Verschleiß im Biogas-BHKW

Gegen Staub kann man den Motor schützen
und den Verschleiß reduzieren

Ein laufendes BHKW ist ohne Verschleiß an seinen Bauteilen nicht denkbar. Bleibt dieser in zulässigen Grenzen, wird die Funktionstüchtigkeit und Leistungsfähigkeit nicht beeinträchtigt. Und die Wahrscheinlichkeit wird sehr groß, dass das BHKW von Schäden verschont bleibt. In der Praxis zeigt sich der Verschleiß nicht immer offenkundig. Daher kann es immer wieder über einen lagen Zeitraum an Komponenten des BHKWs zu Schäden kommen, die dann urplötzlich sichtbar werden und ihre Entstehungsgeschichte erfolgreich verheimlichen konnten.

Für den Betreiber eines Biogas-BHKWs bedeutet dies, alle Verschleiß treibenden Faktoren im Auge zu behalten. Messen hilft dabei, die richtigen Maßnahmen zum richtigen Zeitpunkt zu treffen. Die Ausstattung der BHKWs mit Messinstrumenten ist sehr unterschiedlich. Daher sieht die Unterstützung der Hersteller für Betreiber diesbezüglich nicht immer gut genug aus.

Ein bisschen Staub kann doch nicht schaden – oder?

Mit Blick auf verstaubte Belüftungsgitter von Generatoren und zugesetzte Ansaugluftfilter des Biogas-Motors muss man sagen : doch. Denn die abrasive Wirkung dieser  Staubteile fördert den Verschleiß der Laufbuchse im Motor und sorgt für erhöhten Schmieröl- und Gasverbrauch. Raumluftfilterung ist daher kein Luxus, der Staub der Umgebung muss einfach draußen bleiben. Im Sommerhalbjahr gehört auch der häufigere Wechsel der Raumluft-Filtermatten dazu. Dies mag zwar lästig erscheinen, erspart aber hohe Wartungs- und Instandsetzungskosten, da mit höherem Laufbuchsenverschleiß und Ölverbrauch auch Wartungsaufwendungen für den Turbolader steigen.

Auch der Generator mag keine staubige Frischluft, die zur Kühlung der Wicklungen notwendig ist. Der Staub lagert sich im Inneren des Generators ab und läßt immer weniger Frischluft durchströmen. Die Folge ist eine Temperaturerhöhung der Wicklung, die bis zur Versprödung der Wicklungsummantelung führen kann. Und dann ist es nicht mehr weit bis zum Wicklungsschaden – oder schlimmer noch: bis zum Generatorbrand.

Hohe Betriebstemperaturen treiben den Verschleiß

Zu hohe Temperaturen machen nicht nur den Menschen zu schaffen, sondern auch den Maschinen. Insbesondere hocheffiziente Biogas-Motoren sind auf funktionsfähige Kühlkreisläufe für die Motor- und Gemischkühlung angewiesen. Nicht wenige Motoren laufen mit ca. 10°C zu hohen Kühlmittel- und Schmieröltemperaturen. Das hat teure Konsequenzen:

  • Zündkerzen-Standzeiten sinken
  • Zylinderkopf-Standzeiten sinken
  • Verschleiß der Laufbuchsen steigt
  • Klopfneigung des Motors steigt
  • Motorsteuerung reduziert die maximale Leistung
  • Standzeiten von Schmieröl und Kühlmittel sinken

Die Ursachen hierfür sind vielfältig: es bginnt häufig mit zugesetzten Notkühlern (Bioteppich..), setzt sich fort mit Wärmetauschern, die verschmutzt sind und keinen ausreichenden Wärmeübergang herstellen und endet nicht selten mit zersetzem Kühlmittel, das aufgrund zu geringem Betriebsdruckes lokal überhitzt wurde, Dampfblasen gebildet und sich chemisch verändert hat.

Dies sind nur zwei Themen, die einen starken Verschleiß des Biogas-Motors mit seinen Komponenten provozieren. Es gibt noch weitere Verschleißtreiber, die sich mit regelmäßiger Messung und Wartung in den Griff bekommen lassen, sodass einem teure Instandsetzungsmaßnahmen und hohe Betriebsunterbrechungs-Schäden erspart bleiben. In Inhouse-Veranstaltungen für Biogasanlagen-Betreiber werden diese Themen im Herbst vorgestellt, öffentliche Webinare hierzu werden folgen. Einen weiteren Einblick in typische BHKW-Schäden erhalten Sie mit dieser Präsentation: Schaden-Praevention-im-Biogas-BHKW_Rel2019.

BHKW-Fitness mit System

Zur BHKW-Fitness gehören 8 Themenbereiche, die Betreiber von Biogas-BHKWs benötigen, um ungeplante Stillstände und hohe Instandsetzungskosten zu vermeiden.

BHKW-Fitness mit System

BHKW-Fitness ist notwendig, wenn der Betreiber eines Biogas-BHKWs stressfrei und profitabel Strom und Wärme verkaufen will. Die Interessengemeinschaft Biogasmotoren unterstützt darin, technischen Probleme zu lösen, die zu ungeplanten BHKW-Stillständen und zu unnötig hohen Instandsetzungskosten führen.

Betreiber kommen oft zuerst mit einem BHKW-Problem zu uns. Bei der Klärung und Schadensbehebung stellt sich dann heraus, dass die Wurzel des Übels nicht sofort sichtbar war und ebenfalls beseitigt werden muss. Um dauerhaft zu einem zuverlässigen BHKW zu kommen, stellen wir Ihnen unsere Vorgehensweise hierfür vor.

1. Akute Schäden beheben

Eigentlich ist in der Vorgeschichte des BHKWs schon etwas nicht richtig gelaufen, wenn es zu einem ernsten Schaden gekommen ist. Sonst hätte es den akuten Schaden sehr wahrscheinlich nicht gegeben und eine weniger problematische Verschleißerscheinung hätte mit erheblich geringerem Aufwand erledigt werden können. Dabei wären wir wieder beim Thema BHKW-Fitness: natürlich erleidet jedes BHKW im Betrieb normalen Verschleiß an seinen Bauteilen. Solange sich das BHKW innerhalb der zulässigen Verschleißmaße bewegt, ist ein Schaden nicht zu befürchten. Der Schadensreport gibt einen umfassenden Überblick über das Schadensgeschehen.

Dies setzt voraus, dass der Betreiber täglich einen Blick auf die relevanten Betriebsdaten des BHKWs wirft, um unzulässig hohe Abweichungen von den gewöhnlich zu erwartenden Daten zu erkennen.

2. Schwachstellen erkennen

Ein Biogas-BHKW ist ein durchaus komplexes technisches System. Häufig ist ein Biogasmotor nur ein Symptomträger für einen Fehler oder einen Defekt, der in der Peripherie des Biogasmotors angesiedelt ist. Daher gehört zur BHKW-Fitness auch, dass die Schnittstellen zum BHKW keine Fehler im Betrieb aufweisen, die zu Motorproblemen führen können.

Leichte Mängel der Raumluftklimatisierung und Schwächen der Kühlkreisläufe mögen einzeln noch keine nennenswerten Probleme im Betrieb produzieren. Aber der gleichzeitige Auftritt mehrerer belastender Auswirkungen auf den Biogasmotor verstärkt die schädliche Wirkung einzelner Ursachen überproportional. Dies wird in der Praxis sehr oft unterschätzt.

Die Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren unterstützt die Betreiber von Biogas-BHKWs durch BHKW-Checks. Diese decken Schwachstellen auf und geben Hinweise, wie diese mit wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen beseitigt werden können.

3. Schadensursachen finden – ein wichtiger Beitrag zur BHKW-Fitness

Damit kommen wir zu einem der größten Probleme der Betriebsführung von Biogas BHKWs: Es gibt nicht nur nebeneinander wirkende Schadensursachen aus unterschiedlichen Bereichen, sondern auch mehrere Schadensursachen innerhalb einer Prozesskette, zum Beispiel der Gemischbildung. Dies erschwert die Aufklärung der Schadensursache beim Maschinenbruch deutlich.

Allein für das gefürchtete Motorklopfen gibt es mehr als ein Dutzend Ursachen. Diese muss der Servicepartner vorab prüfen, um sicher zu gehen, dass nach erfolgter Instandsetzung auch die verantwortliche Ursache mit abgestellt wurde. Wird dies unterlassen, passiert es leider immer wieder, dass der gleiche Schaden wenige Woche später wiederholt auftritt.

Ein spektakuläres Beispiel ist ein Kurbelwellenbruch aufgrund zu hoher Schwingungsbelastung. Der Servicepartner hatten zwar den Motor wieder instandgesetzt, doch leider  weder die Schwingungsbelastung gemessen noch die Ursache dafür identifiziert. Die hohe Belastung blieb erhalten, sodass die neue Kurbelwelle wenig später erneut brach. Mit Technik-Specials informieren wir über technische Zusammenhänge im Biogas-BHKW, die mit typischen Verschleißerscheinungen zu Schäden führen. Und decken die möglichen Ursachen auf.

4. Von der Biogasaufbereitung bis zum Abgaswärmetauscher

Eine der längsten Prozessketten durchläuft Biogas auf dem Weg vom Fermenter über die Biogas- , Gemischaufbereitung und den Brennraum bis hin zum Schalldämpfer. Dabei spielt der wechselnde Zustand (Druck und Temperatur) des Biogases wie auch die korrekte Funktionsweise der Komponenten, die Biogas durchströmt, eine Rolle. Ebenso die optimale Umsetzung des Biogas-Luft-Gemisches in Druck und Temperatur sowie in eine Abgasnachbehandlung mit zulässigen Emissionswerten.

Ob die Umsetzung des Biogas-Luft-Gemisches Im Brennraum zu Druck und Temperatur optimal verläuft, ist natürlich auch von der Leistungsfähigkeit der Kühlkreisläufe abhängig. Die Klopfgefahr im Biogasmotor wird auch von der Temperatur des Gemisches und der Temperatur der Zylinderköpfe und Laufbuchsen beeinflusst. Aber eben nicht nur – dies zeigt einen Ausschnitt der durchaus zahlreichen Einflussfaktoren und damit der anspruchsvollen Fehleranalyse.

5. Wirksame Kühlkreisläufe

Der Teufel steckt hier im Detail – und davon gibt es unglücklicherweise gleich mehrere. Die Qualität des Kühlmittels ebenso wie der Kühlmitteldruck befinden sich oft nicht auf dem Radar des Betreibers und des Wartungsuntersnehmens. Sorgen aber dafür, dass im Kühlkreislauf für heftige Unruhe gesorgt wird:

  1. Kalkhaltiges Wasser führt zum Kalkmantel auf Laufbuchsen und sorgt für schlechte Kühlleistung.
  2. Verkalkte Wärmetauscher erhöhen den Durchflusswiderstand und reduzieren den Volumenstrom und damit ebenfalls die Kühlleistung.
  3. Zu niedriger Kühlmitteldruck sorgt für lokale Dampfblasenbildung an heißen Bauteilen wie Laufbuchsen – Dampf kühlt weniger als Kühlmittel in flüssiger Phase.

Dieses Beispiel zeigt, wie scheinbar harmlose Themen fatale Auswirkungen im Biogasmotor zeigen können, die bis hin zum Kolbenfresser reichen. Dabei sind die Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der BHKW-Fitness in diesem Punkt mit Blick auf die Kühlkreisläufe nicht sonderlich aufwändig und teuer – aber sie werden oft unterlassen, weil sie unwichtig erscheinen oder gar nicht wahrgenommen werden. Eine verhängnisvolle Fehleinschätzung, die zu teuren Motorschäden und hohen Betriebsunterbrechungsschäden führt.

6. Was die Motormechanik im Gleichgewicht hält

Mit der Forderung nach immer mehr Leistung und höheren Wirkungsgraden (mechanisch wie auch thermisch) sind die spezifischen Belastungen in der Motormechanik ständig gestiegen. Das Material wird mechanisch und thermisch stärker belastet. Die Lagerbelastungen und Reibung im Brennraum zwischen Kolben, Kolbnringen und Laufbuchsen erfordern einen funktionsfähigen Schmierfilm und leistungsfähige Kühlkreisläufe, um die Abwärme abzuführen. Trotz hoher Leistung werden gleichmäßig verteilte Betriebstemperaturen über alle Zylinder verlangt. Damit sich Bauteile nicht thermisch verziehen und so weiteren, ungewollten mechanischen Verschleiß prodzieren.

Um hier für den motortechnischen “Mehrkampf” gut gerüstet zu sein, bedarf es auch der BHKW-Fitness mit Blick auf das Motorschmieröl mit seiner regelmäßigen Analyse und Bewertung seines Zustandes. Hier zeigen sich Frühindikatoren für später notwendig werdende Instandsetzungsmaßnahmen, bevor ein Schaden eintritt.

7.  BHKW-Fitness verlangt kontinuierliche Betriebsdaten-Messung und -Bewertung

Moderne Motorsteuerungen liefern und zeigen eine Vielzahl von Motorbetriebsdaten an. Trotzdem fällt es vielen Betreibern schwer, aus der Flut der bereitgestellten Daten die richtigen Maßnahmen abzuleiten. Der Grund liegt darin, dass die Bewertung Betreibern schwerfällt und eine stärkere Unterstützung z.B. durch Servicepartner hilfreich wäre.

Aus wirtschaftlichen, rechtlichen und technischen Gründen ist der Betreiber hier zwar in der Pflicht, sich täglich (!) einen Eindruck vom BHKW-Zustand zu verschaffen. Und diesen mit relevanten Betriebsdaten im BHKW-Betriebstagebuch zu dokumentieren. In vielen Fällen geschieht dies auch, ohne allerdings daraus die notwendigen Schlussfolgerungen für akute oder präventive Maßnahmen abzuleiten. Ein Muster für ein BHKW-Betriebstagebuch-Wochenblatt ist als Download verfügbar.

Die liegt zum einen an der teilweise unzureichenden Ausstattung des BHKWs mit der notwendigen Messtechnik. Und zum anderen an der Beurteilung der bereitgestellten Daten. Wenn dies vor Ort nicht geschehen kann, dann sollte zumindest der Servicepartner  eine klare Interpretation der Betriebsdaten mit den Hinweisen zu den notwendigen Folgemaßnahmen geben.

8. BHKW-Verfügbarkeit und Kosten optimieren

Für Betreiber von Biogas-BHKWs kommt es darauf an, durch kontinuierliche Überwachung der technischen Betriebsdaten des BHKWs und planmäßige Wartung das Risiko ungeplanter Stillstände zu vermeiden. Der Servicepartner ist nur für geplante Serviceeinsätze vor Ort. Deshalb ist die tägliche Inaugenscheinnahme des BHKWs durch Betreiber unerläßlich. Ebenso wie ein gutes Grundverständnis zu den wichtigen Betriebsdaten des Biogasmotors. Dies gilt trotz oftmals vorhandener Online-Anbindung des BHKW-Aggregates an den Hersteller oder Servicepartner.

Die Bewertung von Betriebsdaten durch Spezialisten ermöglicht den Betreibern, ein zutreffendes Bild im Detail zu erhalten. Damit lassen sich dann auch größere Instandsetzungsarbeiten, wie z.B. Zwischenrevisionen des Biogasmotors, vorplanen. Dies vermeidet teure Überraschungen durch Schäden am Biogas-Aggregat, was immer auch zu Umsatzverlusten für erzeugten Strom und Wärme führt. Mit einer Biogasmotoren-App erhalten Mitglieder der Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren ein Hilfsmittel, um zu wenigen, relevanten Betriebsdaten des Biogasmotors eine Rückmeldung zu erhalten, ob diese Daten sich im unkritischen Bereich für die Motorengesundheit bewegen.

Technik-Seminare in unterschiedlichen Formaten zu den Fachthemen von der Biogasaufbereitung bis hin zur Betriebsdatenmessung unterstützen die technische Betriebsführung der Betreiber und werden im Mitgliederbereich bereitgehalten.  Je nach gewählter Mitgliedschaft stehen die Informationsangebote und Beratungs-Dienstleistungen zu unterschiedlichen Konditionen zur Verfügung. Eine Übersicht findet sich hier.

Blick nach vorn für Biogas-BHKWs

Online Kongress Fachsymposium Biogas 2021

Fachsymposium Biogasmotoren vom
22.2. bis zum 26.2.2021 als Online-Kongress

Den Auftakt zum Online-Kongress macht ein 2 stündiger Vortrag von Dr. Loibl von der Rechtsanwaltskanzlei Paluka, Sobola, Loibl & Partner am Vormittag des 22.2.2021 zum neuen EEG 2021 und seinen Konsequenzen für Biogasanlagenbetreiber. Dieses Thema lenkt den Blick nach vorn für deren unternehmerische Entscheidungen. Daher hat sich die Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren entschieden, dieses Thema mit einer Podiumsdiskussion am Nachmittag als Auftakt der nächsten vier Vormittage mit den geplanten Fachvorträgen zu wählen.

Am 22.2.2021 geht es um die Leitplanken des neuen EEGs und in welche Richtungen der Blick gehen sollte, um tragfähige wirtschaftliche Perspektiven zu gewinnen.

Optimierung im Bestand

Die Bandbreite der Ergebnisse im Betriebszweig Biogas zeigen, dass Optimierungspotenziale vorhanden sind. Mit einem Überblick über die Zahlen erhalten die Teilnehmer des Online Kongresses am zweiten Tag (23.2.2021) eine gute Orientierung. Und können die vorgestellten Zahlen mit den eigenen vergleichen. Zur Umsetzung der 44. BImSchV laufen viele Fragen der Betreiber bei der IG BIogasmotoren auf, insbesondere zu Details der technischen Umsetzung. Ein Fachvortrag nimmt die praktischen Erfahrungen in der Umsetzung dieser Vorschrift auf und gibt Betreibern konkrete Hinweise.

Die Wärmeverteilung vom BHKW hin zum Wärmeverbraucher ist in der Praxis nach wie vor ein Anlass für notwendige Verbesserungen. Dies liegt oftmals daran, dass im Zuge von Umbauten und Erweiterungen wichtige Komponenten der Heizwärmeverteilung nicht angepasst wurden und es dann zur Unterversorgung einzelner Wärmeabnehmer kommt. Oder auch zu erheblichen Effizienzverlusten. Wie man dies nachhaltig beheben kann, zeigt Thomas Paes in seinem Vortrag.

Dass Betreiber sich mit einer Anlagenergänzung zum BHKW den eigenen Stromverbrauch reduzieren und sich gegen Netzeinbrüch im Millisekundenbereich wirksam schützen können, ist Gegenstand eines weiteren Vortrages. Auch dieses Thema zeigt, dass neue Produkte für Bestandsanlagen auf den Markt kommen, die sich überzeugend rechnen lassen. Und dem Anlagenbetreiber helfen, sein BHKW profitabler zu nutzen.

Flexibilisierung mit Blick nach vorn

Bedarfsgerechte Stromproduktion ist ein wichtiger Aspekt im EEG 2021 für die Erzeugung erneuerbarer Energien mit dem BLick auch auf die Netzentlastung.  Außerdem kommen hier die Stärken des speicherbaren Biogases zur Geltung. Am 3. Tag  (24.2.2021) geht es sowohl um Detailfragen des Flexbetriebes als auch um neue Ansätze und Methoden der Direktvermarktung.

Ein Vortrag beleuchtet die Feuchtemessung des Biogases, deren Ergebnis einen wesentlichen Effekt auf die Standzeit der Aktivkohle hat, die zur Feinentschwefelung eingesetzt wird. Gerade im Winterhalbjahr machen Kondensatausfälle sowohl der Aktivkohle als auch der Gasregelstrecke im BHKW schwer zu schaffen.

Betriebsdaten lenken die Aufmerksamkeit in die richtige Richtung

Leicht gesagt – zugegeben, aber ohne ausreichend bereitgestellte Betriebsdaten fahren BHKWs im “Blindflug” (und erleiden dann ungeplante Stillstände). Und es muss klar sein, welche Konsequenzen diese Daten für das BHKW und seinen Verschleiß anzeigen. Ohne passende Reaktionen von Betreibern und Servicepartnern sinkt daher oft die Wirtschaftlichkeit des BHKW-Betriebes.

Mit mehreren Vorträgen erhalten Betreiber am 4. Tag (25.2.2021) für kleinere und größere BHKWs konkrete Impulse, wie die Auswertung der Betriebsdaten die Instandhaltung unterstützen kann. Dies gilt sowohl für den Grundlast als auch für den Flexbetrieb. Auf der Motorenseite erleben Betreiber eine große Dynamik der Betriebsdaten, die Ausdruck der täglichen und jahreszeitlichen Temperaturschwankungen sind. Dies ist in Heizkreisen auf der Wärmeabnehmerseite eher unerwünscht. Wie dort Ruhe in die Betriebstemperaturen zu bringen ist, zeigt ein weiterer Fachvortrag. Der im übrigen auch die (wirtschaftlich unbegründete) Angst vor  “großen Komponenten” nimmt.

Perspektive für Biogas und seine Verwertung

Am letzten Vormittag des Online Kongresses (26.2.2021) geht es mit einem Blick nach vorn zu zwei weiteren Aspekten. Ein Aspekt beleuchtert die Entwicklung des Kraftsstoffmarktes, in der Biogas einen wichtigen Part als erneuerbarer Brennstoff wahrnehmen sollte. Ein anderer Aspekt ist der Einsatz von (Biogas-) BHKWs zur Heizwärmebereitstellung, der jetzt auch in der Öffentlichkeit mehr Aufmerksamkeit erhält. Dies aus gutem Grund – soll doch die Wärmewende auch nach politischem Bekunden größere Beiträge zur CO2-Entlastung bringen. Je zwei Vorträge widmen sich dem Kraftstoffthema und der umweltfreundlichen Wärmeerzeugung, die noch Potenzial für Kooperationen zwischen Biogasanlagen-Betreibern und regionalen Stadtwerken birgt.

Die Teilnehmer des Online-Kongresses Fachsymposium Biogasmotoren nehmen bequem am eigenen PC oder Laptop an der Veranstaltung teil und können sich mit ihren Fragen einbringen. Wer die Teilnahme an einem Vormittag nicht realisieren kann, erhält den Zugriff auf eine Videoaufzeichnung.

Aus technischen Gründen ist die Teilnehmerzahl des Online Kongresses begrenzt. Es stehen noch Teilnehmerplätze zur Verfügung. Zur Agenda und zur Buchung geht es hier.