Die kalte Jahreszeit ist eine ähnlich große Herausforderung für den Biogas-BHKW-Betrieb wie hochsommerliche Temperaturen. Nur eben mit anderen Vorzeichen, aber mit ebenso belastenden Konsequenzen. Aus mehreren Gründen heißt es leider: Kälte bringt Probleme im Biogas-BHKW-Betrieb.
Biogasaufbereitung kämpft mit unerwünschtem Kondensat
Kälte bringt Probleme im Biogas-BHKW-Betrieb
Im Fermenter herrschen 40 bis 50°C, je nach Auslegung des Gärprozesses. Das Biogas verlässt mit 100 % relativer Feuchte den Fermenter und wird abgekühlt, dabei fällt viel Kondensat an und mit der nachfolgenden Erwärmung des Biogases wird die gewünschte relative Feuchte von ca. 55% bis 60% eingestellt. Die richtige Feuchte der Aktivkohle ist einer von mehreren wichtigen Parametern, die zu hoher Konvertierungsleistung der Aktivkohle führt. Ein anderer Parameter ist die Betriebstemperatur der Aktivkohle: kalte Kohle konvertiert nicht. Daher ist Biogas auf ca. 25°C zu temperieren und der Aktivkohle-Behälter gegen Abkühlung zu isolieren. Sonst wäre der ganze Aufwand der Nacherwärmung umsonst. Ab Nacherwärmung des Biogases müssen alle Leitungen zum Aktivkohlebehälter und von dort zum Betriebsraum des Biogas-BHKWs isoliert werden.
Schwefelwasserstoff verursacht teure Schäden
Geschieht dies nicht, fällt schon im Aktivkohlebehälter die Restfeuchte des Biogases als Kondensat aus und verschlechtert die Standzeit der Aktivkohle: auch nasse Kohle konvertiert nicht. Damit kann Schwefelwasserstoff in den Biogasmotor gelangen und dort die Lager und das Schmieröl belasten. Und für beträchtliche Schäden durch Korrosion am Abgaswärmetauscher sorgen. Ein Grund, dass Kälte Probleme im Biogas-BHKW-Betrieb bringt.
Der Verbrennungsprozess wird gleich doppelt belastet
Auch der Verbrennungsprozess im Biogasmotor leidet unter zu kaltem Biogas mit ausfallendem Kondensat. In der Gasregelstrecke wird der Gasfilter feucht, Schmutzpartikel , die mit dem Biogasstrom mitgezogen werden, lagern sich an den Tröpfchen an und an den Baueilen wie Nulldruck- und Gemischregler ab. Dort führen die Schmutzpartikel dann mit der Zeit zu Funktionsstörungen der Bauteile. In der Folge macht sich dies unangenehm im Laufverhalten des Motors bemerkbar.
Bei diesen Störungen bleibt es leider nicht. Zu kalte Ansaugluft führt auch zu einem zu hohen Ladungsgewicht des Biogas-Luftgemisches in den Zylindern des Biogasmotors. Es stellt sich gefährliches Motorklopfen ein. Im schlimmsten Fall führt dies zu einem Kolbenfresser des Motors, da die steilen Druck- und Temperaturanstiege die Motormechanik überfordern. Schützt eine Klopfsensorik den Motor, bezahlt dies der Betreiber zumindest noch mit erhöhtem Biogasverbrauch und einer Leistungsreduktion des Motors. Mit Blick auf die Verbrennung gibt es also gleich zwei Gründe, zu Aussage: Kälte bringt Probleme im Biogas-BHKW-Betrieb.
Temperaturwechsel im Flexbetrieb werden im Winter zur Herausforderung
Im Flexbetrieb laufen Biogasmotoren üblicherweise in zwei Zeitscheiben am Morgen und am späten Nachmittag, wenn Wind und Sonne weniger Strom liefern. Die Strom-Nachfrage ist zu diesen Zeiten gewöhnlicherweise an Werktagen hoch. Um die Mittagspause bis in den späten Nachmittag hinein sowie nachts von 22.00 Uhr bis ca. 6.00 Uhr morgen stehen die Aggregate und kühlen aus. Der BHKW-Betriebsraum je nach baulicher Voraussetzung ebenfalls. Für den morgendlichen Start nach kalter Nacht wird das Kühlmittel auf ca. 50°C vorgewärmt, manchmal auch das Schmieröl, das nicht stocksteif verspätet zur Schmierstelle gelangen sollte, wenn der Motor startet. Dunkel und kalt sieht es bei der Gasaufbereitung aus, wenn diese keine ausreichende Nacherwärmung und Vorwämung des Aktivkohlebehälters aufweist. Bis warmes und hoffentlich nicht wieder abgekühltes Biogas in den Aktivkohlefilterbehälter gelangt, das diesen mit Inhalt auf 25°C erwärmt hat, kann für 30 bis 45 Minuten Schwefelwasserstoff an der kalten Aktivkohle vorbei in den Motor und in den Abgaswärmetauscher gelangen. Dort droht die Gefahr, dass Lager und Schmieröl “versauern” und der Abgaswärmetauscher korrodiert, sodass dieser undicht und unbrauchbar wird.
Fahrplanautomatisierung und Thermomanagement
Die Folgen sind auf jeden Fall kostspielig. Aber vermeidbar, denn das Startsignal für den Beginn einer Flex-Zeitscheibe steht am Nachmittag des Vortages bereit und lässt sich für eine automatisierte Vorwämung auch der Gasaufbereitung nutzen. Sowie ja auch der Flex-Fahrplan nicht von Hand gefahren werden sollte, sondern vollautomatisiert, um das Mehrertragspotenzial auch vollständig zu nutzen. Das Preissignal der Strombörse, die Wetterdaten und der (ausreichend genau) ermittelte Gasspeicherfüllstand bestimmen den optimalen Startzeitpunkt und die optimale Zeitdauer der gefahrenen Zeitscheibe.
Wenn die Abkühlung des BHKW-Betriebsraumes so stark ist, dass morgens keine 20°C Raumtemperatur bereitstehen, wird das Aggregat nicht nach dem normalen Startvorgang auf Volllast gehen können. Sondern es wird warten müssen, bis die Strahlungswärme des Biogasmotors den Betriebsraum soweit erwärmt hat, dass die Motorsteuerung 100% Vollast freigibt. Auch hier gilt, dass die Klopfsensorik den Motor vor Überlastung schützt. Die untere Temperaturgrenze für Raumluft schützt dann vor dem gefährlichen und schadensträchtigen Motorklopfen. Dies ist verusacht durch zu viel Masse an BIogas-Luftgemisch in den Brennräumen des Motors.
Am 25. Februar 2025 gibt es hierzu ein Technik-Webinar der IG Biogasmotoren mit dem TItel “Optimale Verbrennung im Biogasmotor”, die Betreibern zahlreiche Hinweise gibt, wie sich verbrauchserhöhende undd schadensträchtige Auswirkungen im Winterbetrieb des Biogas-BHKWs vermeiden lassen. Weitergehende Informationen erhalten Sie über diesen Link .
