herzlich willkommen zum technologieforum osmo am 16. · pdf file01.01.2016 ·...
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Imagination at work
Jenbacher Produkte und AnwendungenNeueste Entwicklungen bei Jenbacher –Unsere Antworten auf kommende Herausforderungen
Joachim PottOSMO Technologieforum 2015
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
Distributed Power Produkt Portfolio
3
0.1 – 5.0 MW 5 – 25 MW 25 – 50 MW 50 MW – 100 MW
TYPE 2
250 kW – 330 kW
TYPE 3
500 kW – 1 MW
Type 4
800 kW – 1.5 MW
Type 6
1.5 MW – 4.4 MW
Type 9
9.5 MW
LM2500
16 – 32 MW
LM6000
41 – 52 MW
LMS100
100 MW
VGF*
120 kW – 880 kW
VHP*
315 kW – 1.5 MW
275GL+*
1.9 MW – 3.6 MW
VGF*
120 kW – 880 kW
VHP*
315 kW – 1.5 MW
275GL+*
1.9 MW – 3.6 MWLM2500
16 – 32 MW
LM6000
41 – 52 MW
LMS100
100 MW
Power Generation
Mechanical / Direct Drive
Mobile / Emergency Power
J320 Gas Engines
1 MW
mobilFlex J320 / VHP*
Gas Engines 1 MW
12V 228 Diesel
Engines 2 MW
TM2500* Gas Turbine
22 – 31 MW* Trademark of General Electric Company
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Jenbacher Portfolio
4
3 4 6Jenbacher
BaureiheJenbacher
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:
>2.000
• 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:
~3.500
• Seit 1989 im
Produktprogramm
• 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:
> 7.500
• Seit 1988 im
Produktprogramm
• 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:
> 1000
• Seit 1976 im
Produktprogramm
9• Elektrische
Leistung: 9.500
kW (50 Hz), 8.550
kW (60 Hz)
• V20 Zylinder
• Elektrischer
Wirkungsgrad:
48,7%
• Gesamtwirkungs-
grad: 90%
• 1.000 rpm (50 Hz),
900 rpm (60 Hz)
Jenbacher
Baureihe
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
Flexible und kundenspezifische Lösungen
5
Deponiegas
Klärgas
Erdöl-
Begleitgas
Sondergase
Biogas Gewächshäuser
BHKW
KWKK
Grubengas
Inselbetrieb
Jenbacher Produkte von GE
5 Baureihen12 Motoren200+ Versionen
6Technologie Forum
OSMO Anlagenbau 2015
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
J208 – Das “Arbeitspferd”
7
J208 (250 – 335 kWel)
• Seit 1976 > 1.000 Motoren installiert
• 1.500 U/min (50Hz) 1.800 U/min (60Hz)
• Erdgas/Biogas/Deponiegas/Flaregas/
Grubengas/Sondergase
Erprobt
Flexibel
Robust
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Baureihe 3 – Der „Bestseller“
9
Höchste Zuverlässigkeit
Extreme Flexibilität
Bewährte Technik
Baureihe 3 (0,5 – 1 MWel)
• Seit 1988 > 8.000 Motoren installiert
• 1.500 U/min (50Hz) / 1.800 U/min (60Hz)
• Erdgas/Biogas/Deponiegas/Flaregas/
Grubengas/Sondergase
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Nachweislich hohe Verfügbarkeit…
10
2013Plant # Site Engine
Oph @
31.12.2013
Oph/year
[hrs]
Downtime
[hrs]
Availability
[%]
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 # Site Engine
Oph @
31.12.2012
Oph/year
[hrs]
Downtime
[hrs]
Availability
[%]
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%
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News Baureihe 3 PP’15
11
50Hz
J312 D• ~0.4%pt elektrischer Wirkungsgrad
• Wartungsplan 40/80k Bh für Erdgas/Biogas*
J316 D• ~0.9-1%pt elektrischer Wirkungsgrad
• +10kWe Leistung (pme=18bar)
• Optimierter Ölkühler
• Wartungsplan 40/80k Bh für Erdgas/Biogas*
J320 D• ~0.3 - 0.5%pt elektrischer Wirkungsgrad
• Wartungsplan 40/80k Bh für Erdgas/Biogas
* Biogas mit „Erdgasqualität“ gemäß TA 1000-0300
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Type 3 D Neuer Wartungsplan
12
Wartungsplan 40k/80k
… 1/3 erhöhte Laufzeit bis zur Grundüberholung
… ermöglicht niedrigere Abschreibung/längere
Abschreibungsperiode
… ~10% Servicekosten Senkung entspricht 0.5%Pkt
eff.
50 Hz / Erdgas / Biogas m.
Erdgasqualität
3.3k 6.6k 10k
AltNeu
30k 60k
40k 80k
AltNeu
2k 4k 6k 8k 10k
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Baureihe 4B - Die “High-Efficient solution”
13
Baureihe 4B (0,9 – 1,5 MWel)
• Seit 2002 > 2.500 Motoren verkauft/installiert
• 1.500 U/min (50Hz) / 1.800 U/min (60Hz)
• Erdgas/Biogas/Deponiegas/Flaregas/
Grubengas/Sondergase
Höchste Wirkungsgrade
Flexibel
Neueste Technologie
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News Baureihe 4
14
J420 B (Erdgas)
• 1500kWe (BMEP=20.2bar) auf Anfrage
• 1% Leistungssteigerung für B305 (Standard)
• 6% Leistungssteigerung für B11 (heiße Länder)
J420 Propan (HD-5)
• Verfügbar auf Anfrage für 50/60Hz
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Baureihe 4 B Neuer Wartungsplan 2015
15
Gestreckter Wartungsplan 2k => 3,3k Bh
… 50% weniger Wartungsschritte 0 => 10k Bh
… Reduzierte Stillstands-Zeit/mehr Laufzeit
… ~7-8% Kostensenkung~0.4% eff.
50 Hz / Erdgas & Biogas m.
Erdgasqualität
3.3k 6.6k 10k
Alt
Neu
2k 4k 6k 8k 10k
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Baureihe 6F/H – High End Plattform
16
Baureihe 6F/H (1,8 – 4,5 MWel)
• Seit 1988 > 3.500 Motoren
verkauft/installiert
• 1,500 U/min (50Hz) / + Getriebe (60Hz)
• Erdgas/Biogas/Deponiegas/Flaregas/
Grubengas/Sondergase
Höchste Wirkungsgrade
Flexibel
Höchste Leistungsdichte
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Spezifische Leistung/Wirkungsgrad BR 6
17
• spezifische Leistungssteigerung >120% in 20+ Jahren
• Wirkungsgradsteigerung ~40%rel in 20+ Jahren
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GE‘s Jenbacher J920
Einheit J920
( 50Hz / 1,000 upm )
J920
( 60Hz / 900 upm)
El. Leistung kWel 9 500 8 550
El. Wirkungsgrad % 48,7 48,7
Heat Rate kJ / kWh 7 392 7 392
Thermische Leistung kWth 8 100 7 300
Gesamtwirkungsgra
d
% 90 90
Leistung und Wirkungsgrad am Generator, ISO 3046, Erdgas MN >80, cosPHI
1,0, 500 mg/Nm3 (@ 5% O2) NOx, Wirkungsgrad bei Hu
… Strom für
18 500 Haushalte
48.7 %
Länge Breite Höhe Gewicht
Motor 8.4 m 2,9 m 3,3 m 87 ton
Generator 5,2 m 2,5 m 2,9 m 54 ton
TCA Modul 3 m 6 m 3,4 m 36 ton
18
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Hohe Flexibilität mit Mehrmotoren
Konstant hoher Wirkungsgrad
Flexibilität für
Lastmanagement
Merkmale
• Kurze Installationszeit
• Skalierbar für beliebige Größe
• Konkurenzfähige Installationskosten
Kunden-Benefit
• 48,7 % el. Wirkungsgrad
• 5 min. Startzeit
• Hoher Teillastwirkungsgrad
• Gute Lastfolge19
Neue Herausforderungen
• Trends Gasnetze
• Trends Emissionen
• Grid Code
• Regelenergiemarkt
20Technologie Forum
OSMO Anlagenbau 2015
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
LNG Versorgung Europa
21
Zunehmende LNG Einspeisung
2007 2015 2020
11%
17% 18%
LNG Anteil am
Erdgasnetz
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Erdgasversorgung in Europa
22
WE: zunehmender LNG Anteil
EU- Harmonisierung der Gas Standards (CEN TC234)
NL: Groningen NG (MN 84) zu MN 67? – 90+
Dk: Dänisches NG (MN 68-72) zu MN 68 -90+
DEU: heute 70-90+ Norden, 80+ Süden GER
Trend zu 70-90+ für ganz DEU
LNG Importe verändern die Gasqualität in
Europa
Trend muss in den Produkten /
Spezifikationen berücksichtigt werden
Emissionen• UNECE CLRTAP (Gothenborg) Protocol
• IED-LCP > 50MW FWL
Industrial Emission Directive Large Combustion Plants
• Umsetzung => 13. BimSchV
• MCP Medium Size Combustion Plants 1-50 MW FWL
• Verbrennungsmotoren TA-Luft “Neu”
• => 28. BimSchV ? / Formaldehyd- Neueinstufung
23Technologie Forum
OSMO Anlagenbau 2015
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UNECE CLRTAP (Gothenburg) Protokoll
24
Abgesegnet am 4. Mai 2012 – 60+ Staaten
Ratifizierung dauert 2-4 Jahre, UNECE CLRTAP wird EU Directive (= bindend)
Soll Lücke schließen zwischen “NonRoad Mobile” & “IED”
Gasmotoren > 1MWth FWL & > 500 Bh/Jahr
• ELV 2: NOx < 95mg@15%O2 (~253mg/Nm³@5%O2)
• ELV 3: NOx < 190mg@15%O2 (~507mg/Nm³@5%O2)
• ELV 1: NOx < 35mg@15%O2 (~93mg/Nm³@5%O2) definitiv gestrichen
• Keine Unterscheidung Erdgas / Nicht- Erdgas
• Obliegt dem jeweiligen Mitgliedstaat, welches Limit umgesetzt wird!
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IED – Industrial Emission Directive(2010/75/EU)
25
LCP – Large Combustion Plants
Anlagen Feuerungswärmeleistung > 50MWth
– NOx < 75 mg/Nm³ @15%O2
– CO < 100mg/Nm³ @15%O2
– Kontinuierliche Messung (CEMS) ab 100 MW
Aggregationsregel: Einzelfeuerungsstätten mit <15 MWth sind ausgenommen
Status:
• In Kraft seit 2011
• Erweiterung/Überarbeitung hinsichtlich Diesel & Nicht-Erdgase bis Ende 2013
IED ersetzt IPCC & 7
weitere Direktiven
Umsetzung der
IED in nationales
Recht
IED in KraftAdaptierung
IEDELV‘s treten in
Kraft
8.11.2010 6.01.2011 7.01.2013
BREF LCP Prozess
startet
7.01.2014 1.01.2016
Betrifft nur
J920
Neuerliche Diskussion 2013+ im Zuge des BREF
Prozess?
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IED LCP Umsetzung Deutschland
26
IED Umsetzung in nationales Recht bis 6. Jänner 2013
Gasmotoren wurden in 13. BimSchV implementiert
§9 Emissionsgrenzwerte für Gasmotoranlagen
„Neuanlagen“ dürfen bei keinem Tagesmittelwert die folgenden
Grenzwerte überschreiten (Abs. 1)
– NOx < 200 mg/Nm³ @ 5%O2
– CO < 250mg/Nm³ @ 5%O2
– NH3 – 5mg/m³
Für Bestandsanlagen: NOx Grenzwert von 250mg/Nm³ @ 5%O2
§1 Anwendungsbereich · Gültig für Gasmotoren in Anlagen >50 MWth FWL
§3 Aggregationsregeln· Anlagen mit einer Feuerungswärmeleistung <15 MWth
werden nicht berücksichtigt
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MCP Medium Size Combustion Plant Directive1 – 50MW FWL
27
Bestandsanlagen@15%O2
@15%O2 NOx<253mg/Nm³
@5%O2
NOx<506mg/Nm³
@5%O2
Neuanlagen
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TA-Luft „Neu” – Deutschland /Formaldehyd
28
Formaldehyd: seit Juni 2014 1B (EU Amtsblatt L 167):
krebserregend gem. Klasse 1B
=> Vollzugsempfehlung vom UBA/LAI => formal <1mg/Nm³
Wahrung von technischen und wirtschaftlichen
Verhältnismäßigkeiten„
CH2O < 20mg/Nm³ in Diskussion?
Bestandsschutz?
Übergangsfrist?
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Energiebilanz von Gasmotoren
29
WT 1
Gemisch-
Wärmetauscher
WT 2
Öl-
Wärmetauscher
WT 3
Motorkühlwasser-
Wärmetauscher
WT 4
Abgas-
Wärmetauscher
Energiezufuhr Erdgas
100%*)Mech. Leistung
~42% WT 1
WT 2
WT 3
MKWWT 4
Abgas
Therm. Leistung
~58%
Elektr. Leistung
~40%Nutzbare therm.
Leistung ~50%Verluste
~10%
*) bezogen auf Hu
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Temperaturniveaus der verschiedenen Wärmen
30
min. max. Gefahr
Motorkühlwasser 57°C 95°C Abstellung
Motoröl 70°C 90°C Abstellung
Gas-/Luftgemisch 55°C 80°C Kondensation
Abgas (40°C) 180 (220)°C Säuretaupunkt
Kondensat-
ableitung!!
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Hydraulische Einbindungsmöglichkeiten
31
• 2 Stufiger Öl -Kühler
• Verschiedene auskonstruierte und
getestet Varianten komplett
gefertigt und verrohrt
• Möglichkeit der Wärmenutzung
des Wassers von
Rücklauftemperaturen von 35°C
bis 85°C
• Möglichkeit der Wärmenutzung
des Wassers von
Vorlauftemperaturen von 70°C bis
130°C
• Wirkungsgrade bis zu 92%
Interc.2.stage
Interc.1.stageOil
Engine
Flexible Integration verbessert den Gesamtwirkungsgrad
31
Möglichkeiten zur Optimierung von Gesamtwirkungsgrad
Elektrischer Wirkungsgradvs.
Thermischer Wirkungsgrad
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J420B309MZ > 80; 60°C – 90°C
33
Fokus ηel
Eta_el 43.4%
Eta_total: 86.4%
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
J420B01MZ > 80; 60°C – 90°C1
34
Fokus
ηtotal
Eta_el 41.9%
Eta_total: 90%
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Eggenfeldenmit integriertem NT-Kreislauf
2 x J312
NOx < 500 mg/Nm³
Elektr. Leistung: 2x 400 kW
ETA elektrisch: 40 %
NT-Gemischwärme: 0 kW
Nutzbare Wärme: 924 kW
ETA thermisch: 48,7 %
35© 2014 General Electric
Company – All rights
reserved
35
KWK-Forum | 18-20 März 2015
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
Eggenfelden
Vorteile integrierter GMK
• Wegfall des NT-Gemischkühlkreis = >Einsparung von € ~10.000,-
• Reduktion der Verlustleistung (3-5kW) => verbesserter Nettowirkungsgrad
• Reduzierte Schallemissionen (kein NT-Kreis)
• ca. 2%Pkte erhöhter Gesamtwirkungsgrad
36© 2014 General Electric
Company – All rights
reserved
36
KWK-Forum | 18-20 März 2015
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
BHKW Kirchdorf
37
3 x J624 13.5MWe / 12.7MWth
Elektr. Wirkungsgrad: 45,4 %
Therm. Wirkungsgrad: 43,7 %
Gesamt Wirkungsgrad: 89,1%
NT-Gemischwärme: 0 kW
Stromkennzahl > 1
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Einsatz von 2 AbgasWTBeispiel - JMS420GS - Erdgas DEU
39
113 kW thermisch x 0,05€/kWh x 8000Bh = € 45.200,-/a
113 kW Unterschied
Amortisation liegt in den meisten Fällen unter 1 Jahr!
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Taulinien von Abgas für verschiedene Brennstoffe in Abhängigkeit der
Luftzahl λ
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Latente Wärme Beispiel - JMS420GS - Erdgas DEU
41
Latente Wärme gesamt = 330 kW
Richtwert:
• Abgasabkühlung auf 60°C: 33%
• Abgasabkühlung auf 50°C: 50%
• Abgasabkühlung auf 40°C: 60%
• Abgasabkühlung auf 15°C: 100%
Abgasabkühlung von 120° auf 50°C
+ 160 kW aus Abgasabkühlung
+ 170 kW latente Wärme
Wärme gesamt: 1736 kW
eta Th.: 52,6%; eta gesamt 95%
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Energiezentrale Krones
43
3 x J312 (je 625kWe) + Wärmepumpe (WP)
@ 79/95°C
BHKW BHKW + WP
Pth 2.115 2.316 [kWth]
Pel 1.875 1.782 [kWe]
eta_el 40% 38% [%]
eta_th 45,1% 49,4% [%]
eta_ge 85,1% 87,4% [%]
In Betrieb seit 2009
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
REWAG - Energiezentrale Krones
44
Hydraulische Schaltung BHKW-Modul -
Standard
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
REWAG - Energiezentrale Krones
45
Hydraulische Schaltung BHKW-Modul – GMK2 ausgekoppelt
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
Energiezentrale Krones
46
„Gemischkühlung“ über Wärmepumpe mit Einbindung
in Heizkreis 79/95 °CIn Betrieb seit 2009
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
JMS 412
Durchführung
AWT2
WP AWT1ÜWT
GK2
35°
C
120°
C
120°
C
359°
C
95°C60-65°C
40°
C
44°
C
T=
75°C
103,1%
StW
T*
*StWT- Strahlungswärmetauscher
33°
C
28°
C
47© 2014 General Electric
Company – All rights
reserved
47
CHP*) CHP + WP
Pth 916 1198 [kWth]
WP_Pel ~ - 60 [kWel]
Pel_net 889 829 [kWel]
eta_el 43,2 % 40,3% [%]
eta_th 44,5 % 58,2% [%]
eta_ge 87,7 % 98,4% [%]
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
JMS 412 Besonderheiten des Projektes
48
• Einbindung der NT-Gemisch Wärme über
Wärmepumpe
• Nutzung der latenten Wärme über NT - AWT
• Zusätzliches Investment von ca. € 30.000,-
• Jährlicher zusätzlicher Wärmeertrag ca. € 60.000,-
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CHP Stapelfeld E.ON/GERJ920 + Wärmepumpe
49
CHP*) CHP + WP
Pth 9,037 9,727 [kWth]
WP_Pel ~ -105 [kWel]
Pel_net 9.513 9,408 [kWel]
eta_el 48% 47.3% [%]
eta_th 45.5% 49.0% [%]
eta_ge 93.5% 96.3% [%] @ 60/105°C
Highlights
• 2-Stufige Aufladung
• 2-Stufiger Öl WT
• 3 stufiger AWT
• Keine NT – Stufe
Stromkennzahl > 1 ! @ eta_tot > 93%
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KWK– Dampfnutzung
51
Bevorzugte Lösung:
•Hohe Abgastemp. / < Masse
Wärmeverlust
Zusätzlicher
Wärmeverlust
• Abgasmassenstrom so klein wie möglich
• Abgastemperatur so hoch wie möglich
Nutzbare
Wärme
Abgasmasse
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
BSP: J312 C05
52
KWK-Forum | 18-20 März 2015
η el.: 41,8%
η dampf.: 16%
Verdichtung: 12,5
Dampfmenge C05
380kg/h (8barabs)
250kW
Abgasmassenstrom:
3426kg/h
Abgastemperatur:
427°C
Abgasleistung total:
424kW
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
BSP: J312 C01
53
Fokus
Abgasenergie
η el.: 40,3%
η dampf.: 21%
Verdichtung: 11,0
Dampfmenge C01
510kg/h (8barabs)
340kW
Abgasmassenstrom:
34.11kg/h
Abgastemperatur:
508°C
Abgasleistung total:
508kW
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
Baureihe 6 Startsequenzen
55
... Bereit für die flexible Fahrweise für die Regelenergie ( SRL)
J612 / 616 / 620
• 1 min Vorschmierung
• 30 sec Hochfahrrampe
• 20 sec Synchronisierung
• 3 min Leistungsrampe bis Voll Last
Kriterien Regelenergiemarkt
• Teillastbereich
• Teillastwirkungsgrad
• Startzuverlässigkeit
• Last Rampe
• Kommunikations-Schnittstellen
• ………
58Technologie Forum
OSMO Anlagenbau 2015
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
Kriterien Regelenergiemarkt
59
Teillast- Risiko• Brennraumverschmutzung
• Teillastwirkungsgrad
• Kondensationsgefahr
Start/Stop- Risiko• Startzuverlässigkeit
• Verschleiß
• Kondensationsgefahr
© 2015 General Electric Company – All rights reserved
Wirkungsgrad – Teillast/Vollast
60
Elektrische Wirkungsgradeinbuße im Teillast kann zT.
durch höheren therm. Wirkungsgrad kompensiert
werden
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Teillastbetrieb
61
Brennraumverschmutzung
Risiko• Ölverbrauch
• Ablagerungen/Verschlei
ß
• Emissionen
Abhilfe• Schabering
• eingeschränkter Teillastbetrieb
• Erweiterter Regelbereich
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Ele
ktr
. L
eis
tun
g [
kW
e]
zulässigerBetriebsbereich
eingeschränkterBetrieb
Mindestlast
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Abgas-Kondensation (Biogas)
62
0 10 20 30 5040
70
50
90
130
150
170
110
Säurekonzentration im Abgas [mg SOx/m³]
Sä
ure
tau
pu
nk
t [°
C]
≈ 100 ppm H2S im
Treibgas
(Hu = 6,5 kWh/Nm³)
Abgasabkühlung auf > 180°C empfohlen!
Erhöhte Kondensationsgefahr im
Teillastbetrieb & Start/Stop Zyklus
Gasqualität entscheidend (Entschwefelung)
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Typische Startzeiten
63
Vorschmierung
60sec
Start/Zündung
Gasventil auf
~12-15sec
0
25
50
75
100
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
SpeedPower
Ne
nn
dre
hzah
l
~25
se
c
Syn
ch
ron
isie
rung
~20
se
c
Standard Lastrampe
180sec
Startzyklus BR 3/4 = ~4 Minuten (vorgewärmter Motor)
Startzyklus BR 6 = 5 Minuten (vorgewärmter Motor)
Grid CodeBDEW Mittelspannungs-Richtlinie
• Zertifizierung
• Einheitenzertifikat
• Anlagenzertifikat
64Technologie Forum
OSMO Anlagenbau 2015
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Ursachen der Veränderung der Netzstruktur
• Seit 2001 ständiger Zuwachs von Erzeugungsanlagen
kleiner Leistungsklassen (< 5 MW)
• Erneuerbare Erzeugungsanlagen sind abhängig von
Wind oder Sonne, welche nicht genau prognostiziert
werden kann
• Lastschwankungen durch Sonne und Wind führen
zu instabilen Netzbetrieb
• Kleine Erzeugungsanlagen sind meist
dezentral bzw.im ländlichen Raum
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Ursachen der Veränderung der NetzstrukturAnforderungen für Mittespannungsnetzanschluss (BDEW MS Richtlinie)
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MS Erzeugungsanlagen Anlagen bis
2007
- Trennung vom Versorgungsnetz bei
Netzfehlern (Vectorsprungrelais)
- Standard Frequenz und
Spannungsbereich
MS Erzeugungsanlagen ab Mitte 2008
(ab 2013 Verbrennungskraftanlagen)
- Stabiler Betrieb bei Netzfehlern <150 ms,
> 5% Un
> 30% Un (VKM, Synchrongeneratoren)
- Erweiterter Frequenz und
Spannungsbereich
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Ursachen der Veränderung der Netzstruktur Stabiler Netzbetrieb und dessen Anforderungen
Statische Anforderungen
• Definierter Spannungs- und Frequenzbereich,
bei denen sich die Aggregate nicht vom Netz
trennen dürfen
• Korrekte Einstellung des Entkupplungsschutz
67
Dynamische Anforderungen
• Keine Trennung der Erzeugungseinheit
bei Netzschwankungen im transienten
Zeitbereich von 0 – 150 ms, > 30% Un
Nachweis der elektrischen Eigenschaften durch Zertifizierungsprozess
Volllastbereich
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Anforderungen Erzeugungseinheiten nach BDEW Prozesse
Keine gute Kontinuität vorhanden, zusammen ca. 36 Rev. von TR´s Hoher Kostenaufwand für Hersteller.
Große Unsicherheit für den Endkunden.
Technische Grundlagen und Anforderungen an VKM:
BDEW Mittelspannungsrichtlinie inkl. 4. Ergänzung
Technische Richtlinie (TR 3) --- Technische Richtlinie (TR 4) --- Technische Richtlinie (TR 8)
Regelwerke hatten Ursprung aus Erfahrungen durch Wind und Photovoltaik!!!
Nachweis der elektrischen Eigenschaften durch Messungen (statisch und
dynamisch)
mit zertifizierten Messinstitut (TR 3)
Entwicklung von Simulationsmodell (TR 4)
(durch Hersteller oder ext. Unternehmen)
Zertifizierungsprozess durch unabhängigen dritten (z.B. TÜV) seit
01.01.2014
(TR 8)
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Bei der Durchführung dynamischer Kurzschlusstests
sollten alle Anforderungen zum sicheren und stabilen
Netzbetrieb untersucht werden, welche sich in jeder
Motor – Generator Kombination widerspiegeln.
• Leistungsbereich von 250 kW – 9,5 MW
• > 500 Gasmotor - Generator Kombinationen
• Verschiedene Gasapplikationen
• Elektrische & mechanische Einwirkungen während eines
dynamischen Event
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Anforderungen Erzeugungseinheiten nach BDEW Herausforderungen GE Jenbacher (Einheitenzertifizierung)
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Anforderungen Erzeugungseinheiten nach BDEWEntwicklungen für BDEW MS Richtlinie (Einheitenzertifizierung)• Neue robustere Generatorkombinationen
• Digitales Generator Erregersystem ermöglicht sicheren
Betrieb an statischer und dynamischer Stabilitätsgrenze
• Schnellere Detektion von dynamischen Netzfehlern
• Neue cos phi Regelsystemen nach BDEW
• Wirkleistungsreduktion bei Überfrequenz
• Entwicklung von GE Jenbacher Simulationsmodell
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Anforderungen Erzeugungseinheiten nach BDEWNetzintegration von Mehranlagen
Erzeugungsanlage (EZA)
Betrachtet die vollständige Anlage mehrerer
EZE bis zum Netzanschlusspunkt oder
unter folgenden Bedingungen der einzelnen
EZE:
Anlagenleistung > 1 MVA
Anschlussleitung > 2 km
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Erzeugungseinheit (EZE)
Betrachtet ist nur die einzelne
Motor–Generatorkombination mit
den notwendigen Hilfsbetrieben
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Anforderungen Erzeugungseinheiten nach BDEW Anlagenzertifizierung
Grundvoraussetzung für ein Anlagenzertifikat ist, das Vorhandensein von
Einheitenzertifikaten, gemäß FGW TR8, für jede einzelne Erzeugungsanlage im
Anlagenverbund. Einheitenzertifikat
!!! Jedoch das Vorhandensein von Einheitenzertifikaten ist keine hinreichende
Garantie für die Erstellung eines Anlagenzertifikates!!!
Der Anlagenzertifizierer erbringt den Nachweis der elektrischen Eigenschaften, mittels
Simulationsmodell in Verbindung mehrere Erzeugungseinheiten. Anlagenzertifikat
Bei Inbetriebsetzung bestätigt zusätzlich ein unabhängiger
dritter die Konformität der Erzeugungsanlage.
Konformitätserklärung
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- Dynamischer Grid Code
- Statischer Grid Code
-Kein spezifischer Grid Code für
VKM bekannt / Standard-Auslegung
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Grid Code Herausforderungen Europa*
GE Jenbacher Kenntnis für Anforderungen an Mittelspannungsanschluss Europa*
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ERZMAN - ErzeugungsmanagementEISMAN - Einspeisemanagement
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Standardpaket vorhanden
Weiter Signale müssen projektspezifisch festgelegt werden
P-Reduktion
PV : 0/30/60/90% Leistung
VKM: 0/Pmin(50%)/ xx/
Leistung
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EZA REGLER (Energieerzeugungsanlagenregler)
Anforderung an die EZA: +Spannung- und Frequenzhaltung
+Netzstützung bei Störung im Netz
+Regelfähigkeit
• Ist eine Einrichtung die dafür sorgt, dass die vom Netzbetreiber
geforderten Sollwerte und Vorgabeverfahren am Netzanschlusspunkt
eingehalten werden
• In der Regel wird hierfür eine Messung am Netzanschlusspunkt
benötigt, auf deren Grundlage ein Regler Sollwerte an die EZE
weiterleitet
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Technologie
Forum
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EZA REGLER (Netzpunkt)
Verfahren Beschreibung
Blin
dle
istu
ng
cosphi Externer oder fester cosphi Sollwert
Q Externer oder fester Q Sollwert
Q(U) Spannungsabhängige Blindleistungseinspeisung
Q(P) Leistungsabhängige Blindleistungseinspeisung
Cosphi(P) Leistungsabhängiger Leistungsfaktor
Wirkleistung P Wirkleistungsreduktion (0/50%/xx%)
(Digital Kontakte , mA Signal, Bus,...)
77
Technologie
Forum
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EZA Regler – GE Lösung
EZA Regler SchrankHardwareOptionale Bussysteme:IEC60870-5-101 / 104Profibus DPModbus RTU
Datenbereitstellung
Kunde
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GE Herstellererklärung
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Anlagen-Erweiterung
3 xxV, 50Hz
MS- NETZ
Einspeisemanagement
FERNWIRK-Anbindung über VPN
mit
IEC60870-5-101 ,
IEC60870-5-104 , ect….
NETZBETREIBE
R
EIGENTUMSGREN
ZE
GE Jenbacher
EZE
Verbraucher
KUNDE
Q,
P
Q,
P
Q,
P
NAP
Altanlage
Neuanlage
EZA Regler
ABKLÄRUNG MIT
NETZBETREIBER NOTWENDIG!
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Kommunikation
3 xxV, 50Hz
MS- NETZ1. Netzbetreiber/
Einspeisemanagemen
t
GE Jenbacher
EZE Verbrauche
r
KUNDE
GE Jenbacher
EZE
Q,
P
Q,
P
Q,
P
EIGENTUMSGREN
ZE
80
2.1
Direktvermarktung
2.2
POOL-Betreiber
Kommunikationsbox
von POOL- Betreiber
Master EZA –Regler
(bei Bedarf)
Die Effizienztechnologie Kraft-Wärme-Kopplung ist in der Lage,
den weiteren Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren
Stromerzeugung aus Wind und Sonne zu ermöglichen und ist
damit die perfekte Technologie der Energiewende.
Die KWK hebt zudem Effizienzvorteile im Wärmesegment!!
Jenbacher Gasmotoren von GE – Entwicklungen für eine sichere und stabile
Energieversorgung der Zukunft
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EEG 2014 Richtlinie: Vepflichtung zur Direktvermarktung
Seit Inkrafttreten des EEG 2014 zum 1.8.2014 gilt für alle Neuanlagen eine
verpflichtende Direktvermarktung, wenn die installierte Leistung 500 kW
übersteigt.
Ab dem 1.1.2016 werden auch Anlagen mit einer installierten Leistung ab 100 kW
zur Direktvermarktung verpflichtet (EEG 2014, §37).
Diese verpflichtende Direktvermarktung gilt nicht für Bestandsanlagen (EEG 2014,
§100, Absatz 1, Nr. 6).
Im Biogasbereich besteht allerdings eine Eigenheit der Direktvermarktung in der
bereits im EEG 2012 festgelegten Direktvermarktungspflicht für Strom aus
Anlagen, die nach dem 1.1.2014 ans Netz gegangen sind und deren Leistung
mindestens 750 kW beträgt.
Über die verpflichtende Direktvermarktung für Neuanlagen hinaus besteht ab dem
EEG 2014 zudem die verpflichtende Fernsteuerbarkeit für alle Anlagen der
Erneuerbaren Energien, deren Strom direktvermarktet wird.
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