Dem Unternehmen DIMAG Dieselmotoren AG aus Niederdorf (Schweiz), welche jetzt zur MENAG-GROUP gehört, ist bei der Entwicklung von Stationär-Gasmotoren ein Quantensprung gelungen.
In Zusammenarbeit mit dem LVV (Laboratorium für Verbrennungsforschung und Verbrennungstechnik), der ETH Zürich und dem Unternehmen LIEBHERR SA in Bulle sowie mit Unterstützung des Forschungs- und Entwicklungsfonds der schweizerischen Gasindustrie (FOGA) gelang die Entwicklung eines Gasmotors mit 200 kWel Leistung, welcher bei geringsten Abgasemissionen einen weltweit erstmals erreichten mechanischen Wirkungsgrad von 42,5 % aufweist.
Zum Einsatz kommt ein 6-Zylinder Reihenmotor mit 9.960 cm3 Hubraum, welcher sich als Stationärmotor sehr standhaft und zuverlässig erwiesen hat.
Da in verschiedenen Ländern wie z. B. Kalifornien aber auch in manchen Kantonen der Schweiz verschärfte Abgasemissionsvorschriften herrschen (Stadt Zürich: NOx 50 mg/Nm3) lag das Ziel darin, diese Grenzwerte deutlich zu unterbieten und trotzdem einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu realisieren. Mit einem Magermotor sind diese Grenzwerte nur durch Reinigung mit einem SCR-Katalysator einzuhalten. Bei Erdgasmotoren wird bis heute der Saugmotor mit Lambda 1-Verbrennung sowie geregeltem Dreiwegekatalysator eingesetzt. Dieser hat bekanntlich einen geringeren Wirkungsgrad als ein aufgeladener Magermotor.
Durch die Umsetzung des Konzeptes „Aufgeladener Lambda 1-Motor mit Abgasrückführung und Dreiwegekatalysator“ konnten der gute Wirkungsgrad und geringste Emissionen vereint werden. Bei diesem Konzept wird ein Turbolader genutzt und ein Teil der Abgase im modifizierten Motor rezykliert, indem dieser nochmals der Verbrennungsluft beigemischt wird. Das genau dosierte und verdichtete Gemisch enthält weniger Sauerstoff und mehr Inertstoffe (insbesondere Kohlendioxid) als normale Umgebungsluft. Diese Eigenschaften bewirken, dass bei der Verbrennung des Erdgases im Motor weniger hohe Temperaturen resultieren, was zu einer Absenkung der Emissionen führt.
Tabelle 1: Übersicht über technische Daten des AGR-Moduls
|
NOx |
CO |
THC |
pme |
Wirkungsgrad
|
AGR-Konzept |
|||
|
mg/Nm3 |
g/kWh |
mg/Nm3 |
g/kWh |
mg/Nm3 |
g/kWh |
bar |
% |
|
| <20
<20 |
< 0,056
< 0,056 |
£ 100
£ 100 |
£ 0,32
£ 0,32 |
@ 200
@ 200 |
@ 0,57
@ 0,57 |
10
21 |
~ 39,0 ~ 42,5 |
AGR, λ=1 mit Katalysator |
| < 250*
< 250* |
< 0,70
< 0,70 |
£ 650
£ 650 |
£ 2,08
£ 2,08 |
£ 1000
£ 1000 |
~2,85
~2,85 |
12
17 |
~ 36,5 ~ 37,0 |
AGR, λ > 1 ohne Katalysator |
* = ½ TA Luft
Die Umsetzung der im Labor erreichten Ergebnisse auf ein Serienaggregat in Kompaktbauweise erwies sich als schwierige Aufgabe. Die Regelung von Lambdawert und AGR-Rate konnte nur aufgrund einer Eigenentwicklung des Unternehmens DIMAG sowie der langjährigen Erfahrung der in der Forschung tätigen Mitarbeiter realisiert werden. Nach einjähriger, ausgiebiger Testphase gingen im Oktober 2001 die ersten Serienaggregate in Betrieb.
Im Langzeittest sowie beim ersten Serienaggregat wurde der angestrebte elektrische Wirkungsgrad von 38% nachgewiesen. Saugmotoren erreichen einen elektrischen Wirkungsgrad von 32%. Diese Wirkungsgradsteigerung (6%-Punkte) ermöglicht einen wirtschaftlicheren Betrieb. Die spezifischen Herstellungs- sowie Wartungskosten liegen unterhalb denen eines vergleichbaren Saugmotors, da diese Leistung von Motoren erbracht werden, die einen doppelt so großen Hubraum aufweisen und von den Abmessungen her größer sind.
Karsten Lorenz, Menag Energie GmbH (Berlin) / Markus Gailfuß, BHKW-Infozentrum Rastatt
