Lastmanagement zur Vermeidung von Nassstapelung
Dieselmotoren sind die häufigste Antriebsmaschine für Notstromsysteme. Wenn sie mit unzureichender Last betrieben werden, können Dieselmotoren unter der Ansammlung unverbrannter Rückstände in ihren Abgassystemen leiden, ein Zustand, der als Wet-Stacking bekannt ist. In diesem Artikel wird erläutert, wie Lastspeicher eingesetzt werden können, um diesen Zustand zu vermeiden.
Das Problem der Nassstapelung
Dieselmotoren verbrennen den Kraftstoff ohne die Hilfe eines Zündsystems, wie es bei Benzinmotoren verwendet wird. Stattdessen komprimieren Dieselmotoren ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem hohen Verhältnis, was zu einem Temperaturanstieg führt, der den Kraftstoff zur Selbstentzündung bringt. Erinnern Sie sich an das ideale Gasgesetz:
Druck x Volumen = Menge des Stoffes x Ideale Gaskonstante x Temperatur
Wenn alle anderen Variablen konstant bleiben, erhöht sich durch den Druckanstieg über die Kompression die Temperatur, wodurch der Kraftstoff verbrennt. Aufgrund ihrer Konstruktion ermöglichen Dieselmotoren einen effizienten Betrieb bei hoher Leistung.
Bei der Stromerzeugung mit Wechselstrom ist die Frequenz der Wechselstrom-Sinuswelle proportional zur Motordrehzahl. Folglich steuern Regler die Drehzahl des Motors und des Generators, um die Frequenz konstant zu halten. Sie tun dies, indem sie die benötigte Leistung an die veränderte Last anpassen. Wenn weniger oder mehr Leistung benötigt wird, stellt der Regler weniger oder mehr Kraftstoff zur Verfügung, um die entsprechende Lastanforderung zu erfüllen, ohne die Motordrehzahl zu ändern. Bei hoher Last wird mehr Wärme erzeugt als bei niedriger Last, obwohl die Motoren in beiden Fällen mit der gleichen Drehzahl laufen.
Die Eigenschaften, die Dieselmotoren bei hohen Lasten so effektiv machen, stellen auch ein potenzielles Problem für die Zuverlässigkeit und Leistung dar, wenn sie mit geringer Last betrieben werden. Der Betrieb bei geringer Last kann zu Betriebstemperaturen führen, die unter den vorgesehenen Werten liegen. In diesem Fall ist die Kraftstoffverbrennung unvollständig. Zu den Produkten einer unvollständigen Verbrennung gehören Kohlenstoffsubstanzen, die sich auf internen Motorteilen wie Kolben, Kolbenringen und Auslassventilen ablagern. Außerdem können sich nasse, unverbrannte Kraftstoffreste in der Abgasanlage ansammeln, was als "Wet Stacking" bezeichnet wird.
Das Problem beim Wet-Stacking besteht darin, dass sich der Rußschlamm aus der unvollständigen Verbrennung auf den Oberflächen des gesamten Abgassystems ablagert. Dies verursacht mehrere Probleme. Starke Ablagerungen können den Abgasstrom behindern und einen übermäßigen Gegendruck verursachen, der zu Leistungseinbußen oder sogar zum Abschalten des Motors führen kann. Außerdem können sie die Abgasreinigungsanlagen verschmutzen, was zu einer Erhöhung der Schadstoffemissionen führt. Unter bestimmten Bedingungen können die Rückstände auch eine Brandgefahr darstellen.
Lösungen für Nassstapelung
Die grundlegendste Lösung für das Problem der nassen Stapelung besteht darin, die Motoren "härter" zu betreiben, d. h. mit höherer Last, wodurch mehr Wärme erzeugt wird. In diesem Zusammenhang geben einige Hersteller an, dass es sich empfiehlt, die Motoren nach mehreren Stunden Niedriglastbetrieb für einen bestimmten Zeitraum mit hoher Last laufen zu lassen, um die Abgastemperaturen zu erhöhen und den angesammelten Schlamm abzubrennen. Diese Lösung behebt jedoch nicht den Grund, warum ein Aggregat zu Beginn mit geringer Last lief. Wenn die Last während eines Generatorlaufs nicht ausreichend war, woher soll dann die zusätzliche Last kommen, um den daraus resultierenden Zustand zu korrigieren? Zunächst muss der Grund für den Betrieb mit geringer Last ermittelt werden.
Anlagen laufen aus verschiedenen Gründen bei geringer Last. Die Höhe der Last in der Einrichtung variiert je nach zeitlichen Veränderungen im Betrieb der Einrichtung sowie nach Tageszeit, Jahreszeit, Wetterbedingungen und mehr. So übersteigt beispielsweise die Gesamtlast in einem Krankenhaus an einem Sommernachmittag mit einer Temperatur von 29°C (85°F) bei weitem die Gesamtlast in der folgenden Nacht, wenn die Umgebungstemperatur auf 13°C (55°F) sinkt. Wenn die Gebäudelast zum Testen von Generatoren verwendet wird, entscheiden sich die Verantwortlichen oft dafür, die Tests nachts durchzuführen, weil dann weniger Betriebsabläufe gestört werden. Dies kann jedoch zu einer unzureichenden Last für die Tests führen. Außerdem ziehen es viele Einrichtungen vor, keine Gebäudelast zu verwenden, um mögliche Störungen durch Tests zu vermeiden. In jedem Fall muss für eine ausreichende Last gesorgt werden.
Lastbänke sind eine unkomplizierte Lösung für die Entwicklung der benötigten Lastmengen. Sie wandeln Strom in Wärme um, die an die Umgebung abgeleitet wird. Dieser Prozess belastet die Stromquelle. Die Menge der Last kann durch die Steuerung der Lastbank variiert werden. Die Art der elektrischen Last kann durch die Angabe des entsprechenden Lastbanktyps(ohmsch, induktiv, kapazitiv oder Kombinationen) bestimmt werden. Dies ermöglicht eine flexible Prüfung auf folgende Weise:
- Einrichtungen können zusätzliche Lastbänke verwenden, um jederzeit Mindestlasten zu erreichen, unabhängig von der Echtzeit-Gesamtlast des Gebäudes.
- Einrichtungen können die Übertragung von Gebäudelasten für Tests vermeiden, indem sie Lastbänke verwenden, die die gesamte Lastmenge liefern.
Für regulierte Anlagen sind nach den geltenden nordamerikanischen Vorschriften monatliche Tests bei mindestens 30 % der Generatorleistung für mindestens 30 Minuten vorgeschrieben. Für andere Arten von Prüfungen gelten andere Parameter. Unabhängig von der Belastung und der Dauer bieten Lastbänke unkomplizierte Lösungen für die Einhaltung der Anforderungen und die Rationalisierung der Prüfvorgänge.
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