Verwaltungsvorschrift TA-Luft
und Bundes-Immisionsschutz-
gesetz im Rahmen der
Flexibilisierung
Heinrich Baas
Caterpillar Energy Solutions GmbH
A G E N D A
1 . C AT E R P I L L A R E N E R G Y S O L U T I O N S
2 . N e u e E m i s s i o n s g r e n z w e r t e f ü r G a s m o t o r e n
N o v e l l i e r u n g d e r TA - L u f t
E U - R i c h t l i n i e M C P D
M o t o r e n v e r o r d n u n g B I m S c h V
3 . U m s e t z u n g d e r E m i s s i o n s v o r g a b e n
F o r m a l d e h y d
M e t h a n / T H C
S t i c k o x i d e N O x m i t S C R - Te c h n i k
4 . F l e x i b l e r A n l a g e n b e t r i e b
E m i s s i o n s r e g e l u n g d e r G a s m o t o r e n C E S
S t a r t v o r g a n g m i t O x i d a t i o n s - u n d S C R - K a t a l y s a t o r
S c h n e l l s t a r t d e s T C G 2 0 2 0 V 2 0
5 . E m i s s i o n s m e s s u n g
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105.700
Mitarbeiter
175 Cat Dealer
mit 162.000
Mitarbeitern
59 % Umsatz außerhalb
Nordamerikas
Umsatz 2016:
Mrd. $ 38.500
300 Produkte in
182 Ländern
8 Flagship R&D
Centers
19
Marken
$
Caterpillar Allgemeines
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Caterpillar Produkte und Systeme
FUEL
AIR
AFTERTREAT
MENT
COOLING
C27/C32
C175
3500
C280/3600
Perkins
4000 Series
MWM
TCG 2020
MaK
M20/M25
MWM
TCG 2032
MWM
TCG 2016
MaK
M32/VM32,
M43/VM43
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2 0 0 7
1 8 8 0
1 8 8 6
1 9 1 0
1 9 2 2
1 9 5 3
2 0 0 5
1 8 7 1
2 0 0 8
2 0 11
2 0 1 3
► Carl Benz legt mit der Gründung seiner „Mechanischen Werkstätte“ in Mannheim
den Grundstein► Produktion des ersten Gas-Motors
► Patent-Nr. 37435 wird für den Patent-Motorwagen erteilt
► Beginn der Fertigung von Dieselmotoren
► Firmenteilung. Es entstanden die „Motorenwerke Mannheim
AG, vorm. Benz, Abt. stationärer Motorenbau.“
► Erste Fertigung luftgekühlter Kleindieselmotoren mit dem
patentierten MWM Gleichdruck-Vorkammer-Verfahren
► Die Deutz AG gründet die eigenständige Tochter Deutz Power
Systems
► Verkauf an den Finanz-Investor 3i im Oktober
► Re-Branding zur MWM
► MWM GmbH wird Teil der Caterpillar Inc.
► Aus MWM GmbH wird Caterpillar Energy Solutions GmbH
C AT E R P I L L A R E N E R G Y S O L U T I O N S – C H R O N O L O G I E
► Die Deutz AG übernimmt die Motorenwerke Mannheim 1 9 8 5
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C AT E R P I L L A R E N E R G Y S O L U T I O N S – Z W E I - M A R K E N
S T R AT E G I E
Caterpillar Energy Solutions
Cat DealerMWM-Vertriebs-
und Servicepartner
Kunden
Neuanlagen
MWM-
Service
MWM-
Vertrieb
Ersatzteile
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CG260/
TCG 2032
CG170/
TCG 2020
CG132/
TCG 2016
16 zyl.
12 zyl.
20 zyl.
16 zyl.
12 zyl.
16 zyl.
12 zyl.
8 zyl. 400
400
800
800
1200
1200
1560
1560
2000
2000
3333
3000
4500
4050
600
600
Leistung der Aggregate in kWel
P R O D U K T P O R T F O L I O M A N N H E I M
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Neue Gasmotorenbaureihe
CG 132B-V16 Stromaggregat TCG
3016 -V12 Stromaggregat
Elektr. Leistung: 800 kW
Elektr. Leistung: 600 kW
Marine Energie
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CG 132B-V16 Stromaggregat TCG 3016 -V12 Stromaggregat
Elektr. Leistung: 800 kW Elektr. Leistung: 600 kW
Seite 8
Standardisierte KWK-Anlagen
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S c h n e l l s t a r t d e s T C G 2 0 2 0 V 2 0
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Novellierung der TA-Luft:
Vorgaben für Verbrennungsmotoren:
Die neue TA-Luft soll bis Anfang 2018 in Kraft treten.
Die Emissionsgrenzwerte bleiben bis auf Formaldehyd bei den
Werten der TA-Luft 2002.
Formaldehyd-Werte werden aus der LAI-Empfehlung von Anfang
2016 übernommen.
Jährlich wiederkehrende Emissionsmessungen werden gefordert.
Auch Prüfstände für Verbrennungsmotoren werden geregelt.
Zeitplan:
Mitte 2018: Voraussichtliche Veröffentlichung und Inkrafttreten
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Abgasemissionen von Gasmotoren
Formaldehyd
Neuanlagengrenzwert:
30 mg/mn3 ab 01.01.2016
20 mg/mn3 ab 01.01.2020
Altanlagengrenzwert:
30 mg/mn3 spätestens ab 05.02.2018, wenn bisher >40 mg/mn3
30 mg/mn3 spätestens ab 05.02.2019, wenn bisher <40 mg/mn3
Messungen und Überwachung von Emissionen
Jährlich wiederkehrende Einzelmessung für Stickoxide, Formaldehyd
und Kohlenmonoxid für Anlagen mit Erdgas, Biogas, Grubengas oder
Klärgas ab 01.01.2016
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Vollzugsempfehlung Formaldehyd und
Neuregelung Emissionsminderungsbonus
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Ab 01.07.2018 wird der HCHO Grenzwert für Emissions-
minderungsbonus im Biogasbetrieb auf 20 mg /mn3 gesenkt
2017 2018 2019 2020
Neue Motoren 30 30 30 20
Bestand Erdgas > 40 mg/mn3 60 30 30 30
Biogas <40 mg/mn3 40 40 30 30
Bonus Biogas <40 mg/mn3 40 20 20 20
Meist Katalysatortausch notwendig
Umsetzung der EU-Richtlinie MCPD
Umsetzung in eine Motorenverordnung im Rahmen BImSchV
Auszug aus der MCPD:
“The MCP Directive entered into force on 18 December 2015 and will
have to be transposed by Member States by 19 December 2017.
The emission limit values set in the MCP Directive will have to be
applied from 20 December 2018 for new plants and by 2025 or 2030
for existing plants, depending on their size.”
Die Emissionswerte aus dem Entwurf zur Novellierung der TA-Luft
sollen in die MCPD übernommen werden.
Zeitplan:
Mitte 2018: geplantes Inkrafttreten
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Motorenverordnung BImSchV aktueller Stand
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Formaldehyd – Stand der Technik
Betrachtung Gesamtsystem Motor und
Abgasnachbehandlung notwendig
- Zielkonflikt:
NOX ↔ HCHO, η ↔ HCHO
- niedrigste Formaldehydemissionen
bei hohen NOX-Emissionen und
schlechten Wirkungsgraden
- für hohe Wirkungsgrade und
geringe Stickoxidemissionen ist
eine Abgasnachbehandlung notwendig
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Oxidationskatalysator
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Oxidationskatalysator
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Methankatalysator
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Abschätzung Betrieb gemäß TA-Luft neu
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Reaktionsablauf im SCR-Katalysator
Quelle: Steuler
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SCR-System
Quelle:Emission Partner
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 23
Abschätzung Betrieb gemäß TA-Luft neu
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Gemischaufladung
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Emissionsregelung
- TEM Evo regelt die NOx Emission über
die mittlere Temperatur im Zylinder.
- Mittels Thermoelement wird die Temperatur
im Brennraum gemessen.
- Die NOx Emission ist der Temperatur im
wesentlichen proportional.
- Damit ergibt sich eine robuste, dauerfeste
NOx Regelung im Magerbereich.
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Gasmischer
• Venturi Multi- Gasmischer,
einstellbar für Multi Gasbetrieb
• Einfache Regelung der
Gemischmenge auch bei
schwankendem Heizwert
• Zweigas Betrieb möglich
mit fliesendem Übergang
von einem Gas zum anderen
falls gewünscht
Gas
Luft
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 28
MWM Zünd- System
Kammer-Zündkerze
MWM verwendet ein patentiertes
Zündkerzen Design
Diese Zündkerze kombiniert eine
einfache Zündkerze mit den Vorteilen
einer Vorkammer:
Intensive Zündung
Schnelle Verbrennung
Zuverlässig, lange Lebensdauer
Einfache Wartung
Kontinuierliche Weiterentwicklung des
Systems durch Simulation und
praktische Tests
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Verbrennungsregelung
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine
M
MMSollwerte
TBrenn
Pel
pLade
nmot
Mehr-
größen-
regler
nmot
TBrenn
Pel
pLade
Gasmischer
Drosselklappe
Wastegate
Luft
Brenngas
Turbolader
Motor Generator
Seite 30
TPEM System Übersicht
HAS
I/O Controller
Customer-Ethernet
Internet
Switch,
Router
UMTS
InternetRendezvous
Server
TPEM RC
TPEM RC
Ethernet
TPEM CC
TPEM HMI
TPEM CB
GLF
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Oxidationskatalysator, Startvorgang
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 32
Startverlauf mit SCR-Katalysator
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 33
Abgastemp. vor Katalysator
Leistung
Abgastemp. nach Katalysator
Drehzahl
SCR-Katalysator , Startvorgang,
Groß-Gasmotor
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Schnellstart des TCG 2020 V20
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 35
Stand der Emissionsreduzierung bei CES:
- Alle im Rahmen der Novellierung der TA-Luft geplanten
erhöhten Grenzwert können eingehalten werden
- Stickoxide (NOx) mittels SCR-Katalysator bzw. durch
Motoreinstellung
- Kohlenmonoxid (CO) mittels Oxidationskatalysator
- Formaldehyd (HCOH) mittels Oxidationskatalysator
- Gesamtkohlenstoffe (THC) durch Motoreinstellung
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 36
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Auszüge aus der Präsentation des UBA
zum Fachgespräch am 25.04.2016 in Berlin
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Auszüge aus der Präsentation des UBA
zum Fachgespräch am 25.04.2016 in Berlin
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Auszüge aus der Präsentation des UBA
zum Fachgespräch am 25.04.2016 in Berlin
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 40
Vorschlag des VDMA
• Jährliche Überprüfung durch akkreditierte Messinstitut
und Meldung an die Aufsichtsbehörde.
• Bei Emissionsmessungen werden die relevanten
Motorparameter dokumentiert und der Aufsichtsbehörde
gemeldet.
• Bei Motorparameteränderungen sind
Emissionsmessungen durchzuführen und zu melden.
• Verplombung des Katalysators.
• Bei Einsatz von SCR-Systemen ist der Harnstoffbezug zu
dokumentieren.
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 41
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Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 42
Emissionensvergleich PKW / Gasmotor-Anlagen
1)bezogen auf Masse C
2)nur CHOH
3)PKW: Mittlere Geschwindigkeit und Antriebsleistung gemäß NEFZ: 34 km/h u. 4 kW
4)Gasmotor: Motorwirkungsgrad ca. 43% und Luftverhältnis ca. 1.8
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 43
Ausblick:
- Die Abgasemissionen von Gasmotoren bleiben in der Diskussion, verschärfte
gesetzliche Vorgaben kommen auf uns zu.
- Caterpillar Energy Solutions GmbH arbeitet an vielen Stellen mit, damit die
Interessen der BHKW Branche, die Interessen unserer Kunden berücksichtigt
werden.
- Caterpillar Energy Solutions GmbH beteiligt sich aktiv und intensiv an
Forschungsvorhaben zur Reduzierung der Abgasemissionen und führt zusätzlich
eigene Entwicklungen hierzu durch, damit unsere Produkte auch die zukünftigen
gesetzlichen Vorgaben erfüllen.
- Die Emissionsgrenzwerte in der geplanten BImSchV nach heutigem Stand können
mit den Gasmotoren von Caterpillar Energy Solutions GmbH und den zugehörigen
Katalysatoren eingehalten werden.
Flexanlagen in Aktion, 29.11.2017 Caterpillar Vertraulichkeitsstufe: keine Seite 44
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