Auf Zukunft ausgelegt

Motoren

Motoren - Die neue Baureihe 1600 von MTU zielt auf niedrige Emissionswerte ohne Einbußen bei Leistung und Zuverlässigkeit ab.

18. August 2009

Verschärfungen der Grenzwerte sind in Europa und in den USA für Generatoranwendungen beschlossene Sache. Im Gegensatz zum Vorgehen bei Bahnmotoren und Motoren in mobilen Geräten müssen Antriebe für Generatormotoren mit Leistungen über 900kW schon 2011 extrem stark reduzierte NOX-Emissionen einhalten (0,67 g/kWh) und ab 2015 auch reduzierte Partikelemissionen (0,03g/kWh).

Die Partikelemissionen werden für die meisten Anwendungen zwischen 2012 und 2015 auf einen maximalen Grenzwert von 0,02 bis 0,04 g/kWh beschränkt. Für Motoren mit Leistungen unter 560kW tritt ab 2011 zusätzlich der Nonroad-Transient-Cycle (NRTC) in Kraft. Zusätzlich werden HC, CO und zukünftig auch Ammoniak limitiert werden.

Die Emissionsgesetzgebungen in Europa und in den USA übertragen dem Motorenhersteller die Haftung dafür, dass die Motoren die Grenzwerte dauerhaft bis zum Ende ihrer nutzbaren Lebensdauer einhalten. Diese Garantie zwingt die Hersteller im Vorfeld zu umfangreichen Untersuchungen über das Emissionsverhalten der Motoren während der Lebensdauer und zur Erarbeitung eines Wartungsplans, der die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte gewährleistet.

Die Optimierung der klassischen dieselmotorischen Brennverfahren durch Einspritzung, Luftzuführung und Brennraumgeometrie bleiben wichtige Bestandteile der Maßnahmen zu Emissionsreduktion. Sie reichen alleine aber schon spätestens 2011 nicht mehr aus, um die NOX- und Partikel-Grenzwerte zu erfüllen. Zudem ist mit der Absenkung der NOX-Emissionen mit einfachen Methoden stets eine Verschlechterung des Wirkungsgrades und damit auch der CO2-Emissionen verbunden.

Während die CO2-Emissionen als Treib-hausgas für einige Anwendungen im Vordergrund stehen, ist speziell bei den großen Motoren (>560kW) der Kraftstoffverbrauch als wirtschaftlicher Aspekt für den Betreiber entscheidend. Daher werden zusätzliche innermotorische Maßnahmen und Abgasnachbehandlungsstrategien erforderlich, um diesen Zielkonflikt zu lösen. Dazu zählen:

•Miller-Verfahren für moderate NOX-Absenkung über den EPA Tier-II-Stand

•Abgasrückführung (AGR) für innermotorische NOX-Absenkung bis 2g/kWh

•Selektive katalytische Reduktion (SCR) zur weiteren NOX-Absenkung

•Hochdruckeinspritzung zur Absenkung der Partikelrohemissionen (bis 2500 bar) bis zirka 0,025g/kWh

•Diesel-Partikel-Filter (DPF)

•Hoher Spitzendruck bis 250bar für einen guten Kraftstoffverbrauch.

»Über innermotorische Maßnahmen hinaus, ist eine Wirkungsgradsteigerung des Antriebssystems erforderlich«, betont Dr. Christoph Teetz, Leiter Vorentwicklung & Analytik bei der MTU Friedrichshafen. Denkbar sei hier ein intelligentes Energiemanagement des Hauptabtriebs und der Nebenantriebe sowie die Nutzung der im Kühlwasser und Abgas noch vorhandenen Restwärme.

Die künftigen Techniken zur Emissionsreduktion würden zu einer Erhöhung der Komplexität der Motoren und der Antriebsanlagen führen, glaubt Dr. Teetz. Hier verfüge der Dieselmotor jedoch über ein erhebliches Entwicklungspotenzial.

Verzicht auf komplexität

Aufgezeigt hat dies MTU bei der neuen Baureihe 1600. Diese Dieselmotoren mit Leistungen zwischen 270 und 730kW erweitern das Produktportfolio im unteren Leistungsbereich. »Sie eignen sich ideal für die Notstromversorgung, bei der gute Integrationsfähigkeit in Gebäude sowie schnelle Lastaufschaltung in großen Stufen bei gleichzeitig stabilem Regelverhalten gefordert sind«, erläutert Projektleiter Thomas Harr.

Das Motorkonzept ist laut MTU bereits für künftige Emissionsgrenzen ausgelegt. »Für Generatorantriebe können die aktuellen Grenzwerte, die für Notstromaggregate auch über 2015 hinaus gültig bleiben, noch durch rein innermotorische Maßnahmen eingehalten werden.«

Bei der neuen Baureihe habe man ganz bewusst auf komplexe und kostenintensive Technologien wie AGR oder zweistufige Aufladung verzichtet. Dennoch erreiche man »hervorragende Ergebnisse in Effizienz und Lastschaltverhalten«.

Die Kunden hätten bereits beim Product Launch im Mai in Konstanz sehr positiv reagiert, berichtet Projektleiter Harr. Dies bestätige sich auch durch die große Nachfrage an Gendrive Vorserienmotoren. Erfreulich bewertet er zudem, dass »trotz der derzeitigen Wirtschaftskrise bereits konkrete Aufträge vorliegen, und dass wir Kunden finden konnten, welche heute noch nicht zur unserer Klientel gehören.« (mn) <

Erschienen in Ausgabe: 7-8/2009