Gasmotor

Beschrijving techniek

Proces/deelproces:

Verbranden van gasvormige hernieuwbare brandstoffen

Beschrijving: (Bron: http://www.btgworld.com/2005/html/news/documents/BTG-FactsheetGasmotor_20-02-2007.pdf)

De normale gasmotor werkt volgens het viertaktprincipe, waarbij een zuiger in een cilinder vier werkslagen kent. Bij de aanzuigslag wordt een mengsel van brandstofgas en lucht aangezogen. De inlaatklep staat dan open. In de compressieslag zijn de kleppen gesloten en wordt het mengsel samengeperst. Vlak voor het eind van deze slag wordt het mengsel met de bougie ontstoken. Het mengsel verbrandt, waarbij druk en temperatuur snel stijgen. In de expansieslag wordt de arbeid geleverd. Daarna wordt het mengsel in de vierde slag van de zuiger bij geopende uitlaatklep afgevoerd naar het uitlaatsysteem.

Moderne gasmotoren hebben vaak een turbocharger. De hete uitlaatgassen drijven dan via een expansieturbine een luchtcompressor aan. Daardoor kan de motor aanzienlijk meer vermogen leveren en neemt ook het rendement toe. Bij veel turbogasmotoren worden verbrandingslucht en brandstof gemengd, voordat de lucht door de turbo in druk wordt verhoogd. Daardoor behoudt men een belangrijk voordeel van de gasmotor. Dat is de geringe gasdruk, die nodig is om de motor te laten werken.

Het vermogen van de gasmotor wordt geregeld met een smoorklep in de inlaat van de verbrandingslucht. Het rendement aan de as van de motor is afhankelijk van type brandstof.  Aardgas bestaat vrijwel volledig uit methaan, biogas bevat een aanzienlijk deel CO₂ terwijl synthesegas veel waterstof bevat wat snel ontsteekt. Afhankelijk van het type brandstof moet het ontstekingstijdstip worden bijgesteld. De warmte van het motorkoelwater, de oliekoeler, de uitlaatgassen en de intercooler bij een turbo kunnen worden benut voor verwarming. De gasmotor is een bewezen technologie, echter op gasvormige brandstoffen afkomstig uit biomassa dienen m.n. stofdeeltjes, teer, halogenen en zuren te worden verwijderd.

Toepassingsgebied

De gasmotor wordt wereldwijd in grote aantallen toegepast op stortgaslocaties, offshore, etc. Door de jaren is de gasmotor steeds verder ontwikkeld en door de seriematige productie zijn de kosten lager dan bij andere opkomende technologieën zoals ORC en Stirlingmotoren. Andere voordelen zijn:

• grote mogelijke range van capaciteiten (5 kW tot enkele MW)
• regelbaar vermogen
• zowel mobiel als stationair toepasbaar
• ideaal voor zelfaandrijvende applicaties waar snelle verandering van vermogen is vereist
• toepasbaar voor diverse brandstoffen.

 De hoeveelheid H₂S in biogas moet worden teruggebracht tot <1000 ppm om corrosie te voorkomen. Ook het verwijderen van waterdamp uit het biogas zal de kwaliteit van het proces verbeteren. Andere nadelen zijn:

• relatief veel onderhoud nodig
• het hoge geluidsniveau: 50-65 dBa, effectieve geluidsisolatiemaatregelen zijn noodzakelijk
• relatief hoge emissies t.o.v. andere WKK systemen. De verbranding in gasmotoren is nooit volledig: de zuigers kennen een zg. ‘slip’ waardoor een klein deel (ca. 1%) de cilinder onverbrand verlaat. Zo bevat synthesegas een aanzienlijk deel CO en zal de CO emissie aanzienlijk zijn (1000 ppm) mits geen maatregelen worden getroffen.

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de technische toepasbaarheid van deze maatregel.

Vaste	Vloeibare	Gasvormige	Nieuw	Bestaand	Klein	Middelgroot	Groot
		+	+	+	+	+

Milieuvoordeel

Gasmotoren leveren i.h.a. weinig emissies. Door de grote aantallen zijn de eisen echter vrij streng en levert afhankelijk van type gas soms problemen met NOx en CO. Er zijn twee mogelijke oplossingen om deze emissies te beperken; een drieweg-katalysator (alleen mogelijk bij stoichiometrische verbranding; ?=1, deze techniek wordt weinig meer toegepast) of relatief meer toevoer van lucht (arm mengsel verbranding; ?>1) waardoor de verbrandingstemperatuur daalt en daarmee de thermische NOx.

Emissies van motoren worden veelal gerelateerd aan de lambda factor; de verhouding gas ten opzichte van de lucht. Lambda = 1 betekent exact de benodigde hoeveelheid lucht tov de hoeveelheid brandstof, de stoïchiometrische hoeveelheid. Een lambda factor van 1,7 -1,8 (70-80% lucht overmaat) is vrij gebruikelijk. Verder is het belangrijk om de emissies te relateren aan de hoeveelheid zuurstof in the uitlaatgassen.
In de praktijk is de uitstoot < 500 mg/Nm³ en voor CO < 650 mg/Nm³; NMHC < 150 mg/Nm³ bij 5% O₂.

Financiële aspecten

 Investeringskosten zijn met 500 a 1400 € per kWe laag.

Gelinkte pagina's: