Blockheizkraftwerke in der Öl- und Gasproduktion – Erfahrungen aus Konzeptionierung, Planung und ...

Lecture

by Oliver Friedländer 

Thursday. 26 February 2015

6pm, Mercure Hotel, Hannover

Blockheizkraftwerke in der Öl- und Gasproduktion – Erfahrungen aus Konzeptionierung, Planung und Betrieb 

Kurzfassung

Die RAG als traditionsreichstes österreichisches Explorations- und Produktionsunternehmen betreibt neben den Erdöl- und Erdgasproduktionsanlagen und Erdgasspeicheranlagen auch mehrere Blockheizkraftwerke mit einer elektrischen Leistung von 800 kW bis zu 3,2 MW zur Strom- und Wärmeerzeugung. 

Die größte BHKW-Anlage, „BHKW Straßwalchen“ mit einer elektrischen Leistung von 3,2 MW besteht aus vier Gasmotoren á 800 kW elektrisch und ist in der RAG Produktionsstation Haidach situiert. In dieser Station werden neben dem Erdgasproduktionsbetrieb auch die beiden RAG Erdgasuntergrundspeicher „UGS Haidach 5“ und UGS Aigelsbrunn“ betrieben. Die Hauptaufgabe der BHKW-Anlage ist die ausfallsichere Stromversorgung der auf der Station befindlichen Verdichter mit einer Antriebsleistung von 200 kW bis 3,0 MW, sowie die Wärmeversorgung der vier Gaseingänge mit Gasvorwärmung und nachfolgender Druck- Mengenregelung im Ausspeicherbetrieb. 

Eine weitere BHKW-Anlage „BHKW Krift“ befindet sich in der Ölaufbereitungsstation „Zentrale Voitsdorf“ der RAG. Diese Anlage, mit einer elektrischen Leistung von 2,4 MW wird mit drei Gasmotoren betrieben. Hauptaufgabe dieser Anlage ist die wärmetechnische Versorgung des Öltanklagers mit einem Leistungsbedarf von mehr als 1,0 MW thermisch und die elektrische Versorgung der um die Station situierten Pumpenböcke der Ölproduktion. Beide Anlagen sind darüber hinaus auch an ein regionales Fernwärmenetz angebunden und liefern Überschusswärme zur Versorgung umliegender Gemeinden. 

Eine dritte Anlage „BHKW Puchkirchen“, ausgeführt als Containeranlage mit zwei Gasmotoren, hat eine elektrische Leistung von 800 kW und ist in der RAG Speicheranlage „UGS Puchkirchen“ aufgestellt. Die Kombination von turbinenange-trieben Turboverdichtern mit dem BHKW zur Strom- und Wärmeerzeugung machen diesen Erdgasspeicher über weite Betriebsbereiche vollständig unabhängig von externen Energieversorgungen. 

Betrieben werden alle drei Anlagen mit nicht getrocknetem oder verdichteten Erdgas bzw. Erdölbegleitgas bei der Anlage „Krift“, aus der umliegenden Erdgas- und Erdöllagerstätten und stellen somit einen wesentlichen Bestandteil in der Produktion der RAG dar. 

Ein wesentlicher Focus in der Konzeptionierung von BHKW-Anlagen liegt auf dem mechanischen Wirkungsgrad der geplanten Erdgasmotoren. Moderne hocheffiziente Erdgasmotoren haben mechanische Wirkungsgrade von mehr als 40% im Volllastbetrieb. Wesentlich in der Konzeptionierung ist jedoch auch die Leistungs-aufteilung um diesen Wirkungsgrad über weite Bereich des gewünschten Regelbereiches zu erhalten. Aus diesem Grunde sind alle RAG-BHKW-Anlagen mit mehreren Motoren ausgerüstet. 

Dies erfordert jedoch auch intensive Überlegungen in die erforderlichen Betriebsweisen eines zu planenden BHKW’s und daraus resultierend auch der Aufbau einer intelligenten übergeordneten Regelung der einzelnen Motoren in Form eines „Load-Sharing“. 

Neben den üblichen Aufgaben zur Steuerung und Regelung der Anlagen für Insel- und Netzparallelbetrieb in der elektrischen Fahrweise ist es für eine energieoptimierten Betrieb einer BHKW-Anlage wesentlich im „Load-Sharing“ auch auf die aktuellen Leistungsanforderungen des Erdgas- und Erdölbetriebes, bzw. Erdgasspeicherbetriebes Rücksicht zu nehmen. Hier liegt ein erheblicher Unterschied zwischen strombedarfs- und wärme-bedarfsgeführter Fahrweise in der Aufteilung des tatsächlichen Leistungsbedarfs und der Lastzuteilung zu den einzelnen Motoren. 

Ein BHKW kann jedoch noch weit mehr als nur Strom und Wärme (in Form von „Wasserwärme“) zu erzeugen. Mit dem Einsatz eines Abhitzedampferzeugers kann z.B. Dampf aus dem Abgasstrom gewonnen werden. Eine weitere Möglichkeit stellt die Erzeugung von Warmluft aus dem Abgasstrom mit Hilfe von Abgas-Luft-Wärmetauscher oder auch elektrischer Energie durch den Einsatz von Hochtemperatur-ORC-Anlagen dar. (ORC = Organic Rankine Cycle: ein Verfahren des Betriebs von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmittel als Wasserdampf.) 

Auch die Kühlwasserwärme kann vielseitig genutzt werden. Einerseits besteht mit dem Einsatz einer Absorptionskältemaschine die Möglich-keit, neben der klassischen Wärme-auskopplung, Kühl- bzw. Kaltwasser zu erzeugen. Auch die Nutzung zur Stromerzeugung mittels Niedertemperatur-ORC-Anlagen kann eine interessante Alternative darstellen. 

Zusätzlich kann nach ORC-Anlagen weiterhin Wärme zu Heizzwecken verwendet werden, was den tatsächlichen Nutzungsgrad einer BHKW-Anlage deutlich erhöhen kann.
Im Zuge von Neuerrichtungen können dann auch noch erforderliche Hallen- und Raumheizungen für ein niedriges Temperaturniveau ausgelegt werden. So lassen sich auch normalerweise nicht mehr nutzbare Wärmequellen mit einer Temperatur von 40 – 50 °C aus den Gemischkühlern der Motoren für Heizzwecke im Winter verwenden, was den Gesamtnutzungsgrad eines BHKW’s weiter steigern kann. 

Da Erdgasmotoren im laufenden Betrieb regelmäßigen Service- und Wartungsarbeiten rund alle 2.000 Betriebsstunden unterliegen, unterstützt die Aufteilung der Gesamtleistung auf mehrere Motoren immer ausreichende Leistung für den Betrieb der nachgeschalteten Erdgas- und Erdölproduktionsanlagen zu Erzeugen. Um diese jedoch sicher zu stellen ist schon in der Planungs- und Errichtungsphase der Anlage darauf zu achten das ausreichend Platz und Zugänglichkeit zu den einzelnen Motoren für eine Wartung während des Betriebs der gesamten BHKW-Anlage gegeben ist. Ebenso ist es hierzu wesentlich alle dem einzelnen Motor zugeordnete Anlagenteile, wie z.B. die Generatorsteuerung, die erforderlichen Not- und Gemischkühler, die Abgasanlagen inkl. der Kamine, usw. je Motor auszuführen und nicht als zentrale Nebenanlagen.

Der Einsatz von hocheffizienten Gasmotoren aus den Überlegungen der Konzeptionierung über den maximal erzielbaren mechanischen Wirkungsgrad bringt jedoch auch Schwächen im laufenden Betrieb. Diese Motoren erweisen sich über die Betriebserfahrungen doch als deutlich „sensibler“ über Veränderungen in den Betriebsbedingungen und im zuverlässigen und störungsfreien Betrieb zwischen den einzelnen Wartungsintervallen. 
Aus diesen Erfahrungen zeigt sich, dass Überlegungen „robustere“ Motoren mit etwas geringeren mechanischen Wirkungsgraden durchaus sinnvoll sind und ihre Berechtigung haben.