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Know-How für Betreiber: Optimaler Biogas-BHKW-Betrieb

14. Dezember 2018 by Michael Wentzke

Das neue Tagesseminar für Biogasanlagen-Betreiber ist im Oktober 2018 in Schwerin und Anfang Dezember in Rendsburg mit sehr guten Bewertungen der Teilnehmer und Veranstalter angelaufen. Der Wunsch nach einem optimalen Biogas-BHKW-Betrieb ist bei Betreibern nach wie vor hoch.

Zielsetzung der Anlagenbetreiber mit Blick auf das BHKW unverändert

Was Betreiber unter optimalen Biogas-BHKW-Betrieb verstehen, war in den beiden durchgeführten Seminaren nahezu identisch:

Keine ungeplanten Stillstände des BHKWs
geringe Instandhaltungskosten
Hohe Verfügbarkeit des BHKWs
Präsente und kompetente Servicemannschaft
Hohe Zuverlässigkeit des Aggregates
Mehr Informationen vom Servicepartner zum Zustand des Aggregates

Michael Wentzke von der IG Biogasmotoren schärfte den Blick der Teilnhmer dafür, dass Motorenprobleme häufig nur das Symptom bilden für Schadensursachen, die sich in der Peripherie des Aggregates verbergen. Das können die Nebenaggregate des Packages sein, wie z.B. die Raumklimatisierung oder die Biogasaufbereitung.

1. BHKW-Schnittstellen als Schadensursachen ausschalten

Das Biogas-BHKW steht ja nicht für sich allein auf der Biogasanlage, sondern hat zahlreiche Schnittstellen, die auf den Biogasmotor einwirken. Ein BHKW-Hersteller ist gut beraten, diese Schnittstellen bei der Planung und Projektierung eines Biogas-BHKWs zu berücksichtigen. Nur so lassen sich später im Betrieb des BHKWs Probleme vermeiden, die der Lieferant zu vertreten hat.

Ein großes Thema ist in diesem Zusammenhang auch die Wärmeauskopplung, die gerade bei Vergrößerung der Wärmeabnehmer eine Wärmeplanung erfordern, um Motorenprobleme und nicht ausreichend versorgte Wärmekunden zu vermeiden.

2. Showstopper für optimalen Biogas-BHKW-Betrieb

Leider gibt es in der Praxis beträchtliche Mängel der Errichtung gerade von Flex-BHKWs. Diese führen zu Betriebsstörungen und schlechten Leistungen der BHKWs, da Biogasverbräuche zu hoch sind oder ausgekoppelte Wärmemengen zu niedrig sind. Hier scheitert es an der Parametrierung der Steuerungstechnik, die offenbar manche Serviceteams schlichtweg überfordern, obwohl die „Hardware-Ausstattung“ des BHKWs eigentlich vollständig und richtig ausgelegt ist.

In Einzelfällen verzögert sich dadurch die Inbetriebnahme von Aggregaten um mehrere Monate mit den negativen Konsequenzen für den Betreiber. Dies hat seine Ursache oftmals in unzureichenden Kapazitäten und Qualifikationen der Errichter- und Inbetriebnahmeteams.

3. Servicekonzepte vieler BHKW-Anbieter unzureichend

Für optimalen Biogas-BHKW-Betrieb ist ein individuell abgestimmtes Servicekonzept unerläßlich. Hier wird häufig übersehen, dass ein Biogas-BHKW nicht nur aus Motor, Generator und Schaltschrank besteht, sondern eben auch Lüfter, Gasgebläse, Pumpen etc. erfordert. Diese Komponenten verschleißen auch und sind ebenfalls wartungsbedürftig.

Es ist verwunderlich, dass BHKW-Packager ihre Kunden oft nur mit Wartungsdienstleistungen für den Biogasmotor bedienen und alles andere nicht ansprechen, obwohl dies im Lieferumfang des Biogas-BHKWs enthalten war. Anbieter sollten zu beiderlei Nutzen darüber nachdenken, wie die Lücken im Serviceumfang schnellstmöglich abgedeckt werden, damit für den Betrieb des BHKWs wichtige und zum Teil sicherheitsrelevante Komponenten nicht vergessen werden.

BHKW-Hersteller können ihr Serviceangebot für Biogas-BHKW-Betreiber deutlich verbessern, indem sie ihre Leistungen im Service mit Kooperationspartnern guter Qualität ergänzen. Der Markt ist hierfür vorhanden, viele Betreiber beklagen zu Recht unzureichende Servicevertrags-Angebote. Lücken im Service der wartungsbedürftigen Komponenten führen zu Schäden, zu hohen Betriebskosten und zu (persönlichen !) Haftungsrisiken des Betreibers, wenn dadurch die Betriebssicherheit leidet.

4. Motor-Betriebsdaten: Zahlenfriedhof oder Instrument zur Vorsorge?

Täglich sammeln Motorsteuerungen und Betreiber Motorbetriebsdaten, häufig auch Daten der angebundenen Peripherie wie Gasaufbereitung und Wärmeauskopplung. Man kann darüber im Einzelfall streiten, ob es jeweils die richtigen und relevanten Daten sind. Aber über einen Mangel an Daten muss man sich eher nicht beklagen. Was fehlt, ist die Interpretation der Betriebsdaten mit Blick auf Betriebskosten und Schadenprävention.

Temperaturschwankungen des Tages sowie im jahreszeitlichen Wechsel belasten die Motoren und Nebenagregate, hinzu kommt die eigene Wärmeproduktion des Motors im Brennraum und dem nachfolgenden Abgastrakt. Im Flexbetrieb kommen täglich zwei Heiß- und Kaltwechsel hinzu. Dies ist dann für einen optimalen Biogas-BHKW-Betrieb zu bewältigen, wenn Betreiber die Frühindikatoren für den Motorenverschleiß im Zeitablauf bewerten lassen.

Hier wäre Hilfe der Servicepartner notwendig, die z.B. die Ölanalyse mit Blick auf die nächsten Wartungsmaßnahmen interpretieren. Die Stadandardtexbausteine der Schmieröllabore sind leider häufig nicht ausreichend, um den Betreiber vor teuren Schäden zu schützen. Den Wartungsteams fehlt hierfür oft die Zeit vor Ort, vereinzelt auch das profunde Wissen. Für einen guten Service, der vom Kunden so erlebt wird, ist eine entsprechende Zahlungsbereitschaft durchaus vorhanden.

Es gibt die (wenigen) Leuchttürme guten Vorortservices, die Betreiber zu guten wirtschaftlichen Ergebnissen führen. Dort rechnen sich die Serviceaufwendungen sehr wohl. Es überwiegen leider die Klagen über das Preis-Leistungsverhältnis und die Verfügbarkeit von Serviceeinheiten im Markt. Für Anbieter eines umfassenden BHKW-Services ist dies Chance und Herausforderung zugleich angesichts des Fachkräftemangels und der hohen Fachkräfte-Fluktuation.

Welche Inhalte die Teilnehmer des Seminars „Optimaler Biogas-BHKW-Betrieb“ erwarten, lässt sich unter diesem Link abrufen.

Schlüssel zum optimalen Biogas-BHKW-Betrieb

31. Juli 2018 by Michael Wentzke

Ein neu konzipierter Tages-Workshop für Betreiber von Biogas-BHKWs der IG Biogasmotoren startet am 21.8.2018 in Nienburg an der Weser. In der rechten Spalte der Website gibt es Veranstaltungshinweise mit Details, der Link zur Anmeldung findet sich auch am Ende dieses Beitrages.

Es werden die vier Schlüsselthemen vorgestellt, die Betreibern helfen, die Ertragskraft im Biogas-BHKW-Betrieb zu verbessern.

Problemloser BHKW-Betrieb ist nach wie vor keine Selbstverständlichkeit bei vielen Betreibern. Die anfängliche Erwartung ist diesbezüglich oft genug enttäuscht worden. Und so ist es nicht überraschend, dass hierfür ein ganzes Bündel von Ursachen verantwortlich ist. In den veröffentlichten Betriebsvergleichen und in dem Schadensgeschehen, von dem wir erfahren, lassen sich vier Themenfelder ausmachen, die zu weniger guten BHKW-Ergebnissen führen.

1. Schnittstellen, die auf das BHKW wirken

Das Biogas-BHKW benötigt Ansaugluft und Biogas zur Gemischaufbereitung und ein Raum-Klima, in dem es weder den Hitze- noch den Kältetod stirbt. Das klingt zunächst einmal ziemlich einfach – leider gibt es nicht nur bei hochsommerlichen Temperaturen allein schon damit erhebliche technische Probleme. Die Temperaturwechsel vom Tag zur Nacht und Sommer bis Winter stellen für viele BHKWs in der Verbindung mit kondensierender Feuchte des Biogases eine erhebliche Herausforderung dar.

Durch übermäßiges Kühlen des Biogases und zu geringem Sauerstoffgehalt werden die Eigenverbräuche für Strom und Aktivkohle unnötig erhöht, um einmal zwei kleine Stellschrauben für wirtschaftlicheren Betrieb zu nennen.

2. Altlasten der BHKW-Planung und -Errichtung

Manche BHKWs laufen jahrelang mit thermischen Problemen und höherem Bauteilverschleiß, den es so nicht geben dürfte. Hätte ein Anlagenbauer z.B. Wärmetauscher korrekt dimensioniert und nicht Sommertemperaturen von nur maximal 25° Celsius berücksichtigt, bliebe dem Betreiber viel Ärger erspart. Erfreulicherweise lassen sich Planungsmängel oft auch später im Betrieb noch korrigieren, aber es kostet Zeit und Geld.

Im günstigsten Fall sind es nur Einstellungsmängel, die sich durch richtige Parametrisierung der Ventile und Regeleinrichtungen z.B. in Kühlkreisläufen korrigieren lassen. So lassen sich Wärmeumsätze erhöhen, wenn im Winter eben keine Notkühler mitlaufen.

3. Ein gutes Instandhaltungskonzept bringt mehr Nutzen, als es Kosten verursacht

Das Potenzial für kompetente Instandhaltungsdienstleistungen ist nach wie vor sehr groß. Leider ebenso groß ist die Spanne der angebotenen Dienstleistungsqualität, die oftmals die Zweifel der Betreiber rechtfertigt, umfassende Serviceleistungen einzukaufen. (Motoren-) Hersteller und Anlagenbauer geben vereinzelt schon für den klassischen Grundlastbetrieb der Biogas-BHKWs keine Dienstleistung ab, die den Betreiber überzeugen kann. Das gilt leider in noch viel stärkerem Maße für angefragte Wartungsarbeiten der Aggregate im Flexbetrieb.

Dies mag zum einen dem Fachkräftemangel geschuldet sein. Andererseits ist die Preispolitik für Ersatzteile teilweise überzogen, wie vereinzelt selbst Hersteller zugestehen. Betreiber weichen dann für Verbrauchsmaterialien und Verschleissteile auf den Fachhandel aus, der qualitativ hochwertige Ersatzteile zu deutlich attraktiveren Kosten liefern kann.

Die vorgestellten Detailthemen in diesem Themenfeld reichen vom zu reinigenden Abgaswärmetauscher über Filter-, Kühlmittel- und Schmierölwechsel bis zum Zylinderkopf-Tausch.

4. Betriebsdaten-Erfassung und -Auswertung

Moderne Motorsteuerungen stellen viele Betriebsdaten des Biogas-Motors dar. Aber durchaus nicht alle wichtigen Daten der Kühlkreisläufe. Ein Beispiel: Kühlmitteldrücke erlauben Aussagen, ob sich im Kühlkreislauf Dampfblasen bilden können oder nicht. Diese entscheiden darüber, ob klammheimlich durch Kavitation der Motorblock zerfressen wird. Früherkennung ist also durchaus wichtig, um sich vor teuren Totalschäden zu schützen.

Dieses kleine Beispiel zeigt, wie bedeutsam im Einzelfall eine harmlos erscheinender Kühlmitteldruck ist. Und – nicht zu vergessen – die dazugehörende Bewertung. In dem Tagesworkshop für den optimalen Biogas-BHKW-Betrieb gehen wir auf die relevanten Betriebsdaten und deren Bewertung ein, damit Betreiber ein Instrument zur Schadenverhütung erhalten.

Auf das Fachsymposium Biogasmotoren am 5.9.2018 sei hier gesondert hingewiesen, da mehrere Fachvorträge sich sowohl zu praktischen Themen der Schadenfrüherkennung als auch zu kostensparenden Instandhaltungsmaßnahmen äußern. Details zu dieser Veranstaltung sowie zur Anmeldung finden sich in den beiden Links.

Wie Betreiber den Wirkungsgrad von Biogasmotoren praktisch verbessern

9. Juli 2014 by Michael Wentzke

Im Verkaufsgespräch spielt der Wirkungsgrad von Biogasmotoren immer noch eine starke Rolle. Es erstaunt daher nicht, wenn diese Zahl die Kaufentscheidung für oder gegen einen Motorenhersteller oder Anlagenbauer maßgeblich mit beeinflusst. Wird doch über eine lange Nutzungsdauer darüber entschieden, wieviel Tonnen z.B. Maissilage mehr oder weniger die Biogasanlage aufnehmen muss. Die Kosten der Fütterung steigen kontinuierlich an und erfordern daher einen spitzen Bleistift.

Das Verhältnis von eingesetztem Biogas zu erzeugter mechanischer Energie, die in einem Generator zu Stromerzeugung genutzt wird, beschreibt den (mechanischen bzw. den elektrischen) Wirkungsgrad. Wird die Abwärme aus der Motorkühlung und dem Abgas über Wärmetauscher ebenfalls an Abnehmer verkauft, lässt sich der (Gesamt-) Wirkungsgrad noch einmal kräftig erhöhen, da dann zur elektrischer Energie auch die nutzbare Wärmemenge addiert wird. Die Wirtschaftlichkeit von Biogas-BHKWs verbessert sich erheblich, wenn auch die anfallende Wärme aus dem Verbrennungsoprozess des Biogasmotors verkauft werden kann.

Der Wirkungsgrad als Prospektwert

Motorenhersteller liefern sich heute ein Kopf-an-Kopf-Rennen um den höchsten Wirkungsgrad. Dabei werden die bestehenden Motorenkonstruktionen hart herangenommen und erhalten höhere Verdichtungen und andere Modifikationen, die mehr mechanische Leistung an der Kurbelwelle bereitstellen.

Dabei wird vereinzelt über das Ziel hinausgeschossen, denn die herausgekitzelte Mehrleistung muss der Kunde oft mit einer höheren Schadensanfälligkeit bezahlen. Was auf dem Prüfstand des Herstellers glänzt, wird leider im praktischen Einsatz vor Ort im Biogas-BHKW nicht erreicht.

Einflussfaktoren im Betrieb reduzieren den Wirkungsgrad

Biogasmotoren sind keine gemütlichen Ackergäule, die ruppige Umgebungsbedingungen locker ertragen, sondern hochgezüchtete Rennpferde, die für optimales Funktionieren präzise eingehaltene Temperaturen und andere Parameter benötigen.

Schon schlechtere Wärmeübertragungen durch verschmutzte Wärmetauscher, geringere Durchflussmengen wegen Ablagerungen in Rohren oder zugesetzter Filteranlagen bringen Hochleistungs-Biogasmotoren spürbar aus dem Takt und führen zu Mehrverbräuchen an Biogas.

Wenn dann noch Engineering-Fehler der Anlagenbauer in der Dimensionierung der Anbauteile für den Biogasmotor hinzukommen, ist nicht nur die Prospektaussage des Motorenherstellers zum Wirkungsgrad gefährdet, sondern auch handfester Ärger im Betrieb vorprogrammiert.

In Biogas-BHKWs werden vereinzelt falsch dimensionierte Pumpen, Rohrleitungen, Wärmetauscher und Filter- sowie Temperierungsanlagen diagnostiziert, die für den Betreiber nicht offenkundig erkennbar sind. Dass sich Betreiber über zu niedrige Wirkungsgrade beschweren, ist verständlich, aber nicht immer primär dem Motorenhersteller anzulasten.

Anlagenbauer und Betreiber haben großen Einfluss auf Umgebungsbedingungen des Biogasmotors

Die durchgeführten Optimierungsmaßnahmen an bestehenden Biogasmotoren zeigen, wie wichtig die Schnittstellen des Biogasmotors zur Biogasversorgung, Frischluftversorgung, Kühlung und Abwärmenutzung sind. Diese beeinflussen nicht nur den Wirkungsgrad, sondern auch die Zuverlässigkeit des Biogasmotors.

Der Betreiber hat die Hand am Puls zu halten und die kontinuierlich zu messenden Betriebs- und Zustandsdaten des Motors und seiner Steuerungs- und Filtereinrichtungen zeitnah mit seinem Servicepartner auszuwerten.

Schwankungen des Methangehaltes im Biogas und die Temperaturniveaus vom Gemisch sowie vom Kühlwasser und Schmieröl müssen in den geforderten engen Fenstern des Biogasmotors für eine optimale Verbrennung ausgeregelt werden.

Schrittweise praktische Optimierungen verbessern den Wirkungsgrad

IG Biogasmotoren nutzt die bislang gewonnen praktischen Erkenntnisse für eine neu konzipierte Seminarreihe „Biogasmotoren Technik Seminar“ in vier Teilen, um Betreibern konkrete Hilfestellung zu geben, wirksame Schadensprävention zu betreiben und den Verbrauch ihrer Biogasmotoren zu senken. Über die Einführung dieser Seminarreihe im Herbst werden wir Biogas-BHKW-Betreiber hier gesondert informieren, die auch von Nicht-Mitgliedern kostenpflichtig gebucht werden können.

Mitglieder erhalten die aktuelle Technik-Info „Wirkungsgradmessung am Biogasmotor“ mit zahlreichen Hinweisen zur Optimierung des Biogas-BHKW über die bekannten Zugangskanäle. Interessenten ist die Mitgliedschaft in der IG Biogasmotoren sehr zu empfehlen, sie spart Betreibern von Biogas-BHKWs Ärger und Betriebskosten. Hier geht es zum Mitgliedsantrag.