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Gas passt

28.02.2019 | Text: Lucie Maluck | Bilder: MTU

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Gas boomt weltweit. Immer mehr Länder haben Zugang zu Gas und nutzen dieses, um effizient und grün Energie zu erzeugen. Der Trend geht zu kleineren, dezentralen und digital miteinander verknüpften Gaskraftwerken, die als Alternative zu großen konventionellen Kraftwerken dort Energie erzeugen, wo diese benötigt wird. Zudem können Erdgaskraftwerke Netzschwankungen ausgleichen und somit einen wesentlichen Beitrag zur Netzstabilisierung leisten. Gas-BHKWs spielen zudem eine wichtige Rolle in sogenannten Microgrids. Um für jede Kundenanwendung die richtige Systemlösung zu haben, baut MTU sein Gasmotorenportfolio kontinuierlich aus. 

War bis vor einigen Jahren der Gasmarkt noch klar geregelt – um Gas zu transportieren, waren riesige Pipelines erforderlich –, so ist eine zusätzliche Karte ins Spiel gekommen. Verflüssigtes Erdgas, kurz LNG, kann auch mit dem Schiff quer durch die Welt dorthin gelangen, wo es gebraucht wird und dort in lokale Pipelines entsprechend eingespeist werden. So entstehen weltweit neue LNG-Terminals, in denen das Gas gespeichert wird, bis es weiterverteilt werden kann. Zudem bekommen immer mehr Länder Zugang zu Gas, weil sie eigene Gasfelder erschließen. Mosambik, Bangladesch, Myanmar oder Israel sind nur einige Beispiele. Und die USA entwickeln sich dank Schiefergas-Förderung zu einem neuen Gas-Giganten. 

MTU erweitert Gasmotorenportfolio
„Wir wollen für alle Kunden eine passende Lösung im Angebot haben“, erläutert Andreas Görtz, der das MTU-Geschäft mit dezentralen Energieanlangen verantwortet. Im amerikanischen Mankato entstehen MTU-Onsite-Energy-Gasaggregate mit einem Leistungsspektrum von 30 bis 400 elektrischen Kilowatt für Notstromanwendungen. In Deutschland werden am Standort Augsburg schnelllaufende Gassysteme für Dauer-anwendungen im Leistungsbereich von 200 bis 2.500 Kilowatt elektrischer Leistung produziert. Und im norwegischen Bergen entstehen auf Basis von mittelschnelllaufenden Motoren Rolls-Royce-Gasaggregate mit einer Leistung von 1,4 bis 11,6 Megawatt. Doch das Portfolio soll noch deutlich erweitert werden. „Wir wollen in den nächsten Jahren unseren Leistungsbereich erweitern und neue Systemlösungen entwickeln“, so Görtz. „Dann können wir unseren Kunden ein durchgängiges Gas-systemportfolio von 30 Kilowatt bis 11,6 Megawatt anbieten“, blickt Görtz in die Zukunft. 

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Gasmotoren von Rolls-Royce Power Systems gibt es unter den Marken MTU Onsite Energy und Rolls-Royce von klein bis groß: Klein sind Notstromaggregate mit 30 bis 400 Kilowatt Leistung, groß sind Rolls-Royce-Gasaggregate mit bis zu 11,6 Megawatt Leistung. Dazwischen stehen die MTU-Onsite-Energy-Gasaggregate mit 200 bis 2.500 Kilowatt elektrische Leistung.

Ein Gassystem für den weltweiten Einsatz
Ein Motor, der schon dabei ist, dieses Portfolio zu erweitern, ist eine neue Variante des bewährten MTU-Gasmotors der Baureihe 4000 mit der Typenbezeichnung BR4000 L64FNER. F steht dabei für „Fünfzig Hertz“, N für „Natural Gas“ und ER für „Epsilon reduced“, also ein geringeres Verdichtungsverhältnis. Er kann weltweit eingesetzt werden – selbst bei höchsten Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten sowie in großer Höhe.

Bei einem herkömmlichen Motor gelangt bei hoher Luftfeuchtigkeit feuchte Luft in den Brennraum und kann dort zu Korrosion führen. Um dies zu verhindern, haben MTU-Ingenieure die Kühlwassertemperatur im Gemischkühler angehoben, sodass das Kraftstoff-Luft-Gemisch wärmer ist und somit keine Flüssigkeit mehr verliert. Um den Motor auch unter realen Bedingungen zu testen, gibt es am MTU-Standort in Augsburg einen Prüfstand, an dem tropische Umgebungsbedingungen simuliert werden können. Ingenieure heben hier beispielsweise die Luftfeuchtigkeit der Ansaugluft an, um so den Motor für alle möglichen Randbedingungen abzustimmen. Die ersten Motorvarianten  sind schon serienreif. An den weiteren arbeiten die Entwickler noch. 

Start in 120 Sekunden: Gassysteme liefern Regelenergie
Parallel davon arbeitet die Entwicklung noch an einer weiteren Variante des 4000er-Gasmotors: an einem Motor mit schnellerem Startvermögen. Dieser erreicht innerhalb von 120 Sekunden die volle Leistung von 130 Kilowatt pro Zylinder – bisherige Gasmotoren von MTU brauchten dafür deutlich länger. Diese Schnellstartfähigkeit eröffnet dem Gasmotor ein breiteres Einsatzspektrum. Denn der zunehmende Einsatz erneuerbarer Energien wie Solar und Wind bei der Stromerzeugung macht diese zwar grüner, allerdings kommt es auch zu größeren Schwankungen in den Stromnetzen, die ausgeglichen werden müssen. Ein Beispiel: Wenn morgens um 7 Uhr alle das Licht anschalten und die Kaffeemaschine anstellen oder energieintensive Industrieunternehmen den Betrieb aufnehmen, wird plötzlich viel Strom benötigt. Doch zu dieser Zeit weht häufig wenig Wind und auch die Sonne scheint noch nicht – mit erneuerbaren Energien kann der Bedarf also nicht zuverlässig und stabil abgedeckt werden. Da kommen Gassysteme ins Spiel. Sie sind zuverlässig verfügbar und liefern sicher Strom, bis ausreichend Wind- oder Solarenergie zur Verfügung steht. In vielen Ländern Europas gibt es für diese Regelleistung zur Netzstabilisierung spezielle Programme, in denen festgelegt wird, wie schnell Gaskraftwerke diese Regelenergie zur Verfügung stellen müssen. 

Bisher waren dafür vor allem Dieselmotoren zuständig, doch das ändert sich gerade. „Gas ist günstiger und CO2-neutraler als Diesel, daher setzen immer mehr Kunden auf diesen Kraftstoff“, erläutert Andreas Görtz die Gründe. Außerdem schreiben die nationalen Regelleistungsprogramme der Regierungen in den meisten Fällen vor, dass Ausgleichsenergie auf Basis von dezentralen Gasmotoren- und systemen erzeugt werden muss. 

Auch in Microgrids ist schnelles Hochfahren von Gasmotoren gefragt. In diesen werden Gasmotoren mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Photovoltaikanlagen, Batteriespeichern sowie einer übergeordneten Steuerung kombiniert. Die Steuerung berechnet anhand vom Verbraucher vorgegebener Parameter, welche Stromquellen zu welchem Zeitpunkt genutzt werden, um Energie an die Verbraucher oder beispielsweise an einen Batteriecontainer abzugeben.

Die Dynamik und die zahlreichen sich daraus ergebenen neuen Einsatzspektren der Gasmotoren stellten die Entwickler zunächst vor Herausforderungen – so waren die Motoren doch bisher auf Dauerlauf und lange Laufzeiten ausgelegt und die Startzeit nicht entscheidend. Eine neue Funktionssoftware sorgt nun unter anderem dafür, dass der Turbolader dem Motor viel schneller das benötigte Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Verfügung stellen kann. Eine spezielle Vorschmierpumpe versorgt den Motor zudem innerhalb kürzester Zeit mit Öl an allen relevanten Lagerstellen. Zusammen mit weiteren Verbesserungen im Startprozedere haben die Entwickler ihr Ziel erreicht: Der Motor erreicht innerhalb von bis zu 120 Sekunden seine volle Leistung.

Gasmotoren erzeugen Notstrom
Doch Michael Koliwer, Technikchef für MTU-Stromerzeugungssysteme, weiß, dass da noch Luft nach unten ist. „Wir wollen schneller werden“, sagt er. Denn er hat eine weitere Vision: In Verbindung mit einer rotierenden Masse und den neuen MTU-Batteriecontainern könnten Gasmotoren dann auch zur Notstromversorgung eingesetzt werden. 

Läuft Gas dem Diesel dann den Rang ab? „Sicher nicht“, so Andreas Görtz. Ihm ist nur wichtig, dass MTU als Lösungsanbieter jedem Kunden genau den Motor zur Verfügung stellen kann, der für seinen Einsatz ideal ist. „Und da sind wir auf einem guten Weg“, sagt er. 

Der Inhalt der Beiträge entspricht dem Stand zum jeweiligen Erscheinungsdatum. Sie werden nicht aktualisiert. Weitergehende Entwicklungen sind deshalb nicht berücksichtigt.

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