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Prozesse im BHKW-Alltag

27. Oktober 2021 by Michael Wentzke

Prozesse zur Unterstützug der technischen Betriebsführung — Wartungsarbeiten am Biogas-BHKW

Es wäre ja zu schön, um wahr zu sein: das Biogas-BHKW erhält Biogas und Ansaugluft und liefert Strom und Wärme. Ganz automatisch und störungs- und unterbrechungsfrei. Schön wäre es, wird mancher Betreiber denken. Die Realität sieht ja auch anders aus: das Biogas-BHKW ist eine überwachungsbedürftige Anlage, die zahlreiche Prozesse (regelmäßig wiederkehrender Arbeiten) notwendig macht.

Schuld daran sind die zahlreichen Schnittstellen des BHKWs, die selbst im Zeitablauf zahlreiche Veränderungen erfahren. Dies beginnt bei Umgebungstemperaturen, der Luftfeuchtigkeit sowie dem Staubgehalt der Luft. Und setzt sich fort über chemische Veränderungen der Betriebsstoffe wie Schmieröl und Kühmittel in ihren jeweiligen Kreisläufen. Alle Bauteile des Motors, die sich drehen oder auf- und ab bewegen, verschleißen unter dem Einfluss der Reibung mehr oder minder stark.

Die Betriebsdaten des Motors bewegen sich in ihren zulässigen Betriebsfenstern, bis Verschleiß die Grenzwerte über- oder unterschreiten lassen. Spätestens dann werden Korrekturen notwendig, die Betreiber mit dem jeweils passenden Prozess anstoßen.

Prozesse technischer Betriebsführung

Die tägliche Aufnahme der BHKW-Betriebsdaten ist ein ganz entscheidender Ausgangspunkt. Denn ohne dieses Aktivität ist der Istzustand des BHKWs und die in Kürze zu erwartende Entwicklung der Betriebsdaten nicht bewertbar. Sowohl der absolute Wert der Betriebsdaten als auch deren Zeitreihe sind bedeutsame Kriterien in der Datenbewertung. Diese entscheidet darüber, welche weiteren Prozesse angestoßen werden.

Dies könnten z.B. weitere detailliertere Untersuchungen am Motor sein, um Verschleiß-ursachen festzustellen und den genauen Verschleißfortschritt zu messen. Davon würden dann die angemessenen und notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen abhängen.

Je früher signifikante Abweichungen von den Normalwerten der Betriebsdaten festgestellt werden, deso leichter lassen sich ungeplante Anlagenstllstände vermeiden. Diese Betrachtung darf sich nicht nur auf die Motor-Betriebsdaten erstrecken. Auch Zustandsgrößen der Biogasaufbereitung, insbesondere Temperatur und Feuchte, sind wichtige Messgrößen, um Aussagen über möglicherweise auftretendes Kondensat zu treffen.

Es ist nicht notwendig, alle Einzeldaten jeden Tag zu überprüfen und zu erfassen. Daher ist es zweckmäßig, sich einen Prüfplan zu erstellen, um diejenigen Zustandsdaten zu erfassen, deren viertel- oder halbjährliche Messung und Bewertung ausreicht, wie z.B. der Zustand des Kühlmittels in Kühlkreisläufen. Gerade auch unscheinbare Komponenten, wie ein Gasgebläse, danken es, wenn diese auch gemäß ihrem Wartungsplan überprüft werden, was ca. alle 2-3 Jahre erfolgen sollte.

Sicherheitstechnische Überprüfungen nicht vergessen

Die Betriebssicherheitsverordnung schreibt Anlagenbetreibern vor, die jeweils notwendigen sicherheitstechnischen Prüfungen in einem Prüfplan zusammenzufassen und diese terminlich nachzuhalten. Es ist hilfreich, die nicht täglich oder wöchentlich durchzuführenden Wartungs-Maßnahmen ebenfalls in einer Terminübersicht festzuhalten. So kann beispielsweise eine jährlich durchgeführte Kühlmittelanalyse frühzeitig darüber aufklären, ob sich saure Abbauprodukte gebildet haben, die zu gravierenden Motorschäden führen können.

Die vielen kleinen aber auch aufwendigeren Prozesse zur technischen Betriebsführung leisten ihren Beitrag zur Vermeidung ungeplanter BHKW-Stillstände, senken die Instandsetzungskosten und erhöhen die Anlagenverfügbarkeit. Die richtige Einstellung der vielen Stellglieder am Biogas-BHKW wirken sich auf den Ertrag der Anlage sehr positiv aus.

BHKW-Probleme

11. Oktober 2021 by Michael Wentzke

Zunächst sind es nur Schwachstellen des BHKWs, die nicht weiter auffallen. Doch früher oder später kommen dann doch BHKW-Probleme, die sich im Betrieb störend bemerkbar machen. Anfangs sind diese einfach nur lästig und hartnäckig. Schwachstellen gehen nicht von allein wieder weg. Sie kennen nur in eine Richtung, wenn sie keine Aufmerksamkeit erhalten: sie werden zum Problem (die Fehlermeldung kommt immer wieder) und wollen behandelt werden.

Im Hintergrund droht noch eine weitere Gefahr: BHKW-Probleme zeigen sich anhand von Symptomen wie z.B. zu hohen Betriebstemperaturen oder Störungen des BHKW-Betriebes bis zur Notabschaltung. In der Praxis zeigt es sich immer wieder, dass selten eine einzige Ursache für ein derartiges Symptom verantwortlich ist.

Dies ist immer dann der Fall, wenn durchgeführte Instandsetzungsarbeiten des Servicepartners am BHKW nicht zum Erfolg führen. Oft bleibt das Symptom weiter bestehen – häufig sogar unverändert. Dies ist für beide Seiten dann ein großes Ärgernis: der Betreiber kann das BHKW-Problem nicht verabschieden und der Servicepartner riskiert großen Ärger mit seinem Kunden.

Ursachenanalyse mit System löst BHKW-Probleme

Wer – als Betreiber oder Servicepartner – auf Nummer sicher gehen möchte, sollte ein (Prüf-) Konzept haben. Um hiermit die Schwachstellen einer BHKW-Installation als Ursache für Störungen und Schwierigkeiten zu identifizieren. Für das Motorklopfen beispielsweise gibt es mindestens ein Dutzend Ursachen. Bestimmte Gründe treten mehr im Sommer, andere eher im Winter auf. Geprüft werden müssen sie alle, damit nicht eine Ursache übersehen wird. Die Folgen könnte durchaus ein kapitaler Motorschaden sein. Zumindest aber ein Betrieb des BHKWs mit zu hohem Biogasverbrauch oder geringerer Leistung als gewünscht. Ein Blick auf die Ursachen des gefürchteten Motorklopfens ermöglicht dieses Technik-Spezial.

Voraussetzung für erfolgreiche Fehlersuche

Das Biogas-BHKW hat viele Schnittstellen zur „Außenwelt“. Zwei besonders wichtige sind die Biogasversorgung mit ihrer Gasaufbereitung und die Netzanbindung für Strom und Wärme. Diese dürfen bei der Fehlersuche nicht vernachlässigt werden. Stimmt es an der Peripherie nicht, äußert sich der Biogasmotor mit Krankheitssymptomen. Da hilft es nicht, über mögliche Ursachen zu spekulieren oder Mutmaßungen anzustellen. Zahlen, Daten und Fakten führen dann sicher zu Usachenausschlüssen. Und diese lassen sich nur mit passender Messtechnik gewinnen.

Entweder ist diese „an Bord“ der eigenen Motorsteuerung und hilft bei der Beurteilung des Motorzustandes. Oder es wirdl die Messtechnik des Serviceunternehmens genutzt, das das BHKW betreut. In der kalten Jahreszeit wächst wieder die Gefahr der Kondensatbildung des Biogases vor Eintritt in die Gasregelstrecke. Wasser im Gehäuse des Gasfilters ist genau so unerwünscht wie die Wirkung des Kondensats auf die Membran des Nulldruckreglers (Verschmutzung und Korrosion im Bauteil). Kondensat in der Gasleitung ist aber nicht sichtbar. Eine einfache Temperaturmessung des Biogases nach Passieren des Aktivkohlefilters in Verbindung mit der Temperatur nach der Gaskühlung würde Gewissheit darüber verschaffen, ob Kondensat ausfällt oder nicht. Der Aufwand hierfür ist nicht sehr hoch, aber der Erkenntnisgewinn enorm: mollig warmes Biogas (> 35°C) nicht nur im Akivkohlebehälter (die Aktivkohle hält dann länger..) sondern auch in der Gasregelstrecke schützt vor den Gefahren der Kondensatbildung.

Verschleiß im Biogas-BHKW

12. August 2021 by Michael Wentzke

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.