Wirkungsgrad

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.

Wie Betreiber den Wirkungsgrad von Biogasmotoren praktisch verbessern

9. Juli 2014 by Michael Wentzke

Der Wirkungsgrad ist immer noch ein starkes Verkaufsargument — Der Wirkungsgrad des Biogasmotors ist immer noch ein starkes Verkaufsargument

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.

Motor-Talk in Gönnebek mit wichtigen Erkenntnissen für Betreiber

21. März 2014 by Michael Wentzke

Die durchgeführten Optimierungsmaßnahmen an zwei Biogas BHKWs waren Inhalt des ersten Motor-Talks, der am 20.3. 2014 in Gönnebek mit 14 Betreibern von Biogasanlagen aus Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern stattfand. Peter Krabbe, Geschäftsführer des Erstes Fahrenhorster Biomassekraftwerk GmbH&Co KG, und Joachim Sommer, Betriebsleiter der Biogasanlage, stellten die Schadenshistorie und die durchgeführten Anlagenverbesserungen vor.

Der Teilnehmerkreis diskutierte die Maßnahmen vor dem Hintergrund der eigenen Anlagenerfahrungen. Dabei gab es viele konkrete Anregungen für die Besucher, an ihren eigenen Anlagen Details für einen zuverlässigeren Betrieb zu verändern. Es wurde deutlich, dass der jeweilige Wissensstand zu einzelnen Themenbereichen sehr unterschiedlich ist. Dies gilt auch für Produktweiterentwicklungen, die der Motorenhersteller im Rahmen von Modellpflegemaßnahmen in seinen technischen Richtlinien publiziert. Hier ist oft ein nicht lückenloser Transfer vom Hersteller über den Packager zum Betreiber festzustellen.

Die durchgeführten Optimierungen wurden in einem ausführlichen Skript beschrieben, das den Teilnehmern bereitgestellt wurde und im Downloadbereich für jedes Mitglied verfügbar ist.

Diese Themen wurden u.a. diskutiert:

Ansaugluftfilterung und Temperierung
Biogasfilterung und -Temperierung
Motorlagerung und spannnungsfreie Montage von Kompensatoren
Schmieröl-Temperierung
Schwingungsschäden Motorgestell
Eingesetzte Messtechnik

Im Zusammenhang mit der Messtechnik gab es Fragen zu hinreichend genauen Wirkungsgradmessungen bei Biogasmotoren. Die unterschiedlichen Einflussfaktoren und die zum Teil aufwendige Messtechnik erleichtern in der Praxis nicht gerade die Durchführung dieser Messungen. Der Vergleich gemessener Wirkungsgrade über die Zeit ermöglicht zumindest die grobe Beurteilung von einzelnen durchgeführten Maßnahmen.

Mehrere Betreiber äußerten den Wunsch, den technischen Anlagenstatus nach dem neuesten Stand der Technik von neutralen Dritten überprüfen zu lassen. Dies können am ehesten Gutachter und Sachverständige abbilden, die dann auch auf die technische Dokumentation der Hersteller und Packager zugreifen müssten. Unsere Mitglieder greifen vereinzelt auf derartige Spezialisten zurück, um spezielle Einstellungsarbeiten an Motoren vornehmen zu lassen. Wirtschaftlich sinnvoll ist der Einsatz dieser Spezialisten unseres Erachtens dann, wenn sie an bestimmten Brennpunkt-Themen des Biogasmotors arbeiten, die in Verbindung mit Schadensprävention oder atypisch hohen Betriebskosten stehen. Wir werden mit den uns bekannten Spezialisten über einen Biogasmotoren -Anlagen – Check sprechen. Und natürlich über seine wirtschaftliche Umsetzbarkeit.

Für juristische Klärungen zwischen Betreibern und Packagern bzw. Motorenherstellern konnten wir in einzelnen Fällen bereits auf Rechtsanwaltskanzleien verweisen, die auf diese Themen spezialisiert sind und die entsprechende Branchenerfahrung haben.

Auch im Bereich Serviceverträge gibt es aus Sicht der Betreiber Handlungsbedarf. Die vorhandenen Verträge lassen es oft an Transparenz und fairer Verteilung von Rechte und Pflichten missen. Die Prüfung der vorhandenen Serviceverträge auch mit Blick auf die wirtschaftlichen Konsequenzen für Betreiber wird helfen, die Bandbreite dieser Verträge zu erfassen und Vorschläge für akzeptable Vertragsmuster zu erstellen, wie es in anderen Branchen bereits üblich ist.

Um das Hintergrundwissen der Betreiber zu betriebstechnischen Themen ihrer Biogasmotoren zu stärken, bereitet IG Biogasmotoren einzelne Themen so auf, dass dies von den Betreibern mit den involvierten Dienstleistern auf Relevanz geprüft und dann auch gegebenenfalls mit passenden Abhilfemaßnahmen umgesetzt werden kann.

Die Teilnehmer dieses Motor-Talks waren rundherum zufrieden mit diesem Veranstaltungsformat, haben gute Vorschläge und Anregungen gegeben, um die Mitglieder als Betreiber in ihrer täglichen Arbeit im Biogas-BHKW zu unterstützen und freuen sich auf die nächste Veranstaltung.