Mit innovativen Komponenten zum effizienten Taktbetrieb – MWM Gasmotoren erfüllen veränderte Anforderungen an BHKWs
Mannheim, 18.10.2016
Während Gasmotoren in bisherigen Kraftwerksanlagen vor allem auf den durchgehenden Volllastbetrieb ausgelegt waren, stellt der heutige Markt neue Ansprüche. „Möglichst nie abschalten und wenig warten“, fasst Michael Dressler, Product Line Manager von Caterpillar Energy Solutions und Experte für MWM BHWKs, die bisherigen Kundenanforderungen zusammen. „Heutzutage fordern die Einsatzprofile der BHKWs vor allem Aggregate, die flexibel gestartet und abgeschaltet werden können und auch unter Teillast maximale Leistungen – ohne Einschränkungen bei der Lebensdauer des Gasmotors machen zu müssen – erzielen,“ erklärt Dressler.
Vorwärmesystem schont Gasmotorenbauteile
Früher wurde der Gasmotor einer KWK-Anlage maximal zehn Mal im Jahr gestartet. Heute allerdings wird für ein BHKW, das im Energie-Einspeiseorientierten Fahrweise läuft, der Gasmotor teilweise mehr als 1.500 Mal gestartet und wieder abgestellt. Mit der einsetzenden Verbrennung des Gases beim Start der Anlage entstehen Temperaturunterschiede in den einzelnen Motorenkomponenten (z.B. in den Zylindern, Zylinderköpfen, Kolben und der Abgasseite), die zu Spannungen in den Materialien und unterschiedlichen Spaltmaßen führen. MWM hat deshalb schon vor einiger Zeit mit einem serienmäßig eingebauten Vorwärmesystem auf den Trend zum Taktbetrieb reagiert. Dieses läuft über den Kühlwasserkreislauf und erhitzt vor dem Start des BHKWs auf 40 bis 60° Celsius.
MWM Blockheizkraftwerk am Flughafen München (Foto: Flughafen München)
MWM integriert System zur Vorschmierung serienmäßig in seinen BHKWs
Da zu Beginn eines neuen Taktes der Schmierölfilm im Gasaggregat noch nicht vollständig aufgebaut ist, entstehen durch den Taktbetrieb erhöhte Reibungseffekte. Vor allem bei langen Stillstandszeiten führen diese zu einem schnelleren Verschleiß und wirken sich auf lange Sicht auch negativ auf die Wartungshäufigkeit des BHKWs aus. Deshalb stellt ein System zur Vorschmierung, das einen ausreichenden Öldruck direkt beim Start des Gasaggregats gewährleistet, eine weitere wichtige Komponente für eine verbesserte Startsicherheit und Komponentenlebensdauer dar. MWM hat ein derartiges System mittels einer parallel zur Hauptölpumpe angeordneten separaten Elektropumpe in seinen BHKWs integriert. Genau wie die Vorwärmung lässt sich auch die Vorschmierung optimal an die Betriebsweise des Gasmotors anpassen. So erfolgt die Vorschmierung des Aggregats vor dem Start des Motorsund auch nach dem Abstellen.Diese separate Elektropumpe ermöglicht eine Nachschmierung und Kühlung von Komponenten wie z.B. des Turboladers.
Die MWM Experten sind sich einig, dass Vorwärmung und Vorschmierung zwar effektiv sind und aktiv zu einer längeren Lebensdauer der Aggregate beitragen. Dennoch empfehlen sie ihren Kunden, zwischen den vermehrten Starts eine Mindestbetriebsdauer einzuhalten, weil vor allem auch die Anlasserkomponenten eines BHKWs bei Taktbetrieb schneller verschleißen. Da laut Dressler immer noch viele batteriebetriebene Anlassersysteme eingesetzt werden, kommt es nach einer gewissen Anzahl von Starts trotzdem zur Abnutzung des Starters und der Batterie. Auch für dieses Problem hat MWM eine Lösung gefunden. So besteht bei MWM Gasaggregaten die Alternative, ein Netzgerät zum BHKW-Start einzusetzen, dabei wird Energie aus dem zentralen Stromnetz genutzt, um die Motoren elektrisch zu starten.
BHKW Pfaffengrund (Foto: Stadtwerke Heidelberg)
Gasmotoren im Teillastbetrieb
Nicht nur das vermehrte An- und Ausschalten der Gasmotoren wird immer wichtiger, sondern auch der Wechsel zwischen Teil- und Volllastbetrieb. Kommt es z.B. zu Störungen im Stromnetz, müssen die BHKWs in der Lage sein, so schnell von Teillast auf Volllast zu wechseln, dass die Schwankungen ausgeglichen werden können. Schafft eine Anlage dies innerhalb von Sekunden, spricht man von „Primärreserveleistung (PRL)“, bei bis zu fünf Minuten von „Sekundärreserveleistung (SRL)“ und dauert es eine Viertelstunde ist die Rede von „Minutenreserveleistung (MRL)“. Derzeit garantiert MWM den SRL-Betrieb. Product Line Manager Dressler versichert aber, „wir haben noch Potenzial und wollen die Motorsteuerung weiter optimieren“.
Der Gesamtwirkungsgrad einer KWK-Anlage ändert sich im Teillastbetrieb nicht. Dafür sinkt der elektrische und der thermische Wirkungsgrad steigt. Deshalb arbeiten viele Gasmotorenhersteller – darunter auch MWM – derzeit an Lösungen, die maximale elektrische Wirkungsgrade im Teillastbetrieb erlauben. Zudem werden manche Motorenkomponenten im Teillastbetrieb stärker belastet als unter Volllast. Während beim Volllastbetrieb hohe Temperaturen im inneren des Gasaggregats herrschen, sind diese beim Teillastbetrieb niedriger. Dadurch dehnen sich die Kolben weniger stark aus, der Druck auf die obersten Kolbenringe verringert sich und es entsteht Raum für Gase, die nicht verbrennen können. Damit MWM Gasmotoren eine Teillast von 50 Prozent erreichen, ohne dass sich die Lebensspanne der Aggregate verkürzt, sind in den vergangenen Jahren viele Kolbenänderungen in die Entwicklungsprogramme eingeflossen. Mittlerweile sind die BHKWs sogar so weit an den Teillastbetrieb angepasst, dass sich eine Leistungsreduzierung sogar positiv auf die Lebensdauer von vielen MWM Motorenbauteilen auswirkt.
