Når motoren bruger gas

Transkript

1 Artikel 1/5 Når motoren bruger gas Kompakt 300 kw e kraftvarmeenhed. Motor, generator, udstødskedel samt lyddæmper er monteret på rammen. Hvor mange og hvor? Der er nu opstillet i alt ca. 800 gasmotorer i Danmark med en samlet installeret (el-)effekt på ca MW e. Langt hovedparten af motorerne anvender naturgas som brændsel. Dog er også i alt ca. 150 mindre motorer i drift på renseanlægsgas, ca ligeledes mindre motorer er i drift på lossepladsgas (deponigas), og et enkelt anlæg drives på gas fra forgasning af træ. Der er etableret ca. 50 såkaldte gårdanlæg på biogas og i alt 20 større motorbaserede biogasfællesanlæg. Motorerne står opstillet på kraftvarmeværker, hos industrivirksomheder og på institutioner (skoler, sportscentre mv.). I tilknytning til kontorbygninger er etableret motoranlæg, hvor der både produceres el, varme og køling. Køling laves ved hjælp af absorptionskøleanlæg. På visse af industrianlæggene anvendes røggassens varmeindhold til tørring af produkter. I gartnerisektoren anvendes røggassen ofte (grundet CO 2 -indholdet i denne) efter yderligere rensning til gødskning af væksthuskulturen. Biogasmotorerne er opstillet enten hos gårdejere, på biogasfælles anlæg eller på renseanlæg. Der er sket en meget stor udvikling på gasmotorområdet de seneste år, både hvad angår motorteknologi og tilhørende overvågnings-/reguleringsudstyr. Resultatet heraf ses tydeligt på motorernes ydelsesdata. Der opnås i dag både et højere effektudbytte og en markant øget brændselsudnyttelse, og motorernes emission er på flere områder mangefold lavere end for 15 år siden.

2 Artikel 2/5 De forskellige motortyper Hovedparten af de opstille motorer er V-motorer med i alt 12, 16, 18 eller 20 cylindre. Der er opstillet enkelte rækkemotorer med 4, 6 eller 9 cylindre. Omdrejningstallet er for de mindste 3000 RPM, for de mellemstore RPM og for de største 750 RPM Et ganske stort antal leverandører er repræsenteret, flere af disse har indtil flere motorserier i drift. Nedenfor er vist, hvilke fabrikater der er repræsenteret blandt de danske gasmotoranlæg. Motorfabrikater repræsenteret på danske anlæg Ulstein Bergen (Rolls Royce) Caterpillar Wärtsilä NSD Jenbacher Niigata MWM Deutz MAN B&W Waukesha Dorman Perkins MAN Rollo Guascor Valmet ( Mini Frichs ) Fiat Motorerne er altovervejende gnisttændingsmaskiner, dvs. at tænding sker ved tændrør. Et meget begrænset antal motorer arbejder med antændelse ved indsprøjtning af dieselolie. De opstillede motorbaserede kraftvarmeenheder dækker et ydelsesspektrum fra 5 kw e til ca kw e. Langt størstedelen af motorerne er såkaldte magerblandings- eller lean-burn motorer. Dette vil sige, at gassen forbrændes ved anvendelse af et stort luftoverskud, ofte % ekstra luft i forhold til det principielt nødvendige. Når motoren udlægges til sådanne forbrændingsforhold, vil man kunne opnå høj brændselsudnyttelse (virkningsgrad) samt lav NO x -emission.

3 Artikel 3/5 På nogle af motorerne er luftmængden øget i en sådan grad, at tænding alene ved et tændrør i cylinderen ikke er tilstrækkelig effektiv. Disse motorer har derfor et forkammer for hver cylinder, hvor en federe blanding antændes, og flammen herfra ledes ind i cylinderen til antændelse af hovedblandingen. Disse motorer kaldes forkammergasmotorer og vil undertiden kræve tilgængelighed af et gastryk på ca. 3-4 bar enten for hele motorens gasmængde eller for den gasmængde, der anvendes i forkamrene. Kraftvarmeværk, hvor opbygning med motorcelle (nederst) samt røggaskøler mv. (øverst) tydeligt ses. Anlægsopbygning Selve motoren befinder sig oftest i en separat motorcelle. Hermed reduceres støj fra evt. øvrige motorer på værket, og det er muligt at udføre service, mens andre motorer er i drift. Endvidere kan ventilationsbehovet tilpasses den enkelte motor og dennes driftsmønster. Værkerne har oftest en varmeakkumuleringstank tilknyttet. Dette giver fleksibilitet til maksimal produktion, når el-prisen eller betaling for andre netservices er høj. Det giver også fleksibilitet i relation til kortere servicearbejder på motorerne. Individuel tændingsindstilling Motorernes cylinderovervågning og tilhørende justeringsmuligheder er ganske avanceret. På mange mellemstore og større motorer er monteret bankesensorer i tilknytning til de enkelte cylindre (evt. parvis). Tændingen for denne/disse cylindre justeres da eksempelvis individuelt afhængigt af signalet fra bankesensoren. Hermed sikres, at motoren arbejder så brændselsøkonomisk som overhovedet muligt under de aktuelle forhold (brændselssammensætning, ladelufttemperatur, klimatiske forhold), uden at den overbelastes på grund af bankning.

4 Artikel 4/5 Sådan cylinderspecifik regulering/trimning er ofte nyttig - også på grund af, at der kan forekomme varierende forhold for de enkelte cylindre grundet flowforhold/køling omkring motorblokken og manifold. Flergasmotorer På et antal anlæg er der etableret mulighed for drift på flere gastyper, typisk biogas og naturgas. På de første anlæg, hvor denne mulighed blev etableret, var der oftest tale om fremføring af to gasramper, hvor man så valgte, hvilken af gasserne man aktuelt ville anvende. På senere etablerede anlæg ses udførelser, hvor der udover de separate gastyper også kan arbejdes med blandinger heraf. På de mest avancerede anlæg stilles/korrigeres tændingen afhængigt af gastypen, således at man ikke skal arbejde med laveste fællesnævner for denne indstilling. Mange af de etablerede flergasanlæg er i effektklassen kw e. Flergasanlæg er nu også en realitet blandt større forkammergasmotorer. Med turbolader Lang størstedelen af gasmotorerne er turboladede. Der ligger et stort udviklingsarbejde i valg og trimning af turbolader med sigte på at opnå den bedste brændstofudnyttelse. Gasmotorerne, der som nævnt i langt overvejende grad er V-motorer, har oftest en turbolader til hver af de to cylinderrækker. En række leverandører er dog de senere år gået over til kun at have en (fælles) turbolader med sigte på højere brændselsudnyttelse (=virkningsgrad). Turboladere er oftest indkøbt fra producenter med denne komponent som speciale. Virkningsgrad over 90 procent Som nævnt er der de seneste år sket en markant forbedring af brændselsudnyttelse/elvirkningsgrad for motorerne. De større af motorkraftvarmeanlæggene leveres nu med en elvirkningsgrad omkring 44 %. For år siden var % state of art. Totalvirkningsgraden for anlæggene er også høj, typisk % i forhold til brændslets nedre brændværdi. På visse anlæg arbejder man med kondensation af røggassen. Emission Motorernes NO x -emission er bragt markant ned ved anvendelse af magerblandings (lean-burn) teknologien. Emissionen af CO ligger generelt lavt; dog har skærpede krav for en række anlæg fra år 1998 (og for mange af de resterende fra år 2006) betydet indsættelse af en CO-katalysator.

5 Artikel 5/5 For katalysatorerne gælder, at disse typisk indsættes umiddelbart inden lyddæmper. Dette gøres for at have en så høj temperatur som muligt ved tilgang til katalysator. Også uforbrændte kulbrinter kan reduceres ved hjælp af en katalysator. Dog er røgens temperatur efter turbolader oftest for lav til at sikre effektiv reduktion af metan. Der er nu udviklet specielle katalysatorkonstruktioner (regenerative samt rekuperative), hvor metanomsætning er mulig. Et sådant regenerativt anlæg er i brug på Nordborg Kraftvarme. Et andet princip ( Reccat ), udviklet bl.a. med hjælp fra DGC /2/, står umiddelbart foran implementering på full-scale kraftvarmeanlæg. Der er p.t. en række testanlæg i gang med sigte på mindskelse af aldehydemission. Energianlæg blev som noget nyt inkluderet i den seneste version af Miljøstyrelsens Luftvejledning. Der er for nylig gennemført en større undersøgelse af emissionsforhold ved forskellige elproduktionsteknologier i Danmark, se f.eks. /4/. Et bud på fremtiden Danmark har som det fremgår af de indledende tal for motorbestand fået en betragtelig decentral elproduktion herfra. Varmen afsættes væsentligst til fjernvarmeforsyning. En række øvrige centrale og decentrale kraftvarmeteknologier (gasturbiner, kraftværksblokke mv.) supplerer her varmeforsyningen. Situationen er p.t. den, at mere end 80 % af varmen i fjernvarmenettene (som er den klart dominerende opvarmningsform i Danmark) stammer fra kraftvarmeproduktion (central og decentral). De resterende kraftvarmepotentialer ligger væsentligst i introduktion af individuel kraftvarme (mikrokraftvarme) eller ved yderligere etablering af yderligere industriel kraftvarmeproduktion. Kraftvarmeanlæg installeret på gartneri. Varmeakkumuleringstank ses tydeligt i forgrunden.