Sichere und nachhaltige Energieversorgung 12-13.10.2010


Technologien f√ľr Offshore-Windturbinen
Dipl.-Ing./Dipl. Wirt.-Ing. Albert Kriener
E.ON Climate & Renewables betreibt Offshore-Windparks mit einer installierten Kapazit√§t von rund 300 MW. Rund 400 MW sind derzeit im Bau. Durch die bislang gesammelten Erfahrungen und Projekte von aktuell mehr als 4.000 MW in der Entwicklung, spielt E.ON eine f√ľhrende Rolle in der Offshore-Windenergieerzeugung.
Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Entwicklung der Kernenergie
Prof. Didier Haas
Der Weltenergiebedarf wird voraussichtlich bis 2030 um mehr als 50 % steigen. Ausgehend von derzeitigen Tendenzen wird die Importabh√§ngigkeit der Europ√§ischen Union in den kommenden 20 bis 30 Jahren von derzeitig 50 % auf etwa 65 % steigen, mit einem nennenswerten Anteil aus politisch als instabil geltenden Regionen. Die Energieumwandlung auf der Basis fossiler Brennstoffe steht wegen der Verpflichtung zur Reduktion von Treibhausgasen neuen technischen und √∂konomischen Herausforderungen gegen√ľber: einerseits der Abtrennung des Kohlendioxids und ‚Äď was derzeit als weit schwieriger betrachtet wird ‚Äď der sicheren langfristigen Lagerung von CO2; andererseits dem Einfluss von steigenden Kosten.
Entwicklungslinien bei Wasser-Dampf-Kreisl√§ufen und Dampfturbinen f√ľr solarthermische Kraftwerke
Dipl.-Ing. Klaus Behnke, Dr.-Ing. Thomas Polklas, Dr.-Ing. Mark André Schwarz, Prof. Dr.-Ing. Ilja Tuschy, Dipl.-Ing. (FH) Aiko Vogelsang
Vor dem Hintergrund des drohenden Klimawandels kommt der Nutzung erneuerbarer Energiequellen in zuk√ľnftigen Energieversorgungsszenarien eine immer gr√∂√üere Bedeutung zu. In entsprechenden Planungen spielen bei den Kraftwerkstechnologien solarthermische Kraftwerke eine zentrale Rolle. Unter den verschiedenen Technologiekonzepten f√ľr solarthermische Kraftwerke haben derzeit Dampfkraftprozesse mit linear konzentrierenden Solarsystemen besonderes Gewicht. Die Vorteile solcher Kraftwerke liegen darin, dass es bereits eine Vielzahl technischer Referenzen gibt. Dazu kann in gro√üen Teilen, n√§mlich insbesondere bei den Komponenten des Wasser-Dampf-Kreislaufs, auf etablierte Kraftwerkstechnik zur√ľckgegriffen werden. Au√üerdem gibt es, vor allem getrieben durch die Weiterentwicklung der Solarfeldkomponenten, noch ein erhebliches Technologiepotenzial.
CO2-R√ľckhaltung aus Rauchgasen kohlebefeuerter Kraftwerke
Dipl.-Ing. Elizabeth Heischkamp, Dr. phil. nat. Peter Behr, Dr.-Ing. Gerd Oeljeklaus, Prof. Dr.-Ing. Klaus Görner
In den kommenden Jahren werden aus Altersgr√ľnden nennenswerte Kraftwerkskapazit√§ten in ganz Europa ersetzt werden m√ľssen. Hierbei wird ‚Äď aufgrund geforderter Umweltschutzanforderungen ‚Äď nach Wegen gesucht, CO2-Emissionen aus Kraftwerksrauchgasen wesentlich zu reduzieren. Eine chemische Rauchgasw√§sche stellt eine solche M√∂glichkeit dar. Als Basis f√ľr dieses Verfahren wird h√§ufig Monoethanolamin (MEA) als Absorbens genommen. Im Rahmen eines Cooretec-Projekts wird am Lehrstuhl f√ľr Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik (LUAT) der Universit√§t Duisburg-Essen ein Screening alternativer Waschmittel durchgef√ľhrt.
Stand der Fusionstechnik
Prof. Dr. G√ľnther Hasinger
Der mittlere Pro-Kopf-Verbrauch der Welt liegt derzeit bei etwa 2.200 Watt (W) Prim√§renergie pro Person. Das ist zu vergleichen mit der Leistung von etwa 200 W, die ein Mensch f√ľr das reine √úberleben ben√∂tigt (denn jeder strahlt bereits etwa 100 W als K√∂rperw√§rme ab). Dabei gibt es einen deutlichen Zusammenhang zwischen Reichtum und Energieverbrauch. Die gro√üe Mehrheit der Weltbev√∂lkerung in den Entwicklungsl√§ndern muss mit einem Energieverbrauch von weit weniger als der H√§lfte des heutigen Mittelwertes auskommen, w√§hrend die reichen, entwickelten L√§nder etwa zwei bis drei Mal so viel verbrauchen, die USA und Kanada sogar etwa f√ľnf Mal so viel wie der Durchschnitt.
Marktentwicklung f√ľr regenerative/dezentrale Energieversorgung aus Sicht eines kommunalen Unternehmens
Dr. Christof Regelmann, Dipl.-Ing. Frank Wustmann, Dipl.-Ing. Swen-S√∂ren B√∂rner, Dipl.-Ing. Dr. techn. J√ľrgen Maier
Der Ausbau der Erzeugerkapazit√§ten f√ľr erneuerbare Energien ist in den letzten Jahren kontinuierlich vorangeschritten und hat deutlich an Fahrt gewonnen. Der Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch konnte seit 1993 von 3 % auf etwa 9,5 % mehr als verdreifacht werden. Den Hauptanteil an dieser Entwicklung trugen Biomasse und Windkraft. Gleichzeitig konnte die Energieproduktivit√§t der deutschen Energieversorgung seit 1990 um etwa 1,9 % p.a. gesteigert werden. Den Zielstellungen der Bundesregierung folgend m√ľsste die Prim√§renergieproduktivit√§t bis 2020 weiter um etwa 3 % p.a. erh√∂ht werden ‚Äď ein √§u√üerst anspruchsvolles Ziel.
Entwicklungsperspektiven f√ľr konventionelle Kraftwerke aus Sicht eines Energieversorgers
Dipl.-Ing. Hubertus Altmann
Die Stromversorgung der Bundesrepublik wird derzeit zu nahezu 80 % durch konventionelle Kraftwerkstechnik mit den Energieträgern Kohle, Gas und Uran sichergestellt. Mit dem massiven Ausbaus der Windenergie erreichte diese einen Anteil von 6,3 % an der gesamten Stromerzeugung im Jahr 2009.
Marktentwicklung f√ľr konventionelle Kraftwerke aus der Sicht eines Anlagenbauers
Klaus-Dieter Tigges
Der Erfolg einer Industrienation im internationalen Wirtschaftsleben wird durch einige wenige Rahmenbedingungen bestimmt. Ausbildung und Motivation der Menschen und das vorhandene Lohnniveau sind solche Bedingungen. Eine ähnliche Bedeutung hat die Qualität der Infrastruktur. Gute Verkehrswege, eine zuverlässige Wasser- und Energieversorgung sind Eckpfeiler einer erfolgreichen Volkswirtschaft.
Strommix in der EU27 ‚Äď Entwicklung der Stromerzeugung in Europa von 2007 bis 2030 ‚Äď
Thorsten Herdan, Gerd Krieger, Matthias Zelinger
Dieser Ausblick macht deutlich, dass zur Deckung des Strombedarfs sowie zur Erreichung der Klimaschutzziele in Europa auch weiterhin alle verf√ľgbaren Energietr√§ger und Energietechnologien ben√∂tigt werden. Auch wenn vor dem Hintergrund der derzeitigen Finanz- und Wirtschaftskrise die Zuw√§chse bei der Bruttostromerzeugung geringer ausfallen werden als vor der Krise angenommen, m√ľssen langfristig alle Optionen der Stromerzeugung genutzt werden.
Modernes Risiko- und Schadenmanagement bei Neubau- und Retrofitprojekten in der Kraftwerkstechnik
Dipl.-Ing. Andreas Otter
Auf Grundlage der EG-Richtlinie zum Elektrizit√§tsbinnenmarkt wurden Ende des letzten Jahrhunderts in Deutschland die M√§rkte f√ľr die leitungsgebundene Versorgung mit Strom und Gas durch die Energierechtnovelle f√ľr den Wettbewerb ge√∂ffnet. Dieser Wettbewerb f√ľhrte zu einer Vielzahl von Ver√§nderungen, wodurch sich auch die Risikosituation bei Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Kraftwerksanlagen ver√§nderte.
Erfahrungen mit Lieferungen und Leistungen aus dem internationalen Umfeld beim Bau des Steinkohlekraftwerks Duisburg Walsum
Andreas Dennewitz, Dipl.-Ing. Holger Larisch
Der Lieferantenmarkt aus dem internationalen Umfeld gewinnt immer mehr an Bedeutung. Die Qualit√§tssicherungsma√ünahmen, welche die Eigent√ľmer ergreifen m√ľssen, werden immer umfangreicher. In diesem Beitrag sollen diese beiden Faktoren am Beispiel des Projektes Walsum 10 beleuchtet werden. Dargestellt werden l√§nder- bzw. regionalspezifische Besonderheiten und Mentalit√§ten, wie sie die Evonik-EVN Walsum 10 Kraftwerksgesellschaft mbH (EEK) im Laufe der Projektabwicklung im Zusammenhang mit der Sicherung der Qualit√§t erfuhr. Einzelne Lieferanten werden dabei nicht betrachtet.
Abnahme thermischer Kraftwerke nach VDI 2048 ‚Äď am Beispiel verschiedener Kraftwerkstypen ‚Äď
Dipl.-Ing. Richard Kitzberger, Dipl.-Ing. Ralf-Roman Schmidt
Bei der √úberpr√ľfung von neu errichteten thermischen Kraftwerken und nach Retrofitma√ünahmen ist es √ľblich, den Prozess als Black-Box zu betrachten. Dies kann das Risiko beinhalten, dass immanente Messunsicherheiten zu Gunsten der Lieferanten gerechnet werden. Bei Abnahmeversuchen nach der VDI 2048 werden die wesentlichen Bilanzen √ľber das gesamte Kraftwerk modelliert und durch Messungen an neuralgischen Stellen geschlossen. Durch eine √úberbestimmtheit des Systems lassen sich Messunsicherheiten minimieren und somit der am wahrscheinlichsten die Realit√§t widerspiegelnde Zustand bestimmen.
SNCR sprengt Leistungsgrenzen
Karlheinz Huber, Dipl.-Ing. Zoltan Teuber, Dr.-Ing. Thomas Reynolds
In gro√üen Kohlekraftwerken wurde zur Rauchgasentstickung bisher ausschlie√ülich die selektive katalytische Reduktion (SCR) eingesetzt, w√§hrend das kosteng√ľnstigere, nichtkatalytische SNCR-Verfahren eher bei kleineren Kesselanlagen angewendet wurde. In einem mit Steinkohle befeuerten Kraftwerk wurde jetzt durch die ERC GmbH in mehreren Testreihen unter Beweis gestellt, dass auch in gro√üen Anlagen mit einem intelligent konzipierten SNCR-Verfahren die gesetzlichen Grenzwerte sicher eingehalten werden k√∂nnen.
Optimierung der Oxyfuel-Kraftwerkskonzepte mit der Sauerstoffbereitstellung durch Hochtemperaturmembranen
Dipl.-Ing. Jewgeni Nazarko, Dr. Ernst Riensche, Prof. Ludger Blum, Detlef Stolten
Das Grundkonzept eines Oxyfuel-Prozesses basiert auf der (teilweisen) Entfernung des Luftstickstoffes aus der Verbrennungsluft mit dem Ziel, die CO2-Konzentration im Rauchgas nach dem Verbrennungsprozess zu erhöhen. Der Luftstickstoff kann aus der Verbrennungsluft mittels diverser Verfahren entfernt werden, beispielsweise durch kryogene Luftzerlegung, Polymer- oder Mischleiter-Membranen sowie Metalloxide.
OXYCOAL-AC ‚Äď Rauchgasreinigung, Schadstoffgehalte und Betriebsverhalten der Versuchsanlage im Luft-, O2 /CO2- und Rezirkulationsbetrieb
Dipl.-Ing. Arno Kellermann, Dipl.-Ing. Martin Habermehl, Priv. Doz. Dr. rer. nat. Malte Förster, Prof. Dr.-Ing. Reinhold Kneer
Im Rahmen des OXYCOAL-AC-Verbundvorhabens wird von sechs Lehrst√ľhlen und Instituten der RWTH Aachen eine Oxyfuel-Prozessvariante untersucht, bei der zur Sauerstoffanreicherung des rezirkulierten Rauchgases eine keramische Hochtemperaturmembran verwendet wird [1]. Durch die Sauerstoffbereitstellung mittels Keramikmembran entf√§llt die in anderen Oxyfuel- Varianten anzutreffende Zwischenk√ľhlung (ggfs. mit Kondensation), so dass die Rauchgasbehandlung eine Hei√ügasreinigung bei Temperaturen von rund 850 ¬įC mithilfe keramischer Filterkerzen erfordert. Die besondere Herausforderung in diesem Temperaturbereich besteht dabei in der Regeneration des Filtermediums, weil die in der Kohle enthaltenen Alkalien ein Verkleben des Filterkuchens hervorrufen. Dieser Problematik kann durch alumosilikatische Gettermaterialien begegnet werden. Diese Technologie wird hier zum ersten Mal im Bereich der Oxyfuel- Prozesse eingesetzt.
Rauchgask√ľhler mit neuen Fluorkunststoffen f√ľr den Einsatz in Kraftwerken
Dipl.-Ing. Peter Dittmann, Eur Ing, MEngSc, CEng, MIEI Hugo Graepel
Die seit Jahrzehnten verwendeten Schl√§uche aus Fluorkunststoff in Rauchgasverschiebungssystemen (RVS) f√ľr Braunkohle- und Steinkohlekraftwerke dienen in Kraftwerken der Wirkungsgradsteigerung und leisten damit einen Beitrag zur Senkung des CO2-Aussto√ües. Rauchgasverschiebungssysteme k√∂nnen sowohl als W√§rmeverschiebung (Abbildung 5) oder als W√§rmeauskopplung (Abbildung 6) ausgef√ľhrt werden.
Entwicklungsstand der Oxy-Verbrennungstechnologie
Dipl.-Ing. Frank Kluger, Dipl.-Ing. Patrick Mönckert, Thomas Wild, Dr.-Ing. Andreas Marquard, Dipl.-Ing. Armand A. Levasseur
Vor dem Hintergrund eines weltweit zunehmenden Einsatzes von fossilen Prim√§renergietr√§gern zur Strom- und W√§rmeerzeugung und des damit verbundenen klimawirksamen Anstieges der CO2-Emissionen, m√ľssen Technologien zur CO2-Minderung bzw. -Abscheidung und -Speicherung f√ľr Kraftwerksprozesse (Carbon Capture and Storage = CCS) entwickelt und kurzfristig zur Marktreife gef√ľhrt werden. Beachtliche Anstrengungen zur Entwicklung von CO2-Abscheidetechnologien werden sowohl von den Kraftwerksbetreibern als auch von den Kraftwerksherstellern unternommen.
M√∂glichkeiten zur Prozess√ľberwachung und Detektion von Falschlufteinbr√ľchen in Oxyfuel-Kraftwerken
Dipl.-Ing. (FH) Robert Preusche, Dipl.-Ing. Conrad Schulz, Associate Professor Holger Ecke, Dipl.-Ing. Uwe Burchhardt, Professor Dr.-Ing. Uwe Gampe
In konventionellen Kraftwerken wird einem Anstieg des Falschluftanteils nur wenig Aufmerksamkeit gewidmet, da die Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage gering sind. In Oxyfuel-Kraftwerken ist die Minimierung der Falschlufteinbr√ľche in den Prozess dagegen ein wesentliches Kriterium f√ľr einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlagen. Aus diesem Grund muss es ein Ziel des Anlagenbetreibers sein, auftretende Vergr√∂√üerungen des Falschluftanteils fr√ľhzeitig zu identifizieren und geeignete Gegenma√ünahmen zu ergreifen.
Betriebserfahrungen aus zwei Jahren Testbetrieb der Oxyfuel-Forschungsanlage von Vattenfall
Dipl.-Ing. Uwe Burchhardt, Dipl.-Ing. Steffen Lysk, Dipl.-Ing. Daniel Kosel, Dr. Steffen Griebe, Dipl.-Ing. Helge Kass
Mit der Einf√ľhrung der CCS-Technologien verfolgt Vattenfall das Ziel, die Oxyfuel- Technologie zur Marktreife zu entwickeln. Nach Technikumsanlagen an den Universit√§ten Cottbus und Dresden wurde am Standort Schwarze Pumpe eine Pilotanlage mit 30 MW thermischer Leistung errichtet (Abbildung 1). Diese Anlage ging im September 2008 in Betrieb und wurde mittlerweile √ľber 8.200 Stunden betrieben, wobei bis August 2010 etwa 5.500 Tonnen CO2 abgeschieden und verfl√ľssigt wurden. Die Anlage kann mit 100 % Luft- und Oxyfuelbetrieb betrieben werden, sodass ein direkter Vergleich der Betriebsarten m√∂glich ist.
CCS-Beschaffungsstrategien
Dipl.-Ing. Stefan Plasa, Dipl.-Ing. Christian Wilckens
Der folgende Beitrag behandelt neben einer generellen Vorstellung der derzeit weltweit untersuchten Carbon Capture and Storage (CCS)-Technologien in erster Linie die Besonderheiten des Anbietermarktes f√ľr Amin-basierte Post-Combustion CCS-Anlagen und beleuchtet die daraus abzuleitenden Beschaffungsstrategien.
CO2-Abscheidung und -Lagerung ‚Äď Herausforderungen im Pumpendesign und -betrieb ‚Äď
Dr. sc. tech. Sabine Sulzer, Dipl.-Ing. Georg Mohr, Dipl.-Ing. Uwe Kirstein
Die CO2-Abscheidung und -Lagerung in einem mit fossilem Brennstoff betriebenen Kraftwerk erfordert einen enormen Platzbedarf. Zus√§tzlich sind f√ľr die CO2- Abscheidung mittels Absorption betr√§chtliche Mengen an Absorptionsmitteln erforderlich (etwa 2.000 m3/h f√ľr ein 400 MW Kohlekraftwerk). Das abgeschiedene CO2 muss f√ľr den Transport und die Injektion in einen √ľberkritischen, respektive fl√ľssigen Zustand komprimiert werden.
Erste Ergebnisse der Verbrennungsversuche mit dem Hitachi DST-Brenner in Vattenfalls 30 MWth-Pilotanlage in Schwarze Pumpe
Dipl.-Wirt.-Ing. Sebastian Rehfeldt, Dr.-Ing. Patrick Weckes, PD Dr.-Ing. habil. Christian Bergins, Klaus-Dieter Tigges, Dipl.-Ing. J√ľrgen Niesbach
In unmittelbarer N√§he des Kraftwerks Schwarze Pumpe, 150 km s√ľd√∂stlich von Berlin, betreibt Vattenfall eine Pilotanlage zur Untersuchung des Oxyfuel- Verfahrens zur Abscheidung von Kohlendioxid aus Kraftwerksabgasen. Hitachi Power Europe hat im Rahmen einer Technologiepartnerschaft mit Vattenfall f√ľr die Versuchsanlage den f√ľr indirekte Feuerungssysteme entwickelten DST-Brenner geliefert und in die bestehende Anlage ohne √Ąnderung des Kesseldruckteils integriert. Ziel ist die Untersuchung des Verbrennungsverhaltens unter Oxyfuel- Bedingungen sowie die Festlegung der optimalen Brennereinstellungen im jeweiligen Einsatzbereich.
Untersuchung des Verbrennungsverhaltens eines nichtstöchiometrischen Oxycoal-Brenners
Dipl.-Ing. Jan-Peter Bohn, M.Sc. Pedro Dias, M.Sc. Adrian Goanta, Dipl.-Ing. Maximilian Blume, Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff
Kohle ist weltweit gesehen der bedeutendste Primärenergieträger zur Stromerzeugung. Auf Grund des global steigenden Energiebedarfs und der heute bekannten Reserven wird die Stromerzeugung aus Kohle auch in absehbarer Zukunft eine entscheidende Rolle im Energiemix der Stromversorgung spielen [1, 2]. Die Steigerung der Energiewandlungseffizienz von Kohlekraftwerken leistet einen wesentlichen ersten Schritt zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen.
Nutzung alternativer Brennstoffe in Gastur
Uwe Lenk, Dr. Frank Richter, Dipl.-Ing. Ralf Schneider
Die zur Stromproduktion eingesetzte Technik und damit die Struktur des Kraftwerksmarktes werden entscheidend von der wirtschaftlichen, politischen und sozialen Entwicklung in den Nationalstaaten, den regionalen Wirtschaftsb√ľndnissen sowie der Welt als Ganzes gepr√§gt. Bev√∂lkerungswachstum, Wirtschaftsentwicklung, Energietr√§gerpreisentwicklung sowie das Verbraucherverhalten beeinflussen den Stromverbrauch und damit die Gr√∂√üe der ben√∂tigten Kraftwerksleistung zur Bedarfsdeckung.
Varianten zur Auskopplung großer Prozessdampfmengen (CCS) im exergetischen Vergleich
Dipl.-Ing. Norbert Pieper, Dipl.-Ing. Michael Wechsung
F√ľr die nachgelagerte Abscheidung von CO2 aus den Rauchgasen fossil gefeuerter Kraftwerke durch einen Absorptionsprozess ist eine gro√üe W√§rmeleistung auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau erforderlich. Die nachgeschaltete Anlage zur Abtrennung des Kohlendioxids stellt demnach aus Sicht der Dampfturbinen einen thermischen Verbraucher dar. √Ąhnlich wie bei der Auskopplung von Heizdampf zur Fernw√§rmeversorgung wird im Wesentlichen die Kondensationsw√§rme in einem Oberfl√§chenw√§rmetauscher √ľbertragen, das Kondensat verbleibt im Wasser-Dampf-Kreislauf und wird an geeigneter Stelle in die Vorw√§rmstrecke integriert.
Eine neue DeNOx-Technologie f√ľr ein Oxyfuel-Kraftwerk
Dr. Roland Ritter, Dr.-Ing. Nicole Schödel, Dipl.-Ing. Torsten Stoffregen, Florian Winkler
Die Abscheidung und anschlie√üende unterirdische Speicherung von CO2 aus Kraftwerken (Carbon Capture and Storage (CCS)) hat gro√ües Potential, einen entscheidenden Beitrag zur Bek√§mpfung des globalen Klimawandels zu leisten. Sowohl zu speicherndes CO2 als auch aus dem Aufbereitungsprozess entstehende Emissionen m√ľssen den gesetzlichen Anforderungen entsprechen. Diese Anforderungen k√∂nnen zum einen Grenzwerte aus dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) als auch Grenzwerte aus der CO2-Produktspezifikation sein. Dabei sind insbesondere die Verunreinigungen im Rauchgas wie SO2, NOx zu ber√ľcksichtigen.
Energetischer Vergleich chemischer L√∂sungsmittel f√ľr die Post-Combustion CO2-Abtrennung im Gesamtkraftwerksprozess
Dipl.-Ing. Jochen Oexmann, Dipl.-Ing. Christoph Hasenbein, Prof. Dr.-Ing. Alfons Kather
Die Leistungscharakteristik moderner kohlebefeuerter Dampfkraftwerke sowie der Einfluss von Optimierungsma√ünahmen auf solche Prozesse k√∂nnen heute mithilfe speziell f√ľr diesen Zweck entwickelter Simulationstools wie Ebsilon Professional evaluiert werden. F√ľr solche Kraftwerke konzipierte Post-Combustion CO2-Abtrennungsanlagen mit chemischen L√∂sungsmitteln, so genannte CO2- Rauchgasw√§schen, k√∂nnen mit ebenso leistungsf√§higen, f√ľr die Chemie- und Verfahrenstechnik entwickelten Simulationstools wie Aspen Plus untersucht werden.
Vergleich von Waschl√∂sungen f√ľr die CO2-Abtrennung aus Rauchgasen mit einem Spr√ľhabsorber
Dipl.-Ing. Kevin Brechtel, Dipl.-Ing. Anke Sch√§ffer, M.Sc. Paula Galindo Cifre, Dipl.-Ing. Oliver Seyboth, Prof. Dr. techn. G√ľnter Scheffknecht
Die Aminw√§sche hat sich im Einsatz in der chemischen Industrie und zur Erdgasaufbereitung bereits technisch bew√§hrt und eignet sich zur Nachr√ľstung von bestehenden Kraftwerksanlagen, wobei das Verfahren im relevanten Kraftwerksma√üstab bisher nicht realisiert wurde. In Abbildung 1 ist ein Verfahrensschema der Aminw√§sche dargestellt. Die als Waschl√∂sung eingesetzte w√§ssrige Aminl√∂sung nimmt das CO2 durch chemische Bindung in einem Absorptionsprozess auf und wird anschlie√üend durch Temperaturerh√∂hung in einem Desorptionsprozess regeneriert und erneut zur Absorption von CO2 eingesetzt.
Zukunftsperspektiven f√ľr die Hochtemperatur-Gasturbine
Prof. Dr.-Ing. Konrad Vogeler
Gegenstand dieses Beitrags ist die Rolle der Hochtemperatur-Gasturbine in der Zukunft. Dabei wird ber√ľcksichtigt, dass sich das Portfolio der genutzten Energiequellen auf Grund von Umwelt- und Kostendruck stark √§ndert. Es wird deutlich, dass die ungehinderte Emission von CO2 in die Atmosph√§re schon in n√§herer Zukunft nicht mehr akzeptabel ist. Trotz sehr starker Anstrengungen bei der Einf√ľhrung von regenerativen Energiequellen zeigen Studien des United States Department of Energy (DOE) [6] und anderer Institutionen [1, 2 und 3], dass die fossilen Brennstoffe auch f√ľr die n√§chsten Jahrzente notwendig sind, um f√ľr die schnell steigende Weltbev√∂lkerung den wachsenden Bedarf an elektrischer Energie sicherzustellen. Die zum Schutz der Atmosph√§re notwendige CO2-Abtrennung und Speicherung wird einen gro√üen Einfluss auf die technische Ausr√ľstung und die Kosten der Kraftwerke mit den klassischen fossilen Brennstoffen haben.
Gasturbinentechnik f√ľr w√§rmelasttolerante KWK-Anlagen und Nutzung industrieller Abw√§rme
Dipl.-Ing. Karl Hoffmann, Dipl.-Ing. Martin Rhein, Professor Dr.-Ing. Uwe Gampe, Dr.-Ing. Guntram Buchheim, Dipl.-Ing. Lutz Fricke
Der Integrierte Gas-Dampfprozess (GiD) verf√ľgt aufgrund seiner Flexibilit√§t in der W√§rmeversorgung, der M√∂glichkeit zur Nutzung industrieller Abw√§rme und der Einbindung regenerativer Zusatzw√§rme √ľber ein gro√ües Anwendungspotenzial f√ľr effiziente Anlagen kleinerer Leistung. Deshalb werden im Rahmen eines durch das Bundesministerium f√ľr Wirtschaft und Technologie (BMWi) gef√∂rderten Projektes [1] prozessthermodynamische und anlagentechnische Untersuchungen zur Entwicklung eines Referenzkonzepts f√ľr eine hocheffiziente Energieanlage im Leistungsbereich bis 20 MWel auf Basis des GiD-Prozesses in halboffener Ausf√ľhrung, d.h. mit R√ľckkondensation des eingesetzten Wassers aus dem Abgas der Gasturbine, durchgef√ľhrt.
Dampfturbinentechnik in Neubauprojekten der Vattenfall Europe Generation AG
Dipl.-Ing. Hans Mandel, Dipl.-Ing. Marco Redieß, Dipl.-Ing. Udo Klauke, Dr.-Ing. Alexander Tremmel
Das Hauptgesch√§ftsfeld der Vattenfall Europe Generation AG (VE-G) ist die Erzeugung von Grundlaststrom mit gro√üen Kraftwerkseinheiten der Leistungsgr√∂√üen 500 MW bis 900 MW. Dar√ľber hinaus wird Spitzenlaststrom in Wasserkraft- und Gasturbinenkraftwerken erzeugt. Die gr√∂√üten Einheiten sind hier in Pumpspeicher-Kraftwerken an den Standorten Markersbach und Goldisthal installiert.
Trockenbraunkohleproduktion unter Hochdruck ‚Äď Betriebserfahrungen der Versuchsanlage zur druckaufgeladenen Dampfwirbelschicht-Trocknung (DDWT) ‚Äď
Dr.-Ing. Thomas Porsche, Dipl.-Ing. Lutzian Thannhäuser, Dipl.-Ing. (FH) Benjamin Jentzsch, Dipl.-Ing. Thomas Rauer, Dipl.-Ing. Jörg S. Martin
Eine effiziente Kohletrocknungstechnologie, wie die druckaufgeladene Dampfwirbelschicht- Trocknung (DDWT), ist die Grundlage f√ľr die stoffliche Nutzung der Braunkohle und f√ľr zuk√ľnftige CO2-arme Braunkohlekraftwerkstechnologien mit hohen Wirkungsgraden. Vattenfall Europe Mining & Generation betreibt am Standort Schwarze Pumpe eine Versuchsanlage zur DDWT mit einem Durchsatz von bis zu 10 t/h grubenfeuchter Braunkohle. Nach zweij√§hrigem Versuchsbetrieb konnten mit der DDWT in Vorbereitung der Errichtung von Gro√ütrocknern bereits wertvolle Erfahrungen zu Konzeption und Aufbau sowie zu Betriebsf√ľhrung und Dauerbetrieb gesammelt werden.
Druckaufgeladene Dampfwirbelschicht-Trocknung (DDWT) von Braunkohlen ‚Äď Neueste Betriebsergebnisse von der BTU-Versuchsanlage ‚Äď
Dipl.-Ing. (FH) Matthias Merzsch, M.Sc. Rico Silbermann, Dipl.-Ing. (FH) Stefan Lechner, Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Krautz
Das Hauptaugenmerk der gegenw√§rtigen Forschungsaktivit√§ten zur Weiterentwicklung der Verfahren zur Braunkohleverstromung liegt in der Verringerung des CO2-Aussto√ües. Die daf√ľr zum Einsatz kommenden CCS-Techniken erfordern allesamt den Einsatz von Trockenbraunkohle. Dazu sollen in naher Zukunft Braunkohlekraftwerke in Deutschland, anstatt mit konventioneller Kohletrocknungstechnik, mit dem innovativen Verfahren der Druckaufgeladenen Dampfwirbelschicht-Trocknung (D)DWT wirtschaftlicher betrieben werden.
Versuchsergebnisse aus der Post Combustion Capture Pilotanlage in Niederaußem
Dr. Peter Moser, Sandra Schmidt, Dr. Georg Sieder, Hugo García, Dipl.-Ing. Torsten Stoffregen
Die Technologiepartnerschaft zwischen RWE Power, BASF und Linde hat das Ziel, einen energetisch optimierten Prozess zur Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen zu entwickeln, der technisch und wirtschaftlich einen deutlichen Fortschritt gegen√ľber der verf√ľgbaren Technik darstellt. Die Pilotanlage in Niederau√üem ist Teil dieser Kooperation. Nachdem die Montage der Skids der Pilotanlage im Oktober 2008 begann, wurde sie planm√§√üig im Juli 2009 in Betrieb genommen ‚Äď als erste deutsche Post Combustion Capture (PCC) Pilotanlage an einem Kohlekraftwerk.
Dezentrales Energie- und Netzmanagement mit flexiblen Stromtarifen
Dr.-Ing. Bernhard Wille-Haussmann, Dr.-Ing. Christof Wittwer, Dipl.-Ing. Christian Sauer
Die Stromnetze befinden sich momentan in einer Umbruchphase. Setzt sich der Ausbau der erneuerbaren Energien wie in den letzten zehn Jahren fort, decken diese Erzeugungsanlagen einen Gro√üteil des Energiebedarfs [5]. Zu Zeiten schwacher Last und gleichzeitig hohen Dargebots Erneuerbarer ist sogar mit einem Erzeugungs√ľberschuss zu rechnen. Diese √úberlegungen verdeutlichen, dass das klassische Kraftwerksmanagement mit Grund-, Mittel- und Spitzenlast an seine Grenzen st√∂√üt. In Zukunft muss das Energiemanagement auf allen Netzebenen stattfinden.
Geschlossener Brennstoffkreislauf f√ľr eine zuk√ľnftige nachhaltige Kernenergienutzung
Prof. Dr. Thomas Fanghänel, Dr. Jean-Paul Glatz, Dr. Joseph Somers
Die Gen IV-Initiative, im Jahre 2000 vom amerikanischen United States Department of Energy (DOE) ins Leben gerufen, setzt auf die Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Proliferationsresistenz als wichtige Eigenschaften der Kernenergiesysteme der n√§chsten Generationen. Ein geschlossener Brennstoffkreislauf und der Einsatz von schnellen Reaktoren sind charakteristisch f√ľr vier der sechs ausgew√§hlten Systeme. Hierbei ergeben sich gro√üe Herausforderungen im Hinblick auf Forschung und Entwicklung. Abfallreduzierung unter Einbeziehung der minoren Actiniden erfordert in der Brennstoffherstellung den Einsatz innovativer Methoden; hervorragendes Verhalten des Brennstoffs im Reaktor auch bei hohem Abbrand muss nachgewiesen werden.
Einsatz von Infrarot-Kameras zur Lokalisierung von Brennkammerverschmutzungen am BoA-Block des Kraftwerkes Niederaußem und erste Betriebserfahrungen
Dr.-Ing. Ralf Koschack, Dipl.-Ing. Stefan Fiehe, Dipl.-Ing. Peter Taj
Der BoA-Block K im Kraftwerk Niederau√üem ist ein Block der 1.000 MW-Gr√∂√üenklasse. Dem im Jahr 2003 in den kommerziellen Betrieb gegangenen BoA-Block lag der Gedanke zugrunde, auf der Basis bestehender Betriebserfahrungen einen modernen Braunkohleblock mit hohem Wirkungsgrad und hoher Verf√ľgbarkeit zu entwickeln, der aus technischer und wirtschaftlicher Sicht sowie unter dem Aspekt des Umweltschutzes eine optimale L√∂sung darstellt. BoA steht hierbei f√ľr Braunkohleblock mit optimierter Anlagentechnik. Mit einer Dampfleistung von 2.660 t/h und Dampftemperaturen von 580/600 ¬įC (Hei√üdampf/zwischen√ľberhitzter Dampf) wird ein Wirkungsgrad von √ľber 43 % erreicht
Korrosion in Dampferzeugern mit schwierigen Brennstoffen
Dr. Wolfgang Spiegel, Dr. rer. nat. Thomas Herzog, Dr. Gabriele Magel, Dr.-Ing. Wolfgang M√ľller, Dipl.-Geol. Werner Schmidl
Der vorliegende Beitrag bezieht sich nicht auf fossile Brennstoffe in Kraftwerken, sondern auf Abfall, Biomasse und aufbereitete Abf√§lle, also rezente Brennstoffe. Diese Brennstoffe stellen in Bezug auf Korrosion der rauchgasber√ľhrten W√§rmetauscherfl√§chen sehr hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnik und die eingesetzten Werkstoffe.
Stand der Entwicklung der Wirbelschicht-Trocknung mit interner Abw√§rmenutzung (WTA) f√ľr Braunkohle bei der RWE Power AG
Dr. Hans-Joachim Klutz, Dipl.-Ing. Claus Moser, Dipl.-Ing. Ditmar Block
Der hohe Wassergehalt der Weichbraunkohle von etwa 50 bis 60 Gew.-% ist ein unerw√ľnschter Ballaststoff, der den Heizwert der Kohle absenkt und sich auf die wirtschaftliche Nutzung der Braunkohle negativ auswirkt. Bei Einsatz in konventionellen Kraftwerken wird ein erheblicher Teil der Brennstoffw√§rme der Braunkohle allein daf√ľr aufgebracht, den hohen Wasseranteil vor der Verbrennung zu verdunsten, und zwar unabh√§ngig davon, ob es sich um staubbefeuerte Dampferzeuger oder Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung (ZWS) handelt. Bei beiden Varianten erfolgt die Trocknung auf einem hohen Temperaturniveau von 900 ¬įC bis 1.000 ¬įC bzw. etwa 800 ¬įC und das verdunstete Kohlewasser verl√§sst das Kraftwerk zusammen mit dem Rauchgas ohne energetische Nutzung.
Ascheablagerungsprobleme bei der Mitverbrennung von alternativen Brennstoffen in Kohlekraftwerken
Dr. Tomasz Kupka, Prof. Dr.-Ing. Roman Weber
Trotz vieler Forschungsaktivit√§ten in den letzten Jahren stellen die Ascheablagerungsprobleme nach wie vor eine gro√üe Herausforderung bei der Verbrennung von festen Brennstoffen in Staubfeuerungen dar. Die Bildung von unerw√ľnschten Ans√§tzen an den Oberfl√§chen des W√§rmetauschers und den Brennkammerw√§nden einer Feuerung ist wegen der √∂konomischen und betrieblichen Aspekte von sehr gro√üer Bedeutung f√ľr die Kraftwerksbetreiber. Insbesondere die √Ąnderung der Brennstoffqualit√§t infolge der Mitverbrennung von Alternativbrennstoffen kann die Ascheablagerungsprozesse erheblich beeinflussen. Die unachtsame Mitverbrennung von schwierigen Alternativbrennstoffen kann negative Auswirkungen auf die Standzeit und Verf√ľgbarkeit des Kessels haben und im schlimmsten Fall eine unplanm√§√üige Au√üerbetriebnahme des Kessels verursachen. Der Forschungsbedarf auf dem Gebiet der Ascheablagerung ist nach wie vor gro√ü und ein besseres Verst√§ndnis der Verschlackungs- und Verschmutzungsprozesse ist hierbei unerl√§sslich
Einsatz innovativer Rußbläsersysteme zur effizienten Überhitzerreinigung mit Wasser
Dr.-Ing. Dimitri Mousko, Dipl.-Ing. Richard Zachay, Dipl-Ing. (FH) Jörg Beer, Dr.-Ing. Christian Mueller
Die in Gro√üdampferzeugern und Industriekesseln eingesetzten Brennstoffe variieren heute von sortenreinen, hochqualitativen Brennstoffen bis zu Biomassen, Ersatzbrennstoffen und Brennstoffgemischen. Hieraus ergeben sich vielf√§ltige Kombinationsm√∂glichkeiten von Brennstoffen mit der Konsequenz, dass sich Aschebel√§ge unterschiedlichster Zusammensetzung in den Anlagen bilden. Hierbei k√∂nnen Brennstoffe mit niedrigem Heizwert und einfacher Aschezusammensetzung, als auch Brennstoffe mit hohem Heizwert und komplexer Aschezusammensetzung zum Einsatz kommen. Im zweiten Fall k√∂nnen sich stark ausgepr√§gte Verschlackungen im Feuerraum bzw. hartn√§ckige Verschmutzungen auf den konvektiven Heizfl√§chen bilden und neben reduzierter W√§rme√ľbertragung unter Umst√§nden zu intensiver Korrosion f√ľhren.
Das Regionenmodell ‚Äď Basis detaillierter Analysen von Energieversorgungskonzepten
Dipl.-Phys. Tobias Schmid, Dipl.-Ing. Michael Beer
Zur Umsetzung der europäischen Richtungsentscheidungen beschloss die Bundesregierung am 23. August 2007 in Meseberg die Eckpunkte des Integrierten Energie- und Klimaprogramms (IEKP) [1]. Dieses nationale Maßnahmenpaket zu Klimaschutz, Ausbau der erneuerbaren Energien und Energieeffizienz soll sukzessive ein Erreichen der Klimaschutzziele bis 2020 sicherstellen.
Zehn Jahre HKW Cottbus ‚Äď Erfahrungen aus dem Betrieb einer braunkohlegefeuerten Druckwirbelschichtanlage
Dipl.-Ing. Bernd Lipinski, Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Krautz
Im Jahr 2010 blickt das Heizkraftwerk (HKW) Cottbus auf nunmehr zehn Jahre Betrieb zur√ľck, die sehr ereignisreich waren. Ausgehend von den Anf√§ngen der Planung gibt der Beitrag einen √úberblick √ľber die St√§rken und Schw√§chen des Kraftwerkes ‚Äď insbesondere die druckaufgeladene Wirbelschichttechnologie (PFBC-Technologie) und ihre Betriebsweise.
Stroh zu Strom und Wärme
Dr.-Ing. Stefan Vodegel, Dipl.-Ing. Werner-Friedrich Staab
Stroh stellt durch das enthaltene energiereiche Lignin ein energetisch interessantes Koppelprodukt der Nahrungsmittelproduktion dar. Dabei ist sein Anfall in Europa recht unterschiedlich. Achtzig Prozent des gesamten technisch verwertbaren Potentials (bezogen auf die alte EU15) fallen in nur f√ľnf L√§ndern an (Frankreich, Deutschland, Gro√übritannien, Spanien, D√§nemark) [1]. In D√§nemark, wo die d√§nischen Elektrizit√§tswerke 1993 per Gesetz auf feste Vorgaben f√ľr den Stroheinsatz verpflichtet wurden [2], stehen etwa siebzig Prozent der installierten Strohheiz(kraft)werksleistung Europas.
KERENATM ‚Äď ein fortschrittlicher Siedewasserreaktor der Generation 3+
Dr. Stephan Leyer, Doris Pasler, Dr.-Ing. Hans-Georg Willsch√ľtz, Steffen Pankow, Frank Diercks
Die KERENATM-Entwicklung begann 1992 als Siedewasserreaktor (SWR) 600-Entwicklung. Bis ins Jahr 2000 diente das Projekt im Wesentlichen der Erhaltung des Siedewasser Know-hows. Man erkannte allerdings bald, welches Potential die Vereinfachung des Anlagendesigns durch Integration passiver Sicherheitsfunktionen in Bezug auf Investitionskostenersparnis und Sicherheit der Anlage hat. Im Laufe der Entwicklung wurde die Leistung der Anlage auf 1.000 MW elektrisch erhöht. Damit war der Name SWR 1000, unter dem die Anlage lange Jahre bekannt war, geschaffen.
Experimentelle und analytische Untersuchungen zu passiven Komponenten des KERENATM-Konzeptes im Versuchsstand INKA
Dr.-Ing. Hans-Georg Willsch√ľtz, Frank Diercks, Dr. Stephan Leyer, Dr.-Ing. Anne Kr√ľssenberg, Dr.-Ing. Frank Sch√§fer
Im April 2008 unterzeichneten der Energieversorger E.ON und der Hersteller AREVA eine Kooperationsvereinbarung √ľber die Zusammenarbeit beim Bau neuer Kernkraftwerke und bei Weiterentwicklungen im Bereich der Kernkraftwerkstechnik. Weiterhin vereinbarten beide Parteien im November 2008 in einem Memorandum die gemeinsame Weiterentwicklung des Siedewasserreaktors KERENATM (vormals SWR1000) bis zur endg√ľltigen Marktreife.
Die Verwendung von Thorium in Druckwasserreaktoren
Dr. Emil Fridman
Die Verwendung von Thorium (Th)-basierten Brennstoffkreisl√§ufen als Alternative zum Uran (U)-Brennstoffkreislauf wurde ausgiebig in den Anfangsjahren der Kernenergienutzung zwischen Mitte der f√ľnfziger und Mitte der siebziger Jahre erforscht. Obwohl der Nachweis zur Nutzung von Thorium in einer Reihe von thermischen und schnellen Systemen erbracht wurde, ist es nicht zur kommerziellen Anwendung von Thorium-Brennstoffen gekommen, bis das Interesse an Th-Brennstoffkreisl√§ufen in den achtziger Jahren schlie√ülich einschlief, vor allem wegen der gro√üen Uranreserven und der Furcht vor nuklearer Proliferation.
Akzeptanzfragen bei der Endlagerung hochradioaktiver Abfälle
Dipl.-Ing. (BA) Beate Kallenbach-Herbert
Der Begriff Akzeptanz ist in der sozialwissenschaftlichen Diskussion mit verschiedenen Definitionen belegt. Gem√§√ü der soziologischen Definition von Endruweit und Trommsdorf [5] ist Akzeptanz die Eigenschaft einer Innovation, bei ihrer Einf√ľhrung positive Reaktionen der davon Betroffenen zu erreichen. Bei der Endlagerung radioaktiver Abf√§lle ist solch eine Akzeptanz durch die betroffene Bev√∂lkerung erfahrungsgem√§√ü nicht zu erwarten. Im aktuellen Eurobarometer zur nuklearen Sicherheit [7] gaben 70 % der befragten Deutschen an, eine Endlagerung radioaktiver Abf√§lle sei ihrer Meinung nach nicht sicher machbar. Nur 26 % der Befragten hielten die Machbarkeit einer sicheren Endlagerung f√ľr m√∂glich.
K√ľnftige Kernenergienutzung ‚Äď Kerntechnische Ausbildung und Kompetenzerhalt in Deutschland ‚Äď
Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Hurtado
Im Jahr 2009 haben Kernkraftwerke weltweit rund 13 % des gesamten Strombedarfs gedeckt und gleichzeitig klimawirksame Emissionen in der Gr√∂√üenordnung von etwa 2,5 Milliarden Tonnen CO2 vermieden. √Ėkonomische sowie versorgungssicherheitstechnische Aspekte sind wichtige Kriterien f√ľr den langfristigen Betrieb heutiger Anlagen und zugleich Ma√üstab f√ľr die bereits begonnenen Neubauprojekte und laufenden Planungen. So wurde in China im Jahr 2009 die Anzahl der in Bau befindlichen Kernkraftwerke mit zehn zus√§tzlichen Neuanlagen verdoppelt. Derzeit liegen in den USA Bauprojekte f√ľr die Errichtung von 26 Kernkraftwerksbl√∂cken vor, und es sind 54 von 104 Reaktoren f√ľr die Laufzeit von sechzig Betriebsjahren lizenziert. In Belgien, Schweden und Italien haben die jeweiligen Regierungen ihre bisherigen Ausstiegspl√§ne revidiert, so dass die Kernenergie einen elementaren Bestandteil der k√ľnftigen Energieversorgung darstellt. Kernenergie als klimaschonende, wirtschaftliche und versorgungssichere Option hat in den vergangenen Jahren sowohl weltweit als auch europaweit wieder an Bedeutung gewonnen.
Onlinesysteme zur Zustands√ľberwachung von Rohrleitungen und dickwandigen Bauteilen in Neuanlagen
B. Eng. Jo√ęl Wagner
Der Betrieb und die √úberwachung hoch beanspruchter Rohrleitungen und dickwandiger Kesselbauteile stehen vor neuen Herausforderungen. Durch die Europ√§ische Union ist die Gesetzgebung f√ľr die Herstellung und den Betrieb der Komponenten von Druckger√§ten europaweit teilweise erheblichen √Ąnderungen unterworfen. Die Zustands√ľberwachung betroffener Ger√§te wird durch die Druckger√§terichtlinie, die als Druckger√§teverordnung (14. GPSGV) in das deutsche Recht eingef√ľhrt wurde, bestimmt. [1] Mindestanforderung f√ľr den Bereich des Betriebes sind die Arbeitsschutzrichtlinien, die in Deutschland entsprechend der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) umgesetzt und durch √Ąnderungen im technischen Regelwerk erg√§nzt werden. Der Bereich der Zustands√ľberwachung ist neu zu betrachten, um als Kraftwerksbetreiber die von der Betriebssicherheitsverordnung und den Technischen Regeln f√ľr Betriebssicherheit (TRBS) vorgesehenen erweiterten Gestaltungsspielr√§ume in ihrer G√§nze zu nutzen.
Wirbelschichtanlagen ‚Äď moderne Regelung und Betriebserfahrungen
Dipl.-Ing. J√ľrgen Morawa
Wirbelschichtfeuerungen bieten Eigenschaften wie hohen Feuerraum-Wirkungsgrad und exzellenten W√§rmetransport bei geringen Emissionen. Schwierige Brennstoffe, wie Brennstoffe mit geringem Heizwert, hohem Aschegehalt oder hohem Wassergehalt k√∂nnen gut genutzt werden. Die Flexibilit√§t der Wirbelschichtfeuerung gegen√ľber Schwankungen in der Brennstoffzusammensetzung und -qualit√§t z√§hlt ebenfalls zu den gro√üen Vorteilen
Untersuchung des Einflusses von dicht gepackten Tauchheizflächen auf die Eigenschaften von Wirbelschichten mit numerischer Strömungssimulation
Dipl.-Ing. Matthias Schreiber, M.Sc. Teklay Weldeabzgi Asegehegn, Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Krautz
Am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik der Brandenburgischen Technischen Universit√§t (BTU) Cottbus wird seit 2002 intensiv an der effizienten Trocknung von Braunkohle in einer druckaufgeladenen Dampfwirbelschicht geforscht. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen an der vorhandenen Technikumsanlage zeigten, dass einige f√ľr die Fragestellung des Scale-up und der Verfahrensoptimierung wichtige fluiddynamische Details der Wirbelschicht wie Geschwindigkeitsfelder und Partikelkonzentrationen nicht oder nur mit sehr hohem messtechnischen Aufwand ermittelt werden k√∂nnen.
Simulation der Dynamik von Steinkohledampferzeugern beim Anfahren, im Lastbetrieb und bei Betriebsstörungen
Dipl.-Ing. Michael Heim, Dipl.-Ing. Thomas Ferrand, Dipl.-Ing. Frank Kluger
Angesichts des fortschreitenden Ausbaus alternativer Energien kommt der Dynamik konventioneller, fossil befeuerter Dampfkraftwerke eine wachsende Bedeutung zu. Es ist damit zu rechnen, dass neue Kohlekraftwerke, welche zun√§chst √ľberwiegend f√ľr Grundlastzwecke vorgesehen sind, in Zukunft vermehrt auch f√ľr die Mittellast herangezogen werden. Gleichzeitig sind die derzeit in der Planung bzw. im Bau befindlichen Kohlekraftwerke, allein schon aufgrund der CO2-Problematik, f√ľr sehr hohe Dampfparameter mit entsprechend hohem Wirkungsgrad konzipiert. Hinzu kommt ein m√∂glichst Kosten/Nutzen-optimiertes Design der Anlagen, welches sich beispielsweise in einer einstra√üigen Ausf√ľhrung der Luft- und Rauchgaswege des Dampferzeugers widerspiegelt.
Wärmestromdichtemessung zur Belagsbestimmung
Dipl.-Ing. Sebastian Grahl, Professor Dr.-Ing. Michael Beckmann
Verfahren zur W√§rmestromdichtemessung sind seit l√§ngerer Zeit bekannt, was sich auch in der Vielzahl der unterschiedlichen Messverfahren widerspiegelt. Eine Anwendung in Dampferzeugern erfolgte in der Vergangenheit vor allem im Zusammenhang mit der Festlegung und Kontrolle bestimmter Grenzwerte f√ľr die Fl√§chen-, Querschnitts- und Volumenbelastungen, die als Kriterien f√ľr die Dimensionierung von Dampferzeugern dienen. F√ľr einen wirtschaftlichen und stabilen Betrieb bei hoher Verf√ľgbarkeit ‚Äď auch unter Teillast ‚Äď m√ľssen bei der Auslegung die daf√ľr wichtigsten Parameter ber√ľcksichtigt werden. Namentlich sind das die W√§rme√ľbertragung, also der Verdampfungsprozess, die thermische Belastung der √úberhitzer, die Kesselaustrittstemperatur, Schadstoffbildungsprozesse bei der Verbrennung und die w√§hrend des Betriebs auftretenden Verschmutzungen der W√§rme√ľbertragungsfl√§chen.
Entwicklung eines flexiblen Feuerungssystems zur Verbrennung von Schwachgasen in Mikrogasturbinen-Brennkammern
Dr.-Ing. Jörg Leicher, Dr.-Ing. Anne Giese, Prof. Dr.-Ing. Viktor Scherer, Dipl.-Ing. Tim Schulzke
Im Rahmen eines AiF-Gemeinschaftsvorhabens (IGF-F√∂rderkennzeichen: 14472N) hat das Gasw√§rme-Institut e.V. Essen (GWI) in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern Fraunhofer Institut f√ľr Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik, Oberhausen (UMSICHT) und dem Lehrstuhl f√ľr Energieanlagen und Energieprozesstechnik der Ruhr-Universit√§t Bochum (LEAT) ein flexibles Feuerungssystem mit kontinuierlicher Luftstufung zur Verbrennung von Schwachgasen in Mikrogasturbinen-Brennkammern entwickelt und seine Funktionst√ľchtigkeit und Vorteile unter realen Einsatzbedingungen in einer Mikrogasturbine vom Typ T100 (Qth = 350 kW) der Firma turbec (MGT T100) nachgewiesen.
Kamerabasierte Analyse und Regelung von Mehrstoffbrennern
Dr.-Ing. Jörg Matthes, Dipl.-Ing. Patrick Waibel, Dr. Hubert B. Keller, Dr.-Ing. Hans-Joachim Gehrmann, Prof. Dr.-Ing. Thomas Kolb
Bei technischen Mehrstoffbrennern in Kraftwerken und verfahrenstechnischen Anlagen kommen in zunehmendem Ma√üe minderwertige Brennstoffe biogener und fossiler Herkunft (Low Rank-Fuels) zum Einsatz. Zum einen besitzen diese gegen√ľber Standardbrennstoffen gr√∂√üere Schwankungen in den Einsatzstoffeigenschaften, z.B. in der Partikelgr√∂√üenverteilung oder Feuchte, und k√∂nnen daher zu einem deutlich vom Standardbrennstoff abweichenden Verbrennungsverhalten f√ľhren. Au√üerdem bewirken unterschiedliche Brennstoffzusammensetzungen unterschiedliche Verschlei√ü- und Verschmutzungserscheinungen. Zum anderen besteht f√ľr moderne Prozesse und dezentrale Kraftwerkskonzepte die Forderung nach einer schnellen Adaptionsf√§higkeit des Brennerbetriebs an aktuelle Lastforderungen.
Co-Verbrennung von Ersatzbrennstoffen in Kraftwerksfeuerungen
Dr.-Ing. Hans-Joachim Gehrmann, Dr.-Ing. Michael Nolte, Prof. Dr.-Ing. Thomas Kolb, Prof. Dr.-Ing. Helmut Seifert, Dipl.-Ing. Patrick Waibel
Die Herausforderungen der nahen Zukunft sind gro√ü: In den n√§chsten zwanzig Jahren wird mit einem Bev√∂lkerungswachstum von 25 % von 6,5 Milliarden Menschen im Jahr 2008 auf 8,2 Milliarden im Jahr 2028 gerechnet (Abbildung 1). Insbesondere die Energienachfrage der Schwellenl√§nder (China, Indien) wird zu weiter steigenden CO2-Emissionen f√ľhren, wenn nicht gleichzeitig die Effizienz der Energieumwandlungsketten und der Einsatz aller regenerativ verf√ľgbaren Quellen forciert werden. Hohe elektrische Wirkungsgrade mit bis zu 46 % werden z.B. in Steinkohlekraftwerken erreicht. Durch Co-Verbrennungstechnologien k√∂nnen diese hohen Wirkungsgrade prinzipiell auch f√ľr minderwertige Brennstoffe (Low Rank Fuels (LRF), wie Biomassen, Ersatzbrennstoffe (EBS)) im Vergleich zur Steinkohle nutzbar gemacht werden.
Wirkungsgradsteigerung von Kohlekraftwerken mit Hilfe von CFD-Simulationen der Luft- und Rauchgaskanäle in bestehenden Anlagen
Daniel Depta, Dipl. Ing. Nils Oldhafer
Der vorliegende Beitrag befasst sich mit einem Monoblock-Steinkohlekraftwerk mit 750 MWel Bruttoleistung. Er ist ein Auszug aus dem Abgabebericht f√ľr das betreffende Kraftwerk. Die Luft- und Rauchgaskan√§le des Kraftwerks weisen in einigen Kanalabschnitten str√∂mungstechnisch ung√ľnstige Geometrien auf. Dies f√ľhrt zu einem erh√∂hten Eigenstrombedarf des Kraftwerks aufgrund der erh√∂hten Leistungsaufnahme der Luft- bzw. Rauchgasgebl√§seeinheiten. Der gew√§hlte Abschnitt des Rauchgaskanals ist zweigeteilt und in seiner gesamten Anordnung symmetrisch.
Bildgebende Messverfahren und CFD-Simulation f√ľr die Energieverfahrenstechnik
PD Dr.-Ing. habil. Uwe Hampel, Dr. rer. nat. Dirk Lucas, Dipl.-Ing. Christophe Vallée, Dr.-Ing. Thomas Höhne, Dipl.-Ing. Matthias Beyer
Die Entwicklung und Validierung leistungsf√§higer Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes stellt einen Schwerpunkt der heutigen internationalen Forschungsund Entwicklungsarbeiten im Bereich der Str√∂mungsmechanik dar. CFD-Codes erlauben es, komplexe str√∂mungsmechanische Vorg√§nge nach- und vorauszuberechnen und erlangen damit eine breite Anwendung in allen Industriebereichen, in denen Str√∂mungsvorg√§nge eine Rolle beim Produkt-, Anlagen- und Prozessdesign spielen. So werden heute neue Designs in der Luftfahrtindustrie, dem Schiff- und Fahrzeugbau sowie f√ľr Wind- und Wasserkraftanlagen grunds√§tzlich durch CFD-Rechnungen begleitet.
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