Gasmotoren im Umfeld der Energiewende / … Kundenevent Referat 4... · © 2017 General Electric...

© 2017 General Electric Company – All rights reserved

Gasmotoren im Umfeld der Energiewende / Energiestrategie 2050• Trends und Herausforderungen für Gasmotoren BHKWs im internationalen Umfeld• Neue Entwicklungen bei GE Jenbacher

Martin SchneiderFranz Luxner

28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach 1


GE Power Systems PortfolioGasmotoren 0,1 – 10 MW Gasturbinen 20 – 500+ MW

TYPE 2 250 kW – 330 kW

TYPE 3500 kW – 1 MW

Type 4800 kW – 1,5 MW

Type 62 MW – 4,5 MW

Type 910,4 MW

LM250016 – 33 MW

LM600041 – 52 MW

LMS100100+ MW

Power Generation

9E/F/H500+ MW

VGF*120 kW – 880 kW

VHP*315 kW – 1,5 MW

275GL+*1,9 MW – 3,6 MW

0 2000 4000 6000 8000 10000

J208J312J316J412J320J416J420J612J616J620J624J920

Pel in [kW]

228. September 2017IWK Kundenevent Seuzach


Jenbacher Portfolio

3 4 6Jenbacher Baureihe

Jenbacher Baureihe

Jenbacher Baureihe2Jenbacher

Baureihe

• Elektrische Leistung: 844 – 1.562 kW (50 Hz), 852 – 1.421 kW (60 Hz)

• V12, V16 & V20 Zylinder

• 1.500 rpm (50 Hz) 1.800 rpm (60 Hz)

• Gelieferte Motoren: >3.500

• Seit 2002 im Produktprogramm

• Elektrische Leistung:1.639 – 4.491 kW (50 Hz) 1.622 – 4.335 kW (60 Hz)

• V12, V16, V20 & V24 Zylinder

• 1.500 rpm (50 Hz, 60 Hz mit Getriebe)

• Gelieferte Motoren: ~4.500


• Elektrische Leistung: 526 – 1.063 kW (50 Hz), 633 – 1.059 kW (60 Hz)

• V12, V16 & V20 Zylinder

• 1.500 rpm (50 Hz) 1.800 rpm (60 Hz)

• Gelieferte Motoren: > 9.000


• Elektrische Leistung: 248 - 330 kW (50 Hz), 335 kW (60 Hz)

• V8 Zylinder

• 1.500 rpm (50 Hz) 1.800 rpm (60 Hz)

• Gelieferte Motoren: > 1.100


9• Elektrische

Leistung: 9.500 kW (50 Hz), 8.550 kW (60 Hz)

• V20 Zylinder

• Elektrischer Wirkungsgrad: 49+%

• Gesamtwirkungs-grad: 90%

• 1.000 rpm (50 Hz), 900 rpm (60 Hz)

Jenbacher Baureihe

5 Baureihen – 12 Produkte – 200+ Versionen


© 2017 General Electric Company – All rights reserved 7

Möglichkeiten zur Optimierung des Wirkungsgrades bei Gasmotoren

- Leistungserhöhung- Reibungsminimierung

- Verbrennungsoptimierung=> Verbrennungskonzept => Geometrie=> Verbrennungslage=> ………..


Spezifische Leistung und Wirkungsgrad BR 6

Spezifische Leistungssteigerung >120% in 20+ Jahren Wirkungsgverbesserung ~40%rel in 20+ Jahren



Jenbacher J920 FleXtra Gasmotor

14

Einheit J920 FleXtra

( 50Hz / 1,000 upm)

J920 FleXtra

( 60Hz / 900 upm)

El. Leistung kWel 10.380 9.350

El. Wirkungsgrad % 49,1 49,9

Spez. Wärmeverbrauch kJ / kWh 7.332 7.214

Thermische Leistung kWth 8.600+ 7.510+

Gesamtwirkungsgrad % 90-95 90-95

Länge Breite Höhe Gewicht

Motor 8,4 m 3,2 m 3,3 m 91 ton

Generator 5,2 m 2,5 m 2,9 m 59 ton

TC Modul 3,2 m 3,9 m 5,1 m 26 ton

Spezifikation

Brennstoff Erdgas

Erf. Gasdruck 10 barg

MZ >70

Gen. Spannung 50Hz 10,5 – 11 kV

Dampf ~3,5 t/h

Startzeit in bis zu 5 min.

Keine Abminderung bis 45 °C

Std. NOx Emissionen 500 mg/Nm³@5%O2

Std. Wartungsintervall 30 / 60 k oh

Schmierölverbrauch <0,4 g/kWh

Ölwechselintervall 4-6000 oh … Potential um mehr als 18.500 EU Haushalte zu versorgen

Brochure Daten:Leistung und Wirkungsgrad an Generator-Klemmen, ISO 3046, Erdgas MN >80, Leistungsfaktor 1.0, 500 mg/Nm3 (@ 5% O2) NOx, Wirkungsgrad bei LHV



Wirkungsgradvergleich Gasmotoren/Gasturbinen

15

Daten Gasmotoren:Leistung und Wirkungsgrad an Generator-Klemmen, ISO 3046, Erdgas MN >80, p.f. 1.0, 500 mg/Nm3 (@ 5% O2) NOx, Wirkungsgrad bei LHV

6B

6C

6FA

GE5-1

GE10-1

PGT16 PGT20

PGT25

PGT25+PGT25+G4

LM6000PFLM6000PG

LMS100

MS5001

MS5002E

MS6001BMS7001EA

MS9001E

J208

J312 J3… J3…

J412J416

J420

J612 J616 J620

J624

J920

25

30

35

40

45

50

0 1 10 100

Ele

ktr

. W

irk

un

gsg

rad

(SC

) (%

)

Elektr. Leitung [MW] Log

Wirkungsgrad vs. Leistung (50Hz)… extract

Recip and GT data based on brochure data



Elektrischer Wirkungsgrad

vs.

Verfügbarkeit


Maximale Verfügbarkeit durch höchste Zuverlässigkeit

Beispiel

• Bio-Energie Gosdorf/A, 1 x J312 Biogas – 99,8%

• NV Groeikracht Lierbaan/B, 1 x J312 Erdgas– 99,9%

• Perin SRL/ITA, 1 x J320 Biogas – 99,8%

Verfügbarkeit

• Hohe Zuverlässigkeit der Baureihe 3 resultiert in niedrigen ungeplanten Stillständen.

• Die Wartungsfreundlichkeit minimiert die geplanten Stillstandszeiten

• Beides zusammen ermöglicht höchste Verfügbarkeiten der Anlage.

Durchschnittliche Verfügbarkeit der Flotte >98%



Nachweislich hohe Verfügbarkeit … Biogasanlagen in CH

2013Plant # Anlage Motor

Bh @ 31.12.2013

Bh/a[Bh]

Stillstand[Bh]

Verfügbark. [%]

1 ### J320 58.500 8.702 58 99,34%

2 ### J312 21.643 8.671 89 98,98%

3 ### J320 19.719 8.639 121 98,62%

4 ### J312 45.490 8.620 140 98,40%

5 ### J312 40.109 8.620 140 98,40%

2012Plant # Anlage Motor

Bh @ 31.12.2012

Bh/a[Bh]

Stillstand[Bh]

Verfügbark. [%]

1 ### J320 55.546 8.749 11 99,87%

2 ### J312 30.902 8.723 37 99,58%

3 ### J320 40.469 8.703 57 99,35%

4 ### J312 26.558 8.689 71 99,19%

5 ### J320 11.080 8.687 73 99,17%

Durchschnittliche Verfügbarkeit der Flotte >98% 1828. September 2017IWK Kundenevent Seuzach


Neue Herausforderungen

• Trends Gasnetze• Trends Emissionen• Grid Code• Regelenergiemarkt

22


EASEE gas Standard (CEN TC 234 )E

AS

EE

Gas

CEN TC 234 / H-Gas• Erweiterter WI (& MZ-Bereich)• H2-Zumischung• 30mg/Nm³ Schwefellimit



EmissionenIED-LCP > 50MW FWLIndustrial Emission Directive Large Combustion Plants

• Umsetzung => 13. BimSchV

MCP-D Medium Size Combustion Plants Directive 1-50 MW FWL

Verbrennungsmotoren TA-Luft “2017” • Formaldehyd- Neueinstufung /Vollzugsempfehlung

MCP-D Umsetzung • X. BimSch V ? (Deutschland) • FAV 2017 (Österreich)

25


Emissionsgesetzgebung EUÖkodesign

2009/125/EU<125kWe

MCP-D EU2010/75EU(IED LCP)

MCP-D 1-50MWth*

In KraftUmsetzung bis Dez`17In Kraft

Europa

IED >50MWth*


zB Deutschland: 13. BimSchV §9 Abs. 1 Gasmotoranlagen Neuanlagen: • NOx < 200 mg/Nm³ @ 5%O2

• CO < 250mg/Nm³ @ 5%O2

Für Bestandsanlagen: • NOx <250mg/Nm³ @ 5%O2

Gasmotoren neuErdgas: NOx < 250 mg/Nm³ @ 5%O2

Biogas: NOx < 500 mg/Nm³ @ 5%O2

(NOx < 95 bzw 190mg/Nm³@15%O2)

Verabschiedet 29.11.2015Nationales Recht spätestens 19.12.2017

Emissionslimits gültig spätestens 19.12.2018


LRV Schweiz


@ 5%Vol. O2


TA-Luft 2002*) TA-Luft 2017 (Ref. Entwurf 09´16)

Öffentliche GVS (Erdgas+Propan):• NOx < 0,5 g/Nm³• CO < 0,3 g/Nm³• CH2O < 0,06 g/Nm³ (aber LAI)

Nicht-Erdgasmotoren:

• NOx < 0,5 g/Nm³• CO < 1,0 (0,65) g/Nm³• CH2O < 0,06 (0,04) g/Nm³ (BG)

BImSch V. X?

TA-Luft 2017 …. Auszug Verbrennungsmotoren(Referenten Entwurf September ‘16)

Öffentliche GVS (Erdgas+Propan):• NOx < 0,1 g/Nm³• CO < 0,1 g/Nm³• CH2O < 0,03 (0,02 ab 01/2020) g/Nm³• C-total <1,3 gC/Nm³ (Magermotor)• C-total <0,3 gC/Nm³ (λ1)

Nicht-Erdgasmotoren:• NOx < 0,5 g/Nm³• CO < 0,3 g/Nm³• CH2O < 0,03 (0,02) g/Nm³ (BG)• CH2O < 0,01 / 0,06 g/Nm³ (HG / DG)• C-total <1,3 gC/Nm³

Öffentliche GVS (Erdgas+Propan):• NOx < 0,1 g/Nm³• CO < 0,1 g/Nm³

• C-total <1,3 gC/Nm³ (Magermotor)• C-total <0,3 gC/Nm³ (λ1)

Nicht-Erdgasmotoren:• NOx < 0,5 g/Nm³• CO < 0,3 g/Nm³• CH2O < 0,03 (0,02) g/Nm³ (BG)• CH2O < 0,01 / 0,06 g/Nm³ (HG / DG)• C-total <1,3 gC/Nm³

Arbeitsentwurf Kabinett In Kraft (TA-Luft)

VDMA/EUROMOT Diskussionen mit BMU

Referentenentwurf Arbeitsentwurf BImschV Okt 17?



Grid Codes – ENTSO-E / NC RfG …..

• Spannungsebenen (HV/MV/LV…)

• statische/dynamische Netzstützung

• Kommunikationsschnittstellen

• Zertifizierungen (Einheitenzertifikat/Anlagenzertifikat…)

• Netzstabilitätsberechnungen

31


Kohle & Gas Kraftwerke

AKW

Wasserkraft

• Zentral• Statisch• Planbar

Früher Ern

eu

erb

are

• Dezentral • Dynamisch• Bedingt planbar

Heute

Große MassenträgheitStabile Frequenz

Geringe Massenträgheit„Weiche“ Frequenz

Energiemarkt



50/60Hz

Produktion Erzeugung

-

Frequenz

Verbrauch

+

Liberalisierung des Energiemarktes

Striktere Regeln für die Netzanbindung & Neue Möglichkeiten im Regelenergiebereich

Gri

dco

des

Bedarfs/Erzeugungsmanagement



„Grid Codes“


Statische Anforderungen Dynamische Anforderungen

Schnittstellen zu Netzbetreiber (TSO’s) IEC 60870-5-101/-103/-104

Kommunikation

34

NC RfG definiert die Netzanschlußbedingungen (EU-27)


Regelenergiemarkt

Kriterien

• Start pro Bh

• Startzuverlässigkeit

• Teillastbereich / Teillastwirkungsgrad

• Last Rampe

• Kommunikations-Schnittstellen

• ………

Achtung: Gesamtanlage muss betrachtet werden

35


Regelenergiemarkt (Bsp. Deutschland)

PrimärRL (PRL)

SekundärRL(SRL)

MinutenRL (MRL)

Zeit/minLeistung

30sec/1MW 5min/5MWe1st MWe <30sec

15min/15MW

Aktivierung automatisch (∆f)

elektronisch (Bus)

telefonisch

Pooling Ja Ja Ja

Auktion wöchentl./1 Tarif

wöchentl./4 Tarife

täglich/ 12 Tarife

Verfügbarkeit 100% 100% 100%

PRL

PRL

SRL

SRL

Minutenreserve MRL

Minutenreserve MRL

Lastmanagement

Last Management

Zeit

MW Positive Reserve (+)

Negative Reserve (-)

50 Hz

MW

Ziel SegmentZiel Segment

(PRL)(SRL)

(MRL)



Betriebsweise – Starts pro Bh

37

CHP

4.000 8.000

Sta

rts

/ Ja

hr

365

3.000+

BiogasPeakerBHKW

PeakerMid Merit

Bh/a

1.500+

N Ratio 1

„N-ratio“ = Bh/Start


© 2017 General Electric Company – All rights reserved28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach 39

Typische Startzeiten

Vorschmierung60sec

Start/ZündungGasventil auf

~12-15sec

0

25

50

75

100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

SpeedPower

Nen

nd

reh

zah

l ~

25

sec

Syn

chro

nis

ieru

ng

~2

0se

c

Standard Lastrampe180sec

Startzyklus BR 3/4 = ~4 Minuten (vorgewärmter Motor)

Startzyklus BR 6 = 5 Minuten (vorgewärmter Motor)


Kapazitätsmarkt/Peaking UK

< 120sec von Anforderung bis Volllast (warmer Motor)

< 90sec von Anforderung bis Volllast (heißer Motor)

J420B Schnellstart für UK Kapazitätsmarkt (Peaking) UK Peaking Anlage 14 xJ420 / 20MWe

40

<120sec von Anforderung bis Volllast



Modulare BHKWs mit Gasmotoren von 100kW bis 100MW- Ein elementarer Baustein der Energiewende

42

Biogas BHKW

Brauereien

Zuckerfabriken

Papierfabriken

Deponiegas

Klärgas

Grubengas

Stadtwerke Fernwärme

Flughäfen KWK

Einkaufszentren BHKW

Krankenhäuser BHKW

Großmotoren KWK

1. Energieeffizient: Motor-Wärme Nutzung -> 90% Wirkungsgrad

2. CO2 neutral: Vielfalt “Erneuerbarer” Anwendungen

3. Dezentral: Netzentlastend

4. Regional: Unabhängig von Energieversorgern

5. Flexibel: Kann Wind- u. Solar ausgleichen


Gasmotoren im Umfeld der Energiewende / … Kundenevent Referat 4... · © 2017 General Electric...

Documents

Transcript of Gasmotoren im Umfeld der Energiewende / … Kundenevent Referat 4... · © 2017 General Electric...