- Strategien, Anlagentechnik und Betrieb -

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2 Kraftwerkstechnik Strategien, Anlagentechnik und Betrieb -

3 Impressum Kraftwerkstechnik 2014 Strategien, Anlagentechnik und Betrieb Michael Beckmann, Antonio Hurtado. - Freiberg: SAXONIA Standortentwicklungs- und verwaltungsgesellschaft mbh, 2014 ISBN ISBN SAXONIA Standortentwicklungs- und - verwaltungsgesellschaft mbh Copyright: Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik Alle Rechte vorbehalten Verlag: SAXONIA Standortentwicklungs- und verwaltungsgesellschaft mbh Freiberg 2014 Redaktion und Lektorat: Professor Dr.-Ing. Michael Beckmann, Eric Mildner, Juliane Mildner, Josephine Pretsch, Anja Schulze Erfassung und Layout: taktiker Werbeagentur GmbH: Angela Flugrat, Stephan Rose, Marcel Sabiers, Dresden Druck: Mediengruppe Universal Grafische Betriebe München GmbH, München Icons auf Buchdeckel: missbobbit Fotolia.com, taktiker Werbeagentur GmbH Fotos auf Buchdeckel: malija Fotolia.com Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann

4 benutzt werden dürfen. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien, z.b. DIN, VDI, VDE, VGB Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Die Autoren zeichnen sich für ihre Beiträge und die Richtigkeit sowie Vollständigkeit der Quellenangaben selbst verantwortlich. Die Manuskripte wurden durch den Herausgeber nur redaktionell bearbeitet. Der Tagungsband ist auch als gebundene Ausgabe verfügbar unter: ISBN

5 Inhaltsverzeichnis Impressum Inhaltsverzeichnis Vorwort und Danksagung Klima, Politik und Wirtschaft Stand und Entwicklung der türkischen Energiewirtschaft 1. Allgemeines 2. Wirtschaftliche Lage 3. Überblick über den Energiemarkt 4. Stand des Energiemarktes und Ziele 5. Zukünftige Rolle von Kernkraftwerken 6. Energiebrücke 7. Grundsätze für die Fortentwicklung des Energiemarktes 8. Schlussworte 9. Quellen Die weltweite Energiewende und Auswirkungen auf die konventionelle Kraftwerksindustrie 1. Die Ausgangssituation im Energie- und Kraftwerksmarkt 2. Wie wird der Energie- und Kraftwerksmarkt der Zukunft aussehen? 3. Welche Folgerungen ergeben sich aus der heutigen Situation? 4. Konsequenzen für die Kraftwerksindustrie 5. Wie passt sich die Kraftwerkszuliefererindustrie an die veränderten Bedingungen an? 6. Schlussbetrachtung 7. Quellen Die Auswirkungen der Energiewende auf den Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken 1. Technische Eigenschaften und Merkmale von Pumpspeicherkraftwerken 2. Rahmenbedingungen für Pumpspeicherkraftwerke

6 2.1. Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen 2.2. Regulatorische Rahmenbedingungen für den Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken 3. Der Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken im Wandel 4. Welchen Beitrag können Pumpspeicherkraftwerke im Energieversorgungssystem der Zukunft leisten? 5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 6. Quellen Konvergenz Gas/Strom: Gasinfrastrukturen und Gastechnologien als komplementäres Element der Energiewende 1. Anlass und Hintergrund der DVGW-Innovationsoffensive 2. Der Energieträger Gas in der systemischen Betrachtung 2.1. Gas ist regenerativ 2.2. Die Gasinfrastruktur als netzdienlicher Systemdienstleister 2.3. Energie speichern und transportieren 2.4. Effiziente Strom- und Wärmeerzeugung mit Gas 3. Die Forschungscluster und -themen im Einzelnen 3.1. Gas im Systemverbund 3.2. Smart Grids 3.3. Gaserzeugung und -aufbereitung einschließlich Biogas 3.4. Power-to-Gas 3.5. Anwendungstechnologien und Kraft-Wärme-Kopplung 4. Quelle Kosteneinsparungspotenziale in den Märkten für Regelleistung Welchen Beitrag können erneuerbare Energien liefern? und Motivation 2. Der Regelleistungsmarkt 3. Methodik 4. Modellvalidierung 5. Ergebnisse 6. Zusammenfassung und Ausblick 7. Quellen

7 Flexibilitäts- und Speicherbedarf im Zuge des Energiekonzepts der Bundesregierung 1. Aktuelle Betriebsweise thermischer Kraftwerke und volatiler Energiequellen 2. Negative Strompreise und Ursachen des thermischen Must-Runs 3. Methodik und Randbedingungen der Energiesystemsimulation 4. Zukünftige Anforderungen an konventionelle Kraftwerke und Speicher 5. Zusammenfassung 6. Quellen IPCC Arbeit und Sachstandsberichte 1. Das IPCC 1.1. Aufgaben und Struktur 1.2. Finanzierung 1.3. Sachstandsberichte 1.4. Bewertungsmaßstäbe im Fünften Sachstandsbericht 2. Der Fünfte Sachstandsbericht 3. Zusammenfassung 4. Quellen Vereinfachtes eindimensionales Modell zur Berechnung der Erwärmung der Atmosphäre durch anthropogene CO2- Emissionen 2. Wärmeströme bei absorbierenden Gasen 3. Emissionsgrade von Wasserdampf und Kohlendioxid 4. Temperatur der Erdoberfläche 5. Klimasensitivität 6. Schlussfolgerung 7. Quellen Anthropogene Erwärmung oder natürliche Klimafluktuation? 1. Klima vs. Wetter 2. Vergangenheitstemperaturen als Zeugen für die Klimagegenwart

8 2.1. Temperaturen bis 550 Millionen Jahre zurück 2.2. Temperaturen bis 0,4 Millionen Jahre zurück 2.3. Temperaturen des Holozäns 2.4. Temperaturen der letzten 2000 Jahre 3. Messungen vs. Klimamodelle 4. Fazit 5. Weitere Gesichtspunkte 6. Quellen Windenergie Deutschlandweite standort- und regionenscharfe Analyse zur Erzeugung von EE-Strom aus Wind, Solar, Wasser und Biogas Auswirkungen auf das Stromnetz im jahreszeitlichen Verlauf 1. Deutschlandweite Energieerzeugung 1.1. Photovoltaik 1.2. Wind 1.3. Biogas und Biomasse 1.4. Wasserkraft 2. Gesamtbetrachtung und Fazit 3. Quellen Erfahrung mit der technischen Entwicklung und Planung von Windparks 1. Standard-OEM-Verträge für WKA, Vorteile/Nachteile 2. Was sind Serienteile einer WKA? 3. Kann der Eigentümer die Qualität einer WKA/eines Windparks beeinflussen? 4. Projektmanagement 5. Wo sind die optimalen Schnittstellen zwischen den verschiedenen Auftragnehmern oder ist ein Turn-Key-Auftrag die beste Lösung? 6. Was sind die technischen Anforderungen und Verträge für den Netzanschluss von Windparks? 7. Anforderungen an die Gründung der WKA 8. Was sind die Anforderungen an die technische Dokumentation des Windpark-Anbieters?

9 9. Was sind die wesentlichen Herausforderungen für die Baustelle? Wesentliche Aspekte in Verträgen zur Errichtung und Wartung von Windparks (On-und Offshore) Strategien zur Risikominimierung 1. Die Entscheidungsgrundlagen 1.1. Standort und Rechtswahl die Tücken und Überraschungen des auf den Vertrag anwendbaren bzw. des Standort-Rechts 1.2. Vertragssprache und Streitbeilegungsmechanismen 1.3. Die Strukturierung des Projektes: Turnkey-Vertrag vs. multi-contracting 1.4. Internationale Standardverträge vs. Individualverträge 2. Die am Projekt Beteiligten 3. Das A & Ω eines Vertrages: die genaue Leistungsbeschreibung, insbesondere die vereinbarten technischen Garantien 3 Rechte des Bestellers bei Nichteinhalten der technischen Garantien 3.1. Detaillierte Spezifikationen vs. funktionale Anforderungen und Risikozuweisung 3.2. Einbezug technischer Regelwerke Verwendung unbestimmter Begriffe 3.3. Technische Garantien und Rechte des Bestellers bei Nichterreichen der Garantiewerte 4. Die Projektabwicklung: die Rechte und Pflichten der Parteien 5. Der Preis und finanzielle Garantien 6. Termine und andere Herausforderungen in der Abwicklungsphase Mehrkosten und Zeitverzögerungen 6.1. Termine und Terminverzug 6.2. Störungen in der Abwicklungsphase Mehrkosten und Zeitverzögerungen 7. Abnahme, Mängelhaftung (Gewährleistung) und Gesamthaftungsbegrenzung 8. Betriebsführung, Wartung und Instandhaltung 9. Zusammenfassung 10. Quellen Fossile Kraftwerke Technische Möglichkeiten zur Absenkung der Blockmindestlast braunkohlegefeuerter Kraftwerke 1. Die Veränderungen auf dem Energiemarkt 2. Der Handlungsspielraum für Energieversorger

10 3. Ausgewählte technische Maßnahmen zur Reduzierung der Blockmindestlast 4. Zusammenfassung und Ausblick Flexible Feuerungssysteme kohlebefeuerter Kraftwerkskessel für zukünftige Anforderungen 1. Das RDK-Kraftwerk 1.1. Termine und Meilensteine 2. Dampferzeugerkonzept 3. Feuerungskonzept 4. Betriebserfahrung mit der Feuerung 4.1. Niedriger Luftüberschuss 4.2. Niedrige Nennlasten 4.3. Emissionen und Ausbrandverhalten 4.4. Betriebserfahrung mit Schwenkbrennerkonzept 5. Zusammenfassung und Ausblick 6. Quellen Ziele und Randbedingungen für die Modernisierung von kohlegefeuerten Kraftwerksblöcken in Osteuropa und Russland 1. Ziele und Aufgaben der Energiewirtschaft in Osteuropa und Russland 2. Gegenwärtiger Stand der Energieproduktion 3. Ziele und Stand verschiedener Modernisierungsprojekte 4. Bewertung der Ausgangssituation in Osteuropa und Russland 4.1. Modernisierung des Kraftwerkes Bełchatów in Polen 4.2. Modernisierung des Kraftwerkes Bitola in Mazedonien 4.3. Feuerungsumbau im Kraftwerk Mátra/Ungarn 4.4. Die Situation in Russland und den GUS-Staaten 5. Quellen Übersicht zu Tests und Ergebnissen aus der Forschungsanlage von Vattenfall 1. Erkenntnisse zum Oxyfuel-Gesamtprozess 2. Ausgewählte Ergebnisse zur Kesseltechnik

11 2.1. Brennertests 2.2. Wärmeübertragungsverhalten im Luft- und Oxyfuel-Betrieb 2.3. Messsystem zur Analyse der Brennstoffdosierung 2.4. Werkstoffuntersuchungen Auslagerung von Proben im Kessel Bauteiluntersuchungen Laboruntersuchungen unter Dualatmosphäre Einsatz von Online-Korrosionssonden 3. Ausgewählte Ergebnisse zur Rauchgasreinigung 3.1. E-Filter 3.2. Rauchgasentschwefelung (REA) 3.3. Rauchgaskondensator 3.4. CO 2 -Anlage 4. Nutzung von Ergebnissen aus dem Luftbetrieb zur Flexibilisierung bestehender Kraftwerke 5. Zusammenfassung 6. Quellen Modernisierung von Feuerungsanlagen zur Einhaltung der neuen Emissionsgrenzwerte nach 13. BImSchV 1. Neue Anforderungen der 13. BImSchV vom 2. Mai Strategien zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte bei Bestandsanlagen 3.1. Anpassung von Randparametern 3.2. Installation einer Entstickungsanlage 3. Anlagenmodernisierung durch Low-NO x -Feuerungstechnik 4. Beispiele durchgeführter Anlagenmodernisierungen 5. Fazit 6. Quellen Flexible Kraftwerke - Anlagenbetrieb Optimierung des Anfahrvorgangs eines Steinkohlekraftwerks

12 1.1. Wirtschaftliche Gründe für eine Optimierung des Anfahrvorgangs 1.2. Grundsätzlicher Ablauf des Anfahrvorgangs eines Steinkohlekraftwerks 2. Optimierungspotenzial 2.1. Wartezeiten 2.2. Feuerleistung 2.3. Dampferzeugung 3. Anfahrprogramm 4. Anfahrführung 4.1. Begrenzung der Spannungen in den dickwandigen Bauteilen 4.2. Druckführung 5. Umsetzung und Ergebnisse 6. Zusammenfassung 7. Quellen Rohre mit besonderen Nebenformen zur Verwendung in Kesseln und sonstigen Wärmeübertragern 2. Operative Ergebnisse 3. Fazit 4. Quellen Turbinenumleitstationen im Kraftwerk als Voraussetzung für einen flexiblen Anlagenbetrieb 2. Die Turbinenumleitstation im Kraftwerk 2.1. Aufgaben der Turbinenumleitstation 2.2. Beschreibung der Regelung 3. Strömungstechnische Betrachtungen 3.1. Thermodynamik von Wasser und Dampf 3.2. Strömungsvorgänge im Ventil 3.3. Berechnung des mehrstufigen Druckabbaus 3.4. Berechnung der Schallemission

13 3.5. Berechnung der erforderlichen Kühlwassermenge 4. Festigungsauslegung 4.1. Berechnung des Gehäuses 4.2. Anwärmen der Ventile 5. Verdampfung und Verdampfungsstrecke 5.1. Verdampfung 5.2. Verdampfungsstrecke 6. Technische Ausführung 7. Zusammenfassung 8. Quellen Optimierung eines konventionellen Kraftwerksanfahrprozesses durch Beheizung dickwandiger Bauteile 1. Theoretische Grundlagen 1.1. Kraftwerksbeschreibung 1.2. Schädigungsmechanismen dickwandiger Bauteile im Kraftwerksbetrieb 2. Implementierung 2.1. Berechnungscode 2.2. Modellerstellung 3. Ergebnisse und Diskussion 4. Fazit 5. Quellen Regelleistungsverschleißmodell für primär- und sekundärgeregelte thermische Kraftwerke im ENTSO-E-Netz 1. Modellbildung 1.1. Referenzkraftwerke 1.2. Prozessmodell Braunkohlekraftwerk 1.3. Leittechnik 1.4. Validierung 1.5. Strukturmechanik 2. Primärregelung

14 2.1. Frischdampf-Androsselung 2.2. Kondensatstau 2.3. HD-Vorwärmer-Androsselung 3. Ergebnisse der validierten Simulation 4. Quellen Flexible Kraftwerke - Werkstoffe Prüfkonzepte für ermüdungsführende Komponenten unter den Bedingungen eines flexiblen Kraftwerksbetriebes (SIC Smart Inspection Concept) 1. Grenzen der Ermüdungsanalyse in den Konzepten von TRD und DIN EN 2. Erweiterung des Lebensdauerkonzeptes Ermüdungsrisswachstum 3. Verbundforschungsprojekt THERRI 4. Forschungsprojekt THERRI Arbeitsstand des TÜV-Nord-Teilprojekts 5. Zusammenfassung 6. Quellen Fitnesstest hochbeanspruchter Bauteile für einen flexiblen Kraftwerksbetrieb ein Spagat zwischen Flexibilität und Verschleiß 1. Herausforderungen im Bereich der Zustandsüberwachung 2. Lebensdauerüberwachung dickwandiger Kesselbauteile 3. Onlinesysteme als zentraler Bestandteil der Zustandsüberwachung 4. Lebensdauer-Überwachungssystem SR1 5. Optimierung des Anlagenbetriebes in der Praxis 5.1. Identifizieren von rechnerischen Bauteilreserven 5.2. Trendanalyse und Prognose des Lebensdauerverbrauchs 6. Zusammenfassung 7. Quellen Werkstoffe für die Energietechnik

15 Moderne Werkstoffauswahl für Dampferzeuger und Rohrleitungen sowie die Herausforderungen bei der Reparatur von Altmaterial 1. Die historische Entwicklung von 1980 bis jetzt 2. Besondere Werkstoffe der Altanlagen Mo Reparatur des Feinkornbaustahls 14MoV X20CrMoV Die aktuellen Werkstoffe 3.1. P91 und P T24 (7CrMoVTiB10-10) bzw. T Die modernen Austenite Kann Korrosion ein Problem sein? 3.4. WB36 und dessen Reparatur 4. Moderne Werkstoffauswahl ein Ausblick 5. Quellen Schnelle Lieferfähigkeit von Rohrmaterialien für Instandhaltung und Reparatur Beitrag eines lagerhaltenden Handelshauses mit angeschlossenem Prüflabor 1. Standardlagerspezifikationen Kesselbaugüten 1.1. Kesselrohre nach EN und AD 2000 W Schweißfittings nach EN Gängige Kundenspezifikationen auf Basis der VGB-S Nahtlose Kesselrohre auf Basis der EN und VGB-S Nahtlose Fittings auf Basis EN und VGB-S Nachträgliche Prüfungen zur Aufwertung von Lagermaterial gemäß Kundenspezifikationen 3.1. Notwendige Ausstattungen des Prüflabors für rohrspezifische Prüfungen 4. Zusammenfassung 5. Quellen Schweißerqualifikation weltweit einheitlich geregelt warmfeste Stähle gebührend berücksichtigt? 1. Parallele Welten in CEN und ISO

16 2. Was bislang geschah 3. DIN EN ISO :2013 Was ist hier neu? 4. Deutschland für Übernahme als EN ISO Fachkunde bleibt in Deutschland verbindlich 6. Darf ich mit der neuen Stahlschweißerprüfung überall arbeiten? 7. Resümee 8. Quellen Brennstoffzufuhr und Zündung Verschleißfeste Komponenten in der pneumatischen Fördertechnik 1. Verschleißarten und -mechanismen 1.1. Erosiver Strahlverschleiß 1.2. Verschleißverhalten des Förderproduktes 1.3. Verhalten von schleißendem Produkt in den Komponenten Theoretisches Verschleißverhalten Praktisches Verschleißverhalten 2. Strahlversuche 2.1. Tests von Verschleißschutzmaterialien Materialien 2.2. Tests von Kundenprodukten 2.3. Auslegungskriterien 3. Beispiele von verschleißfesten Komponenten der pneumatischen Fördertechnik 3.1. Verschleißfeste Weichen 3.2. Verschleißfeste Zellenradschleusen Austragsschleusen Durchblasschleusen 4. Einsatzbeispiele 4.1. ZPC 800 im Alumina-Einsatz im Schiffsentlader 4.2. WZK 100 in der Glasgemengeförderung

17 4.3. ZPC 800 in der Zementförderung 4.4. ZXQ 600 in der Braunkohleförderung 5. Zusammenfassung Innovative Absperr- und Regelarmaturen für unterschiedliche Brennstoffe zur gezielten Optimierung des Feuerungssystems in Energieerzeugungsanlagen 2. Grundlagen, Normen und gesetzliche Richtlinien 3. Optimierter 4. Regelung und Mischung von Brenngasen mit schwankenden Heizwerten 5. Selektive Onload-Absperrung einzelner Kohlenstaubbrenner 6. Fazit und Zusammenfassung 7. Quellen Zündsysteme für Thermoprozessanlagen 1. Grundlagen 2. Konventionelle Zündsysteme 2.1. Hochspannungstransformator 2.2. Hochenergiezündsysteme 2.3. Gas- und öl-elektrische Zündbrenner 2.4. Sonderanwendungen 3. Plasmazündung 4. Zusammenfassung 5. Ausblick 6. Quelle Modellierung Wasser-Dampf-Kreislauf Integration von Solarwärme in Bagasse- Biomassekraftwerke mit KWK 1. Ausgangsbasis 1.1. Bagasse-Kraftwerkskonfiguration

18 1.2. Standort 2. Solarwärmeintegration 2.1. Optionen 2.2. Betriebsverhalten 3. Zusammenfassung 4. Quellen Transiente Simulation von Komponenten konventioneller Kraftwerke mit EBSILON Professional 1. Ansätze für transiente Simulationen 1.1. Örtlich und zeitlich diskretisierte physikalische Modelle 1.2. Modelle mit Übertragungsfunktion 1.3. Modelle mit reduzierter Physik 2. Grundlagen der Simulation und Ergebnisse 2.1. Transientes Modell einer Frischdampfleitung 2.2. Transientes Modell eines Überhitzers 2.3. Transientes Modell des Übergangsverhaltens des Frischdampfmassenstroms 3. Zusammenfassung und Ausblick 4. Quellen Dynamische Modellierung und Simulation des Wasser-/ Dampfkreislaufs eines Solarturmkraftwerks für ein Betriebsassistenzsystem 1. Betriebsassistenzsystem 2. Solarturmkraftwerk 3. Simulation des Solarturmkraftwerks 4. Modellentwicklung für den Wasser-/Dampfkreislauf 5. Simulation und Validierung der Ergebnisse 7. Zusammenfassung 8. Quellen Korrosion, Beläge, Reinigung

19 Kontinuierliche Prozessoptimierung durch modellbasierte Kesselreinigung von Abfallverbrennungsund Biomasseanlagen 2. Brennstoff- und verfahrenstechnische Herausforderungen der Kesselreinigung 3. Kesseldiagnose Stand der Technik 4. Modellbasierte Kesselreinigung 5. Ergebnisse 6. Zusammenfassung 7. Quellen Untersuchung der Verschlackungsneigung von Lausitzer Rohbraunkohle im Kraftwerk Jänschwalde mittels Online-Daten 1. Kurzbeschreibung des Kraftwerks Jänschwalde und der Modelle des Online-Messsystems 2. Kohlemischversuch 3. Validierung des Online-Messsystems 3.1. Grabenbunkermodell 3.2. Direkte RBK-Eigenschaftsermittlung 3.3. Kennfeldbasierte, indirekte RBK-Eigenschaftsermittlung 3.4. Verteilregime und Kesselbunkermodell 3.5. Kohle-Online-Analyse-Messgerät SOLAS 3.6. Synchronisation 4. Untersuchung der Verschlackungsneigung von Lausitzer RBK 4.1. Einzelkennwerte und Kennwertkombinationen 4.2. Besonderheiten zwischen SiO 2 und Ar in Lausitzer RBK 4.3. Zusammenfassung der Verschlackungsneigung Lausitzer RBK anhand der Kohlemischversuche 5. Zusammenfassung 6. Quellen Oxidationsverhalten von Konstruktionswerkstoffen für Dampferzeugerheizflächen im Oxyfuel-Prozess 1. Extended Abstract 2. Quellen

20 Steigerung der Energieeffizienz von Kraftwerken durch gezielt angepassten Korrosionsschutz und Werkstoffwahl 1. Korrosionserscheinungen in Kraftwerken 2. CheMin-Sonden 3. Aufbau und Funktionsprinzip der Werkstoffsonde 4. Randbedingungen für den Einsatz 5. Präparation und Analytik 6. Anwendungsbeispiele aus der Praxis 6.1. Schwarzer Stahl, Korrosionstest im Überhitzerbereich 6.2. Schwarzer Stahl, Korrosionstest am kalten Ende 6.3. Schutzschichten, Werkstofftests im Überhitzerbereich 7. Zusammenfassung 8. Quellen Dampfturbinen Finite-Elemente-Analyse des Gehäuses einer Dampfturbine 1. Allgemeines 2. Aufgabenstellung 3. Geometrie- und Finite-Elemente-Modell 4. Stationäre Temperaturfeldanalyse 5. Thermo-mechanische Analyse 6. Vorgehensweise bei der Auswertung der Ergebnisse 7. Zusammenfassung 8. Quellen Dampfturbinenanlage Boxberg R Erfahrungen bei der Projektabwicklung und Ergebnisse 1. Kraftwerksstandort Boxberg 2. Boxberg R Technische Daten und Konstruktionsdetails 3. Projektabwicklung 4. Fertigung und Qualitätssicherung 5. Montage

21 6. Inbetriebnahme und Betriebsverhalten 7. Abnahmemessung 8. Restpunkte 9. Fazit und Ausblick 10. Quelle Simulation instationärer Prozesse und CFD in Dampfturbinen mithilfe eines neuen Spline-basierten Stoffwert- Berechnungsverfahrens 1. Das Spline-basierte Table-Look-up-Verfahren (SBTL) 1.1. Spline-basierte Stoffwertfunktionen 1.2. Inverse Splinefunktionen 2. SBTL-Funktionen auf Grundlage der IAPWS-IF Gültigkeitsbereich 2.2. Splinefunktionen 2.3. Abweichungen der Splinefunktionen von der IAPWS-IF Rechenzeitvergleiche zwischen den Splinefunktionen und der IAPWS-IF97 3. Anwendung der SBTL-Methode in CFD 4. Zusammenfassung und Ausblick 5. Quellen Einfluss der Filletgeometrie auf die Ausbildung von Sekundärströmungen in einer Turbinenstufe 1.1. Sekundärströmungen in Turbinenschaufelpassagen 1.2. Einfluss von Fillets auf Sekundärströmungen 2. Numerische Simulation 3. Ergebnisse 3.1. Integrale Stufenkennwerte 3.2. Radiale Verteilungen 3.3. Abströmflächen hinter den Schaufelreihen 4. Schlussfolgerungen und Ausblick 5. Nomenklatur

22 6. Quellen Berechnungsmethoden zum Nachweis der Verfügbarkeit des Dampfturbosatzes nach einem Lastabwurf 2. Berechnungsmethoden 2.1. Vergleich der Anlaufzeitkonstanten 2.2. Analytischer Ansatz unter Berücksichtigung der eingespeicherten Energiemengen 2.3. Berechnung der Überdrehzahl mit einem Speicher-Drossel-Modell 3. Anwendungen 3.1. Abschätzung anhand der Anlaufzeitkonstanten 3.2. Leittechnik-Reaktionszeit und Ventilschließzeit 3.3. Eingeschlossene Dampfvolumina 3.4. Prozessdampfentnahme 3.5. Einfluss der Umleitstation 3.6. Kraftwerk mit Abfangventil 3.7. Kraftwerk ohne Abfangventil 4. Zusammenfassung 5. Quellen Modernisierungen an den Turbosätzen der Vattenfall Europe Generation AG 1. Kraftwerksstandorte der Vattenfall Europe Generation AG 2. Modernisierungen und Retrofit an den 500-MW-Turbosätzen 2.1. Ausgangssituation 2.2. ND-, HD- und MD-Retrofit 2.3. Modultausch der Speisewasserantriebsturbinen 2.4. ND-Laufschaufel und ND-Leitschaufeloptimierungen 2.5. Ergebnisse 3. Modultausch HD-Turbine Boxberg Q 4. Rekonditionierung MD-Rotor und ND-Verschleißschutz Lippendorf 5. Anforderungen an künftige Modernisierungen und Lösungsansätze

23 6. Zusammenfassung und Ausblick 7. Quellen Netzstörungen und deren Auswirkungen auf Dampfturbinen unterschiedlicher Baugrößen 2. Simulationsmodell 3. Simulationsergebnisse 4. Zusammenfassung 5. Quellen GUD-Kraftwerke Sind GUD-Kraftwerke zukunftsfähig? 1. Deutschland Stromproduktion im Wandel 2. GUD-Kraftwerke Was ist das Problem? 3. Zukunftsvorstellung Was wird sich verändern? 4. Schlussfolgerung Zusatzerlöse sind notwendig 5. Empfehlung Hybride Lösungen bevorzugen 6. Zusammenfassung 7. Quellen Flexibilisierung des Betriebs von GUD-Anlagen durch flachheitsbasierte Steuerung 1. Blockführung von GUD-Anlagen 1.1. Aufbau von GUD-Anlagen 1.2. Regelkonzept für die elektrische Leistung 2. Flachheitsbasierte Steuerung von GUD-Anlagen 2.1. Modell zum Steuerungsentwurf 2.2. Flachheitsbasierter Steueralgorithmus 2.3. Nichtlineares Simulationsmodell 3. Simulationsergebnisse 3.1. Untersuchte Blockführungskonzepte

24 3.2. Bewertung des Lastfolgeverhaltens 4. Zusammenfassung und Ausblick 5. Quellen Auswirkungen von Erdgasbeschaffenheitsschwankungen auf industrielle Verbrennungsprozesse in Kraftwerken und verfahrenstechnischen Anlagen 2. Gasbeschaffenheiten in Deutschland 3. Gasturbinen und -motoren 4. Thermoprozesstechnik 5. Zusammenfassung 6. Quellen Technische Anforderungen und Ausführungen von Abhitzekesselanlagen im mittleren Leistungsbereich ( MWel) 1. Gasturbinen-Typen 2. Gasturbinen im mittleren Leistungsbereich 3. GUD-/AHK-Anwendungen 4. Abhitzekessel-Bauarten 5. Ein-Druck-System ohne Zusatzfeuerung 6. Q/T-Diagramm AHK ohne Zusatzfeuerung 7. Ein-Druck-System mit Zusatzfeuerung 8. Q/T-Diagramm AHK mit Zusatzfeuerung 9. Mehrdrucksystem mit Fernwärme-Wärmetauscher 10. Mehrdrucksystem mit Fernwärme-Wärmetauscher und Zusatzfeuerung 11. Zwei-Druck-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung 12. AHK mit Drall- bzw. Register-Brenner 13. Drei-Druck-AHK mit HD-Zwischenüberhitzung und Fernwärme-Wärmetauscher 14. Zusammenfassung und Fazit Wirbelschichtfeuerung

25 Steigerung der Brennstoffflexibilität in Wirbelschichtfeuerungen durch den Einsatz biogener Festbrennstoffe 1. Charakterisierung der untersuchten Einsatzstoffe 2. Experimentelle Untersuchungen zum Verbrennungsverhalten biogener Festbrennstoffe in einer 300-kW-ZWSF 3. Zusammenfassung 4. Quellen Vorhersage der Auswirkung der Holz-Mitverbrennung auf das Kesselverhalten des HKW Moabit 2. Untersuchung der Brennstoffsubstitution 3. Brennstoffzugabe 4. Rauchgaszusammensetzung 5. Strömungsgeschwindigkeiten und Verschleiß 6. Zusammenfassung Rost- vs. Wirbelschichtfeuerung Ein technisch-wirtschaftlicher Technologievergleich 1.1. Verbrennungstechnologie 1.2. Marktsituation 2. Technologievergleich 2.1. Rostkessel von BERTSCHenergy 2.2. Wirbelschichtkessel von BERTSCHenergy 2.3. Vergleich der beiden Technologien Brennstoff Emissionen (fest und gasförmig) Kesselwirkungsgrad Laständerungsgeschwindigkeit Elektrischer Eigenbedarf Betriebsmittel und Entsorgung Investitionskosten

26 3. Zusammenfassung 4. Quelle Die Anpassungsfähigkeit der Wirbelschichtkesseltechnik an die neue Gesetzgebung über Schadstoffemissionen und erneuerbare Energiequellen am Beispiel der polnischen und tschechischen ZWSF-Kesselanlagen 1. Die polnische Gesetzgebung über erneuerbare Energiequellen in den letzten Jahren 2. Beispiele der Anpassung der ZWSF-Kesselanlagen an die Gesetzgebung über erneuerbare Energiequellen 2.1. Neubauprojekte HWK Częstochowa KW Konin KW Połaniec 2.2. Um- und Nachrüstungsprojekte KW Jaworzno Kraftwerke Porici und Hodonin in Tschechien 3. Die neue Gesetzgebung über Emissionen und ihre Auswirkungen 3.1. Neubauprojekte KW Kladno HKW Tychy 3.2. Bestehende ZWSF-Kessel 4. Schlussfolgerungen und Ausblick 5. Quellen Energetische Biomassenutzung Energetische Biomassenutzung im Energie- und Bioökonomiesystem der Zukunft 2. Entwicklung und Stand der energetischen Biomassenutzung in Deutschland 3. Künftige Rolle der energetischen Biomasseverwertung im Energie- und Bioökonomiesystem 3.1. Bedarfsgerechte Stromerzeugung aus Biomasse

27 3.2. Biomethan als vielseitiger Energie- und Kohlenstoffträger 3.3. Bioenergie aus Bioraffineriekonzepten 3.4. Verwertung von Reststoff- und Abfallströmen 4. Zusammenfassung und Ausblick 5. Quellen Nutzung von Biomasse in fossilen Bestandskraftwerken 2. Nutzung von Biomasse in fossilen Kraftwerken 3. Analyse eines SKW für den Umbau zum Betrieb mit Biomasse 4. Untersuchung der Feuerung und Abschätzung des Emissionsverhaltens 5. Technische Lösungen von ALSTOM 6. Zusammenfassung 7. Quellen Versuche zur Regelenergiebereitstellung mit Biomasse- Heizkraftwerken 2. Versuche 2.1. Versuchsfeuerungsanlage 2.2. Biomasse-HKW-Sellessen-Versuche 2.3. Biomasse-HKW-Wiesmoor-Versuche 2.4. ORC-Prozess 3. Fazit 4. Quellen Prozessorientierte Bewertung des Einsatzes von Biomassen in der Prozesskette Pyrolyse und Mitverbrennung in Staubfeuerungen 1. Systematik und Kriterien zur prozessorientierten Bewertung von Biomassen 2. Beschreibung der Prozesskette 2.1. Mechanische Aufbereitung 2.2. Thermische Aufbereitung Pyrolyse im indirekt beheizten Drehrohr

28 Pyrolyse in einem Schneckenreaktor 2.3. Energetische Nutzung der Pyrolyseprodukte Scale-up Thermische Nutzung von Pyrolysegas Thermische Nutzung von Pyrolysekoks 3. Prozessorientierte Bewertung 4. Zusammenfassung/Ausblick 5. Quellen Mitverbrennung von Biomasse und Kohle in O2-/CO2-Atmosphäre 1. Experimenteller Aufbau und Ergebnisse 2. Brennstoffe 3. Versuchsdurchführung 4. Ergebnisse 5. Rasterelektronenmikroskop-energiedispersive Spektrospkopie 6. Zusammenfassung 7. Quellen Modellierung der Integration eines Trocknungs- und Torrefizierungsprozesses in ein kohlenstaubbefeuertes Dampfkraftwerk zur Reduzierung des Mahlaufwands bei der Mitverbrennung von Biomasse 2. Modellierung 2.1. Kraftwerksprozess 2.2. Mühlen 2.3. Trockner 2.4. Torrefizierung 3. Integration der Teilmodelle 4. Simulation und Ergebnisse 4.1. Realisierbarkeit der untersuchten Integrationsvarianten 4.2. Optimale Torrefizierungsparameter 4.2. Vorteile durch Vorbehandlung der Biomasse im Vergleich zur direkten Mitverbrennung

29 4.4. Auswirkungen auf den Eigenverbrauch 5. Zusammenfassung und Fazit 6. Ausblick 7. Quellen KWK und dezentrale Systeme Potenzialanalyse flexibilisierter KWK-Anlagen 1. Energiewirtschaftliche Situation 2. Methode 2.1. Ausgangssituation (Basisvariante) 2.2. Systemvarianten und Marktszenarien 2.3. Betriebspunkte Absolutwerte 2.4. Betriebspunkte Flexibilität 3. Potenzialabschätzung anhand der Systemvarianten 3.1. Variante SK15 + SP25: Zubau konventioneller Heizleistung (Kessel) und thermischer Speicher 3.2. Variante EK15 + SP25: Installation von E-Heizern und thermischen Speichern 3.3. Variante SK15 + EH15 + SP25: Zubau konventioneller Heizleistung, Installation von E- Heizern und thermischen Speichern 3.4. Einfluss der Speichergröße (Be- und Entladeleistung) auf die zeitliche Verfügbarkeit der Flexibilität, Varianten Basis und SK15 + EH15 + SP 3.5. Kostenabschätzung und Vergleich mit technischer Alternative 4. Schlussfolgerungen und Zusammenfassung 5. Quellen Flexible Integration von KWK und erneuerbaren Energien durch Fernwärmespeicherung im Netz 2. Speichervorgänge im Vorlauf 3. Die thermisch instationäre Lastoptimierung 4. Fahrweise eines Testnetzes in Berlin 5. Rückkopplung der Ergebnisse zur Lastprognose 6. Nutzen

30 7. Fazit und Ausblick 8. Quellen Technische und energiewirtschaftliche Optimierung von Stromund Wärmeerzeugung mit Wärmespeicher 1. Aktuelle Situation von KWK-Anlagen mit Wärmespeichern Wirtschaftliche Situation 1.3. Politische Situation 2. Simulationsmodell von DNV GL zur Optimierung von Strom- und Wärmeerzeugungsanlagen 3. Betriebliche Optimierung und Dimensionierung von Anlagen zur Strom- und Wärmeerzeugung 3.1. Optimierung von Anlagenportfolio und Einsatzweise 3.2. Dimensionierung von KWK-Anlagen und Wärmespeichern unter mittel- bis langfristigen Aspekten 4. Ausblick 5. Quellen Einsatz der Dampfturbine SST-111 zur Abwärmenutzung in dezentralen Kraftwerken 1. Markt und Kunden für kleine Industrieturbinen 2. Entwicklung einer Dampfturbine zur Abwärmenutzung 3. Erfahrungen aus der Inbetriebnahme und Probebetrieb 4. Zusammenfassung Flexibilisierung der Betriebsweise von Heizkraftwerken durch Wärmespeicher und Elektrokessel 1. Betriebsweise von Heizkraftwerken Motivation zur Flexibilisierung 2. Potenziale zur Flexibilisierung der Betriebsweise 2.1. Wärmespeicher Atmosphärische Wärmespeicher Druckspeicher 2.2. Elektrokessel Technologie Bauweisen Einbindung und Peripherie

31 2.3. Bewertung Einzelkomponenten im Vergleich Flexiblere Betriebsweise Beispiel für eine kombinierte Lösung 3. Zusammenfassung 4. Quellen Speicher Verbundtechnologien zur optimalen Nutzung erneuerbarer Energien mit CO2-neutralen Kohleveredlungsprozessen mit dem Ziel der Erzeugung von speicherbarem Methan oder Methanol Erzeugung von speicherbaren Energieträgern aus Kohleveredelungsprozessen unter Verwendung von Wasserstoff aus der Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien 2.1. Braunkohlenstauberzeugung und Kohletrocknung 2.2. Elektrolyse 2.3. Vergasung 2.4. Pyrolyse 2.5. Methanisierungsanlage 2.6. Methanolanlage 3. Ergebnisse 3.1. Erneuerbare Energien und Kohlevergasung 3.2. Erneuerbare Energien und Kohlepyrolyse 4. Zusammenfassung 5. Ausblick Flüssigeiserzeugung durch Direktverdampfung/Kältespeicherung und andere Anwendungen 2. Vakuum-Eisslurry-Technologie 3. Anwendungen von Flüssigeis Praktische Erfahrungen bei Planung, Bauausführung und

32 Inbetriebnahme eines thermischen Energiespeichers im Großkraftwerk Mannheim 1. Daten zum Fernwärmespeicher 2. Betrieb und Planung des Speichers 4. Zerstörungsfreie Prüfungen und Dichtheitsprobe 5. Fertigung in Spiralbauweise 6. Zusammenfassung 7. Quelle Flüssigluftenergiespeicher (LAES): ein flexibles System für großtechnische Anwendungen 1. Die Idee 2. Wirkungsgrad 3. Der Kältespeicher als Schlüsselkomponente 4. Varianten der Power Island 4.1. LAES mit Erdgaszufeuerung (Fuel-LAES) 4.2. LAES in Kombination mit einer Gasturbine (GT-LAES) 4.3. Adiabatisches LAES-System (A-LAES) 5. Vergleich mit anderen Speichertechnologien 6. Ausblick 7. Quellen Isobare adiabate Druckluftspeicherung mit Sand-Wärmespeichern und Unterwasserbehältern 2. Gesamtkonzept, Thermodynamik und Turbomaschinen 3. Sandwärmespeicher 4. Unterwasserbehälter 5. Auslegung für eine 9-MW el -/40-MWh el -Anlage 6. Zusammenfassung und Ausblick 7. Quellen Druckluftspeicherkraftwerk als Kurzzeitspeicher-,

33 Langzeitspeicher- und Schattenkraftwerk 2. Isothermer Druckluftspeicherprozess mit Heißwasserspeicher 2.1. Politischer Hintergrund 2.2. Investitionshorizont 3. Überlegungen und Berechnungen zur Druckluftspeicherung ohne Wärmespeicher, zur Langzeitspeicherung und zum Betrieb als Schattenkraftwerk 3.1. Druckluftspeicherkraftwerke ohne Wärmespeicher 3.2. Betrieb als Langzeitspeicher- und Schattenkraftwerk 4. Fazit und Ausblick 5. Quellen Einsatz von Hochtemperaturspeichern in der Kraftwerkstechnik und ihre Entwurfsaspekte 2. Regeneratorspeicher: Konzept und Aufbau 3. Entwurfsaspekte Regeneratorspeicher 3.1. Thermische Entwurfsaspekte 3.2. Strömungsmechanische Entwurfsaspekte 3.3. Thermomechanische Entwurfsaspekte 4. Zusammenfassung 5. Quellen Emissionen - Minderung und Messtechnik Schneller und effektiver: NOx-Messung an DeNOx-Anlagen 1. Die Messaufgabe und die Kanalgröße 2. Typische Kanalströmungsprobleme 2.1. Lösung mit Hilfe eines Bypass-Systems 2.2. Kaskadensystem der Bypass-Leitungen zum Messsystem 2.3. Gebläsedesign und Durchflussmessung 3. Design des Mess-Skids 3.1. NO x -Messung

34 3.2. O 2 -Messung sowie T & P 3.3. NH 3 -Schlupfmessung im Ausgangskanal 4. Vorteile des DeNO x Bypass-Systems 5. Installationsbeispiel in einem Kohlekraftwerk Anpassungsarbeiten 6. Zusammenfassung 7. Quellen Neueste Anwendung der SNCR-Technologie zur Einhaltung des EU-NOx-Grenzwertes von 200 mg/m 3 am Beispiel eines Braunkohlekraftwerkes 2. Projektablauf 3. Aufbau der fest installierten SNCR-Anlage 4. Betriebsergebnisse 5. Schlussfolgerung und Ausblick Maßgeschneiderte SNCR-Anlagen zur Einhaltung künftiger Emissionsstandards in unterschiedlichen Verbrennungsanlagen 2. Voraussetzungen für die Funktion von SNCR-Verfahren 2.1. Kesselausführungen 3. Lösungsmöglichkeiten 3.1. Umbau der Kesselanlagen für SNCR-freundlichen Betrieb oder Einschränkung der Kesselleistung 3.2. Anpassung der SNCR-Technik an die vorhandenen Kessel und deren Betriebsweise Kühlung der Rauchgase mit zusätzlichem Wasser Kühlung der Rauchgase mit einer Eindüsebene für Wasser 3.3. Selektive Kühlung der Rauchgase 4. TWIN-NO x -Verfahren Kombination von Harnstofflösung und Ammoniakwasser 4.1. Optimierung von SNCR und Feuerung durch aufeinander abgestimmte Maßnahmen 5. Zusammenfassung und Ausblick 6. Quellen

35 Leistungssteigerung von Rauchgasentschwefelungsanlagen mit europäischer Tray-Technologie für ein breiteres Kohleband 1. Hintergrund 2. Funktionsprinzip von REA-Nasswäschern 3. Funktionsprinzip von Trays 4. Beispielanlage I 5. Beispielanlage II 6. Zusätzliche Maßnahmen 7. Merkmale der europäischen Tray-Technologie 8. Zusammenfassung 9. Quelle Welche Auswirkungen haben die neuen Grenzwerte für Staub auf die Auswahl der verwendbaren Messtechniken? 1. Was ist die IED und was bedeutet sie für die Anlagenbetreiber? 2. Basics zum Thema Staub 3. Übersicht über die gängigen Messverfahren in der kontinuierlichen Staubmesstechnik 3.1. Triboelektrisches Messprinzip 3.2. Transmissiometrie 3.3. Streulichtmessung 4. Gravimetrische Vergleichsmessung 5. Auswahlkriterien für die zukunftssichere Auswahl der Messtechnik 6. Fazit Zusammenfassung der Ergebnisse der Förderphase II der PCC- Pilotanlage in Niederaußem 1. Die Pilotanlage 2. Versuchsbetrieb und Testreihen 3. Ergebnisse 4. Zusammenfassung und Ausblick 5. Quellen

36 Einfluss der Anordnung der Rauchgasreinigung auf den Gesamtprozess eines Oxyfuel-Kohlekraftwerks 2. Grundlagen 3. Basisprozess 4. Entschwefelung (REA) 5. Entstaubung (E-Filter) 6. Entstickung (DeNO x ) 7. Gesamtprozessbetrachtung 8. Zusammenfassung 9. Quellen Autorenverzeichnis Inserentenverzeichnis