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Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

Damit Biogasmotoren problemlos laufen

Verschleiß im Visier

30. Januar 2020 by Michael Wentzke

Betriebsdatenhistorie richtig bewerten, um Instandhaltungskosten zu sparen
Verschleiß begrenzen durch
passende Wartungsmaßnahmen

Es liegt in der Natur der Sache, dass jede Verbrennungsmaschine über die Nutzungsdauer verschleißt. Innere Reibung von den Kolbenringen bis hin zu den Lagern sorgen für Materialabrieb, der sich im Schmieröl bestens verfolgen lässt. Auch in der Peripherie – wie z.B. den Raumluftfiltern – werden Komponenten in ihrer Leistung mit der Zeit schwächer. Gelangt Feinstaub stärker in den Brennraum, steigt der Verschleiß der Laufbuchsen an. Ähnlich verhält es sich mit den Kühlkreisläufen: im Betrieb verschlechtert sich die Wärmeübertragung, z.B. durch Verkalkung, und damit wird es im Motor heißer. In der Folge sinkt beispielsweise die Standzeit der Zylinderköpfe.

Verschleiß kommt in kleinen Schritten um die Ecke

Der normale Verschleiß ist unspektakulär und nicht zwingend gefährlich. Nur wenn er sich unbeobachtet weiterentwickelt und im Stillen sein schadensträchtiges Werk betreibt, wird es teuer für den Betreiber. Der Wasserdruck in den Kühlkreisläufen ist leider solch ein typisches Beispiel für das Bild „kleine Ursache – großer Schaden“. Solange Wasser in den Kühlkreisläufen ist, sei ja alles in Ordnung, so die immer wieder geäußerte Meinung. Das ist nur die eine Seite der Medaille, die andere verweist auf den Zusammenhang von Kühlmittel-Druck, -Temperatur und Dampfbildung. Und dann sind wir schnell bei Kavitation und Lochfraß am Motorblock, der sich erst im Spätstadium des Schadens dem Betreiber offenbaren. Ein Motor-Ausfall und eine teure Instandsetzung sind die Folge.

Betriebsdaten-Messung schützt vor Überraschungen

Im Grunde genommen ist dies eine Daueraufgabe beginnend mit der Inbetriebnahme des Biogas-BHKWs. Wertvoll für den Betreiber und das Service-Personal sind die Zeitreihen der Messdaten. Durch ein schlechtes Package kann ein Motor schon ab Inbetriebnahme ins Schwitzen kommen, wenn die Notkühler zu klein dimensioniert sind. Verschmutzen oder verkalken diese im Sommer, dann reagiert der Motor mit einer Abschaltung oder zumindest mit einer Leistungsreduktion. Wären die Notkühler und andere Komponenten des Kühlkreislaufes ausreichend dimensioniert, bliebe mehr Zeit und Spielraum bei normalem Verschleiß, bis es zu heiß wird. Reserven in der Auslegung der Komponenten helfen, weil einfach die nutzbare Zeitspanne bis zu notwendigen Wartungsmaßnahmen größer ist.

Jedes Biogas-BHKW hat seinen optimalen Wartungs-Rhythmus

Neben den Routinearbeiten wie Schmieröl- und Zündkerzenwechsel fallen in größeren Abständen auch Raumluftfilter, Ölnebeldampfabscheider, Dämpfungselemente des Aggregates, Abgaswärmetauscher etc. zur Überprüfung an, die in ihrer verbauten Umgebung mehr oder minder schnell verschleißen. Weil gerade die Einbausituationen so sehr unterschiedlich sind, können die Standard-Wartungsvorschriften nur ein grober Anhalt sein, wann Komponenten überprüft oder gar gewechselt werden müssen. Daher kommt es darauf an,

  1. für den Verschleiß relevante Betriebsdaten kontinuierlich zu messen und
  2. diese Betriebsdaten zu beurteilen, ob und wann welcher Handlungsbedarf besteht.

Betriebsdaten-Anbindung online oder offline für Verschleiß-Prognose

Wer für sein Biogas-BHKW eine Online-Anbindung an seinen Servicepartner hat, kann darauf bauen, dass dieser die relevanten Betriebsdaten bewertet. Und bei deutlichen Abweichungen reagiert, um Schäden und ungeplante Stillstände zu verhindern. Viel wichtiger aus wirtschaftlicher Sicht ist neben der Schadenprävention das Halten des Aggregates im optimalen Betriebsfenster mit „Wohlfühlbedingungen“. Wenn gereinigte oder auch vergrößerte Wärmetauscher dazu führen, dass Zündkerzen und Zylinderköpfe länger halten, dann erhöht dies den Sicherheitsabstand zum potenziellen Schaden und verbessert die Wirtschaftlichkeit des Biogas-BHKWs.

Um dies für ein Biogas-BHKW zutreffend zu beurteilen, bedarfs es nicht zwingend einer Online-Anbindung. Es geht auch einfacher: einmal wöchentlich „offline“ ein Set von Motorbetriebsdaten absenden und die sich aufbauende Datenhistorie von einem neutralen Dritten bewerten zu lassen, ist schon eine große Unterstützung in diese Richtung. Deshalb erweitert die Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren ihre Dienstleistung um eine kostenfreie „Biogasmotoren-App“, die ihre Info- und Förderkreis-Mitglieder genau in diese Richtung weisend unterstützt. Es geht dabei nicht um die Alarmmeldung eines geplatzten Kühlwasserschlauches, sondern um die Bewertung der Motorbetriebsdaten. Natürlich mit dem Ziel, den Verschleiß durch geeignete Wartungs- und Opimierungsmaßnahmen zu reduzieren. Dies senkt dabei auch nachhaltig die Instandsetzungskosten, ohne Betriebsrisiken zu vergrößern.

Neben der kommenden Biogasmotoren-App finden sich im Mitgliederbereich der IG Biogasmotoren zahlreiche Fachbeiträge und 15-Minuten-Videos zu den vielen Themen der Schadensvorbeugung im Biogas-BHKW. Wer sich unverbindlich einen Überblick verschaffen möchte, dem sei dieser Link empfohlen.

Anlagenoptimierung, Betriebsführung, Schadensursachen, Wartung Tagged: Betriebsdaten, Instandhaltungskosten, Schadensvorbeugung, Verschleiß, Wartung

BHKW-Betriebsdaten: der Schlüssel für wirksame Schadenprävention

15. April 2019 by Michael Wentzke

Kavitationsschaden durch zu niedrigen Kühlmittel-
Druck Quelle Pixabay

Ein kürzlich mit einem Betreiber einer KWK-Anlage geführtes Gespräch machte es deutlich: BHKW-Betriebsdaten in der Hand einer technischen Betriebsführung können zu einem mächtigen Istrument zur Vermeidung ungeplanter Stillstände und zur Senkung der Instandsetzungskosten werden.

Dieser Betreiber erhebt täglich seine BHKW-Betriebsdaten und erhält über die Visualisierung seiner Betriebsführungs-Software den Verlauf der relevanten Motordaten. Ein Beispiel: während der Wartungsarbeiten gemessene Ventilrückstandsmaße werden pro Zylinder sauber protokolliert. Die Betriebsführung erkennt im Zeitablauf die Ausreißer und kann entsprechende Maßnahmen einleiten.

Betriebsdatenauswertung: Lebensversicherung für das BHKW

Es ist relativ einfach, die dem Motor zwischen zwei Schmieröl-Wechselterminen zugeführte und abgesaugte Schmierölmenge zu messen. In Verbindung mit der in dieser Zeitspanne erzeugten Strommenge berechnet die Betriebsführungssoftware den Schmierölverbrauch. Dieser ist ein zuverlässiger Indikator für den Verschleiß-Zustand der Laufbuchsen mit den Kolben und Kolbenringen.

BHKW-Betriebsdaten erlauben nicht nur Aussagen über den Verschleißzustand des Motors und seiner Nebenaggregate, sondern auch über entstehende Schäden. Im ersten Fall erhält der Betreiber einen Hinweis über eine früher oder später fällig werdende Servicearbeit. Im zweiten Fall dienen diese Daten auch der Schadenprävention.

Technische Betriebsführung ist ohne ausreichende Betriebsdaten hilflos

Wer die BHKW-Betriebsdaten regelmäßig erfasst und bewertet, hat die Chance, seine Instandhaltungskosten zu reduzieren. Ohne damit Gefahr zu laufen, ein Ausfallrisiko einzugehen. Der Verschleißvorrat z.B. eines Zylinderkopfes oder auch der einer Aktivkohle wird bis zu einem kleinen Sicherheitsabstand ausgeschöpft. Dieser schützt dann vor einem Ventilschaden oder einem Durchbruch von Schwefelwasserstoff.

Dies erfordert

  1. eine ausreichende Anzahl von Messstellen am BHKW,
  2. eine regelmäßige Bewertung dieser Daten und
  3. eine Abstimmung mit dem Servicepartner, welche Instandhaltungsmaßnahmen wann notwendig werden.

Die starken Unterschiede in der Erfassung und Bewertung dieser Daten zeigen das Verbesserungspotenzial in der Praxis des BHKW-Betriebes. Diese wirken sich aus auf

  1. die Höhe der Instandhaltungskosten
  2. die Anzahl ungeplanter Stillstände durch Schäden am BHKW und
  3. den damit einhergehenden Risiken für die Bereiche Personal, Umwelt, Versicherung und Finanzierung

Betriebsdatenauswertung: Hand am Puls gerade im Flexbetrieb wichtig

Schon für den Grundlast-Betrieb von BHKWs nutzen Betreiber die Betriebsdaten oft nur unzureichend – aus den oben dargelegten Gründen. Leider gilt dies für den Flex-Betrieb von BHKWs noch viel stärker: sowohl Betreiber als auch Servicepartner haben wegen fehlender Erfahrungswerte keine oder nur unzureichende Vorstellungen, wie sich der Verschleiß an den relevanten Bauteilen im Flex-Betrieb entwickeln wird. Die IG Biogasmotoren bietet daher erstmalig einen Workshop mit dem Thema „Flex-BHKW – worauf ist für den störungsfreien Betrieb zu achten“ am 21.05.2019 in Nienburg an. Anmeldung zu diesem Workshop und detaillierte Informationen zu Ort, Zeit, Agenda und Kosten finden Sie hier .

 

Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Gasanalyse, Instandsetzung, Ölanalyse, Schadensursachen, Wartung Tagged: Auswertung, BHKW-Betriebsdaten, Instandhaltungskosten, Messstellen, Risiko, Schäden, Schadenprävention, Verschleißvorrat

Was bringt mehr Ertrag: Fahrplan oder Regelenergie ?

Was bringt mehr Ertrag: Fahrplan oder Regelenergie ?

25. April 2017 by Michael Wentzke

Fahrplan von Flex-BHKWS unter Berücksichtigung des Wärmebedarfes. Quelle SKVE AG

Es ist erstaunlich, in wievielen Angeboten zur Flexibilisierung eines Biogas-BHKWs sich technische Ausstattungsmerkmale finden, die der Regelenergie-Bereitstellung dienen. Über eine automatisierte Fahrplan-Steuerung wird eher weniger gesprochen. Das ist angesichts der Marktverhältnisse unberechtigt und birgt erhebliche Gefahren in der Anlagenplanung für den Flexbetrieb im Sinn einer bedarfsgerechten Stromerzeugung.

Preise für Regelenergie-Bereitstellung am Markt eingebrochen

Da in ausreichendem Maße Regelenergie angeboten wird, um die Stromnetze zu stabilisieren, sind die Preise für Regelenergieangebote am Markt deutlich zurückgegangen. Details finden Sie in dem Beitrag unseres Kooperationspartners SK Verbundenergie AG, auf dem wir am Schluss dieses Beitrages noch einmal verweisen.

Betreiber sind also gut beraten, die Umsatzerlöse aus Regelenergiebereitstellung sehr konservativ zu bewerten. Auch wenn in den nächsten Jahren konventionelle Kraftwerke wie auch Atomkraftwerke vom Netz gehen werden, so ist es zumindet unsicher, ob sich die Marktpreise wieder zu den alten Höhen aufschwingen werden, die attraktive Zusatzerlöse versprachen.

Servicekosten für Regelenergie-Bereitstellung höher als im Fahrplan-Betrieb

Die Bereitstellung von Regelenergie fordert das Biogas-BHKW technisch deutlich stärker im Vergleich zu einem Fahrplan, der eine stark reduzierte Dynamik im Betrieb aufweist:

  1. Höherer Lagerverschleiß durch deutlich mehr Starts im Jahr
  2. Höhere Teillastanteile mit geringerem Wirkungsgrad
  3. Mehr Abkühl- und Aufheizprozesse durch mehr Startvorgänge
  4. Hohe Dynamik im Startprozess gefordert, dadurch größerer Aufwand in der Vorwärmung notwendig oder mehr Bauteilverschleiß durch thermische Spannungen

Motorenhersteller gehen davon aus, dass im Vergleich zum klassischem Volllastbetrieb die Wartungskosten pro produzierter (elektrischer) Kilowattstunde im dynamischen Betrieb der Regelenergie-Bereitstellung ca. 30 bis 80% höher ausfallen.

Der Fahrplanbetrieb, der

  • mit durchschnittlich 1,7 Starts pro Tag auskommt,
  • eine Laufzeit des Biogasmotors von mindestens 2 Stunden nach Start aufweist
  • und mindestens 3000 Betriebsstunden im Jahr vorsieht,

benötigt dagegen keine höheren Instandhaltungsaufwendungen pro produzierter (elektrischer) Kilowattstunde.

Zwei Drittel der Biogasanlagen erwirtschaften keine zufriedenstellenden Erträge. Die Betriebskosten stellen vielerorts eine ausgesprochene Achillesferse dar. Es ist daher fraglich, ob man sich als Betreiber einen kostenintensiveren Betrieb zur Regelenergie-Bereitstellung zumuten soll, der dies (derzeit) nicht durch ausreichende Mehrerlöse rechtfertigt.

Erst mit einem genauen Fahrplan richtig investieren

Dass Fahrpläne von Biogas-BHKWs einen so geringen Stellenwert in Verkaufsgesprächen haben, ist zu bedauern. Denn erst das Zusammenspiel von Fahrweise und eingesetzter Technik ermöglicht gute wirtschaftliche Ergebnisse. Bleibt dies unberücksichtigt, wächst die Gefahr einer Fehlinvestition, die sich nachträglich nur noch teuer korigieren lässt. Auch  Betreiber sind hieran nicht immer schuldlos: die Flexprämie verstellt manchmal den Blick auf ein gut abgestimmtes Gesamtkonzept für ein flexibilisiertes BHKW.

Je höher das Maß der Überbauung ist, desto kürzer werden die Laufzeiten der Biogasmotoren und desto anspruchsvoller wird die Anforderung an den Gasspeicher, den Wärmepufferspeicher und die Warmhaltung des Biogasmotors neben der Biogasaufbereitung.

Es ist nicht damit getan, einen Heizwärmetauscher in einem R/I Schaubild aufzuführen und den Part der Wärmeversorgung damit auch abschließend für den Kunden darzustellen. Es wird in der Auslegung dieses Bauteiles oftmals die kundespezifische Heizlast über 8760 Stunden im Jahr nicht ausreichend genau berücksichtigt.

Für die richtige Dimensionierung aller Komponenten ist eine planerische Modellrechnung unerläßlich. Dies reicht von der Biogasaufbereitung und -Speicherung bis hin zur Wärmeversorgung und zur Stromproduktion zu Tageszeiten mit hohen Strompreisen. Als Ergebnis wird klar,

  • welches Maß der Überbauung sich am Anlagen-Standort rechnet,
  • wie die Anforderungen an die Komponenten (Speicher, Wärmetauscher, etc.) aussehen
  • und wie groß die Erträge über die geplante Nutzungsdauer ausfallen.

„Schnellschüsse“ aus Betreiber- oder Anbietersicht sind bei der Flexibilisierung eines Biogas-BHKWs kontraproduktiv. Wir verweisen auf den wichtigen Beitrag in dieser Sache von der SK Verbundenergie AG . Unser Partner hat in mehr als 250 Flexibilisierungsprojekten für Betreiber genau gerechnet, damit die erwarteten Mehrerlöse auch kommen. Dieses Thema wird auch im Fachsymposium der IG Biogasmotoren im September in Hamburg zur Sprache kommen.

Anlagenoptimierung, Flexbetrieb, Instandsetzung, Wartung Tagged: Anlagenplanung, Ertrag, Fahrplan, Flexibilisierung, Instandhaltungskosten, Komponentenauslegung, Lastgang, Regelenergie, Strompreis, Wartungskosten, Wirtschaftlichkeitsrechung

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Fax: 040 60847745
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