Ein Gedankenspiel - Blockheizkraftwerk

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    • Ein Gedankenspiel - Blockheizkraftwerk

      Ich mache gerade ein Gedankenspiel durch und zwar möglichst günstig ein BHKW betreiben mit einem gebrauchten Dieselmotor und gebrauchten Asynchron Motoren und laufen soll die Kiste mit altem Pflanzenöl gefiltert.
      Die Asynchronmotoren sollen von Elektromotorenmarkt.de sein. Da gibt es eine große Auswahl und gerade diese Teile sollen lang genutzt werden und entsprechend halten. Die Austauschbare und günstige Komponente sollen die gebrauchten Dieselmotoren sein. Alternativ kann man ja Teile von einer Trambahnverschrottung nehmen und da sind die Frequenzumrichter auch dabei. Gefiltert werden soll damit heipro.de/shop/Klein-Filteranl…nfilteranlage-1::137.html. ro-tec.de/Poel%20Pro%201%2005mue%20Dez%2009%2021.htm
      Nun stellen sich mir mehrere Fragen. Der Motor ist sicher und zwar der 2.2TDCi aus dem Mondeo bis 07 oder im Transit. Vorteil, der Motor ist enorm langhubig 86x94 und robust konstruiert. Der 2.0 auf dem der Motor basiert, ist ein Quadrathuber 86x86 und deutlich verbreiteter.
      Zurück zum 2.2 360Nm bei 1600U/Min =60kw und 115kw bei 3500 U/Min =310Nm. Also ein breites Drehzahlband auch noch und eine elektrische Turbosteuerung. Der 2.0 im Gegensatz 330Nm bei 1800U/Min und 96kw bei 3800U/Min und entsprechend nur noch 240Nm bei der Drehzahl.
      Welche Drehzahl sollte ich nehmen? Eher eine hohe und dafür wenig Last oder umgekehrt? Bei 2000U/Min leistet der 2.2 75kw und zufällig gibt es für 1985U/Min Nenndrehzahl 75kw Asynchronmotoren. :D Wie sieht es da mit der Haltbarkeit aus und wie häufig sollte ich da das Öl wechseln? Eher häufig durch die hohe Last oder kann man das Intervall auch verlängern, da der Motor ja ständig auf Betriebstemperatur ist und es quasi auch keine Kaltstarts gibt oder lohnt es sich die Ölmenge zu erhöhen und eben dafür das Intervall zu verlängern, aber was ist dann das richtige Intervall und vorallem das richtige Öl. Da fällt mir spontan das VW50700 ein, da auf 650 unter Volllast getestet, Fanfaro wäre da ja günstig. Natürlich wird auch die Motorabwärme zum heizen und Warmduschen genutzt, aber was wäre da die richtige Temperatur für den Motor? Das Gebäude im Gedankenspiel ist eine Uni mit gleichzeitiger Unterkunft für über 1000Studenten.
      Übrigens ist der Mondeo mit ca. 200g je kWh ernorm Effizient. Die Krönung wäre natürlich die BHKW Förderung über 60.000 Stunden, wobei dafür ein Motor nicht ausreichen wird. Allein ein Jahr mit 8760 Betriebsstunden ist schon enorm viel für einen Automotor und für wie viele Stunden wird ein Motor ausgelegt?
      Ich freue mich auf rege Diskussion und für den Bachelor/Master wäre das natürlich das Traumprojekt. Genug alte Diesel findet man ja zurzeit auf dem Schrott.
      Zur Meinungsfreiheit und Demokratie gehört dazu, auch Meinungen und Parteien zu akzeptieren, die einem nicht gefallen. Versucht man diese zu unterdrücken und zu verhindern ist man selbst nicht besser. :moin:
    • So in etwa habe ich mir das vorgestellt, natürlich in groß und ohne Kühler, da die Abwärme zum heizen genutzt wird und Motorlager kann man ja anfertigen
      Zur Meinungsfreiheit und Demokratie gehört dazu, auch Meinungen und Parteien zu akzeptieren, die einem nicht gefallen. Versucht man diese zu unterdrücken und zu verhindern ist man selbst nicht besser. :moin:
    • Autoverrueckter wrote:

      Zurück zum 2.2 360Nm bei 1600U/Min =60kw und 115kw bei 3500 U/Min =310Nm. Also ein breites Drehzahlband auch noch und eine elektrische Turbosteuerung. Der 2.0 im Gegensatz 330Nm bei 1800U/Min und 96kw bei 3800U/Min und entsprechend nur noch 240Nm bei der Drehzahl.

      Welche Drehzahl sollte ich nehmen? Eher eine hohe und dafür wenig Last oder umgekehrt? Bei 2000U/Min leistet der 2.2 75kw und zufällig gibt es für 1985U/Min Nenndrehzahl 75kw Asynchronmotoren. :D
      [...]
      Allein ein Jahr mit 8760 Betriebsstunden ist schon enorm viel für einen Automotor und für wie viele Stunden wird ein Motor ausgelegt?
      Ich würde mir erstmal entsprechende Wirkungsgrad Kennlinien für die beiden Motoren besorgen, dann kann man weiter sehen.

      Für die ASM sollten aus Effizienzsicht vermutlich höhere Drehzahlen bei gleicher Leistung besser sein.

      Weniger Moment = Weniger Schlupf = effizienter

      Beim Diesel Motor wirds vermutlich umgedreht sein.... wird vermutlich auf ~80% Moment bei Drehzahlen unter 3k hinaus laufen.

      Wenn man die beiden Kennlinien hat und ausgewertet hat kann man weiter machen, Getriebe und Frequenzumrichter regeln dann den Rest.


      Wie wird der Strom denn abgenommen? Muss der zwischengespeichert werden?


      Was die Betriebsstunden angeht.... wenn hier Benziner in 30 Jahren Alltag >10.000h abspulen und unauffällig laufen (bei extrem vielen Kaltstarts), dann wird nen Motor der dauerhaft durch läuft das tendenziell überbieten können.
    • Die Kennlinien erfährt man ja durch eine Leistungsmessung und ich meine da kürzlich eine Kurve gesehen zu haben motor-talk.de/forum/aktion/Att….html?attachmentId=262793 und da steht der Wagen mit 400nm bei 2000U/Min ganz gesund da und das mit dem Serienladeluftkühler auf dem Rollenprüfstand. Mit etwas Feinarbeit sollte da mit kühlerer Ansaugluft auch noch was gehen, ohne den Motor zu schädigen
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    • Eine wichtige Entscheidung ist ob ein Asynchrongenerator oder ein Synchrongenerator zum Einsatz kommt. Beides hat Vor- und Nachteile. Auch vor dem Hintergrund, dass das ganze Netzsynchronisiert und konform mit Anschlussbedingungen des Energieversorgers sein muss.

      In der Konstruktion und Regelung des elektrischen Teils samt Kenntnis und Einhaltung der einschlägigen Normen liegt hier die größte Herausforderung.

      Asynchron mit Umrichter ist hier am wenigsten kompliziert, aber hat einen schlechteren Wirkungsgrad, und Leistungselektronik im hundert kW Bereich kostet richtig Geld.
      Meist kommen in BHKWs deshalb Synchronmaschinen zum Einsatz, dann muss aber die Drehzahl exakt geregelt werden, ebenso die Erregerwicklung. Technisch aber die bessere Lösung.

      Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit, den Asynchron Generator direkt und parallel am Netz zu betrieben, dann ist die Frequenz aber nicht konstant, keine Ahnung was der Energieversorger dazu sagt.
    • Bin da eher der Favorit der Ansynchronmaschine, allein, da man dann das ganze Drehzahlgeregelt betreiben kann. Die ganzen Asynchronmotoren haben eine Effizienz von ~95% , da binde ich mir doch für die 5% nicht den Klotz ans Bein. Ansonsten kann man bei Fragen über Regularien auch mal die jemanden vom Forschungsreaktor fragen. Tatsächlich wäre die Leistungselektronik und die Motoren mit Abstand das teuerste, aber das Zeug hält ja auch ewig und kann nach Motorversagen einfach weitergenutzten werden, über Jahrzehnte, selbst wenn jemand ein Erdwärme Experiment mit Dampf macht. Die Drehbewegung bleibt ja erhalten. Joker wäre natürlich eine Drehstrom-Tram/U-Bahn die verschrottet wird, bei der man günstig die Leistungselektronik und Motoren bekommt. Die Leistung eines einzelnen Motor passt ja etwa.
      Was spricht eigentlich dagegen, statt Kühlwasser, Öl als Kühlmittel zu nutzen?
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    • Ich meine die Verluste des Umrichters, nicht umsonst haben die riesige Kühlflächen und starke Lüfter. Die Regularien sind eher was für den Elektro Ingenieur. :)
      Die Lebensdauer ist ein Problem bei Leistungselektronik, die Kondensatoren altern zwangsweise, auch beim Rest gibt es große Qualitätsunterschiede. Reine Elektro-Mechanik hält hundert Jahre, abgesehen von Verschleißteilen wie Lagern und Kohlebürsten.
      Öl hat eine viel geringere Wärmekapazität als Wasser, kann aber auch über 100°C verwendet werden und ist nicht elektrisch leitend.
    • Ich finde solche Projekte ja cool :thumbup:

      Wir hatten damals im Kraftwerkt die Transformatoren, die mit Öl gekühlt wurden, statt mit Luft. Öl deshalb, weil Spannungsfest. Gegen Öl sprechen 2 Fakten:
      - Höhere Kosten des Kühlmittels
      - Wesentlich größere Umweltschutzmaßnahmen, wenn mal eine Kühlleitung reißt. Unsere Trafos standen in einer extra Betonwanne.

      PS.: Der Diesel erreicht seinen größten Wirkungsgrad bei der Nennleistung (bei den Pumpe Düse Aggregaten sollen das wohl 45% sein, mit denen VW geworben hat. Wie das in der Werbung so ist: nicht genannt wird, dass kein Mensch diese maximale Leistung dauernd abruft). Also ist es tatsächlich egal, ob die elektroSeite ein paar % mehr oder weniger Wirkungsgrad hat. Damit kommen wir zum 2. Punkt:
      Ob die normalen Pkw-Dieselmotoren Dauerlastfest, wage ich zu bezweifeln. Für eine Daueranwendung kommen m.E. eher Schiffsdiesel in Frage.
    • Zum Umrichter aus einer alten Tram: Die Ausfallwahrscheinlichkeit steigt damit enorm. Wie schon gesagt unterliegen die Kondensatoren einer Alterung, sind eigentlich regelrecht Verschleißteile die gewartet werden müssen. Auch die Halbleiter unterliegen einem Alterungsprozess. Und wie das mit Elektronik so ist, eine defekte Lötstelle oder Leiterbahn, und das Ding steht, niemand kennt sich damit aus und Ersatzteile kriegt man auch keine mehr. Da hilft nur noch den ganzen Umrichter zu ersetzen, das wird teuer.

      Dann lieber ein Neuteil für das es in zehn Jahren noch Ersatzteile gibt. Oder eine Lösung ohne Umrichter, der ist hier technisch nicht zwingend notwendig.

      Auch von der rein elektrischen Seite ein sehr interessantes Projekt.
    • Ok, also lohnt es sich da etwas mehr zu investieren und die Abwärme des Umrichter kann man ja auch nutzen und man hat halt den Vorteil nicht eine exakte Drehzahl halten zu müssen und das teilweise unnötig. Denke da holt man den Verlust wieder rein, vorallem die Schonung nach einem Start. Zur Regelung habe ich mir vorgestellt, dem Steuergerät eine Geschwindigkeit zu simulieren, in den man die Frequenz moduliert und so ABS Sensoren und somit eine Geschwindigkeit repliziert. Damit kann man den Tempomat nutzen und je nach geforderter Last wird eine entsprechende Geschwindigkeit vorgegeben. Alternative Vorschläge? Zumindest ich habe keine Erfahrung mit Megasquirt.
      Da der Motor in sich Öl zur Schmierung braucht, muss man ja sowieso entsprechende Schutzmaßnahmen einleiten, das kann man ja dann gleich für eine Ölkühlung nutzen und diese Abwärme insgesamt nutzen
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    • Versuche zu den Motoren die dich interessieren, die entsprechenden Muscheldiagramme zu bekommen !
      Anhand jener lässt sich der Grad der Effizienz des Motors in einem definierten Drehzahlbereich optimal ablesen.
      So umgehst du nachher womöglich die böse Überraschung, dass der Motor im betriebenen Drehzahlbereich absolut ineffizient ist.

      Anbei ein Beispielbild, Quelle:
      de.m.wikipedia.org/wiki/Verbrauchskennfeld
      Images
      • IMG_9854.PNG

        61 kB, 580×435, viewed 35 times
    • Über welchen Bereich um die Nenndrehzahl hat ein Asynchronmotor einen abnehmbaren Wirkungsgrad?
      Diese Werte bekomme ich entweder nur von Ford und die sind bei sowas absolut unkooperativ und der technische Support bei denen nutzlos, ich bekomme noch nichtmal Traglast Bescheinigungen von Originalfelgen, da man nicht will, dass man Felgen über mehrere Modelle fährt :old: , anstatt dies den Kunden entscheiden zu lassen. Wie sieht das da erst mit einem Verbrauchskennfeld aus?
      Man kann dies ja sicherlich auch am Prüfstand ermitteln und die Geschichte daraufhin optimieren.
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    • Normal ist die Drehzahl des Asynchron Generators etwas höher als 3000, 1500, 1000, 750 je nach Polpaarzahl. Wenn ein Frequenzumrichter verwendet wird, ist die Drehzahl egal. Die wird gleichgerichtet und dann in einer saubere 50 Hz Sinuswelle gewandelt. Jeder 4 Quadranten Umrichter mit der nötigen Leistung kann das. Man braucht übrigens keinen Anlasser, der Generator kann bei vorhandener Netzspannung den Motor anfahren.
    • Ok, deswegen mit Frequenzumrichter. Der Motor hat zwar bei 3000U/Min ordentlich Leistung, aber wozu diese Drehzahl halten, wenn es nicht gebraucht wird und vorallem läuft der Motor ja nicht so gleichmäßig um die sehr exakte Netzfrequenz zu halten, weswegen man bei einem gekoppelten Betrieb sicher sowieso nicht um einen Frequenzumrichter drumherum kommt.
      Die Anbauteile am Motor sollen alle möglichst erhalten bleiben, solange sie keinen Widerstand erzeugen. Bspw. Wird die Servopumpe rausfliegen, da sie einerseits Widerstand erzeugt und andererseits die Wapu nur draufgesteckt ist und man sich da leicht was basteln kann. Der Grund für den Erhalt der Originalteile: Da alles mit dem gelieferten Motorsteuergerät laufen soll, will ich da möglichst wenig Fehlerquellen reinbringen, die einen Notlauf oder reduzierte Leistung etc. mit sich bringen. Daher soll auch das 12V Netz erhalten bleiben, samt Lima und Anlassen würde ich das ganze per Anlasser und nachgerüsteten Remotestarter, wie es Ihn häufig in den USA gibt, inkl. 11Sekunden Vorglühzeit, die es eigentlich nicht braucht, aber Schaden wird es nicht und die Werkseinstellung ist eben 11 Sekunden Vorglühzeit.
      Weiterer Vorteil der Werkssoftware, es gibt eben genau den Notlauf, um den Motor zu retten, falls etwas schief läuft. Der soll ja zu 99% ohne Aufsicht laufen und wenn das Teil, warum auch immer, überhitzt, soll eben die Leistung gedrosselt werden bzw. der Motor abgestellt werden.
      Genauso wird es von mir einen Killswitch via Öldruckschalter geben, der das Signal vom Nockenwellensensor unterbricht, wenn der Öldruckschalter auslöst. Weiterer Vorteil, der Motor läuft erst, wenn Öldruck vorhanden ist und die Sekunde mehr hält auch der Anlasser aus, wobei ein Sanftstart per Generator natürlich verlocken ist, wobei da das Umschalten genau geregelt sein muss und das MSG durcheinander kommen kann.
      Genauso wird natürlich ein Ölstandssensor nachgerüstet, als stand-alone der kabellos immer den Ölstand übermittelt und mich bei Handlungsbedarf warnt.
      Ich freue mich sehr über die Diskussion, macht Spaß und zeigt einem auch Dinge auf, an die man so nicht unbedingt gedacht hätte.
      Zur Meinungsfreiheit und Demokratie gehört dazu, auch Meinungen und Parteien zu akzeptieren, die einem nicht gefallen. Versucht man diese zu unterdrücken und zu verhindern ist man selbst nicht besser. :moin:
    • Weiterer Vorteil der Werkssoftware. Ich kann Forscan nutzen und bspw. auch den Soll und Ist-Raildruck auslesen und den Motor sicher dann auch per Forscan abschalten, wenn ein gewisser Schwellwert an Abweichung überschritten ist.
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    • Ich habe eine einfachere Lösung ohne Umrichter mit Asynchron Motor / Generator. Basis ist das so genannte "dänische Konzept" aus der Windenergie mit seinen Vorteilen.

      antriebstechnik.fh-stralsund.d…fo_Asynchrongenerator.htm

      Bei diesem Prinzip Regeln sich Drehzahl und Drehmoment / Leistung von alleine anhand der Kennlinie des Generators, fest gekoppelt an dessen Nenndrehzahl und Schlupf. Die Ankopplung an das Netz ist Leistungsmäßig und Drehzahlmäßig sanft und problemlos.

      Einzige Nachteile:
      Es funktioniert nur mit einem vorhanden Netz (BHKW funktioniert nicht als Notstrom Aggregat, ist auch nicht gefordert)
      Feste Drehzahl des Generators. Bei 50Hz 3000, 1500, 1000, ... /min.

      Diese erreicht man mit einer Übersetzung, zum Beispiel Motor 2000/min Generator 3000/min. Leicht zu realisieren mit einem Riementrieb, der ist einfach zu berechnen und zu bauen, und auch leise und effizient.

      Anfahren:
      Generator ist vom Netz getrennt. Man startet den Motor und lässt ihn etwas warm laufen. Dann erhöht man die Drehzahl auf möglichst exakt 3000/min am Generator. Nun kann man diesen zuschalten. Es gibt nur einen kleinen Ruck, der die Phasen Differenz von maximal 120° anpasst. Jetzt ist der Generator am Netz, Leistung und Strom ist gleich Null.

      Nun gibt man Gas. Der Kennlinie folgend, erhöht sich die Drehzahl um ein paar Prozent im Bereich des Schlupf. Davon abhängig wird Drehmoment abverlangt und Strom eingespeist. Die Netzfrequenz bleibt stabil, die würde nur bei mehreren Megawatt beeinflusst.

      Das Übersetzungsverhältnis wählt man so, dass man im optimalen Bereich des Verbrauchskennfeldes landet.
    • Hey, gute Idee, siehst du, dieses Wissen fehlt mir. Nun stellt sich mir eine Frage. Was passiert, wenn der Generator eine Leistung von 50kw hat und der Motor nun jedoch mehr Antriebsleistung reinpumpt?
      Zur Meinungsfreiheit und Demokratie gehört dazu, auch Meinungen und Parteien zu akzeptieren, die einem nicht gefallen. Versucht man diese zu unterdrücken und zu verhindern ist man selbst nicht besser. :moin:
    • Der Generator wird von Schlupf, Drehmoment, Leistung und Strom über seine Nennangaben gebracht. Kurzzeitig geht das um 10, 20, 30%. Aber er erwärmt sich zu sehr und irgendwann brennt er durch.

      Der Motor lässt sich aber auch unterhalb seiner Nennlast betreiben, erhöht die Lebensdauer.