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© 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
© 2017 General Electric Company – All rights reserved
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
© 2017 General Electric Company – All rights reserved
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
• 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: > 9.000
• 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: > 1.100
• Seit 1976 im Produktprogramm
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
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach 4
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Möglichkeiten zur Optimierung des Wirkungsgrades bei Gasmotoren
- Leistungserhöhung- Reibungsminimierung
- Verbrennungsoptimierung=> Verbrennungskonzept => Geometrie=> Verbrennungslage=> ………..
© 2017 General Electric Company – All rights reserved
Spezifische Leistung und Wirkungsgrad BR 6
Spezifische Leistungssteigerung >120% in 20+ Jahren Wirkungsgverbesserung ~40%rel in 20+ Jahren
828. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
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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
1428. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
© 2017 General Electric Company – All rights reserved
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
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
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Elektrischer Wirkungsgrad
vs.
Verfügbarkeit
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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%
1728. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
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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
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Neue Herausforderungen
• Trends Gasnetze• Trends Emissionen• Grid Code• Regelenergiemarkt
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EASEE gas Standard (CEN TC 234 )E
AS
EE
Gas
CEN TC 234 / H-Gas• Erweiterter WI (& MZ-Bereich)• H2-Zumischung• 30mg/Nm³ Schwefellimit
2428. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
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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)
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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*
2628. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
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
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LRV Schweiz
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
@ 5%Vol. O2
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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?
3028. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
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Grid Codes – ENTSO-E / NC RfG …..
• Spannungsebenen (HV/MV/LV…)
• statische/dynamische Netzstützung
• Kommunikationsschnittstellen
• Zertifizierungen (Einheitenzertifikat/Anlagenzertifikat…)
• Netzstabilitätsberechnungen
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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
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach 32
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50/60Hz
Produktion Erzeugung
-
Frequenz
Verbrauch
+
Liberalisierung des Energiemarktes
Striktere Regeln für die Netzanbindung & Neue Möglichkeiten im Regelenergiebereich
Gri
dco
des
Bedarfs/Erzeugungsmanagement
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach 33
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„Grid Codes“
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
Statische Anforderungen Dynamische Anforderungen
Schnittstellen zu Netzbetreiber (TSO’s) IEC 60870-5-101/-103/-104
Kommunikation
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NC RfG definiert die Netzanschlußbedingungen (EU-27)
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Regelenergiemarkt
Kriterien
• Start pro Bh
• Startzuverlässigkeit
• Teillastbereich / Teillastwirkungsgrad
• Last Rampe
• Kommunikations-Schnittstellen
• ………
Achtung: Gesamtanlage muss betrachtet werden
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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)
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach 36
© 2017 General Electric Company – All rights reserved
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
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
© 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)
© 2017 General Electric Company – All rights reserved
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
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach
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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
28. September 2017IWK Kundenevent Seuzach