Kraftwerke mit alternativen Brennstoffen in Russland

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Autonome Kraftwerke mit Gaskolbenmotoren haben in den letzten Jahren in Russland und im Ausland immer mehr an Popularität gewonnen. Diese Einheiten sind wartungsfreundlich und verbrauchen weniger Kraftstoff als herkömmliche Dieseleinheiten. Darüber hinaus kann auf Basis eines Gaskolbenmotors eine Kombistation aufgebaut werden, die gleichzeitig Wärme und Strom erzeugt.

Wir haben mit den Entwicklern von Transmashholding, dem General Partner des Polytech 360 Festivals, darüber gesprochen, wie sich eine Gaskolbeneinheit von einem Benzin- oder Dieselmotor unterscheidet und ob sie in ein normales Auto eingebaut werden kann. Unsere Fragen wurden von Alexander Terekhin, dem Leiter der Entwicklungsabteilung für Dieselmotoren bei Transmashholding JSC, und Igor Ovchinnikov, dem Projektleiter für die Entwicklung von Dieselmaschinen bei Transmashholding JSC, beantwortet.

Im Wesentlichen sind Gaskolbenmotoren herkömmliche Verbrennungsmotoren, die zum Betrieb Gas verwenden. Die ersten Anlagen dieser Art erschienen Ende des 19. Jahrhunderts und wurden hauptsächlich in Fabriken zum Antrieb verschiedener Produktionsanlagen eingesetzt. Später wurden sie hauptsächlich durch Elektromotoren ersetzt. Auch im Transportwesen sind sie nicht weit verbreitet. Aber in den letzten Jahren hat die Popularität von Gaskolbenmotoren begonnen, zu wachsen. Dafür gibt es mehrere Gründe, der Hauptgrund sind jedoch die steigenden Preise für flüssige Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe (Benzin, Diesel). Heute werden Gaskolbenmotoren in Stromerzeugern, Wärmeerzeugern, Pumpen, Kompressoren und Kühlaggregaten eingesetzt.

N + 1: In welchen Anlagen werden Gaskolbenmotoren eingesetzt und warum?

Gaskolbenmotoren werden in Kraftwerken fast aller Anwendungen eingesetzt: stationäre Motorgeneratoren und Kraftwerke, Lokomotiven, Automobile, Transport und Technologie (für Traktoren, Steinbruchausrüstung) und andere.

Die Erdgasreserven in unserem Land und in der Welt übersteigen die Reserven an flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen aller Art deutlich. Natürlich sind die Kosten für gasförmigen Brennstoff deutlich niedriger als die von flüssigem Kohlenwasserstoff-Brennstoff. In unserem Land werden viele Generationen diese Art von Kraftstoff nutzen können.

Woran arbeiten solche Motoren?

Sie verwenden zwei Arten von Gasbrennstoffen. Erstens ist es Erdgas (es enthält den größten Teil des Methans), das wir insbesondere in unseren Küchen verbrennen. Und zweitens Erdölgas, das aus der Ölraffination gewonnen wird (es enthält den größten Teil des Propans und Butans). Letzteres wird in verflüssigtem Zustand meist als Treibstoff für Autos oder in Gasflaschen für Ferienhäuser verwendet.

Die meisten Industrie-, Lkw- und Busmotoren verwenden natürliches komprimiertes oder verflüssigtes Gas. In letzter Zeit gab es Vorschläge zur Umrüstung von Personenkraftwagen auf Erdgas.

Wie unterscheidet sich ein solcher Motor von einem Verbrennungsmotor?

Ein Gaskolbenmotor ist der gleiche Verbrennungsmotor, jedoch mit einigen Konstruktionsmerkmalen im Zusammenhang mit der Verwendung eines anderen Kraftstofftyps.

Am Endprodukt (Pkw, Diesellokomotive etc.) muss zunächst ein Gasspeicher und eine Gasausrüstung montiert werden, um die Gasparameter (Druck, Temperatur) zu verändern und dem Motor zuzuführen.

Die Änderungen am Motor selbst lassen sich in zwei Teile unterteilen. Diejenigen, die zu den ersten gehören, sind konstruktiver Natur und beziehen sich auf Änderungen des Verdichtungsverhältnisses, die Gestaltung von Teilen der Zylinder-Kolben-Gruppe, Luftzufuhr- und Turboladereinstellungen und andere Elemente. Letztere sind mit Einrichtungen zum Zuführen von Gas zum Ansaugkrümmer oder Brennraum mit der Motorausrüstung verbunden.

Ist es möglich, einen Gaskolbenmotor in ein normales Auto zu einbauen?

Können. Viele ziehen sich an und fahren mit Erfolg. Solche Lösungen werden in Automobilen, Traktoren, Lokomotiven, kleinen Handelsschiffen und anderen Fahrzeugen verwendet.

Transmashholding und Gasmotoren

Im Jahr 2013 wurde im Transmashholding-Werk in Brjansk eine Rangierdiesellokomotive TEM19 produziert. Dies ist die weltweit erste Diesellokomotive, deren Kolbenmotor mit Erdgas betrieben wird und dessen autonome Versorgung in flüssiger Form in einem Kryobehälter gespeichert wird.

Derzeit hat TMH ein Projekt zur Herstellung einer neuen Gas-Rangierdiesellokomotive TEM29 mit erhöhter Leistung begonnen. Sein Design basiert auf dem Prinzip der Modularität der Hauptausrüstung. Es zielt darauf ab, den Aufwand für die Durchführung von Wartungs- und Reparaturarbeiten im laufenden Betrieb durch den Einsatz von aggregierten Reparaturen zu reduzieren.

In seinem Unternehmen in Kolomna setzt TMH eine Reihe von Projekten mit alternativen Brennstoffen um und beherrscht die Herstellung eines grundlegend neuen Produkttyps - Gasmotoren zur Strom- und Wärmeerzeugung in Kraftwerken für Grund-, Not- und Notfallzwecke.

Derzeit wird im Werk Kolomna ein 9GMG-Gasmotor-Generator für die Rangierdiesellokomotive TEM29 gebaut.

Die im Werk von TMH Kolomna entstehenden Motoren werden Dieselkraftstoff, Naturkraftstoff oder Erdölbegleitgas sowie Rohöl im Leistungsbereich von 1000 bis 3500 Kilowatt als Hauptkraftstoff verwenden.

TMH beabsichtigt auch, Gasmodifikationen von neuen Dieselmotoren zu entwickeln, die im Rahmen der Umsetzung des Teilprogramms Dieselmotorenentwicklung des Bundeszielprogramms "Nationale Technologiebasis" entstanden sind.

Warum werden diese Motoren nicht universell eingesetzt?

Historisch ist es so, dass verschiedene Arten von flüssigen Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen hauptsächlich als Motorkraftstoff verwendet werden. Für sie wurde eine breite Infrastruktur geschaffen. Um die Nutzung von Gas auszuweiten, ist es daher erforderlich, die mit seiner Lieferung verbundene Infrastruktur zum Ort der Betankung und schließlich zum Ort der Verbrennung auszubauen. Dies wird nun aktiv verfolgt.

Am aussichtsreichsten für den Betrieb von Lokomotiven mit Gasmotorkraftstoff ist derzeit der nicht elektrifizierte Nordbereich der Swerdlowsk-Bahn. Diese Region hat alle notwendigen Voraussetzungen: ein flaches Profil, große Ladungsmengen, die Verfügbarkeit von günstigem Erdgas sowie Produktionsanlagen, auf deren Basis die Produktion von Flüssigerdgas gestartet werden kann.

Generell kommt der Nutzung von Gas als Treibstoff in allen Verkehrsarten und der Schaffung von inländischen Gastransport- und stationären Anlagen heute eine große Bedeutung für die Erneuerung des Rollmaterials zu, das internationalen Sicherheits-, Umwelt- und Zuverlässigkeitsstandards genügen muss.

Warum werden sie oft in Kleinkraftwerken eingesetzt?

Es ist rentabel und wirtschaftlich. Brennstoffverbrauch und Betriebskosten sind wichtige Themen für den Anlagenbesitzer. Eine Gaskolbeneinheit hat einen spezifischen Kraftstoffverbrauch pro Kilowatt pro Stunde, der in jedem Lastmodus produziert wird, der geringer ist als der einer Gasturbineneinheit. Dies liegt daran, dass der Wirkungsgrad von Kolbenmaschinen 36-45 Prozent beträgt, während er bei Turbinen nur 25-34 Prozent beträgt.

Der Hauptvorteil von Gaskolbenmotoren gegenüber Dieselmotoren ist der billigere Kraftstoff. Selbst wenn ein Propan-Butan-Gasgemisch als Reservekraftstoff verwendet wird, sind die Kosten für eine Einheit elektrischer Energie, die auf einer Gaskolbenanlage erzeugt wird, 1,3-mal niedriger als bei einer Dieselanlage.

Der Betrieb und die Wartung einer Gaskolbeneinheit erfordert im Gegensatz zu einer Gasturbineneinheit kein hochqualifiziertes Ingenieurpersonal. Regelmäßige Wartungs-, Zwischen- und Überholungsreparaturen eines Gaskolbenmotors können am Einsatzort durchgeführt werden, ohne dass das Aggregat zum Standort des Herstellers oder eines Fachbetriebs gebracht wird.

Was ist der Grund für die wachsende Popularität von Gaskolbeneinheiten in den letzten Jahren, obwohl die Technologie selbst schon lange existiert?

Die Analyse des Verbrauchermarktes für elektrische und thermische Energie ergab, dass etwa 30 Prozent der Verbraucher keine Dutzende und Hunderte Megawatt Leistung und damit eine obligatorische zentrale Stromversorgung benötigen, deren Gesamtverluste beim Transport durch die Netze zum Verbraucher sind bis zu 25-30 Prozent.

Darüber hinaus sind die Benutzer mit den hohen Kosten für den Anschluss an zentrale Netze nicht zufrieden, und im Allgemeinen hat die Liberalisierung des Energiemarktes in Russland zu einer Krise beim Betrieb großer zentralisierter Energieversorgungssysteme geführt.

Gaskolbentechnologien eignen sich gut für die Stromerzeugung im kleinen Maßstab und setzen das Konzept der "wirtschaftlichen" Stromerzeugung mit minimalen Verlusten an erzeugter Wärme und Strom sehr effektiv um. Lokale autonome dezentrale Quellen der kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme auf der Grundlage von Gaskolbenkraftwerken haben einen hohen Wirkungsgrad, sind vollständig unabhängig von regionalen Stromnetzen und folglich vom Tarifwachstum zuverlässig, erfordern keine Kosten für den Aufbau der Versorgung und Vertriebsnetze.

Gaskolbenmotoren können in Reihe geschaltet werden. Was ist der Vorteil einer solchen Zusammenlegung gegenüber der getrennten Nutzung von Anlagen?

Nicht nur Benzin-Kolben-Motoren, sondern auch Diesel-Motoren können zu „Batterien“zusammengefasst werden. Es hängt alles von den Eigenschaften und Anforderungen des stationären Kraftwerks ab. Insbesondere können einzelne Module sehr oft nur per Helikopter an den Aufstellungs- und Betriebsort geliefert werden. Aber es gibt spezielle Kraftwerke, deren Hauptanforderung die maximal mögliche Leistung in einem Aggregat ist.