GASMOTOREN.

Die Forderung nach Energieeffizienz erschöpft sich nicht im blossen Wirkungsgrad der Umwandlung eines Energieträgers oder im Anwendungsprozess zur Wärme- oder Stromerzeugung. Angesichts der sich abzeichnenden weltweiten Energieverknappung, besonders aber der drohenden Stromversorgungslücken in der Schweiz, muss der gesamte Prozess, ausgehend vom Primärenergieträger, bezüglich dessen Gewinnung, Verteilung und Nutzung beurteilt werden. Dazu gehört auch die Auswahl der technisch und wirtschaftlich optimalen Energieträger unter Einbezug alternativer, regenerativer Energien. Bei der isoliert betrachteten Wärmeerzeugung für Gebäudeheizung und Industrieprozesse konnten die traditionelle Feuerungstechnik, die Wärmerückgewinnung und die Brennwerttechnik bis zu ihren physikalischen Grenzen getrieben werden.

Blockheizkraftwerke

Elektrischer Strom ist kein Primärenergieträger. Als Sekundärenergie wird er in grosstechnischen Anlagen wie Kernkraftwerken, Wasserkraftanlagen oder Öl-/Gaskraftwerken erzeugt. Windenergie und Photovoltaik vermögen auf absehbare Zeit kaum einen wirtschaftlichen und mengenmässigen Ersatz zu bieten. Angesichts der Widerstände gegen den Neubau grosstechnischer Kraftwerke droht in absehbarer Zeit eine Stromversorgungslücke mit heute schon spürbarer, massiver Verteuerung des Strompreises. Dies zeigt das Beispiel von Deutschland.Die dezentrale Strom-/Wärmeversorgung mit gasbetriebenen Blockheizkraftwerken bei den einzelnen Energieverbrauchern zeigt den Weg zur Effizienzsteigerung des Gesamtsystems Energieversorgung auf. Vor allem muss die «monovalente Stromproduktion» über thermische Prozesse wie Gas- oder Dampfturbinen massiv verbessert werden. Gasmotorbetriebene Generatoreinheiten ermöglichen auch die Nutzung von nicht alltäglichen, gasförmigen Energieträgern aus Biomasse und Industrieprozessen zur Produktion des gesuchten und wertvollen elektrischen Stroms.Bei bisherigen thermischen Kraftwerken fallen, bezogen auf die zugeführte Brennstoffmenge, höchstens 35% an elektrischer Energie an. Die übrigen 65% sind Verluste und nutzbare Heizwärme auf niedrigem Temperaturniveau, z.B. für Fernwärme.

Wirkungsgradsteigerung

Die heutige Marktlage und Preisentwicklung verlangen eine Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades von kombinierten Systemen wie der WKK (Wärme-Kraft-Kopplung) oder der BHKW (Blockheizkraftwerke). Nachdem der Wirkungsgrad der Generatoren seit Jahren schon auf ein technisch hohes Niveau gesteigert werden konnte, gilt es, die Möglichkeiten bei der Antriebsmaschine, insbesondere dem Gasmotor mit Fremdzündung (Otto-Prinzip), auszunutzen.Stichwortartig sind dabei das Motorenkonzept, der Magerbetrieb mit Hochaufladung, die Klopfregelung und Ausregelung/Erkennung der Gasqualität zu nennen. «Ein patentiertes Verbrennungssystem mit ausgereiftem Motoren- und Anlagenmanagement sichert die Einhaltung der Emissionsvorschriften, aber auch der Spitzenwerte bei Wirtschaftlichkeit, Langlebigkeit und Verfügbarkeit», unterstreicht Mag. Ing. Gerhard Klammer von GE Energy, Jenbach (A). «An die Grenze gehen» bedeutet, dass der Gasmotor Spitzendrucke im Triebwerk weitgehend ausnutzt und die Grenze zur Klopffestigkeit gering bemessen wird.

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An die Grenze gehen

Entsprechend aufwendige Regeltechnik zur zylinderselektiven Zündpunktsteuerung sowie ausgefeilte Steuerungen mit Sensorik haben zwar ihren Preis. Eine solche Anlagenkonzeption ist aber bezüglich der Wirtschaftlichkeit – dank höheren Stromerlösen – einfacheren Motoren eindeutig überlegen. Gasmotoren mit Magermischung-Verbrennungsregelung gewährleisten in allen Betriebszuständen das richtige Luft-Gas-Mischungsverhältnis und letztendlich die höchstmögliche Ausnutzung der eingesetzten Energie. «Damit werden die Abgasemissionen auf ein Minimum gesenkt und der Motorbetrieb stabil gehalten», erläutert Ing. Daniel Dillier von IWK, Sarnen, und ergänzt: «Bei den von uns eingesetzten Jenbacher-Gasmotoren sorgt das Leanox-System über eine spezielle Brennraumkonstruktion für eine wirkungsvolle Verbrennung.» Die Leanox-Regelung schafft eine direkte Verbindung zwischen Motorenleistung, Ladedruck, Brennstofftemperatur und NOx-Emission. Der Einsatz von Lambda-Sonden zur Überwachung des Restsauerstoffes im Abgas erübrigt sich. Die richtige Zündung des Gas-Luft-Gemisches ist ein weiterer zentraler Faktor für einen sicheren und energieeffizienten Betrieb.Ein «Monitoring Ignition Control»-System ermöglicht die automatische Überwachung und Auswertung der Zündvorgänge und des Zustandes der Zündkerzen aller Motorzylinder im Gasmotor. In absehbarer Zukunft dürften bei der Gemischzündung neue Technologien wie Laser zur Anwendung kommen, was Betriebssicherheit und Präzision der Zündvorgänge weiter erhöhen könnte.