Optimierung Archives - Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

Eigenstromverbrauch im BHKW

30. März 2022 by Michael Wentzke

Mit welchen Maßnahmen sich der Eigenstrombedarf senken lässt. — Wie sich der Eigenstromverbrauch
des Biogas- BHKWs senken lässt

Die Energiepreise kennen derzeit nur einen Weg: ziemlich steil nach oben. Deshalb gerät nun auch der Eigenstromverbrauch auf der Biogasanlage in den Fokus der Betreiber. Oft reicht für Pumpen- oder Lüfterantriebe ein stromsparender Teillast-Betrieb. Dieser ist aber in vielen Fällen nicht optimal umgesetzt und daher mit hohem Stromverbrauch verbunden.

Gemessen an der erzeugten elektrischen Leistung eines BHKWs ist bei identischem Biogas-Aggregat der Eigenstromverbrauch nämlich sehr unterschiedlich: er schwankt beträchtlich von unter 5% bis über 12% der erzeugten elektrischen Leistung.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich unterschiedliche Einsatzbedingungen z.B. eines Pumpenantriebes nicht ausreichend im Regelungskonzept wiederfinden. Wenn unterschiedliche Volumenströme nicht mit einer Drehzahlregelung des Antriebsmotors einhergehen, sondern dies durch eine Drosselung der Pumpe geschieht, dann bedeutet dies einfach einen viel zu hohen Stromverbrauch bei Teillast der Pumpe.

In der Praxis fallen die Unterschiede im Strombedarf eines Pumpenantriebes bei unterschiedlichen Regelungskonzepten stark ins Gewicht, so wie dies in der obenstehenden Grafik deutlich wird. Für Betreiber von Biogasanlagen bedeutet dies

Messen lassen des Stromverbrauches der eingesetzten elektrischen Antriebe,
Prüfung, ob diese Antriebe ständig bei Volllast laufen müssen und falls nicht,
ob eine Nachrüstung z.B. mit einem Frequenzumrichter den Stromverbrauch gerade im Teillastbetrieb deutlich reduziert.

Die Schaltschränke für Hilfsantriebe sowohl für die Komponenten der Gärstrecke wie auch für das Biogas-BHKW sind gut gefüllt und zeigen eine Vielzahl potenzieller Einsparquellen für den Eigenstromverbrauch. Ein weiterer Aspekt ist die Vermeidung hoher Anlaufströme und Spitzenlasten im Betrieb, die sich ebenfalls kostensenkend vermeiden lassen.

Holger Roswandowicz von der HR Energiemanagement GmbH hat zu diesem Thema eine ganze Reihe von Messungen auf Biogasanlagen vorgenommen. Anlässlich des BHKW-Talks am 10.6.2022 um 15.00 Uhr gibt es die Ergebnisse in einem kostenfreien ZOOM-Webinar . Zur Anmeldung geht es mit diesem Link.

Nachlese Biogas Convention 12.-14.12.2017

22. Dezember 2017 by Michael Wentzke

Biogas Convention am 12. bis zum 14. Dezember 2017 in Nürnberg — Gemeinschaftsstand Planernetzwerk der Flexperten auf der Biogas Convention

Auf dem Gemeinschaftsstand des Planernetzwerkes der Flexperten wurde an den drei Tagen der Biogas Convention durchgehend von 10.00 bis 17.00 Uhr ein Vortragsprogramm rund um die Themen der Flexibilisierung präsentiert, das neben Anbieter für die Biogas-Branche auch Flex-interessierte Betreiber anzog. Im Gespräch mit Betreibern zeigte sich, dass das Meinungsbild zu den Risiken und Chancen der Flexibilisierung nach wie vor weit auseinandergeht. Die Nachfrage zum Thema Flexibilisierung erstreckte sich von grundlegenden Fragen der Genehmigung bis hin zu Detaillösungen der technischen Umsetzung.

Was Betreiber zum Thema Flexibilisierung bewegt

In vielen Einzelgesprächen mit Betreibern wurden die zahlreichen Schnittstellen des Flexibilisierungsvorhabens als Bürde im ohnehin schon zeitlich belasteten eigenen Alltag beschrieben. Regional unterschiedliche Reaktionen der Genehmigungsbehörden auf ein Flexvorhaben irritieren Betreiber genauso wie offenbar immer noch im Markt fehlende verläßliche Kalkulationsgrundlagen über mehrere Jahre. Die oft geäußerte Erwartung, alle notwendigen Investitionen aus der Flexprämie stemmen zu können, lässt sich sicher nur im Ausnahmefall erfüllen.

Die individuellen Voraussetzungen der Betreiber sind sehr unterschiedlich und erschweren pauschale Aussagen oder gar Empfehlungen in die eine oder andere Richtung. Dafür ist das Thema Flexibilisierung einfach zu komplex. Dies stellt auch Anbieter von Flex-BHKWs vor Herausforderungen. Gerade wenn die Peripherie im Bereich Gasspeicher und Biogasaufbereitung noch unklar ist und keine Vorstellung zum Flex-Fahrplan besteht.

Über Wartungskosten für das bestehende und das neue Aggregat kann man erst dann sprechen, wenn deren Fahrplan steht. Hilfreich sind alternative Betrachtungen für verschiedene Fahrplanvarianten, hinter denen ja auch unterschiedliche große Gas- und Wärmepufferspeicher stehen.

Es gibt auch keine pauschale Aussage zur optimalen Überbauung der eigenen Anlage. Weil in diese Festlegung mehrere Faktoren einfließen: räumliche Restriktionen der Erweiterung, Aufnahme des Stromnetzes für den geplanten Zubau, Finanzierungsvolumen und eine Wirtschaftlichkeitsberechnung über die geplante Nutzungsdauer, um nur die wichtigsten Themen anzusprechen.

Projektunterstützung für Flexumsetzung notwendig

Eine Flexibilisierung ist für den Betreiber ein „Mehrkampf“ an mehrern Fronten gleichzeitig. Dies frissst im Alltag viel Zeit, die für das Tagesgeschäft fehlt. Aus diesem Grund empfielt sich externe Projektunterstützung durch neutrale Dritte, die Fachplaner und Lieferanten koordinieren und den formalen Genehmigungsprozess unterstützen. Flexibilisierung erstreckt sich auf nahezu alle Anlagenkomponenten einer Biogasanlage.

Für Umbaumaßnahmen im Bereich Wärmeauskopplung und Vorwärmung vom Biogasmotor und der Gasaufbereitung sowie der Netzanbindung des neuen BHKWs sind Fachplaner unerläßlich. Eine fachlich saubere Anlagenplanung erspart im Betrieb viel Ärger und Kosten. Der Aufwand hierfür rechnet sich in besonderer Weise.

Stand der Entwicklung von Biogas-BHKWs

Der Run auf stets noch höhere mechanische Wirkungsgrade scheint zugunsten einer vernünftigen Betrachtung der Zuverlässigkeit von Biogas-Aggregaten gewichen zu sein. Viele Betreiber haben in der Vergangenheit schmerzhaft erfahren müssen, dass eine hohe Verfügbarkeit in der Gewinn-und-Verlust-Rechnung stärker durchschlägt als ein attraktiver Wirkungsgrad. Die hohe Verfügbarkeit wird von der Ausstattung und dem Package des BHKWs wesentlich mitbestimmt.

Eine unzureichende Qualität der eingesetzten Komponenten oder einen fehlerhafte Projektierung machen sich im Betrieb leider unangenehm durch ungeplante Stillstände und Schäden bemerkbar. Qualität kostet zu Beginn in der Investition mehr Geld. Diese rechnet sich aber durch geringere Instandsetzungskosten und schont die Nerven der Betreiber.

Dies gilt auch für Flex-Aggregate: Einsparungen an Vorwärmeinrichtungen im Bereich der Biogasaufbereitung und der Kühlkreisläufe führen zu hohen, vorhersehbaren Schäden sowohl am Biogasmotor als auch am Abgaswärmetauscher. Sorgfältige Auslegung und Umsetzung der technischen Flex-Anforderungen sichert erst problemlosen Betrieb und erhält die Versicherbarkeit des Biogas-BHKWs.

Gesetzgeber arbeitet an der zukünftigen Verschärfung der TA-Luft

Die ersten BHKW-Hersteller und natürlich auch die Komponentenhersteller, die sich mit Abgaskatalysatoren zur Oxidierung von Formaldehyd und zur Reduktion von Stickoxiden beschäftigen, stellen sich der Diskussion um die Abgaswerte, die Biogas-BHKWs heute erzielen. Eine Diskussion, wie wir sie derzeit für PKWs mit Dieselmotoren erleben, wäre für die Biogasbranche mit Blick auf auf die Akzeptanz nicht dienlich.

Es geht zunächst um die Formaldehyd-Grenzwert-Festlegung für neue und bestehende Aggregate, die sich mit bezahlbarer Technik (Oxikats) umsetzen lässt. Und dabei nicht nur zum Prüfzeitpunkt die Grenzwerte einhalten, sondern für die zugesagte Nutzungsdauer von 12 bis 24 Monaten. Die Anbieter entwickeln hier mit der Zielsetzung, den Betreibern eine sichere Einhaltung der Grenzwerte zuzusagen. Diese lässst sich aber nur aufrechterhalten, wenn das Aggregat gemäß Herstellervorgabe gewartet und korrekt eingestellt ist. Bei dem im Markt vorherrschenden Biogasmotoren-Typ mit sehr magerem Gemisch (Lambda ca. 1,7) ist dies mit Blick auf die Stickoxid-Emission zwingend notwendig.

Der Zielkonflikt zwischen hohem Wirkungsgrad und geringer Stickoxid-Emission ist bei der geplanten Absenkung der Stickoxid-Grenzwerte nur mit einem SCR-Katalysator mit Harnstoffeindüsung lösbar. Ein weiteres Abmagern des Gemisches („kältere“ Verbrennung, geringere Stickoxidbildung) würde zu starken Zündaussetzern und einem steilen Anstieg unverbrannten Methans führen.Dies wäre weder unter dem Gesichtspunkt der Emissionen noch unter einem akzeptablen Laufverhalten der Motoren vertretbar.

Biogasbranche kann von der Fahrzeugbranche lernen

Die Hersteller arbeiten an einer wirtschaftlichen Lösung dieses Zielkonfliktes für Betreiber. Wenn der Gesetzgeber ein Verschärfung des Stickoxid-Grenzwertes beschließen wird, wovon Branchenspezialisten in den nächsten Jahren ausgehen, wird ein SCR-Kat notwendig. Welche Übergangsfristen oder Befreiungen dann gelten werden, ist heute noch nicht bekannt, wird aber sicher von den Branchenvertretern in den Fachausschüssen auszuhandeln sein. Wer heute für die nächsten 8 bis 10 Jahre investiert, tut sicher gut daran, gemeinsam mit Herstellern Handlungsoptionen für eine kostengünstige Nachrüstlösung zur Stickoxid-Reduzierung zu haben.

In der Nutzfahrzeugbranche gibt es hinreichende Betriebserfahrungen mit der Eindüsung von Harnstoff. Gasmotoren-Hersteller beschäftigen sich derzeit mit der Anpassung dieser Großserien-Technik. Ein Lösungskonzept sieht ein „mildes“ Mager-Motor-Konzept vor (Lambda ca. 1,4), das aufgrund höherer Brennraumtemperaturen für einen Wirkungsgradgewinn und damit bessseren Biogasverbrauch (ca. -3%) sorgt, der zum großen Teil die Kosten der eingespritzte Harnstoffmenge zur Stickoxidreduktion trägt.

Für Betreiber bedeutet dies, mit ihrem BHKW-Lieferanten einen ausreichend großen Einbauraum zwischen Abgasturbolader und Abgaswärmetauscher vorzusehen, um später problemlos nachrüsten zu können. Schon heute sind ausreichend groß dimensionierte Kat-Gehäuse auf dem Markt erhältlich, die zunächst nur mit dem Oxi-Kat bestückt werden und einen einfachen späteren Ausbau mit den SCR-Elementen einschließlich der Harnstoffeindüsung ermöglichen.

Serviceverträge für Flexbetrieb: Markt bewegt sich (zu) langsam

Das Kleingedruckte in Wartungsverträgen ist nach wie vor ausschlaggebend für Rechte und Pflichten von Serviceunternehmen und Betreibern. Auf der einen Seite muss klar sein, welchen Fahrplan der Betreiber mit seinen Aggregaten zukünftig im Flexbetrieb fahren möchte, auf der anderen Seite sind die Peripherie -Aggrate (wie Biogasaufbereitung) ebenso zu warten und zu prüfen wie das Aggregat selbst, da ihr Zustand ganz wesentlichen Einfluß auf die Funktion des BHKWs und damit auch auf die Betriebskosten nimmt.

Wie wichtig dieses Thema im Einzelfall sein kann, zeigte sich kürzlich bei der Aufstellung eines neuen Flex-BHKWs, bei dem sich bedauerlicherweise der Container verzogen hatte. Natürlich wird der Mangel abgestellt, aber etwaige Spätfolgen muss der Betreiber die nächste 8 Jahre nicht tragen, da das Wartungs- und Reparaturkostenrisiko der Hersteller im Rahmen des Full-Service-Wartungsvertrages trägt. Originalton des Betreibers: „Ohne meinen Servicevertrag könnte ich bei diesem Schaden jetzt nicht ruhig schlafen – aber mit diesem langfristigen Servicevertrag habe ich einfach keinen Stress, heute nicht und zukünftig auch nicht.“

Die auf der Biogas Convention von der IG Biogasmotoren gehaltenen Vorträge zu den technischen Anforderungen der Flexibilisierung werden interessierten Betreibern von Biogas-BHKWs kostenfrei in kurzen Webinaren im Januar zur Verfügung gestellt. Schauen Sie sich die Vorträge dann in Ruhe an. Wir informieren Sie, wenn die Webinare für Sie bereitstehen.

Schadensstatistik der Biogasmotoren spricht Klartext

8. Mai 2015 by Michael Wentzke

Schäden an Biogasmotoren sorgen bei Betreibern neben schlaflosen Nächten für Betriebsunterbrechungen und beträchtliche Instandsetzungskosten. Darunter leidet die Profitabilität von Biogasanlagen in erheblichem Maße. Neben den Belastungen aus dem politischen Umfeld mit schwierigeren Rahmenbedingungen werden Betreiber daher auch von wirtschaftlichen Problemen des Biogas-BHKWs geplagt.

Die Schadensstatistik für die in der IG Biogasmotoren dokumentierten Biogasmotoren aller Fabrikate zeigt, dass über die Nutzungs-dauer der Biogas-BHKWs dringender Handlungsbedarf besteht, damit Betreiber zukünftig ruhiger schlafen können. Unsere Schadensdaten sagen auch klar , dass es keine Patentrezepte zur dauerhaften Mängellinderung gibt. Es gibt allerdings erfolgreiche Sanierungsansätze für schadensanfällige Biogasmotoren, die einen genauen Blick in die spezifische Einbausituation notwendig machen. Neben Motorenherstellern und Anlagenbauern sind auch die technische Betriebsführung inkl. externer Servicepartner gefordert. Eine Statusanalyse ermittelt die Schwachstellen, ohne diese gibt es keine nachhaltige Verbesserung des Schadensgeschehens im Biogas-BHKW.

1. Motorenhersteller unterschätzen Betriebsbedingungen im Biogas-BHKW

Neben der einseitigen Optimierung auf hohe Wirkungsgrade, die mit sehr engen Fenstern für Betriebstemperaturen und Änderungen im Methangehalt des Biogases verbunden sind, werden Biogasmotoren zum Teil mit Gemischregelungen ausgestattet, die auf Veränderungen des Methangehaltes nicht ausreichend schnell und genau reagieren. Biogas ist nun einmal ein Brennstoff, der schwankende Methangehalte aufweist, die ausgeregelt werden müssen.

Vereinzelt haben sich Mitglieder schon von Biogasmotoren trennen müssen, die erhebliche konstruktive Mängel aufwiesen und sich nun auch in der rechtlichen Abwicklung von Schadenersatzforderungen befinden.

Wir stehen mit den Motorenherstellern zu diesen Themen – wie auch zu Service-Themen – im Dialog und fordern Nachbesserung wie auch Kulanz für Bestandskunden, was noch nicht flächendeckend, aber in etlichen Einzelfällen schon geschieht. Das Mitwirken der Biogas-BHKW-Betreiber in der IG Biogasmotoren ist also durchaus sinnvoll und hilfreich.

2. Anlagenbauer sorgen nicht für angemessene Peripherie im Biogas-BHKW

Die Einbauvorschriften der Motorenhersteller für Biogasmotoren werden von manchen Anlagenbauern nicht ausreichend umgesetzt – anders lassen sich viele Schäden an Biogasmotoren nicht erklären, die nicht auf konstruktive Mängel des Motorenherstellers oder mangelnde Wartung zurückzuführen sind.

Handlungsbedarf gibt es in der Temperierung und Filterung der Raumluft, der schwingungstechnisch einwandfreien Lagerung von Biogasmotor und Generator sowie des Containers. Schwachpunkte sind die gesamte hydraulische Anbindung von Kühlkreisläufen und die Nutzwärmeabführung. Hier wird am Material gespart, z.B. an Rohrleitungs-Querschnitten, Pumpengrößen, Wärmetauscher und Überwachungseinrichtungen: es gibt leider kaum ein Bauteil, das nicht überprüft werden muss, wenn es um die Fehlersuche im Biogas-BHKW geht.

Selbst schon vom Komponentenhersteller vorgesehene Schutzvorrichtungen werden zum Teil nicht vom Anlagenbauer verdrahtet und angeschlossen (z.B. Generatorstillstandsheizung zum Korrosionsschutz der Wicklungen). Dies birgt die Gefahr teurer Folgeschäden. IG Biogasmotoren unterstützt Betreiber mit Status-Gutachten als neutraler Dritte und hilft, Anlagenmängel aufzudecken.

Die Beispiele anlagentechnischer Fehlleistungen ließen sich leider lange fortsetzen. Da ist es nur ein schwacher Trost, dass sich die meisten Anlagenfehler korrigieren lassen: es kostet Zeit, Geld und die Suche nach kompetenten Partnern.

Anlagenbauer, die im Geschäft bleiben möchten, lernen dazu und verstärken sich langsam wieder mit erfahrenen Mitarbeitern, um Defizite abzubauen und mit Bestands- und Neukunden einen für beide Seiten fruchtbaren Dialog aufzubauen. Neben dem Service bestehender Anlagen geht es ja auch um das Folge- bzw. Erweiterungsgeschäft.

Dass Qualität etwas teuerer ist als die „Billig“-Anlage, hat sich sicher schon bei allen Beteiligten herumgesprochen. Vertriebe von Biogas-BHKW-Anlagenbauern sind gut beraten, ihren Kunden die Konsequenzen einer Billiglösung aufzuzeigen. Kunden sollten sich nicht vom (Kauf-) Preis täuschen lassen: die Anlagen müssen mindestens 8 Jahre lang Geld verdienen. Dies funktioniert mit guter Qualität einer Anlage deutlich besser und sicherer.

3. Der Betreiber ist für die Organisation des BHKW-Betriebes verantwortlich

Eine Biogasanlage mit angeschlossenem Biogas-BHKW ist eine anspruchsvolle Anlage, für die der Gesetzgeber eine Vielzahl von Auflagen formuliert hat. Der Vorschriftendruck ist beträchtlich. Die verbauten Biogasmotoren sind empfindliche Aggregate, die tägliche Aufmerksamkeit erfordern. Also keine Spur vom robusten „Arbeitstier“, das fehlende Zuwendung leichter verzeiht.

Wer nicht über die notwendigen Fachkenntnisse verfügt, sollte von eigenem Schrauben absehen. Mancher Betreiber hat schon viel Lehrgeld bezahlt, wenn er selbst oder mit befreundeten Handwerkern an seinem Biogasmotor „geschraubt“ hat. Selbst beim schlichten Zündkerzenwechsel kann man bei manchen Motortypen beträchtliche Folgeschäden verursachen. Versicherer sind mittlerweile gewarnt und schauen heute genauer hin. Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten müssen von autorisiertem Personal vorgenommen werden – zum Schutz des Betreibers. Bei deren Fehlleistungen greift dann der Regress auf den Dienstleister.

IG Biogasmotoren unterstützt Betreiber durch Biogasmotoren Technik Seminare, um die Zusammenarbeit zwischen Servicepartnern und Betreibern zu verbessern und einen Dialog auf „Augenhöhe“ zu ermöglichen. Der Erfahrungsaustausch der Seminarteilnehmer untereinander und das vermittelte Systemverständnis über den Biogasmotor mit seinen wichtigen Anbauteilen stärkt den Betreiber in seinem BHKW-Alltag und lässt ihn auf die wichtigen Frühindikatoren für Schäden und Ausfälle achten.

4. Optimierung der bestehenden Biogas-BHKWs

Biogas-BHKWs müssen nicht nur im heute praktizierten Vollastbetrieb zuverlässiger laufen. Flexibilisierung und Regelenergiebereitstellung stärken mit den richtigen Partnern umgesetzt die Ertragskraft einer Biogasanlage. Damit dies überhaupt umgesetzt werden kann, müssen die Schwachstellen der BHKW-Anlage abgestellt werden, damit es auch unter den erhöhten anlagentechnischen Anforderungen im Teillastbetrieb nicht zu Problemen kommt.

Eine schrittweise Optimierung bietet sich hier an, dies dauert erfahrungsgemäß je nach Umfang der notwendigen Modifikationen von 6 Monaten bis zu eineinhalb Jahren. IG Biogasmotoren wird im Herbst 2015 die Seminarreihe der Biogasmotoren Technik um ein Seminar Biogas-BHKW-Optimierung ergänzen. Betreiber erhalten dann Hilfe zur Priorisierung von notwendiger Verbesserungsmaßnahmen.

5. Wartungspläne für den Anlagenbetrieb nach Fahrplan mit Teillastanteilen

Unsere Gespräche mit Anlagenbauern und Servicebetrieben zum Thema Serviceverträge und Servicekosten für Biogas-BHKWs zeigen, dass hier oft weder das Serviceprodukt noch der Preis stimmen und Betreiber daher zumeist noch Servicearbeiten einzeln beauftragen oder gar auf fachfremde Handwerksbetriebe ausweichen.

IG Biogasmotoren führt derzeit Gespräche mit Service-Anbietern, um insbesondere die zu erwartenden Teillastnutzungen der Biogas-BHKWs angemessen in einer Servicekalkulation ausdrücken zu lassen. So wie dies in der Windenergieanlagenbranche bereits üblich ist, würde für die erzeugte Kilowattstunde Strom ein Centbetrag für Wartung fällig: in der Flaute sinkt der absolute Betrag für Wartungskosten , in der Starkwindzeit mit höherer Leistung und Beanspruchung der Maschine steigt er entsprechend der größereren erzeugten Energiemenge. Dieses Modell lässt sich auch auf die Wartungskostenkalkulation von Biogas-BHKWs übertragen. Motorenhersteller und Anlagenbauer sind daher aufgerufen, entsprechende Wartungsverträge zu entwickeln.

Serviceprodukte lassen sich, was die Übernahme des Wartungs- und Reparaturkostenrisikos angeht, unterschiedlich gestalten. Wenn ein Anlagenbauer die technischen Risiken seiner Anlage kennt, kann er sie auch kalkulieren. Der Betreiber kann sich dann von diesen Risiken entlasten zu vertretbaren Kosten – es wirkt wie eine Versicherung.

Teillastbetrieb hat auch für den Betreiber modifizierte Wartungspläne zur Folge, so spielen die Vorwärmung des Schmieröles und des Kühlwassers eine noch größere Rolle, Korrosions-Belastungen durch Kondensatanfall erfordern mehr Aufmerksamkeit der Anlagentechniker. Hinweise zur Organisation der technischen Betriebsführung – wie von der Versicherungswirtschaft gefordert – in Verbindung mit der kaufmännischen Betriebsführung werden wir im Herbst 2015 ebenfalls zum Gegenstand eines weiteren Seminares machen.