Prüfstandserprobung eines BHKW-Kompaktmoduls von 85 KW elektrischer Leistung
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Lars Freyer
- Abgabedatum: Januar 1996
- Umfang: 235 Seiten
- Dateigröße: 10,1 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven, Standort Wilhelmshafen Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-6202-4
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-6202-4 P - ISBN (CD) :978-3-8324-6202-4 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Freyer, Lars Januar 1996: Prüfstandserprobung eines BHKW-Kompaktmoduls von 85 KW elektrischer Leistung, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Gasmotor, Gasregelstrecke, Energiebilanz, Fehlerrechnung, Wirkungsgrade
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Diplomarbeit von Lars Freyer
Einleitung:
Die Firma Storm ist ein mittelständisches Unternehmen mit über zweihundert Mitarbeitern, die an vier Produktionsstätten beschäftigt sind. Seit 1983 sind von der Abteilung Anlagenbau Blockheizkraftwerke mit elektrischen Leistungen zwischen 9 und 750 kW in ganz Deutschland und dem angrenzenden Ausland installiert worden. In dieser Zeit wurden rund 350 Module in Betrieb genommen. Im Zeitraum 1994/95 wurde ein BHKW-Kompaktmodul mit einer elektrischen Leistung von 85 kW, unter anderen zur Ausstellung während der Hannover-Messe 95, entwickelt und im Anlagenbau fertiggestellt. Parallel dazu ist die Anlage mit einer neuen Steuerung der Firma Share-Tech ausgerüstet worden.
Das Unternehmen beabsichtigt, einige standardisierte BHKW-Module in ihr Produktangebot aufzunehmen. Aus dieser Möglichkeit die BHKW-Module zu standardisieren ergibt sich als Aufgabenstellung für die vorliegende Diplomarbeit die Prüfstandserprobung eines BHKW-Kompaktmodules von 85 kW elektrischer Leistung. Die firmeninterne Bezeichnung für das Modul lautet STO 85 S.
Grundlage für die Prüfstandserprobung ist ein bereits fertiggestelltes Kompaktmodul, für dessen Ausbau alle erforderlichen Anlagenteile ausgelegt und bestellt worden sind. Das Aggregat ist sowohl als erdgasbetriebene Version mit stöchiometrischen Gas-Luft-Verhältnis, als auch mit Magerkonzept für den Klär- oder Deponiegaseinsatz vorgesehen. Durch die Aufnahme und Beschreibung der Modulkomponenten soll der Firma Strom das Anbieten des Moduls, z.B. während der Hannover-Messe, erleichtern.
Um eine vernünftige Aussage über elektrische Leistungen und Wärmeströme treffen zu können, müssen einige Probeläufe auf dem Prüfstand durchgeführt werden. Bei dieser Erprobung sollen die physikalischen Daten wie z.B. Brennstoffverbrauch oder Temperaturen an den Wärmetauschern ermittelt werden. Darüber hinaus werden die Emissionen und die Wirkungsgrade bei:
a) Lambda 1-Betrieb b) Magerbetrieb ermittelt.
Der Betrieb der Anlage ist ohne Katalysator vorgesehen, da die Emissionen bei Magerbetrieb des Motors gemessen werden sollen. Eine abschließende Energiebilanz gibt Aufschluss über die Energien, die Wärmeströme und die erzielten Wirkungsgrade.
Inhaltsverzeichnis:
| Inhaltsverzeichnis | ||
| Verzeichnis der Formelzeichen und Indizes | ||
| Aufgabenstellung | ||
| 1. | Einleitung | 1 |
| 1.1 | Allgemeines über Blockheizkraftwerke | 1 |
| 2. | Technische Entwicklung der Blockheizkraftwerke | 3 |
| 2.1 | Einordnung des BHKW in die Technologie der Kraft-Wärme-Kopplung | 3 |
| 2.2 | Grundsätzlicher Aufbau und Betrieb | 5 |
| 2.2.1 | Das BHKW-Modul | 6 |
| 2.3 | Bereiche der Anwendung | 9 |
| 2.4 | Ausblick auf die Anwendung der BHKW-Technik | 10 |
| 3. | Beschreibung der Modulkomponenten | 11 |
| 3.1 | Allgemeine Modulbeschreibung und Leistungsdaten | 11 |
| 3.2 | Beschreibung und technische Daten des Gasmotors | 12 |
| 3.2.1 | Beschreibung der weiteren Komponenten des Gasmotors | 14 |
| 3.3 | Einbindung des Gasmotors in das BHKW-Modul | 17 |
| 3.3.1 | Aufgaben des Motors | 17 |
| 3.3.2 | Beeinflussung des Motors durch das Modul | 17 |
| 3.3.3 | Beeinflussung des Moduls durch den Motor | 18 |
| 3.3.4 | Modulperipherie | 19 |
| 3.4 | Technische Daten und Beschreibung des Generators | 20 |
| 3.4.1 | Beschreibung der weiteren Komponenten des Generators | 22 |
| 3.5 | Technische Daten und Beschreibung der Wärmetauscher | 24 |
| 3.6 | Technische Daten, Beschreibung und Aufbau der Gasregelstrecke | 28 |
| 3.6.1 | Beschreibung der Komponenten der Gasregelstrecke | 29 |
| 3.7 | Technische Daten und Beschreibung des Luftfilters | 34 |
| 3.8 | Technische Daten und Beschreibung der Kupplung | 35 |
| 3.9 | Technische Daten und Beschreibung der Kreiselpumpe | 36 |
| 3.10 | Technische Daten und Beschreibung des Abgas-Schalldämpfers | 37 |
| 3.11 | Technische Daten und Beschreibung des Druckausdehnungsgefäßes | 38 |
| 3.12 | Beschreibung der BHKW-Steuerung | 39 |
| 4. | Aufbau des Prüfstandes | 41 |
| 4.1 | Aufbau und Anordnung des zu prüfenden BHKW-Modul STO 85 S auf dem Prüfstand | 41 |
| 4.2 | Die Anbindung des Prüfstandes an das vorhandene Heizungssystem | 42 |
| 4.3 | Der Prüftisch | 44 |
| 5. | Ermittlung der physikalischen Daten des BHKW auf dem Prüfstand | 45 |
| 5.1 | Beschreibung der Aufgabenstellung | 45 |
| 5.2 | Verwendete Meßgeräte zur Ermittlung der Prüfstandsdaten | 45 |
| 5.3 | Beschreibung der verwendeten Meßgeräte | 48 |
| 5.4 | Abnahmeprüfprotokoll für einen BHKW-Prüfstandslauf vom instationären in den stationären Betrieb | 65 |
| 5.5 | Beharrungszustand | 65 |
| 5.6 | Überprüfen der Widerstandsthermometer | 67 |
| 5.7 | Anordnung der Meßstellen in einem R&I-Fließbild | 68 |
| 5.8 | Abnahmeprüfprotokoll für einen BHKW-Prüfstandslauf in Bezug zu den Generatorleistungen | 70 |
| 6. | Energiebilanz unter Anwendung der physikalischen Daten | 74 |
| 6.1 | Energiebilanz und Kennzahlen | 74 |
| 6.2 | Festgelegte Systemgrenzen | 75 |
| 6.3 | Bestimmung des Luftmassenstromes | 76 |
| 6.3.1 | Effektiver Luftverbrauch | 76 |
| 6.3.2 | Der angesaugte Luftmassenstrom | 77 |
| 6.3.3 | Volumen der angesaugten trockenen Luft im Normzustand | 79 |
| 6.4 | Bestimmen des Brennstoffmassenstromes | 80 |
| 6.4.1 | Zugeführter Brennstoffvolumenstrom | 80 |
| 6.4.2 | Normierter Brennstoffmassenstrom | 81 |
| 6.5 | Zusammenfassen der Daten aus der Ermittlung des Brennstoff- und des Luftmassenstromes | 82 |
| 6.6 | Ermittlung der Brennstoffwärme | 83 |
| 6.7 | Ermittlung der Abgaswärme | 84 |
| 6.7.1 | Verbrennungsrechnung bei vollständiger Verbrennung von Erdgas | 84 |
| 6.7.2 | Berechnung weiterer Kennwerte für die vollständige Verbrennung | 86 |
| 6.7.3 | Beispiel einer Verbrennungsrechnung zur Überprüfung von Abgasbestandteilen und Abgasmengen des verwendeten Erdgases | 88 |
| 6.8 | Zusammenfassen der Daten aus der Verbrennungsrechnung | 89 |
| 6.9 | Berechnung der Abgaswärme | 91 |
| 6.9.1 | Berechnung der Abgasverluste | 92 |
| 6.10 | Ermittlung der Heizwärme | 93 |
| 6.10.1 | Ermittlung der Heizwärme aus dem Kühlwasserwärmetauscher | 93 |
| 6.10.2 | Ermittlung der Heizwärme aus dem Abgaswärmetauscher | 94 |
| 6.10.3 | Ermittlung der gesamten Heizwärme | 94 |
| 6.10.4 | Ermittlung der Motorkühlwasserwärme | 95 |
| 6.10.5 | Wärmekapazität CpH2O und Dichte bei bestimmten Temperaturen | 96 |
| 6.11 | Ermittlung der elektrischen Leistung | 97 |
| 6.12 | Ermittlung der Wirkungsgrade | 98 |
| 6.13 | Daten der Energiebilanz für die zugeführten und abgeführten Wärmeströme sowie der Wirkungsgrade | 100 |
| 6.14 | Berechnung einer Energiebilanz | 106 |
| 6.14.1 | Beispiel für die Berechnung der Wärmeströme, der Energien und der Wirkungsgrade | 106 |
| 6.15 | Energiebilanz des BHKW-Aggregats STO 85 S | 120 |
| 7. | Auswertung | 121 |
| 7.1 | Messungen | 121 |
| 7.1.1 | Abnahmeprüfprotokolle für einen BHKW-Prüfstandslauf in Bezug zu den Generatorleistungen | 123 |
| 7.1.2 | Abnahmeprüfprotokolle für einen BHKW-Prüfstandslauf in Bezug zu den Lambda-Werten | 135 |
| 7.2 | Die Auswertung der Moduldaten in Abhängigkeit von der Generatorleistung | 151 |
| 7.2.1 | Daten der Energiebilanz für die Ermittlung des Brennstoff- und des Luftmassenstromes | 153 |
| 7.2.2 | Daten der Energiebilanz aus der Verbrennungsrechnung | 156 |
| 7.2.3 | Daten der Energiebilanz für die zugeführten und abgeführten Wärmeströme sowie der Wirkungsgrade | 162 |
| 7.3 | Die Auswertung der Moduldaten in Abhängigkeit von den Lambda-Werten | 180 |
| 7.3.1 | Daten der Energiebilanz für die zugeführten und abgeführten Wärmeströme | 181 |
| 7.4 | Fehlerrechnung | 193 |
| 7.4.1 | Rechnen mit Fehlergrenzen (VDI Norm 2620 Blatt 1) | 193 |
| 7.4.2 | Statistische Ergebnisfehlergrenzen | 193 |
| 7.4.3 | Beispiel für die Ermittlung der statistischen Ergebnisfehlergrenzen bei einer Generatorleistung von 85 kW | 195 |
| 8. | Schlußbetrachtung | 208 |
| 9. | Literaturverzeichnis | 210 |
| Anhang | ||
| Anhang A: Abbildungsverzeichnis | 213 | |
| Anhang B: Erdgasanalyse | 217 | |
| Anhang C: Ansicht STO 85 S, R&I-Fließbilder des Prüfstandes STO 85 S und des gesamten Prüfstandes, Legende | 218 |
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http://www.diplom.de/ean/9783832462024
Arbeit zitieren:
Freyer, Lars Januar 1996: Prüfstandserprobung eines BHKW-Kompaktmoduls von 85 KW elektrischer Leistung, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Gasmotor, Gasregelstrecke, Energiebilanz, Fehlerrechnung, Wirkungsgrade
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