BHKW-Mehrkosten durch Regelbetrieb

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1 Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft Biogas Sachsen Anhalt in Bernburg - Strenzfeld BHKW-Mehrkosten durch Regelbetrieb Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft

2 Herausforderung Regelbetrieb Was ändert sich?: Eintritt in die Direktvermarktung Anbieten von Regelenergieleistung Flexible Fahrweise (Intervallbetrieb) Anpassen der Anlagen- und BHKW-Technik Probleme in der Praxis Aschmann ILT2a 16-1Av 007 2

3 Direktvermarktung Schnittstelle BHKW- Leitwarte Stromhändler Foto: dpa Aschmann ILT2a 16-1Av 004 3

4 Direktvermarktung Generelle Änderung bei der Direktvermarktung: Vertrag mit Stromhändler => Verträge müssen geprüft werden!! Fernsteuerbarkeit muss gewährleistet werden => Zugriff auf Anlage durch Dritte Problem: Jeder Stromhändler hat seine eigene Box => Kompatibilität mit BHKW-Steuerung muss gewährleistet sein Quelle: Next Kraftwerke Aschmann ILT2a 16-1Av 004 4

5 Regelenergie Regelenergie dient zur Netzstabilisierung (50 HZ) und kann positiv oder negativ sein Primär-, Sekundär-, Minutenreserveleistung Aschmann ILT2a 16-1Av 004 5

6 Regelenergie Präqualifizierung Leistungspreis, Arbeitspreis Aschmann ILT2a 16-1Av 004 6

7 Teillastverhalten Probleme des Teillastbetriebes: Ein geringerer Energiegehalt im Brennraum führt zu: niedrigeren Verbrennungstemperaturen und damit zu niedrigeren NO x -Konzentrationen (positiv) höheren CO-Konzentrationen geringerer Kolbenausdehnung => damit zu höherem Methanschlupf (klimawirksam) => und zu vermindertem elektrischen Wirkungsgraden Aschmann ILT2a 16-1Av 004 7

8 elektrischer Wirkungsgrad Teillastverhalten 75 kw GO 250 kw GO 360 kw GO 265 kw ZS 43,0 % 41,3 42,1 40,4 38,0 38,3 39,9 37,2 37,3 37,1 33,0 35,6 29,1 28,0 27,0 24,7 23,0 100% 80% 60% Leistung Aschmann ILT2a 16-1Av 004 8

9 Substratkosten Teillastverhalten Annahme: 5000 m 3 CH 4 /ha; 1800 /ha Mais => 36 ct/m 3 CH 4 18,00 ct/kwh 75 kw GO 250 kw GO 360 kw GO 265 kw ZS 16,00 +2,23 14,00 +0,97 12,40 12,00 10,00 8,00 +0,71 9,44 +0,28 +0,47 +1,15 +0,92 8,74 +0,20 8,58 100% 80% 60% Leistung Aschmann ILT2a 16-1Av 004 9

10 Teillastverhalten Grotholt 2013 Aschmann ILT2a 16-1Av

11 Flexible Fahrweise (Intervallbetrieb) Verstromung nach Fahrplan (Fahrplantreue!!) D.h. Mind. 2 Starts pro Tag Starts im Jahr Bh im Jahr ca. 1,00 1,50 ct/kwh Betriebskosten Aschmann ILT2a 16-1Av

12 Flexible Fahrweise (Intervallbetrieb) Vorteil der BHKW-Erneuerung (Bsp. 500 kw el.): BHKW alt: η = 36% => Gasverbrauch = 267 m 3 h -1 BHKW neu: η = 39% => Gasverbrauch = 247 m 3 h -1 => Bei 52% Methan-Gehalt = 10,4 m 3 CH 4 h -1 => Gaseinsparung von m 3 a -1 CH 4 bei Bh 1 ha Mais = ca m 3 CH 4 => Substrateinsparung pro Jahr 17 ha Mais Kosten von Mais frei Fermenter ca ha -1 => Kosteneinsparung pro Jahr Aschmann ILT2a 16-1Av

13 Flexible Fahrweise (Intervallbetrieb) (500 kwel.) (750 kwel.) Aschmann ILT2a 16-1Av

14 Flexible Fahrweise (Intervallbetrieb) Prüfung: Aufstellungsbedingungen (BHKW Raum, Anschlüsse) Ertüchtigung des Einspeisepunktes Prüfung der Rohrquerschnitte (Gasleitung, Wärmeleitung) Prüfung der Gasentfeuchtung und Entschwefelung Prüfung des Gasspeichervolumens Aschmann ILT2a 16-1Av

15 Flexible Fahrweise (Intervallbetrieb) BHKW-Vorwärmung Quelle: Schnellmotoren AG Aschmann ILT2a 16-1Av

16 Flexible Fahrweise (Intervallbetrieb) Probleme in der Praxis: Probleme beim Startvorgang (Gasdruck, Gasmischer) Kondensation im Abgastrakt/Turbolader/Katalysator etc. => Korrosionsprobleme (H 2 S), verminderte Standzeiten höhere Beanspruchung einzelner Motorkomponenten => höherer Verschleiß von Anlasser, Zündkerzen, Lager, Pleuel etc. Probleme beim Teillastbetrieb Schlechte Entschwefelungsleistung (Vorwärmung erforderlich) Voraussetzungen für einen reibungslosen Betrieb: Optimierung des Startvorganges (Verdichter, Gasmischer, Zündzeitpunkt) Verbesserung der Gasreinigung (Feinreinigung erforderlich) Verbesserung der Gasentfeuchtung Aschmann ILT2a 16-1Av

17 Aschmann ILT2a 16-1Av

18 Vielen Dank!! Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann Institut für Landtechnik Mail: volker.aschmann(at)lfl.bayern.de Tel.: 08161/ Aschmann ILT2a 16-1Av

19 Hintergrund Ergebnisse aus einem Projekt: - Verlauf des elektrischen Wirkungsgrades Biogas betriebener BHKW über die Betriebsdauer Ergebnisse einer Diplomarbeit: - Betriebs- und Wartungskostenvergleich biogasbetriebener Blockheizkraftwerke zur dezentralen Stromversorgung Aschmann ILT2a 16-1Av

20 elektrischer Wirkungsgrad [%] Einfluss Standzeit BHKW Betriebskosten kwgo 324 kwgo 526 kwgo-i 526 kwgo-ii 250 kwzs Betriebsstunden [Bh] Aschmann ILT2a 16-1Av

21 BHKW Betriebskosten Vollwartungsvertrag 1,00 ct/kwh Eigenwartung 0,45 ct/kwh Quelle: Jakschitz-Wild 2012 Aschmann ILT2a 16-1Av

22 elektrischer Wirkungsgrad [%] Einfluss Standzeit BHKW Betriebskosten kwgo 526 kwgo-i 526 kwgo-ii Betriebsstunden [Bh] Aschmann ILT2a 16-1Av

23 elektrische Leistung [kw] elektrischer Wirkungsgrad [%] BHKW Betriebskosten ,0 350 el. Leistung el. Wirkungsgrad , , ,6 33,9 35,5 35,2 35,4 35,0 33,1 34,2 33,3 32,8 31,9 35,0 175 Bh Messung I 06-II 07-I 07-II 08-I 09-I 09-II 10-I 10-II 11-I 11-II 30,0 Messungen Aschmann ILT2a 16-1Av

24 elektrische Leistung [kw] elektrischer Wirkungsgrad [%] Generalüberholung BHKW Betriebskosten ,0 el. Leistung el. Wirkungsgrad , , , ,4 37,8 37,6 37,9 37,0 37,0 38,5 38,1 38,3 38,0 37,5 38, ,7 36,0 300 Bh Messung I 07-I 07-II 07-III 08-I 09-I 09-II 10-I 10-II 11-I 11-II 12-I 34,0 526 kw el. Gas-BHKW Aschmann ILT2a 16-1Av

25 Einfluss Wartung BHKW Betriebskosten BHKW Elektrischer Wirkungsgrad: erste Messung Elektrischer Wirkungsgrad: letzte Messung Beobachtungszeitraum Gesamtabnahme des el. Wirkungsgrades Durchschnittliche Abnahme des el. Wirkungsgrades [%] [%] [Bh] [%-Punkte] [% Bh -1 ] 324 kw GO 35,6 31, ,7-0,7 526 kw GO 38,4 37, ,9-0,2 Aschmann ILT2a 16-1Av

26 Zunahme Gasverbrauch [%] BHKW Betriebskosten Zunahme des Gasverbrauchs durch verminderten el. Wirkungsgrad kw GO 526 kw GO Betriebsstunden [Bh] Aschmann ILT2a 16-1Av

27 BHKW Betriebskosten Vergleich BHKW ohne vs. mit Generalüberholung (GÜ): BHKW-Leistung: 500 kw el. Jahresbetriebsstunden: Bh Laufzeit insgesamt: Bh Zunahme Gasverbrauch: 3% bzw. 14% Gaseinsparung mit GÜ: m 3 Biogas bzw. 132 ha Mais Kosten von Mais frei Fermenter ca ha -1 Einsparung durch geringeren Substratbedarf: Gesamt: pro kwh: 0,73 ct pro Bh: 3,64 Bh -1 Aschmann ILT2a 16-1Av

28 BHKW Betriebskosten Vollwartungsvertrag 1,00 ct/kwh 1,18 ct/kwh Substratmerhbedarf 0,73 ct/kwh Quelle: Jakschitz-Wild 2012 Aschmann ILT2a 16-1Av

29 Verfügbarkeit [%] BHKW Betriebskosten Einfluss Verfügbarkeit ,8 94,2 96,8 93, Messzeitraum 190 kw 324 kw 526 kw 250 kw Gas-BHKW Zündstrahl- BHKW Aschmann ILT2a 16-1Av

30 BHKW Betriebskosten Verfügbarkeit: 324 kw = Bh/a 526 kw = Bh/a 526 kw Gas-BHKW konnte 230 h/a mehr Strom erzeugen 230h/a * 0,20 /kwh = 46 /kw*a Bei 100 kw = /a Bei 500 kw = /a Mehrerlöse Aschmann ILT2a 16-1Av