Top

Published in:

2022 | OriginalPaper | Chapter

8. Stationäre Kolbenmotoren für energetischen Einsatz

Authors : Maurice Kettner, Richard Zahoransky

Published in: Energietechnik

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Activate our intelligent search to find suitable subject content or patents.

search-config

AI-assisted search

Off

Zusammenfassung

Kolbenmotoren finden in der Energieversorgung vielfältig Verwendung als Notstromaggregate, als Antrieb für Pumpen in Großkraftwerken und in dezentralen Blockheizkraftwerken (BHKW). Motoren für Notstromaggregate und zum Antrieb von Arbeitsmaschinen werden meist mit Diesel-Kraftstoff betrieben. In BHKW dominieren Gasmotoren, wobei Erdgas, Bio-, Deponie- oder Klärgas bevorzugt sind. Die wesentliche Thermodynamik der Otto-, Diesel- und Stirling-Motoren wird in Kürze behandelt, während die Gasmotoren tiefere Behandlung finden. Die Motoren für die Energieversorgung stammen i. Allg. von mobilen Anwendungen ab und werden an die energietechnischen Anwendungen angepasst. Technische Details der Motoren sind in der Fachliteratur zu finden, z. B. [1]. Die Website [2] gibt einen umfassenden Überblick über Hersteller und deren Kolbenmotoren.

Dont have a licence yet? Then find out more about our products and how to get one now:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 102.000 Bücher
über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Finance + Banking
Management + Führung
Marketing + Vertrieb
Maschinenbau + Werkstoffe
Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

inform now

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 67.000 Bücher
über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Maschinenbau + Werkstoffe

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

inform now

previous chapter Kombinationskraftwerke

next chapter Brennstoffzellen

Nikolaus Otto, 1832–1892.

Rudolf Diesel, 1858–1913.

Von Moritz Seiliger 1922 vorgeschlagen.

Der Seiliger Prozess beschreibt ebenso den Otto-Kreisprozess realitätsnaher, da auch die Verbrennung beim Ottomotor aufgrund der endlichen Verbrennungsgeschwindigkeit nicht exakt bei konstantem Volumen stattfindet.

Der Prozess mit isentroper Verdichtung, Gleichdruckverbrennung, isentroper Entspannung und isochorer Wärmeabfuhr wird als Gleichdruck-Prozess bezeichnet.

Downsizing: gleiche Leistung bei höherem Drehmoment und kleinerem Hubraum

Downspeeding: Gleiche Leistung bei höherem Drehmoment und geringerer Drehzahl

Robert Stirling, schottischer Geistlicher, 1790–1878.

Bei isothermer Verdichtung und Entspannung gilt für thermisch und kalorisch perfekte Gase: ∆s₁₂ = R lnV₂/V₁ bzw. ∆s₃₄ = R lnV₄/V₃. Da V₂ = V₃ sowie V₁ = V₄ sind, ist ∆s₁₂ = −∆s₃₄.

die Verbrennungsschwerpunktlage gibt den Zeitpunkt in Grad Kurbelwinkel an, zu dem 50 % des Kraftstoffs verbrannt ist und ist damit ein Maß für die zeitliche Lage der Verbrennung. Bei vielen Motoren ergibt sich bei ca. 8 Grad nach o. T. der höchste Wirkungsgrad und die höchste Leistung.

Die Light-Off-Temperatur ist die Temperatur, ab der der Katalysator die entsprechende Schadstoffkomponente zu 50 % konvertieren kann.

Robert Bosch GmbH (Hrsg.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 27. Aufl. Vieweg+Teubner, Wiesbaden (2011)

http://www.dieselandgasturbineguide.net/ (2021). Zugegriffen am 30.04.2021

Zahoransky, R., Knöringer, P., Schelling, U., Wittig, S.: Anmerkungen zum Einsatz und Wirkungsgrad kleiner Kraftmaschinen – Turbinen, Dampfmotor und Schraubenexpander. Wärme. 91(4), 43 (1983)

Firmenschriften Firma Spilling Energie Systeme, D-20457 Hamburg. https://www.spilling.de/de/ (2018). Zugegriffen im November 2018

Kettner, M.: Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Optimierung der Entflammung von mageren Gemischen bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung. Universität Karlsruhe (TH), Dissertation/PhD-Thesis (2006)

Zacharias, F.: Gasmotoren. Vogel, Würzburg (2001) Vogel Business Media GmbH & Co. KG

Neher, D.: Miller Cycle and Exhaust Gas Recirculation for a Naturally Aspirated Lean-burn Gas Engine, Dissertation/PhD-Thesis, Universidad de Valladolid & Hochschule Karlsruhe. https://www.h-ka.de/fileadmin/Hochschule_Karlsruhe_HKA/Informationsmaterialien/HKA_WE-IKKU_GenLab_Dissertation_Neher_Miller_Cycle_and_Exhaust_Gas_Recirculation_komprimiert.pdf (2017). Zugegriffen im Januar 2021

Weis, A.: Konzipierung eines Pflanzenöl-Blockheizkraftwerks für die Diakonie Kork. Hochschule Offenburg, Offenburg (2007). Diplomarbeit der Hochschule Offenburg

Dorn, B., Wehmann, C., Winterhalter, R., Zahoransky, R.: Particle and Gaseous Emissions of Diesel Engines Fuelled by Different Non-Esterified Plant Oils SAE_NA Paper Series Bd. 2007, S. 24–127 (2007)

10.

Dorn, B., Zahoransky, R.: Non-esterified plant oils 95 fuel – Engine characteristics and emission behaviour. SAE-NE Paper Series, Bd. 2009-24-0097. (2009)

11.

SOLO: Kleinmotoren GmbH: Firmenprospekt SOLO Stirling GmbH 161. SOLO Eigenverlag, Sindelfingen (2001)

12.

SOLO: Kleinmotoren GmbH: Werks-Schnittzeichnung des Stirlingmotors 161. Firmenprospekt, Sindelfingen (2001)

13.

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. FNR (Herausgeber): Bioenergie. FNR, Hofplatz 1, 18276 Gülzow (2007)

14.

DVGW Technische Regeln, Arbeitsblatt G260 (2013)

15.

Deutz: MWM Betriebsstoffvorschriften 029752299, Fa. DEUTZ-MWM (ca. 2000)

16.

Küttenbaum, H., Kesselring, P., Zahoransky, R.: CO₂-Bilanz von gasbefeuerten Block(heiz)kraftwerken. Brennstoff-wärmekraft Bwk 51(7), 55 (1999). 7/8

17.

H2vorOrt – Wasserstoff über die Gasverteilnetze für alle nutzbar machen, DVGW e.V. 2021, https://www.dvgw.de/themen/energiewende/wasserstoff-und-energiewende/h2vorort. Zugegriffen am 23.04.2021

18.

Zacharias, F.: Information Gasmotoren. DEUTZ-MWM Eigenverlag, Mannheim (1993). Firmenschrift Deutz-MWM

19.

Heinzmann GmbH & Co. KG: Firmenschrift KRONOS Gas Engine Control Systems. Eigenverlag der Fa. Heinzmann GmbH, Schönau (2007). Schrift # DZ_KRO_001_07_04_e_1_2007, bzw. www.heinzmann.com

20.

Heinzmann GmbH & Co. KG,: Firmenschrift MEGASOL Gas Injection Valves for Gas and Dual Fuel Engines. Eigenverlag der Fa. Heinzmann GmbH, Schönau (2006). Schrift # DZ_MEG_001_06_03_e_1_2006, bzw. www.heinzmann.com

21.

Forschungsarbeiten im GenLab der Hochschule Karlsruhe. https://www.h-ka.de/ikku/genlab/rekra. Zugegriffen am 23.04.2021

22.

Heinzmann GmbH & Co. KG: Firmenschrift ARTEMIS Dual Fuel Control Solutions. Eigenverlag der Fa. Heinzmann GmbH, Schönau (2008). Schrift # ETM_ART_002_08_02_e_1_2008, bzw. www.heinzmann.com

23.

Schüller, R., Böhler, F., Zahoransky, R.: Hybridantrieb für Industrie-Anwendungen; Hybrid-Baumaschinen – Innovative Arbeitsmaschinen von morgen, Mobile Maschinen 3, S. 30–33, Vereinigte Fachverlage GmbH Mainz (2009)

24.

Dengler, P., Geimer, M., Zahoransky, R.: Potential of Reduced Fuel Consumption of Diesel-Electric APUs at Variable Speed in Mobile Applications ICE 2011, Capri. SAE Int. Tech. Paper Series, Bd. 2011-24-0075. (2011)

25.

Böhler, F., Thiebes, P., Geimer, M., Santoire, J., Zahoransky, R.: Hybrid drive systems for industrial applications. SAE-NA Paper Series, Bd. 2009-24-0061. (2009)

26.

Heinzmann GmbH & Co. KG: Firmenschrift Heinzmann’s LPG/CNG Electric Hybrid Engine. Eigenverlag, Schönau (2008). Schrift # ETM_HYP_002_08_02_e_1_2008, bzw. www.heinzmann.com

27.

Zahoransky, R., Böhler, F., Schüller, R.: Diesel-electric hybrid drives for off-highway applications, 8th Int. CTI Symposium Innovative Automotive Transmissions, 30.11.-03.12.2009, Berlin, Tagungsband Vol. 1, S. 490; Hrsg. CTI-Car Training Institute, Düsseldorf (2009)

28.

M. Burke, P. Großkopf, FRIGOBLOCK Kältespeicher-Hybrid Technology - ein konsequenter Schritt zu Zero Emission-Transportkälteanlagen, 13. Karlsruher Fahrzeugklima Symposium, 2013. Zugegriffen am 23.04.2021

29.

DIN ISO 8528: Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren. Beuth, Berlin (2017). Neueste Ausgabe

30.

Zacharias, F.: Der Notstromdiesel als Sicherheitsstromquelle, Broschüre Deutz-MWM, D-68140 Mannheim (1996)

31.

MTU Kinetic Powerpack. https://www.mtu-solutions.com/eu/en/applications/power-generation/power-generation-products/mtu-kinetic-powerpack.html (2021). Zugegriffen am 23.04.2021

32.

Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz), Stand 2014

33.

DIRECTIVE (EU) 2015/2193 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 25 November 2015 on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from medium combustion plants (Medium Combustion Plant Directive – MCPD), Quelle: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32015L2193 (2021). Zugegriffen am 23.04.2021

34.

44. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über mittelgroße Feuerungs- Gasturbinen- und Verbrennungsmotoranlagen – 44. BImSchV). https://www.gesetze-im-internet.de/bimschv_44/BJNR080410019.html (2021). Zugegriffen am 23.04.2021

35.

VDMA: Abgasgesetzgebung Diesel- und Gasmotoren, VDMA, Frankfurt. https://mus.vdma.org/ (2017). Zugegriffen im April 2021

36.

VERORDNUNG (EU) Nr. 813/2013 DER KOMMISSION vom 2. August 2013 zur Durchführung der Richtlinie 2009/125/EG des Europäischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Raumheizgeräten und Kombiheizgeräten (Ökodesign-Richtlinie). https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2013:239:0136:0161:DE:PDF (2021). Zugegriffen am 23.04.2021

37.

Pfeiffer, U., Zarske, S., Samenfink, W., Dittmann, R., Laile, E., Zahoransky, R.A.: Optisches Multiwellenlängen-Extinktionsverfahren – angewandt zur on-line Messung der Größe und Partikelkonzentration von Partikeln im Abgas von Dieselmotoren Bd. 1189. VDI, Düsseldorf, S. 285–300 (1995). VDI Berichte

38.

Nikitidis, M.S., Konstandopoulos, A.G., Zahoransky, R.A., Laile, E.: Correlation of measurements of a new long optical path length particle sensor against gravimetric an electrical mobility based particle measurements in diesel exhaust. SAE_NA Technical Paper Series, Bd. 2001, S. 1–73 (2001)

39.

Nikitidis, M.S., Manikas, T., Zarvalis, D., Divinis, N., Altiparmakis, C., Konstandopoulos, A.G.: Collection efficiency of various filter media in diesel exhaust. SAE_NA Technical Paper Series, Bd. 2001, S. 1–75 (2001)

40.

Luftqualität 2020 – Vorläufige Auswertung, Umweltbundesamt. https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/5750/publikationen/hgp_luftqualitaet_2020_bf.pdf (2021). Zugegriffen am 23.04.2021

41.

Lausch, W., Fleischer, F., Maier, L.: Möglichkeiten und Grenzen von NOx-Minderungsmaßnahmen bei MAN-B&W-Viertakt-Großdieselmotoren. Mot. Zeitschrift Mtz. 54, 64 (1993)

42.

Kettner M, Dechent S, Hofmann M, Huber E, Arruga H, Mamat R, Najafi G: Investigating the influence of water injection on the emissions of a diesel engine. In: Journal of Mechanical Engineering and Sciences, ISSN 2289-4659, 10 (2016), Nr. 1, S. 1863-1881. https://doi.org/10.15282/jmes.10.1.2016.11.0179

43.

Beltaifa Y, Judith J, Kettner M, Eilts P, Klaissle M, Wiersbitzki V: Intake Port Condensed Water Injection for a Clean Natural Gas Engine: Strategies and Restrictions. 20. Internationales Stuttgarter Symposium 2020 – Automobil- und Motorentechnik. https://doi.org/10.1007/978-3-658-29943-9_38

44.

Glöckner, M., Bach, I.: Digital Control of Diesel Engines. Die Bibliothek der Technik, Bd. 244. Moderne Industrie GmbH, Landsberg (2003)

45.

Judith J, Neher D, Kettner M, Klaissle M, Schwarz D: Simulationsgestützte Entwicklung eines stöchiometrischen Brennverfahrens mit Miller-Steuerzeiten für einen gemischansaugenden Einzylinder-Erdgasmotor. In: WTZ Roßlau (Hrsg.): 11. Dessauer Gasmotorenkonferenz. 11. Dessauer Gasmotorenkonferenz (2019)

46.

Neher D, Scholl F, Kettner M, Schwarz D, Klaissle M, Giménez Olavarria B: The Effect of Cooled Exhaust Gas Recirculation for a Naturally Aspirated Stationary Gas Engine. In: SAE International Journal of Engines, ISSN 1946-3936, 9 (2016), Nr. 4, S. 2477-2492. https://doi.org/10.4271/2016-32-0093

Title: Stationäre Kolbenmotoren für energetischen Einsatz
Authors: Maurice Kettner
Richard Zahoransky
Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden
Book: Energietechnik
Print ISBN: 978-3-658-34830-4

Electronic ISBN: 978-3-658-34831-1

Copyright Year: 2022
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-34831-1_8