Biogas som drivmiddel

Transkript

1 Biogas som drivmiddel Bachelorprojekt Lars Nielsen Juni 2013 FFffjndfsfsdfadadsds

2 Titelblad Titel: Projekttype: Uddannelse : Uddannelsessted: Studerende: Studienummer: Fag: Biogas som drivmiddel Bachelorprojekt Maskinmester Aarhus Maskinmesterskole Lars Nielsen A10003 Termiske maskiner Vedvarende Energi Klassetrin: Vejleder: 6. Semester, forår Karsten Jepsen Afleverings dato: Forside billede: Antal normalsider (af anslag): 30,3 side. Underskrift: Lars Nielsen Dato

3 Abstract On behalf of the state's commitment to green energy, the biogas sector in Denmark will be increasing until at least year The fact that a large expansion will be processed, is because of the grants the government provides to farmers, planning new biogas plants, and farmers planning to expand already existing plants. This report is especially focusing on the plants placed on farms, processing slurry from the livestock production. The small combined heat and power plant (chp) EcPower A/S produces, isn t the solution for larger biogas productions, because of their sizes. For the smaller amounts of gas and energy demands on a farm, there could be a possibility that these plants would be useful, in production of electricity and heat for use on the farm. This report will analyse and use information about problems using micro chp plants driven by biogas, produced in decentralised biogas productions. There will be financial, operational, and environmental aspects in these analyses. The final result should decide whether micro chp plants have a place in decentralized biogas, electricity and heat production, or not. The Danish market has been difficult to sell chp plants to, so an extension of the usability of EcPowers chp unit could be a good opportunity to expand the number of potential buyers in Denmark. In the report different methods are used to find answers and analysing the problems. A specific analysis and documentation of the impact raw biogas provides internal on a combustion engine, similar to the one EcPower uses in their units. Visit to a farm using chp units combined with biogas to find out which problems they are experiencing. Technical information from different organisations and experts, has also taken its part in the final product. The method is chosen to secure a practical part of the analysis, as well as a theoretical from articles and equivalents. Professionals with experience and expertise working in this sector, are involved with their knowledge to identify problems and solutions to those. The 2

4 data collected have been studied with a critical, logical and technical approach to achieve a well-documented project, highlighted from several sides. The report concludes that using raw biogas in combustion engines, reduces the amount of operation hours before a breakdown, ore renovation of the engine is necessary. The problem in using raw biogas is because of the amount of sulphur biogas contain, after its produced. The sulphur amount is restricted from EcPower A/S to provide their guarantee to units using this type of fuel. When the sulphur combusts in the engine, it becomes sulphur dioxide, which is etching the metallic parts in the combustion chamber, and throughout the exhaust system. Likewise the sulphur adds a black mass to the combustion chamber, which isn t desirable. This mass isn t a good combination with the moving parts in the engine, and it could also be filling the exhaust system. Therefore a variety of systems to remove this sulphur from the gas, where found and analysed. The retail price and the running cost ended up being more expensive, than running the engine on raw gas, and changing the engine more often. After concluding that cleaning where more expensive than changing engine more often, the report focused on the farms total economy. Farms at this size are multimillion companies with large amount of fields, machines, biogas plant and so on. It was a fact that the farm had expanded their livestock by a lot of percentage, when the biogas plant where constructed. By this expansion the farm had to options, either to build the plant, ore buying a lot of acres to spread their manure from the extra life stock. By building the plant a lot of money where saved in the progress. Despite a cleaning station is an expensive investment, the business economy from the production of heat and electricity and the money the farm owner saved by not increasing the fields, a cleaning system and a chp could be fitted into the farm, with out ruining the economical accounting. To implement a cleaning system before the gas is used in the chp isn t just a great thing to ensure a dependable operation. Without cleaning the gas from of sulphur oxide, the amount of emissions to the environment per year, would be similar to15000 cars emit to the atmosphere, in a year. By cleaning the gas, this number decreases to approximately 1400 cars, which is more tolerable. There is a marked for EcPowers chp units, but it would depend on the farmers willingness to do a good thing for the environment, and using extra money on the system. 3

5 Indholdsfortegnelse Titelblad... 1 Abstract... 2 Forord... 5 Indledning... 6 Problemstilling... 7 Problemformulering... 7 Metode... 8 Firmaprofil - EcPower A/S... 9 Anlægsbeskrivelse Motoranalyse Tanker før adskillelse Iagttagelser Analyse Opsummering Tannergaard Biogas som energiform Opsummering Miljømæssige forhold Produktion af Biogas Anlægget Biogas sammensætning Svovludledning Tannergaard Driftsgaranti Rensning af Biogas Aktiv kul filter Biologisk rensning Opsummering

6 Økonomi i rensning Samlet økonomi i oprettelse Lovgivning om gylleudbredelse Samlet økonomi i Biogas- og energiproduktion Konklusion Perspektivering Litteraturliste Bilagsliste Forord På 4. semester af maskinmesteruddannelsen valgte og gennemførte jeg faget Vedvarende Energi på Aarhus maskinmesterskole, hvor bl.a. Torben Christensen underviste. Torben er uddannet maskinmester og tidligere ansat i virksomheden EcPower A/S, og tog derfor en introduktion af deres anlæg, samt et besøg på virksomheden med som en del af undervisningen. Under besøget, hvor virksomheden og anlæggene blev præsenteret, undrede jeg mig over, at man ikke havde biogas med i rækken af drivmidler. Jeg spurgte senere ind til dette for at få min underen stillet, med svaret, at det havde voldt dem en del problemer og at det på trods af forsøg, forskning og et ønske om at finde en løsning aldrig var blevet noget, man ville satse videre på. Svaret efterlod en række spørgsmål, da min viden omkring emnet, på daværende tidspunkt ikke var så stor. Jeg afsluttede valgfaget og kom i gang med 5. Semester, hvor vi i slutningen skulle have styr på praktiksted til den afsluttende bachelorpraktik. Jeg ville gerne arbejde med grøn energi, og syntes et projekt indenfor biogas og motordrift kunne være interessant. Næste skridt blev en snak med Torben Christensen, der henviste til servicechefen hos EcPower A/S Karsten Holse. Vi mødtes til en samtale i Hinnerup, hvor vi drøftede problemstillingerne de havde stødt på med biogas. Selvom det var et delvist lukket emne i virksomheden, blev vi enige om, at jeg kunne gennemføre min praktik hos dem. 5

7 Tak til: EcPower A/S der har gjort projektet muligt og dannet rammerne om et godt praktikforløb Servicechef Karsten Holse for muligheden til at arbejde på egen hånd med valgfrit emne, sparring og interesse i projektet. Hele service-/salgsafdelingen for sparring, ideer og hjælpsomhed under processen. Bachelorvejleder Karsten Jepsen, for sparring og vejledning under forløbet Gosmer Biogas for rundvisning og videndeling Driftsleder Au Foulum - Mogens Møller Kristensen Indledning Denne rapport vil søge informationer omkring problemstillinger ved anvendelse af micro kraftvarmeværker drevet af biogas, produceret i decentral biogas produktion. Der vil tages økonomiske, driftsmæssige og miljømæssige aspekter med i analysen. Formålet er, at nå frem til om anlæggene fra EcPower A/S har en plads i decentral biogas, el og varme produktion. Det danske marked har vist sig lidt svært at komme ind på for virksomheden, så derfor ville en udvidelse af anlæggets anvendelsesmuligheder, være en god lejlighed til at udvide antallet af potentielle købere. Biogas markedet er i vækst, og vil med statens støtte og målsætning fortsætte i en retning de kommende år. Drift på biogas er sat i bero hos virksomheden, grundet stor vækst på det Tyske marked, som naturligt nok har deres fulde fokus. Der er førhen forsket i drift på biogas, og der har været et ønske om at få succes på området. Produktion af gas, varme og el på samme adresse som energien bruges, burde rent hypotetisk være en gevinst økonomisk, men også miljømæssigt, hvilket denne rapport gerne skulle understøtte. Drift på biogas er ikke kun droppet pga. travlhed i virksomheden, men også som følge af en række problemer, der hidtil ikke er fundet en løsning på. 6

8 Problemstilling Anlæggene EcPower A/S producerer er i en størrelsesorden, der ikke egner sig til central varme produktion, som kendes fra større kraftværker, samt fælles biogasværker. Derimod er anlæggene udviklet med tanke på anvendelse til decentral varme og el produktion. Ved biogasproduktion er der en udgiftspost til transport af gylle frem og tilbage mellem biogasanlægget og bondens gylletank. Denne transport trækker i en negativ retning for både det økonomiske regnskab, men ikke mindst for det miljømæssige. Decentrale gårdbiogasanlæg er forholdsvis nyt, men i takt med at gårdenes størrelse stiger, jordpriserne er høje og miljøkravene skærpes, er der vækst indenfor denne type anlæg. Produktionen af gas på de mindre anlæg passer bedre til de små units fra EcPower A/S, men virksomheden har erfaret, at kombinationen med biogas som drivmiddel, ikke fungerer. Biogas har gennem forsøg vist sig, at have en skadelig virkning på motorens indvendige dele, og nedsætte levetiden i forhold til drift på propan eller naturgas. På grund af den skadelige virkning biogas har, vil EcPower ikke give garanti på deres anlæg til drift på denne energiform, med mindre gassen kan dokumenteres at leve op til samme renhed som naturgas. Problemformulering Gennem problemanalysen er følgende hovedspørgsmål opstået: Hvilke økonomiske, driftstekniske samt miljømæssige aspekter er der ved inddragelse af micro chp anlæg sammen med et gårdbiogasanlæg? Hvilke muligheder har EcPower A/S for salg af anlæg til dette marked? 7

9 Metode Opgaven vil søge svar på ovenstående problemformulering ved hjælp af følgende metode. Der er gennem et 50 dages praktikforløb hos EcPower A/S opnået viden inden for chp anlæg. Læringen er sket gennem ture med servicetekniker i ind og udland, deltagelse i produktionen, samt sparring med medarbejdere under uformelle samtaler. Denne viden vil blive brugt gennem projektet. For vurdere problemstilingen med afbrænding af biogas i en forbrændingsmotor, vil en konkret analyse og dokumentation blive foretaget på en testmotor hos EcPower A/S. Der vil anvendes besøg hos relevante virksomheder, der beskæftiger sig med biogas produktion, rensning og afbrænding af dette i motorer. Et besøg hos dem der til dagligt arbejder på området, forventes at give et bedre billede af, hvordan produktionen af biogas, samt rensningsanlæggene fungerer i praksis. For at finde ud af hvordan biogas kombineret med et anlæg fra EcPower fungerer til dagligt, er Tannergaard syd for Aarhus blevet besøgt. De er de eneste i Danmark der anvender denne kombination, og derfor vil deres problemer og erfaringer bidrage med viden til projektet. Ligeledes er Aarhus Universitets testcenter i Foulum blevet besøgt. Metoden er udarbejdet som en blanding mellem en praktisk analyse, der kan udføres i praktikvirksomheden, samt viden, hvor fagfolk med erfaring og ekspertise på området inddrages til kortlægning af problemer samt løsninger på disse. De indsamlede data vil blive behandlet kritisk med en logisk og teknisk tilgang, for at opnå et veldokumenteret projekt, der belyses fra flere sider. Rapporten vil ikke vurdere, hvilken type biogasanlæg man bør vælge for, at få den højeste gasudbytte samt billigste drift. Der vil kun blive undersøgt mulighederne med chp anlæg kombineret med biogas, og ikke kedler o. lign. Løsninger. Prisberegningerne udføres ud fra relevante nøgletal og oplysningen fra troværdige kilder i tilfælde af, at specifikke tal ikke kan fremskaffes. 8

10 Firmaprofil - EcPower A/S Hinnerup virksomheden EcPower A/S er etableret i 1996 og er igennem årene ekspanderet til i dag at være over 50 ansatte, med afdelinger i Danmark og Tyskland. Ved etableringen var målet at udvikle og producere anlæg der så effektivt som muligt, udnyttede de energiressourcer Danmark havde til rådighed. Der har gennem årene været udviklet forskellige anlæg og forsket i anvendelse af diverse energiformer, bl.a. biogas, diesel og naturgas (EcPower A/S, 2011). I øjeblikket er der stadig anlæg drevet af alle 3 energiformer i drift, dog ganske få på biogas og diesel. Diesel modellerne er snart udfaset, idet virksomheden ikke kan skaffe flere motorer, tilsvarende de anlæg der bryder ned. Diesel er i øvrigt ikke en energiform, virksomheden vil satse videre på (Holse, 2013). Alle anlæg samles, afprøves og afsendes fra hovedsædet i Hinnerup, til købere rundt om i verden. Produktionen består af en montage afdeling, hvor de forskellige dele samles og justeres, til en samlet enhed er klar. De forskellige dele produceres af underleverandører rundt om i verden, bl.a. er motorerne fra Japanske Toyota, og generatorerne fra Tyskland og Italien. Udviklingen af nye anlæg sker i virksomheden, men alle dele til anlæggene købes fra underleverandører. Efter montage afprøves alle anlæg i en testcelle, hvor relevante fejlscenarier efterprøves, og motoren udsættes for belastninger, tilsvarende almindelig drift hos kunden. Enhederne drevet på natur- eller propangas er især for Tyske kunder, blevet meget attraktive de seneste år. Det sker efter statens beslutning om, at atomkraften senest i år 2022 skal være udfaset, og andre energiformer derefter skal overtage energiproduktionen (Heeger, 2011). Der gives en del forskellige tilskud til denne type anlæg i Tyskland, hvilket gør den mere attraktiv der end på det Danske marked. Først og fremmest gives der 5,41 Eurocent pr. produceret kwh el, kunderne får en reduktion i punktafgifterne på den aftagne naturgas og der gives et installationstilskud på 2500 Euro pr. nyoprettet anlæg (Holse, 2013). 9

11 Anlæggene er i drift rundt om i Europa og tæller i dag ca enheder, hvilket har udsigter til fortsat at stige (Frydenlund, 2013). Succesen skyldes ikke kun tilskuddet, men især også motorernes driftsikkerhed, lange serviceintervaller samt en god tilbagebetalingstid. Denne sammensætning har tilegnet Xrgi15 modellen titlen som årets kraftvarmeanlæg i 2008, og den nyere Xrgi20 model har opnået udmærkelsen Blaue Engel, der er et anerkendende tysk miljømærke. (EcPower A/S, 2011) Anlægsbeskrivelse Centrale kraftvarmeværker også kaldet chp (combined heat and power plant) har været anvendt i Danmark gennem mange år. En af de store ulemper ved de centrale kraftvarmeværker er, at strøm og varme skal transporteres over større afstande, inden forbrugeren aftager den. Dette medfører forskellige typer tab undervejs i form af varmetransmission til jorden, samt modstanden i forsyningsnettets bestanddele danner spildvarme. Den afsatte energi er ren spild som kraftvarmeværket skal producere ekstra, i forhold til det forbrugerne aftager. For at producere denne ekstra energimængde må der derfor tilføres mere brændstof, som typisk er fossilt som f.eks. kuld eller olie, afhængig af kraftvarmeværkets type. Hele ideen ved chp anlæg er at flytte energikilden tættere på forbrugeren, hvor Figur 1 energien aftages, og derved minimere tab til omgivelserne. Det medfører at en langt større procentdel, af det brændstof der driver motoren, bliver brugt til den varme og el forbrugeren anvender og langt færre procent til spild. Ved at anvende et micro 10

12 kraftvarmeanlæg hævder EcPower, at den ind fyrede effekt ligger 66 % under, hvad et centralt kraftvarmeanlæg skulle indfyre, for at levere samme energi mængde hos kunden (figur 1). Pålideligheden omkring de 66 % nedsættelse af brændstof kendes ikke, idet beregningen ikke ligger frit tilgængelig på virksomhedens hjemmeside. Her ligger der ingen beskrivelse eller større forklaring bag beregningen af tallet. Tallet kan derfor være beregnet upartisk, som en worst case til micro chp anlæggenes fordel, for at fremme dem i salgsøjemed. Der arbejdes meget på at energioptimere de store kraftværker og deres varme/el ledninger ud til forbrugeren, så spildet bliver så lavt som muligt. Derfor vil tallet på 66 % højst sandsynlig være faldende, fra den dato den er fastsat. Der vil dog altid være et meget større spild ved denne produktionsform frem for chp anlæg, som ikke kan elimineres. Anlæggene er opbygget omkring Toyota gasmotorer bygget specielt til formålet. De er lavet i en gennemtestet, simpel og driftsikker konstruktion, der minder meget om de hårdføre truckmotorer,toyota også har i deres sortiment. Motoropbygningen er en 8 ventilet, 4 cylindret, stødstangsmotor, med en enkelt underliggende knastaksel. Knastakselen er drevet af krumtappen ved hjælp af kædetræk. Disse motorers simple opbygning, kvalitet og robusthed, medfører en lang levetid. Driftsforholdene motorerne arbejder under, har også en væsentlig rolle i driftsikkerheden. Motorerne har få igangsætninger, der sjældent sker fra en hel kold motor. Ved koldstarter er tolerancerne mindst, olien tykkest og derfor er friktionen og derved sliddet på det tidspunkt højest. Under drift holdes omdrejningstallet konstant på 1500 omdr./min, der fastholdes af generatorens polantal, samt nettets frekvens. Et fast omdrejningstal bidrager til gode driftsbetingelser for motoren, i det belastningen næsten konstant er ens, og der derfor ikke vil ske pludselige stød og ændringer under drift. Der sker dog små ændringer idet modstanden i generatoren ofte skifter, afhængig af el outputtets størrelse. Samtidig yder motoren langt under, hvad man kunne presse ud af den, hvis man ville udnytte dens maksimale potentiale. Ved en lavere ydelse belastes de enkelte dele langt mindre end de er bygget til, og holder derfor også længere. Med driftsforhold af denne slags kan serviceintervallet også holdes på op til 8500 timers intervaller, afhængig af, hvilken af modellerne der er tale om (EcPower). Servicen er efter de mange timer dog stadig meget simpelt, og forholdsvis billigt. Indgrebet minder om et 11

13 olieservice på bilen, hvor der skiftes motorolie, luft- og oliefilter, tændrør, samt foretages en kontrol/justering af anlægget, hvilket kan klares på ca. 1 time. Hvis intervallerne overholdes giver EcPower 5 års garanti på motorerne ud fra driftstimer, hvilket svarer til timer. Garantien på de 5 år gives dog kun med den forudsætning, at driften foregår på rene gasformer, som natur- eller propangas, med et svovlindhold på maksimalt 200 ppm. (Holse, 2013) I øjeblikket produceres der to forskellige modeller, Xrgi15 og Xrgi20, der henholdsvis producerer 15 og 20 kw el samt 30 og 40 kw termisk varme. Motorerne er identiske på de 2 modeller, men på Xrgi20 modellen er der monteret en røggaskøler, samt en anden generator der hæver outputtene. Den samlede virkningsgrad er på 93%, der muliggøres ved at udnytte den termiske energi, der ved ren el produktion spildes. Generatorsættet er indsat i en isoleret kasse, der minimerer varmetab til omgivelserne, samtidig holder støjniveauet nede. Generatoren er med svævende rotor, der er monteret direkte på krumtappens ende flange, uden yderlige støtte end magnetfeltet fra generatoren. Dette er med til at forlænge levetiden på sættet, idet der spares et sæt lejer i generatoren væk. Ved denne besparelse er det kun motorens kraftige krumtaps lejer der belastes, medførende generatoren delen i princippet ingen sliddele har. Både motor og generator afgiver varme under drift, idet der afbrændes gas og induceres strøm. Stort set hele denne termiske energi holdes inde i anlæggets kasse, og trækkes ud ved hjælp af en udvidet kølekreds på motoren. Kølekredsen har kanaler i motorblokken, manifolden, røggaskøleren, samt generatorhuset, for at trække mest mulig varme ud, og samtidig køle. Vandet cirkuleres af en ekstern el pumpe placeret i en varmefordeler, der ligeledes har en pladevarmeveksler inkluderet. I den anden kreds i varmeveksleren sidder der ligeledes en pumpe til at cirkulere brugsvandet mellem varmeveksler og buffertank. For at opnå den optimale driftsøkonomi skal anlægget have flest mulige driftstimer, hvor der ikke skal bruges el fra nettet. Det er ikke alle steder anlægget passer ind, da det kræver et stort varmebehov at realisere dette. Når buffertanken er fyldt med varmt brugsvand, er det ikke muligt at køre med motoren udelukkende til el-produktion. Det kræver der har været et aftag i buffertankens varmelager, og der igen kan afgives varme til denne kreds. Grunden til dette er, at motoren ikke kan afgive den termiske energi, der dannes under forbrændingen og derved vil overophede. Styringen sørger dog for, at dette 12

14 ikke skulle kunne ske. Hvis motoren alligevel skulle komme over en tilladelig temperatur, lukkes der for gastilførslen og derved stopper motoren, samtidig med en kogealarm afsendes. Motoranalyse Muligheden for at lave en motoranalyse bød sig hos EcPower A/S, der havde taget en motor hjem år forinden. Formålet var dengang at videresende den til Toyota i Japan, for yderligere analyse. Motoren er en ældre Toyota model, der aldrig har været adskilt, vurderet, eller pillet ved før. Motoren har været testet på forskellige arter af biogas i samlet set timer. Gassen har varieret med forskellige indhold af svovl fra 1000 ppm - 5 cifrede numre. Typen er ikke helt identisk med den der anvendes i de nyeste anlæg, men indeholder samme teknik. Eneste lille forskel er, at de nye har et lidt større slagvolumen, der medfører højere ydelse, hvilket vurderes ikke at have nogen indvirkning på analysen. Testtimerne er foretaget i et samarbejde mellem virksomhederne EcPower A/S og Gosmer biogas A/S. Gosmer biogas har et biogasanlæg ved deres virksomhed i Odder, der har været koblet sammen med motoren. Eftersom biogas ikke er på dagsordenen hos EcPower længere, har motoren ligget på lager i nogle år, og analysen aldrig blevet til noget. Data (Holse, 2013) Motortype: Toyota 3y Volumen: 2 liter/2000 ccm. Ydelse: 13 kw (El output) Type: 4 cylinder, rækkemotor 8 ventiler Stødstangsmotor med underliggende knastaksel. Kædetræk mellem krumtap og knastaksel Serviceinterval: Normalt 7000 timer Brændstof: Biogas 13

15 Tænding: 4 separate tændingsmoduler og tændrør Driftstimer: i alt timer Tanker før adskillelse Adskillelsens opstilling muliggør ikke at afmontere undermotoren (stempler, krumtap, plejlstænger), da et motorstativ ikke kunne rekvireres. Det vurderes at en brugbar analyse kan foretages, uden at inspicere denne del af motoren. Virkningen af biogassens mulige skader forventes at have størst belastning på brændkammeret, videre ud i manifold, røggaskøler og udstødning. Cylindervæggene vil kunne analyseres og deres stand vil indikere, hvilken stand stempler og stempelringe er i, pga. komponenternes indvirkning på hinanden. Motorens sidste driftstimer er foregået år tidligere end denne analyse, og motoren har siden lagt på opvarmet lager. I disse år har motorolien været aftappet og ende dækslet ind til kæden været afmonteret, hvilket har givet mulighed for udefrakommende indvirkninger på delene. Disse omstændigheder må medtages i vurderingerne af de enkelte deles tilstand, for ikke at tolke alle skader som følge af driften, hvis disse kunne være opstået efterfølgende. Ligeledes er det ikke muligt at vide, om tændingstidspunkt og blanding, har været optimal under driften, og om dette ligeledes kan have haft en indvirkning. Iagttagelser For at få et indblik i den virkning biogas under forbrænding har på forbrændingskammerets dele måtte topstykket afmonteres. En inspektion med kamera kunne også være foretaget gennem tændrørshullet, men i og med motoren ikke skulle i drift igen ville en komplet adskillelse give et bedre billede af motorens stand. Afmonteringen ville give adgang til inspektion af stemplernes top, cylindervæggene, ventilernes bund, ventilsæder, samt tændrørenes elektroder. 14

16 Biogas som drivmiddel Af Lars Nielsen Allerede ved løft af topstykket gav det en god indikation af, at tilstanden ikke var som den burde ved en motor med de driftstimer (billede 1). Aflejringer siddende rundt i toppen af kammeret ind mod toppakninger løsnede sig og dryssede ned i cylindrene. Billede 1 - cylinder Ved nærmere inspektion viste der sig tydeligt store aflejringer på topstykket, stemplernes toppe, ventilerne og tændrørenes elektrode. Belægningen kan beskrives som en hård sort masse, der bandt rigtig godt fast på de forskellige dele (billede 2). Billede 2 - Topstykke Cylindervæggen bar tydelige tegn på slid i form af synlige og mærkbare langsgående ridser, i hele stemplets arbejdsområde, samt aflejringer der havde angrebet metallet så dybt at honeridserne ikke var synlige (Billede 3). Billede 3 - Cylindervæg 15

17 Næste skridt blev at fjerne vippetøjet for at give adgang til afmontering af ventiler og vurdere standen på ventilstammer og sæder. De ventilstammer der går igennem udstødningsporten, i topstykket, havde ligeledes tydelige belægninger på ventilstammen op til ventilstyret.flere af dem kunne ikke trykkes ud gennem ventilsædet uden brug af magt og værktøj. Ventilsæderne kunne konstateres slidte med små krater/korrosion angreb ned i belægningen på både ventil og sæde. Efter at have konstateret at ventilerne sad hårdt i ventilstyret blev vippetøjet iagttaget, med tydelige indikationer på forøget slid. I selve sædet i vippearmene, hvor stødstængerne træder, var materialet i skålene på flere af vippearmene så tyndslidt, at stødstangen var tæt på at gennemtrænge materialet. (billede 4) Billede 4 - vippetøj For at vurdere om smøringen havde været tilstrækkelig vurderedes knastakslens stand, samt vippearmenes lejer, hvilket umiddelbart ikke bar præg af ualmindeligt slid. Som en del af analysen ville en olieanalyse have været optimal for at vurdere syrens indvirkning på cylindervæg, men dette var desværre aftappet. 16

18 Biogas som drivmiddel Af Lars Nielsen Udstødningsmanifolden og videre ud i udstødningen havde samme tydelige spor af fremmedlegemer i en grad der ca. havde halveret diameteren af røret (billede 5). Billede 5 - Udstødning Analyse Ud fra de iagttagelser der har fundet sted under adskillelsen, vurderes motorens stand efter de ca. 2 års konstante drift på biogas. Det ses hurtigt at motoren har været udsat for en påvirkning, der har medført sorte belægninger, på stort set alle flader, i forbrændingskammeret. I forbrændingskammeret er tolerancerne forholdsvis små og fremmedlegemer ikke ønskeligt, kombineret med de bevægelige dele, i hvert fald ikke set ud fra et driftsteknisk synspunkt. Belægningen tilfører ekstra masse, der er ensbetydende med et forbrændingskammer, som proportional med driftstimerne formindskes. Ved denne øgning af masse vil motorens kompressionsforhold ændres, så der sker en komprimering ved et højere tryk, end motoren oprindelig er designet til. Dette sker grundet gas/luftblandingen presses til et mindre volumen under kompressionstaktengstakten end normalt. Den ophobede belægning vil kunne løsrive sig og have mulighed for at komme i klemme mellem ventil og stempel, og derved skade cylindervæggen under stemplets bevægelse. Ligeledes kan disse komme i klemme mellem ventil sæde og ventilkegle og der ved ødelægge tætningen, der er essentiel for motorens trykopbygning. Cylindervæggen bar også præg af tydelig slitage, hvilket med stor sandsynlighed kommer fra ovenstående scenarie, hvor stykker af belægning er kommet i klemme mellem stempel og cylindervæg, under stemplets bevægelse. Slidte cylindervægge medfører, at stempel 17

19 ringene ikke kan slutte tæt mellem cylinder og stempel, og motoren derfor ikke kan opbygge samme tryk under kompressions- og forbrændingstakten. Det vil medføre noget af trykket, vil presse forbi stempel ringene og videre ned i krumtaps huset også kaldet underkompression. Cylindervæggene var i så ringe en stand, at en vurdering af årsagende til det ekstra slid kun kan blive et skøn. Nogle steder så det ud til der havde været angreb der kunne minde om syreskader, hvilket også kunnet have være en faktor til cylindervæggens stand. Olien var desværre tappet af motoren, så der kunne ikke foretages en olieanalyse for at påvise, om olien havde formået at absorbere det syre der måtte være kommet ind i forbrændingskammeret, uden selv at få en korrosiv virkning. Der herskede lidt tvivl om, hvilke serviceintervaller motoren havde kørt med under testen. I bedste fald er der skiftet olie pr timer, som tilsvarende drift på rene gasser, og muligvis er der slet ingen skift sket i perioden, hvilket uanset løsningen ikke kan have været til motorens fordel. Det har ikke været muligt at finde oplysninger om, hvilken olietype der er anvendt under testen. Det er vigtigt at oliens tbn tal er højt nok til den type brændstof der anvendes til driften. Tbn tallet (total base number) er et udtryk for oliens syretal, og beskriver, hvor basisk olien er fra start. Et Højt tbn tal er ensbetydende med en olie, der kan absorbere en stor mængde syre, før denne først bliver neutral, og senere overgår til syre. Udstødningsmanifoldens og udstødningens tilstopning medfører et højere modtryk i udstødningssystemet, og nedsætter indirekte motorens ydelse, da denne skal arbejde mere for at presse udstødningsgassen gennem systemet. Motoranalysen viser tydeligt, og som forventet, at motorerne ikke tåler drift på rå biogas i en længere periode, uden denne forbehandles. Det er ikke umuligt at drive motoren uden rensning, men levetiden vil nedsættes drastisk, og motoren vil hurtigt miste ydeevne pga. underkomprimering og tilstoppet udstødning. Ud fra et driftsmæssigt spørgsmål bliver man derfor nød til at rense gassen, og måle på denne, så der vides, hvad man ender med at tilføre maskinen. Med den store mængde fremmedlegemer der lå løst i forbrændingskammeret, samt motorens stand, er det umuligt at sige, hvornår motoren ville bryde sammen. Det vurderes, at motoren nemt kunne have været brudt ned langt tidligere, grundet mængden af fremmedlegemer i cylinderen, der hvert et øjeblik kunne have komme i klemme mellem bevægelige dele. Gassens fra testanlægget kan godt have haft 18

20 en mere skadelig effekt, i forhold til andre typer biogas, idet der er lavet test med forskellige slags på anlægget. Opsummering Forgående afsnit omhandler adskillelsen af en forbrændingsmotor for, at se skaderne efter ca. 2 års konstant drift. Brændstoffet motoren har været drevet på, er biogas direkte fra en biogasproduktion, uden videre forbehandling. Gassen har ikke været ens under hele testen pga. svingende gaskvaliteter. Ved adskillelsen findes der tydelige tegn på et fremskudt slid, der normalt ikke ses ved disse driftstimer på andre gasformer. Årsagen til det ekstra slid vurderes at være forårsaget af gassens indhold af syre, og/eller de ophobede fremmedlegemer, der fandtes i motorens cylinder og på vitale bevægelige dele. Tannergaard Følgende afsnit er udarbejdet på baggrund af informationer fra en rundvisning på Tannergaard, ledet af Henrik Pedersen fra Gosmer Biogas. Tannergaard beliggende syd for Aarhus er det man i dag vil kalde en gård med stordrift. Gårdens ejere har en anpart i virksomheden Gosmer Biogas, og i den forbindelse er der blevet opført biogasanlæg, samt to EcPower Xrgi15 anlæg på gården, til test og videre udvikling. Biogasanlæggets biomasse består af svinegylle, der produceres af gårdens 1250 søer, med dertilhørende smågrise. Biomassen er derfor til dels ens hver dag, da den ikke blandes med andre typer biomasser, hvilket medfører en ensartet produktion og gaskvalitet året rundt. Henrik Pedersen fra Gosmer biogas beskrev under en rundvisning på anlægget deres problemstillinger, og forsøg på at få EcPowers anlæg til at holde 19