwortet die zweite Frage, wie gut Anbieter diese im Durchschnitt erfüllen. Dabei geht es wiederum um die wahrgenommene Erreichbarkeit und Verfügbarkeit des Service-Partners. Sowie natürlich auch um sein gebotenes Preis-Leistungs-Verhältnis und die erlebte Mitarbeiter-Qualifikation vor Ort.

Anforderungserfüllung der Kriterien durch Service-Partner

Quelle: SurveyMonkey, Service-Umfrage: Erfüllung der Kundenanforderung

Service-Umfrage deckt Verbesserungspotenzial auf

Der Vergleich der beiden Grafiken zeigt, dass Service-Partner mit Blick auf die Erfüllung der Kundenzufriedenheit noch Luft nach oben zeigen.  Regional verteilen sich Service-Fachkräfte sehr unterschiedlich. Daher sind die Wünsche der Kunden nach Erreichbarkeit und Verfügbarkeit von Servicepersonal einerseits verständlich. Andererseits ist es eine organisatorische Herausforderung für Service-Unternehmen, dezentral die geforderten Fachkompetenzen bereitzustellen. Auch in dieser Branche gilt, dass Ersatzinvestitionen oder Erweiterungsinvestitionen stark vom erlebten Service vor Ort entschieden werden.

Die offene dritte Frage der Service-Umfrage sammelt weitere Wünsche ein, die aus Sicht der Kunden für den BHKW-Service wichtig sind. Mit ihrer Erfüllung kann dann das Zünglein an der Waage in der Kundenentscheidung zur richtigen oder zur falschen Seite ausschlagen.

Service-Umfrage: Die Antworten auf die offene dritte Frage nach den sonstigen Wünschen der Betreiber hinsichtlich des Servicepartners wurden hier geclustert.

Quelle: SurveyMonkey Service-Umfrage Cluster der sonstigen Wünsche von Betreibern

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass aus dem Top-Cluster der Betreiber-Antworten der Wunsch nach einer vertrauensvollen Zusammenarbeit mit dem Service-Partner spricht. Das wird damit begründet, dass Service-Mitarbeiter vor Ort nicht zu häufig wechseln, diese ein gutes Anlagenverständnis mitbringen und dem Kunden “einen Mund gönnen”, mit dem, was sie vor Ort im BHKW gesehen und gemacht haben. Dann fühlt sich ein Kunde im BHKW-Service gut betreut.