BAYERN BHKW Biogas-BHKW MNW Y105 BG

Die Messwerte der Umgebungsbedingungen sind in Tabelle 3 beschrieben und in Bild 5 grafisch dargestellt. In Bild 6 ist die Gasqualität des Biogases dargestellt. Exemplarisch wurden in Bild 5 und 6 nur die Messwerte der 5-Stunden Messung dargestellt. Die Daten der Messung bei 75 kW bewegen sich in ähnlicher Größenordnung. In Tabelle 4 sind die Hauptkomponenten der verwendeten Messtechnik ersichtlich.

Die elektrische Leistung wurde in fünf Perioden zu je 60 Minuten gemessen. Hierüber und über den Biogasverbrauch wurde der Wirkungsgrad berechnet. In der Versuchsauswertung ist der Gasverbrauch auf Normbedingungen (Druck: 1013,25 mbar, Temperatur: 273,15 K = 0°C) bezogen. Zudem wurde der unterschiedliche Wasserdampfanteil des Biogases zwischen Gasmengen- und Gaskonzentrationsmessung, bedingt durch eine messgeräteseitige Gaskühlung auf 5 °C, korrigiert.

Der elektrische Wirkungsgrad wurde nach der in Bild 7 dargestellten Beziehung berechnet. Bei der Berechnung des elektrischen Wirkungsgrades wurden als elektrische Verbraucher die Heizpumpe (0,15 kW) und den Raumlüfter (0,6 kW) berücksichtigt. Der Wert der Heizpumpe wurde am Messtag mittels DkD-kalibrierten Stromzählers überprüft.

Die Messung des Wirkungsgrades bei 90 kW und maximal 250 mg/m³ NOx im Abgas wurde über 5 Betriebsstunden durchgeführt. Die Messungen bei 75 kW wurden jeweils über 2 Betriebsstunden durchgeführt. Es ist davon auszugehen, wenn die anspruchsvollste Einstellung über 5 Stunden problemfrei läuft, dann läuft die weniger anspruchsvolle Einstellung über diesen Zeitraum ebenfalls problemfrei. Da es sich um die selbe Maschine handelt, kann die Messzeit also entsprechend verkürzt werden. Die Messung der Emissionen lief parallel dazu bei jeder Einstellung über 3 x 30 Minuten.

Der Wert für das Gasgebläse wurde nicht berücksichtigt, da das BHKW in unmittelbarer Nähe zur Biogasanlage steht und somit ohne Gebläse mit Biogas versorgt werden kann. Beim Raumlüfter wurden 0,6 kW angenommen. Dies entspricht etwa dem Jahresmittelwert eines Lüfters, der nur für ein BHKW im Maschinenraum zur Verfügung stehen würde. Sind mehrere BHKWs im Maschinenraum, so reduziert sich die Lüfterleistung je BHKW noch etwas.

Zur Bewertung der Wirkungsgrad-Messwerte wurde ein DLG-Bewertungsstandard in Abhängigkeit von Motorbauart und Verbrennungsverfahren für die zutreffende Leistungsart entwickelt. Dieser Massstab basiert auf Angaben der Fachliteratur. Zudem haben Vertreter vom LfL Bayern, Bioenergieberatung Bornim und Ingenieurbüro Bigatec, Alpen bei der Erstellung mitgewirkt.

Thermischer Wirkungsgrad

Der thermische Wirkungsgrad ist das Verhältnis von nutzbarer thermischer Energie zu Energie des Biogases. Die Energie des Biogases wurde wie unter „elektrischer Wirkungsgrad“ beschrieben bestimmt. Die nutzbare thermische Energie wurde im Heizkreislauf (Vorlauf/Rücklauf) des Abgaswärmetauschers des BHKWs gemessen. Hierbei wurden Temperatur und Volumenstrom des Heizmediums über den Messzeitraum gemessen und über die Dichte bei der gemessenen Mediumstemperatur in Energie umgerechnet. Die Temperaturen wurden an repräsentativen Stellen direkt vor unter hinter dem BHKW-Wärmetauscher mit jeweils zwei Pt100-Widerstandsthermometern im Vor- und Rücklauf gemessen. Der Volumenstrom wurde mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät (MID) in der Steigleitung des Rücklaufs gemessen und gespeichert.

Der Notkreislauf war während der gesamten Messperiode außer Betrieb genommen wurden. Der thermische Wirkungsgrad des MNW  75  BG  Y lag im Messzeitraum bei 48,5 % und somit durchaus im Erwartungsbereich. Eine Bewertung des thermischen Wirkungsgrades fand nicht statt.

In Tabelle 5 sind die Mittelwerte für jede der ausgewerteten Messperioden zusammengefasst. Aufgrund der installierten Gasaufbereitung (Gastrocknung) sind die Gaswerte relativ konstant (siehe auch Bild 6). Aus den konstanten Biogasdaten hinsichtlich unterem Heizwert und Gasmenge ergibt sich nahezu ein konstanter Gasverbrauch und somit ein gleichbleibender Wirkungsgrad. Lediglich Gastemperatur (und gegenläufig die Gasfeuchte) haben sich aufgrund der optimierten Belüftung des Maschinenraums während der Prüfung verändert. Bei Blockheizkraftwerken ohne zusätzliche Gastrocknung sind die Schwankungen der Gasqualität wesentlich ausgeprägter. Daraus resultieren auch schwankende Wirkungsgrade. Bei einem Ganzjahresbetrieb macht sich das durch einen höheren Gasverbrauch bemerkbar.

Unter Berücksichtigung aller relevanten Nebenverbraucher konnte die DLG vor Ort einen effektiven Wirkungsgrad von 33,4 % (90 kW, 250 mg/m³ NOx), 32,7 % (75 kW, 250 mg/m³ NOx) und 33,7 % (75 kW, 500 mg/m³ NOx) ermitteln. Eine Korrektur der Aufstellbedingungen nach ISO 3046-1 fand nicht statt. Die Messunsicherheit lag jeweils bei ± 0,7 %.

Gemäß dem DLG-Bewertungsmaßstab ergibt sich für die Messung des elektrischen Wirkungsgrades bei Nennlastbetrieb die Bewertung „+“ bzw. "o“. Während der Messperioden sind die Grenzwerte der TA Luft für Verbrennungsmotoren ohne Stützfeuerung hinsichtlich Stickoxid, Kohlenmonoxid und Schwefeloxid unterschritten und somit erfüllt. Die Messung der Formaldehydkonzentration ergab während der Prüfung Werte zwischen 6 mg/m³ und 10 mg/m³ (normiert, trocken, bezogen auf 5 Vol-% Sauerstoff im Abgas) einschließlich Messunsicherheit. Einschließlich Messunsicherheit sind gemäß neuer TA Luft ab Januar 2020 Werte bis maximal 20 mg/m³ (normiert, trocken, bezogen auf 5 Vol-% Sauerstoff im Abgas) zulässig.

Während der Prüfung kam es zu keinen Auffälligkeiten. Lediglich die Belüftung des Maschinenraums wurden während der Messung zeitweise optimiert, da bis dahin Temperaturen von bis zu 30 °C und darüber hinaus erreicht wurden. In Tabelle 5 sind die gemessenen Werte für die Ermittlung des thermischen Wirkungsgrades angegeben. Hierbei wurden je nach Einstellung Werte von 46,1 % bis 48,1 % erreicht.