Was ist ein Zweistoffmotor und welche Vorteile hat er für Öl- und Gasanwendungen?

Die Steinzeit endete nicht, weil der Welt die Steine ausgingen, und das Ölzeitalter wird nicht enden, weil uns das Öl ausgeht1 Stattdessen wird das Ölzeitalter enden, wenn wir (Gemeinschaften, Unternehmen und Regierungen) die Energiewende zu unserem Endziel beschleunigen: 100 % erneuerbare Energie.
Auf diesem Weg der Energiewende gibt es große Schritte, die wir alle feiern, wie etwa den verstärkten Einsatz von grünem Wasserstoff im Schienenverkehr. Es gibt auch inkrementelle Schritte - solche, die in die richtige Richtung weisen, diejenigen, die den Status Quo in Frage stellen, und solche, die uns unserem Endziel näher bringen.
Die Öl- und Gasindustrie unternimmt inkrementelle Schritte, um ihren ökologischen Fußabdruck zu reduzieren und ihre finanzielle Leistung zu verbessern. Einer dieser Schritte ist die Verwendung von Zweistoffmotoren, die als der richtige unmittelbare nächste Schritt angesehen wird. Die Branche nutzt auf dieser Reise bereits Technologien von Mikronetzen bis hin zu ultra-emissionsarmen Motoren. Zweistoffmotoren sind die richtige Ergänzung zu diesem Portfolio.
Die Dual-Fuel-Motorentechnologie hat sich im Laufe der Jahre bei Bohrungen und der Wartung von Bohrlöchern bewährt. Angesichts des zunehmenden Interesses an diesen Dual-Fuel-Lösungen wird in diesem Artikel erläutert, was Dual-Fuel-Motoren sind und welche Vorteile sie bei Erdöl und Erdgasanwendungen bieten.
Was ist ein Dual-Fuel-Motor und wie funktioniert er?
Motoren, die mit einer Mischung aus zwei verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden können, werden als Dual-Fuel-Motoren bezeichnet. Häufig werden in Dual-Fuel-Motoren Diesel- und Erdgaskraftstoffe zusammen verwendet. Oft können Dual-Fuel-Motoren, die Diesel und Erdgas mischen, auch nur mit Dieselkraftstoff betrieben werden, wenn das Erdgas vorübergehend nicht verfügbar ist.
Neben Erdgas und Diesel können einige Dual-Fuel-Motoren auch unterschiedliche Mischungen von Biodiesel, Deponiegas, Biogas und anderen Kraftstoffen verwenden.
Sind alle Dual-Fuel-Motoren gleich?
Das sind sie nicht; die Unterschiede zwischen Dual-Fuel-Motoren gehen weit über „Tomayto" und „tomahto" hinaus.
Während die Funktionsprinzipien von Dual-Fuel-Motoren gleich sind, gibt es bei Dual-Fuel-Motoren bemerkenswerte Unterschiede bei den Gesamtbetriebskosten (TCO) und der Betriebszeit. Faktoren wie die Erdgassubstitutionsrate, die Qualität des Erdgases, die erzeugten Emissionen und die Zuverlässigkeit der Geräte können sich auf die Betriebseffizienz auswirken.
Die Substitutionsrate ist ein Schlüsselbegriff im Zusammenhang mit Dual-Fuel-Motoren. Die Substitutionsrate ist der Anteil der Brennstoffenergie, der durch Erdgas bereitgestellt wird. Beim Vergleich von Zweistoffmotoren gibt es zwei wichtige Überlegungen zur Substitutionsrate:
- Lastfaktor: Es ist wichtig, die Substitutionsraten verschiedener Motoren bei gleichem Lastfaktor zu vergleichen, bei dem Ihre Motoren in der Regel im Einsatz sind. Ein strikter Vergleich der "maximalen" Substitutionsraten verschiedener Motoren könnte Sie täuschen und verhindern, dass Sie die Vorteile von Dual-Fuel-Motoren optimal nutzen.
- Diesel-Kraftstoffverbrauch: Berücksichtigen Sie beim Vergleich der Substitutionsraten auch den Dieselkraftstoffverbrauch der Motoren. Wenn ein Motor einen besseren Dieselkraftstoffverbrauch aufweist, dann beginnt dieser Motor mit dem Vergleich der Substitutionsrate mit einem wichtigen Vorteil.
Mehr über die Funktionsweise von Dual-Fuel-Motoren erfahren Sie hier.
Vorteile von Dual-Fuel-Motoren in Erdöl- und Erdgasanwendungen
In der Erdöl- und Erdgasindustrie sind Dual-Fuel-Motoren bei Bohr- und Bohrlochsanierungsarbeiten der häufigste Einsatzbereich für Geräte. Dies liegt an den finanziellen und ökologischen Vorteilen, die Bohr- und Wartungsunternehmen mit Dual-Fuel-Motoren gemacht haben. Schauen wir uns diese Vorteile von Dual-Fuel-Motoren in Erdöl- und Erdgasanwendungen genauer an.
Dual-Fuel-Motoren reduzieren die Umweltbelastungen beim Betrieb von Erdöl- und Erdgasanlagen
Erdgas wird bei der Stromerzeugung oft als „Brücke in die Zukunft der erneuerbaren Energien" bezeichnet. In der Tat stammen 40 % der in den USA erzeugten Elektrizität aus Erdgas. Der Rest verteilt sich gleichmäßig auf Kohle, Kernkraft und erneuerbare Energien.
"Umwelterwägungen sind ein wichtiger Grund dafür, dass sich viele Unternehmen, einschließlich Betreibern von Bohranlagen und Bohrlochwartung, für Erdgas gegenüber anderen fossilen Brennstoffen entscheiden", sagt Cio Escobar, General Manager des Öl- und Gasmarktsegments von Cummins. "Diejenigen, die Diesel durch Erdgas ersetzen, erleben mehrere entscheidende ökologische und betriebliche Vorteile", sagte er auch.
Hier sind drei dieser Umweltaspekte.
- Reduzierung der Raffinierung und des Transports von Dieselkraftstoff: Dieselkraftstoff hat einen langen Weg vom Bohrloch bis zu Ihrem Benzintank hinter sich. Indem Sie das vor Ort verfügbare Gas in Ihren Dual-Fuel-Motoren nutzen, verringern Sie auch den Bedarf dieser Betriebe an der Aufbereitung und Lieferung von Dieselkraftstoff zu Ihrem Standort. Dies wiederum reduziert die mit dem Transport und der Raffinierung verbundenen Umweltauswirkungen.
- Reduzierte Verbrennung: Ein weiterer wichtiger Umweltvorteil, der durch den Einsatz von Erdgas vor Ort erreicht wird, ist die Reduzierung des Gasabfackelns. Das überschüssige Erdgas, das beim sogenannten Abfackeln verbrannt wird, kann für den Betrieb der Dual-Fuel-Motoren am Bohrlochstandort verwendet werden.
Dual-Fuel-Motoren sorgen für finanzielle Einsparungen durch geringeren Dieselkraftstoffverbrauch
Die Kraftstoffkosten sind einer der wichtigsten Ausgaben für Bohr- und Wartungsarbeiten. Dual-Fuel-Motoren bringen finanzielle Einsparungen in Form von reduzierten Betriebskosten (OpEx).
So werden die reduzierten Betriebskosten realisiert.
- Ersetzen des Dieselkraftstoffs durch Erdgaskraftstoff: wie bereits erwähnt, muss Dieselkraftstoff einen längeren Weg zurücklegen, bis er die Motoren an einem Bohrloch erreicht. Dieser Weg umfasst die Erdölgewinnung, den Erdöltransport, die Dieselproduktion in einer Raffinerie, die Lagerung, den Transport und die Lieferung an den Tanklastwagen. All diese Schritte auf dem Weg zum Diesel verursachen zusätzliche Kosten. Währenddessen kann das am Bohrloch erzeugte Erdgas vor Ort verarbeitet unddirekt an die Motoren geliefert werden. Die Nutzung des vor Ort verfügbaren Erdgases anstelle von Diesel führt zu Betriebseinsparungen für Bohr- und Brunnenbauunternehmen.

Dual-Fuel-Motoren arbeiten mit dieselähnlicher Leistung
In der Vergangenheit waren Dieselmotoren vor allem wegen ihrer soliden Leistung die erste Wahl bei Erdöl- und Erdgasanlagen. Dieselmotoren sind für ihre Langlebigkeit bekannt, und Dieselkraftstoff bietet eine sehr hohe Leistung. Diese sind immer noch sehr genau. Inzwischen haben sich auch Erdgasmotoren im Laufe der Jahre verändert. Werfen wir einen Blick auf die Motorleistung unter drei Aspekten:
- Leistungsdichte: Die Leistungsdichte ist die Leistung eines Motors pro Einheit des Motorvolumens. Bei Motoren mit großem Hubraum ist die Leistung von größeren Erdgasmotoren oft mit der von kleineren Dieselmotoren vergleichbar. Mit anderen Worten: Dieselmotoren haben eine höhere Leistungsdichte als reine Erdgasmotoren. Inzwischen gibt es auch Dieselmotoren, die für Dual-Fuel-Anwendungen geeignet sind. In Verbindung mit der elektronischen Steuerung im Motor kann ein Dual-Fuel-Motor im Dual-Fuel-Betrieb eine dieselähnliche Leistung erzielen.
- Einschwingverhalten: Das Einschwingverhalten ist die Fähigkeit eines Motors, auf wechselnde Leistungsanforderungen im Betrieb zu reagieren. Viele Öl- und Gasanwendungen erfordern ein instationäres Ansprechverhalten, das 100%ige Erdgasmotoren oft nur schwer erfüllen können. In der Zwischenzeit können ausgewählte Dual-Fuel-Motoren ein vergleichbares Einschwingverhalten wie ihre reinen Diesel-Alternativen bieten.
- Optimierter Betriebsbereich: Motoren laufen oft in einem Standardbetriebszyklus, der auf die jeweilige Anwendung abgestimmt ist. Der Einsatz einer neuen Technologie wie Dual-Fuel kann manchmal Änderungen dieses Betriebsmusters erfordern, um maximale Kraftstoffeinsparungen zu erzielen. Die Optimierung des Zweistoffmotors behebt dieses Problem, indem die maximale Substitutionsrate von Erdgas in dem idealen Betriebsbereich gewährleistet wird, der von Öl- und Gasanwendungen benötigt wird. Dies maximiert den Teil der Kraftstoffenergie, die von Erdgas bereitgestellt wird, was zu einer verbesserten Leistung bei Öl- und Gasanwendungen führt.
Wenn Sie bereits über Motoren verfügen, die aufgerüstet werden können, können Sie mit Dual-Fuel-Kits Geld sparen
In vielen Erdöl- und Erdgasanwendungen kommen bereits Motoren zum Einsatz, die mit Dual-Fuel-Kits aufgerüstet werden können. Das ist ein guter Ausgangspunkt, denn Sie können jetzt Geld sparen und die Umwelt schonen, indem Sie sich für ein Dual-Fuel-Kit statt für einen neuen Dual-Fuel-Motor entscheiden.
- Finanzielle Vorteile: Der Dual-Fuel-Kit kostet weniger als der Kauf eines neuen Motors und erfordert nur minimale Änderungen am vorhandenen Motor, was den Aufwand für die Integration der Ausrüstung reduziert. Dadurch verringert sich der Gesamtkapitalbedarf für die Aufrüstung Ihrer Flotte und das Erreichen von Betriebs- und Nachhaltigkeitszielen.
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Verweise:
1 The Economist (Jul 24, 1999). Fuel cells meet big business (Brennstoffzellen erfüllen ein großes Geschäft) [Artikel]. Von https://www.economist.com/