agrogen BGA126 Gas-Otto-BHKW

Transkript

1 agrogen GmbH agrogen BGA126 Gas-Otto-BHKW Elektrischer Wirkungsgrad emissionsoptimiert DLG-Prüfbericht 5904 F Kurzbeschreibung Blockheizkraftwerk (BHKW) zur energetischen Umwandlung (Verbrennung) von Biogas in thermische und elektrische Energie ausgeführt als Gas-Otto-Motor, aufbauend auf einem 6-Zylinder Marine diesel motor der Firma Daewoo / Doosan Hersteller/Anmelder agrogen GmbH Energiepark Merkendorf Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@agrogen.eu DLG e.v. Testzentrum Technik und Betriebsmittel mit gekoppelten Synchrongenerator zur Stromerzeugung im Netzparallel betrieb kompakte Einheit bestehend aus Gas-Ottomotor, Synchrongenerator, Leistungsteil, Gasregelstrecke, Steuerungsschrank, Primär kühl wasserkreis und Fernüberwachung Technische Daten (Herstellerangaben) BHKW-Typ BGA126 Elektrische Nennleistung 195 kw el Thermische Nennleistung für 140 C Abgastemperatur 200 kw th Bauart 6 Zylinder Reihenmotor Hubraum 11,05 Liter Drehzahl /min Verbrauch bei 50 % Methan 101 Nm³/h Abgasmassenstrom in Betrieb feucht kg/h Schmierölverbrauch 0,3 g/kwh el Generatortyp Leroy LSA 46.2L6 DLG-Prüfbericht 5904 F Seite 1 von 6

2 Beurteilung kurzgefasst Prüfmerkmal Testergebnis Bewertung Elektrischer Wirkungsgrad bei Nennleistung emissionsoptimiert nach DLG-Messung 38,4 ± 0,8 % + Angabe nach DIN 3046* 39,4 ± 0,8 % keine Bewertungsbereich: ++ / + / / / ( = Standard) DLG-Bewertungsmassstab für den elektrischen Wirkungsgrad von Gas-Ottomotoren mit ausschließlich Biogas als Kraftstoff im Leistungsbereich von 190 bis 250 kw-nennleistung: > 40 % = + +, 38 bis 40 % = +, 36 bis 38 % = ; < 34 bis 36 % =, < 34 % = * Umrechung der DLG-Messwerte unter Berücksichtigung der Festlegung in der DIN-EN (Januar 1998) Hubkolben-Verbrennungsmotoren-Anforderungen : Die obere Grenzabweichung für den spezifischen Kraftstoffverbrauch beträgt + 5 % bei Nennleistung, wenn nicht anders angegeben. Prüfbedingungen und -durchführung Die Messung des elektrischen Wirkungsgrads wurde unter Praxisbedingungen an einer Biogasanlage im fränkischen Triesdorf im Oktober 2009 durchgeführt. In Tabelle 1 sind die Prüfbedingungen am Aufstellort ersichtlich. Die Messung des elektrischen Wirkungsgrades wurde mit einem DLG-eigenen Mess system durchgeführt. Zusätzlich zur eigent lichen Messung des elektrischen Wirkungsgrades wurden pa rallel die Emissionen im Abgas on line mithilfe eines Multikomponenten FTIR-Gasanalysators auf gezeich net. Die Wirkungsgradmessung erfolgte emissionsoptimiert, das Tabelle 1: Testbedingungen am Aufstellort heißt, die Grenzwerte aus der TA Luft für Kohlenmonoxid, Stickoxide, Schwefeloxide und Formaldehyd wurden während der gesamten Prüfung unterschritten. Aus der Tabelle 2 ist ein Auszug aus der verwendeten Messtechnik zu entnehmen. Der Aufbau der Gasmessstrecke ist in Abbildung 3 ersichtlich. Die elektrische Leistung wurde in fünf Perioden à 60 Minuten gemessen und über den Gasverbrauch innerhalb der Perioden wurde der Wirkungsgrad berechnet. In der Versuchsauswertung wurde der Gasverbrauch auf Normbedingun- gen (Druck: 1013,25 mbar, Temperatur: 273,15 K, entspricht 0 C) bezogen und der unterschiedliche Wasserdampfanteil des Biogases zwischen der Gasmengen messung und CH4-Konzentrationsmessung, bedingt durch eine messgeräteseitige Gaskühlung auf 5 C, korrigiert. Das Verfahren zur Leistungskorrektur nach DIN EN wurden für den vorliegenden Fall entsprechend den vorhandenen Aufstellungsbedingungen berücksichtigt. Der elektrische Wirkungsgrad wird nach der in Abbildung 2 dargestellten Beziehung berechnet. Testbedingungen Einsatzbetrieb Naturenergie Triesdorf GmbH, Weidenbach-Triesdorf, ca. 500 m über NN Biogasanlage NAWARO-Anlage, Hersteller agrikomp GmbH Verfahrenstechnik Fermenter, Nachgärer und Gärrestlager aus Beton, jeweils mit Folienspeicher, querliegendem Rührwerk und Feststoffdosierung Wärmeabgabe an die FH Triesdorf Substrate Rindergülle, Mais-, GP- und Grassilage BHKW Seriennummer Nr. 41 Motortyp / Baujahr PU126 / 06/2009 Seriennummer Inbetriebnahme 07/2009 Gasaufbereitung Gastrocknung auf 30 % Restfeuchte bei 20 C, Aktivkohleeinheit zur Nachentschwefelung Generatortyp / Baujahr Leroy LSA 46.2L6 / 06/2009 Umgebungsbedingungen Lufttemperatur 1 bis 5 C Luftfeuchtigkeit 44 bis 77 % Luftdruck 972 bis 975 mbar DLG-Prüfbericht 5904 F Seite 2 von 6

3 Tabelle 2: Auszug der verwendeten Messmittel Messgröße Gasmenge Gasbedingungen Methan/Kohlendioxid-Konzentration Umgebungsbedingungen (Umwelt) Umgebungsbedingungen (Maschinenraum) Elektrische Energie Emissionen (Stickoxide, Kohlenmonoxid, Formaldehydd) Messmittel Drehkolbengaszähler RMG Sensoren für Temperatur, Feuchtigkeit und Druck (absolut) Gasanalysegerät, NDIR-Messprinzip Sensoren für Temperatur, Feuchtigkeit und Druck (absolut) Sensoren für Temperatur Leistungsmessgerät, Messung der ins Netz eingespeisten Energie, MF < ± 0,2 % FTIR-Gasanalysator der Firma ansyco Bei der Berechnung des elektrischen Wirkungsgrades wurde als elektrischer Verbraucher das Gasgebläse zur Druckerhöhung des Biogases berücksichtigt. Weitere elektrische Verbraucher innerhalb des BHKW werden nicht berücksichtigt, da sie entweder nicht kontinuierlich betrieben werden oder aber von der Einbindung des BHKW Vorort abhängen. Die Gesamtheit der Verbraucher bestimmt den elektrischen Eigenbedarf des BHKW. Dazu gehören im Falle des geprüften BHKW BGA126 der Firma agrogen GmbH noch zusätzlich: Pumpe des Primärheizkreislaufes Pumpe des Sekundärheizkreislaufes Lüfter im Aufstellraum Notkühler (P Generator P Eigenbedarf ) η el = 100 V Biogas c CH4 H i, CH4 P Generator = gemessene, abgegebene elektrische Energie des Generators (kw el) P Eigenbedarf = Summe der elektrischen Verbraucher zum Betrieb des BHKW (kw el) V Biogas c CH4 H i, CH4 = gemessener, auf Norm trocken bezogener Gasvolumenstrom (Nm³/h) = gemessener, auf Norm trocken bezogener Methananteil im Biogas = unterer Heizwert von Methan Hi CH4 = 9,968 kwh/nm³ Abbildung 2: Berechnung des elektrischen Wirkungsgrades Zur Bewertung der Wirkungsgrad- Messwerte wurde ein DLG-Bewertungsstandard in Abhängigkeit von Motorbauart und Verbrennungsverfahren für die zutreffende Leistungsklasse entwickelt. Dieser Maßstab basiert auf Angaben der Fachliteratur. Feuchtesensor Drucksensor Anschluss Gasanalysegerät Temperatursensor Drehkolbengaszähler Abbildung 3: Messaufbau der Gasmessstrecke am Aufstellort des BHKW BGA126 der Firma agrogen GmbH DLG-Prüfbericht 5904 F Seite 3 von 6

4 Prüfergebnisse Tabelle 3: Messergebnisse während der einzelnen Messperioden Messgröße Gasverbrauch Methangehalt produzierte elektrische Leistung elektrische Leistung abzüglich Gasgebläse elektrischer Wirkungsgrad gemessen elektrischer Wirkungsgrad gemäß DIN ISO 3046 Messperiode Nm³/h % kw el kw el % % 01:00 Uhr 103,02 53,04 206,11 204,31 38,4 % 39,5 % 02:00 Uhr 102,94 53,05 206,09 204,29 38,4 % 39,4 % 03:00 Uhr 102,70 53,10 206,09 204,29 38,3 % 39,3 % 04:00 Uhr 102,81 53,11 206,10 204,30 38,3 % 39,3 % 05:00 Uhr 102,72 53,08 206,13 204,33 38,3 % 39,3 % In Tabelle 3 sind die Mittelwerte für jede der ausgewerteten Messperioden zusammengefasst. Aufgrund der installierten Gasaufbereitung (Gastrocknung und Feinentschwefelung) sind die Gaswerte relativ konstant (siehe Abbildung 4). Aus den konstanten Biogasdaten hinsichtlich unterem Heizwert, Gasmenge, Gastemperatur und Gasfeuchte ergibt sich ein nahezu konstanter Gasverbrauch und somit ein gleichbleibender elektrischer Wirkungsgrad. Bei BHKW ohne zusätzliche Gastrocknung sind die Schwankungen der Gasqualität wesentlich höher. Daraus resultieren auch schwankende Wirkungsgrade. Bei einem Ganzjahresbetrieb macht sich das durch einen höheren Gasverbrauch bemerkbar. Gemäß dem DLG-Bewertungsmaßstab ergibt sich für die Messung des emissionsoptimierten, elektrischen Wirkungsgrades bei Nennlastbetrieb die Bewertung +. Während der fünf Messperioden in Tabelle 3 sind die Grenzwerte der TA Luft für Verbrennungsmotoren ohne Stützfeuerung hinsichtlich Stickoxide, Kohlenmonoxid, Schwefeloxide und Formaldehyd unterschritten. Temperatur ( C) -Fasfeuchte (%) Methangehalt (%) - Gasmenge (Nm³/h) Abbildung 4: Messverlauf der Gasdaten Außentemperatur ( C) Temperatur im Maschinenraum Messverlauf der Gasdaten 0 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11: Uhrzeit Gastemperatur [ C] Gasfeuchte [%] Gasmenge [Nm³/h] CH4-korrigiert [%] Feuerungswärmeleistung [kwh/h] Messverlauf der Umgebungsbedingungen 0 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 Uhrzeit Rel. Luftfeuschte (%) Feuerungswärmeleistung (kw) Außentemperatur [ C] Temperatur im Maschinenraum [ C] rel. Luftfeuchte [%] Abbildung 5: Messverlauf der Umgebungsbedingungen DLG-Prüfbericht 5904 F Seite 4 von 6

5

6 Prüfung Aus der Tabelle 3 sind die Messergebnisse während der 5 Messperioden zu entnehmen. Daraus ergibt sich im Mittelwert ein emissions optimierter elektrischer Wirkungsgrad von 38,4 % ± 0,8 % Da die DIN ISO 3046 eine Korrektur der Wirkungsgradangabe aufgrund der Aufstellbedingungen und des Kraftstoffverbrauchs vorschreibt, ergibt sich ein emissionsoptimierter elektrischer Wirkungsgrad gemäß DIN ISO 3046 von 39,4 % ± 0,8 %. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse erfüllt der Gas-Ottomotor BGA126 der Firma agrogen GmbH bezüglich der Prüfkriterien Elektrischer Wirkungsgrad emissionsoptimiert die Anforderungen (Mindestanforderung ( ) oder besser) mit dem Ergebnis 38,4 % und der Bewertung (+) für die Vergabe des Prüfzeichens DLG-FokusTest. Andere Kriterien wurden nicht geprüft. Prüfungsdurchführung DLG e.v., Testzentrum Technik und Betriebsmittel, Max-Eyth-Weg 1, Groß-Umstadt Erneuerbare Energien Biogas Dipl.-Ing. Jörg Johann Technik, Sicherheit, Qualität Dipl.-Ing. W. Gramatte ENTAM European Network for Testing of Agricultural Machines, ist der Zusammenschluss der europäischen Prüfstellen. Ziel von ENTAM ist die europaweite Verbreitung von Prüfergebnissen für Landwirte, Landtechnikhändler und Hersteller. Mehr Informationen zum Netzwerk erhalten Sie unter oder unter der -Adresse: info@entam.com November 2009 DLG DLG e.v. Testzentrum Technik und Betriebsmittel Max-Eyth-Weg 1, D Groß-Umstadt, Telefon: , Fax: tech@dlg.org, Internet: Download aller DLG-Prüfberichte kostenlos unter: DLG-Prüfbericht 5904 F Seite 6 von 6