Ausgabe - VGB PowerTech Journal 1-2/2015

Der Rahmen für Klima- und Energiepolitik bis 2030

Mechthild Wörsdörfer

Im Lichte der Erkenntnisse und Erfahrungen der derzeitigen Energie- und Klimapolitik der Europäischen Union und dem veränderten wirtschaftlichen und energiepolitischen Kontext hat die Kommission einen neuen Rahmen für die Klima- und Energiepolitik bis 2030 vorgeschlagen. Die Vorschläge wurden durch den Europäi­schen Rat am 24. Oktober 2014 weitestgehend angenommen. Der neue Rahmen beruht auf vier Kernzielen: ein verbindliches Ziel auf EU-Ebene für die Reduzierung von Treibhausgas-Emissio­nen von mindestens 40 % gegenüber 1990; ein auf EU-Ebene verbindliches Ziel für den Anteil der erneuerbaren Energien von mindestens 27 %; ein auf EU-Ebene indikatives Ziel für die Verbesserung der Energieeffizienz von mindestens 27 % und ein Verbundziel von 15 % für Strom­interkonnektoren.

Instandhaltung ohne Geld – Herausforderung zu Veränderungen

Leon Westhoeve und Maciej Brzoskowsi

Im Laufe der letzten Jahre stand die Energiewirtshaft ständig vor neuen Herausforderungen. Ließen sich die ehrgeizigen europäischen Klimaschutzziele in guten Zeiten noch stemmen, so führten weitere politische Rahmenbedingungen zu enormen Belastungen, die ihren Höhepunkt in der Energiewende fanden. Eine erste Reak­tion auf stagnierenden oder sinkenden Profit war und ist der Dreh an der Kostenschraube und auch Instandhaltungsunternehmen bekamen die Auswirkungen reduzierter Budgets deutlich zu spüren. Wie aber sind steigende Anforderungen – auch und gerade an die Technik – zu bewältigen, wenn die Budgets schon vorher nicht ausreichten? Die Lage ist mehr als kritisch, doch es gibt reelle Chancen!

Erneuerbare Energien Wind und Sonne – Wo geht es technisch hin?

Hermann-Josef Wagner

Deutschland ist weltweit federführend bei der Entwicklung und Einführung der erneuerbaren Energien Wind- und Sonnenenergie. Beide Techniken haben in Deutschland bereits einen Anteil von über 13 % an der Stromerzeugung erreicht. Parallel mit der politisch unterstützten Einführung erneuerbarer Energien hat sich eine Vielzahl von Techniken zu ihrer Nutzung ergeben, deren weitere Entwicklung bisher noch nicht ausgereizt ist. Technischer Stand und ausgesuchte Entwicklungstendenzen werden beschrieben. Neue Techniken können dabei in einer Gesellschaft nur eingeführt werden, wenn Fragen nach den Auswirkungen auf die Umwelt beantwortet werden.

Flexibilitätsoptionen im elektrischen Energiesystem

Christian Rehtanz und Jan Teuwsen

Das zukünftige Energiesystem benötigt zum Ausgleich der Volatilität erneuerbarer Energien verschieden ausgestaltete Flexibilitätsoptionen. Gerade durch die Nutzung des hohen Potentials primärer Energieformen in Form von Solar- und Windenergie, welches nahezu flächendeckend in Deutschland vorhanden ist, kommt den Flexibilitätsoptionen eine besondere Bedeutung zu. Der Ausgleich von Energiebereitstellung und -verbrauch im elektrischen Energiesystem muss zukünftig durch eine wirtschaftlich und technisch sinnvolle Kombination aus Lastmanagement, Erzeugungsmanagement flexibler konventioneller und regenerativer Erzeugung, Speicher, Kopplung mit anderen Energiesektoren und Netzausbau erfolgen.

Pumpspeicherung – Anforderungen und Vergleich mit anderen Speichertechnologien

Albert Ruprecht

Der Einsatz von erneuerbaren Energien in der Stromversorgung in Deutschland hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Wegen der hohen Volatilität von Wind- und Sonnenenergie werden zum einen entsprechende Stromspeicherkapazitäten benötigt. Zum anderen muss auch schnelle und flexible Regelleistung bereitgestellt werden. Beides können Pumpspeicherkraftwerke in idealer Weise leisten. Die Situation der Pumpspeicherung in Deutschland wird dazu diskutiert. Es erfolgt eine Abschätzung des Speicherbedarfs. Die Pumpspeicherung wird mit anderen Speichertechnologien bezüglich Wirkungsgrad, Reaktionszeiten und Kosten verglichen.

Die neue 200-MWe-zirkulierende Wirbelschichtfeuerung in Polaniec

Frans van Dijen und Héloise Gennart

Am Standort Polaniec in Polen betreibt GDF SUEZ Energy einen neuen 200-MWe-Kessel mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung (ZWSF). Als Brennstoff wird überwiegend Holz, insbesondere nasse Holzschnitzel, eingesetzt. Der schlüsselfertige Kessel wurde von Amtec Foster Wheeler Company geliefert und in die bestehende Anlage integriert. Erste Betriebsergebnisse werden vorgestellt und Vorschläge im Hinblick auf die Zukunft und Potentiale der ZWS-Kesseltechnologie gemacht. Verbesserungen der ZWS-Kesseltechnologie sind möglich. Insbesondere die schon vorhandenen Erfahrungen sollten bei Neubauten berücksichtigt werden. Darüber hinaus sollten weitere FuE-Vorhaben durchgeführt werden.

Erhöhung der Flexibilität und technische Optimierung am Dampferzeuger des neuen Braunkohlekraftwerks Boxberg R

Thomas Brunne, Günter Heimann und Jürgen Stosch

Der braunkohlegefeuerte Kraftwerksblock R in Boxberg wurde in den Jahren 2004 bis 2007 als Grundlastblock und mit hohem Wirkungsgrad konzipiert und geplant. Mit steigender Einspeisung fluktuierenden EE-Stroms wird eine veränderte Einsatzweise der Anlage erwartet. 2012 wurden daher für den Dampferzeuger mögliche Optimierungspotenziale bei erhöhter Flexibilität gemeinsam mit dem Hersteller herausgearbeitet. Diese zielen hauptsächlich auf eine mögliche Erhöhung der Blockleistung, die Absenkung der technischen Mindestlast im reinen Kohlefeuer, die Erhöhung der Laständerungsgradienten und eine Verkürzung der Anfahrzeiten.

Kohleversorgungsanlage BoA 2&3: Kraftwerk Neurath – Konzept und Betriebserfahrungen

Michael Lansen, Andreas Mowe und Frank Huth

Mit der Errichtung der BoA 2&3 am Standort Neurath ging RWE bei vielen Anlagenkomponenten neue Wege, so auch in der Bekohlungsanlage. Dies sind unter anderem der neu konzipierte Schlitzbunker, die unabhängige, automatische und variable Mischung der sortenrein angelieferten Braunkohlen zu Mischkohlen, das zweistufige Brechkonzept mittels Walzenbrechern, das nach neuesten Erkenntnissen im Brandschutz konzipierte Bandbrückenkonzept sowie der drehzahlgeregelte, vollautomatische an die Kessellast angepasste Betrieb der Bandanlagen. Seit der Inbetriebnahme Anfang 2012 wurden bis heute ungefähr zwei Jahre lang Betriebserfahrungen im Bereich der Bekohlungsanlage gesammelt.

Zusätzliche Einnahmen aus Windparks durch verbesserte Datenanalyse

Martin Stephan

Der Betrieb von Windparks unterliegt häufig wechselnden äußeren Einflüssen, die starke Belastungen der eingesetzten Komponenten hervorrufen und die zu langfristig wirkenden Leistungsminderungen bzw. zu Ausfällen führen können. Eine zeitnahe Beurteilung der unter den aktuell vorliegenden Umgebungsbedingungen erreichbaren Sollzustände ist für ein frühzeitiges Erkennen von Degradationen und sich anbahnenden Defekten erstrebenswert. Im Bereich thermischer Kraftwerke werden zur Detektion solcher Zustände bereits seit Längerem spezielle IT-Werkzeuge eingesetzt. Die Einsatzmöglichkeit dieser Lösungen für den Bereich Wind wurde untersucht.

Wirkungs- und Nutzungsgrade der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen und Gülle

Elmar Fischer, Jan Postel, Jan Liebetrau und Michael Nelles

Biogasanlagen stellen aufgrund der Kombina­tion von Biotechnologie und Kraftwerkstechnik ein komplexes System mit einer Vielzahl von Variablen dar. Die Ermittlung von Wirkungs- und Nutzungsgrad sowie der Leistungsvergleich landwirtschaftlicher Biogasanlagen werden vorgestellt. Die Anwendung eines brennwertbasierten Ansatzes Die Angabe von Wirkungs- und Nutzungsgraden basiert auf der Berechnung von Energieflüssen. Die Energieflüsse lassen sich mit Hilfe von Sankey-Diagrammen visualisieren. An Beispielen wird gezeigt, dass die Konzeption der Vergärung und der Grad der Wärmenutzung die Haupteinflussfaktoren auf die Effizienz der An­lage darstellen.

Lebensdauerbewertung von Bauteilen unter Kriechermüdungsbeanspruchung

Patrick Buhl, Daniel Hüggenberg und Andreas Klenk

Da die Kraftwerke in Zukunft flexibler betrieben werden, müssen die Bauteillebensdauern im Hinblick auf Kriechermüdung bewertet werden. In den internationalen Regelwerken ASME und RCC-MR bzw. der Empfehlung R5 sind unterschiedliche Bewertungsansätze beschrieben. Zusätzlich zu diesen Ansätzen wird ein komplexes phänomenologisches Modell vorgestellt, welches die direkte Wechselwirkung der Ermüdung- und Kriechschädigung berücksichtigt. Die verschiedenen Lebensdauerbewertungsansätze werden auf Bauteile aus martensitischen Stählen und Nickelbasislegierungen angewendet.

Entwicklung, Erfahrungen und Qualifizierung von Stählen für Druckrohrleitungen von Wasserkraftwerken

Horst Cerjak, Norbert Enzinger und Milan Pudar

Entwicklungen und Erfahrungen bei der Anwendung von hochfesten Stahlsorten für Druckrohrleitungen und -schächte von Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken werden beschrieben. Die Ergebnisse der Untersuchungen von Schadensfällen machen deutlich, dass hochfeste Stähle äußerst sorgfältig hergestellt und verarbeitet werden müssen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Dabei kommt dem Schweißen eine besondere Bedeutung zu. Die Veränderungen der Betriebsbedingungen von Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken bedingt durch die Netze und die zunehmende Verwendung von hochfesten Stahlsorten, erfordern zunehmend die Berücksichtigung der dynamischen Belastungen.

Zum Potential der Verwendung einer Extra­polationsmethode sowie einer konstitutiven Materialbeschreibung zur Bewertung der Kriechermüdungsbeanspruchung von Bauteilen

Christian Kontermann, Alfred Scholz und Matthias Oechsner

Der Einsatz von konstitutiven Materialmodellen im Bereich der wissenschaftlichen Forschung zählt zum Standard. Solche Modelle sind in der Lage, die Verformungs- und Schädigungsentwicklung unter Kriechermüdungsbeanspruchung zu beschreiben. Die Verwendung ist mit einem hohen Aufwand an Rechenzeit verbunden. Mittels Extrapolationsmethoden kann diese reduziert werden. Das Potential der Anwendung einer entwickelten Extrapolationsmethode vorgestellt. Ebenso werden einige Beobachtungen an bauteilnahen Kerbproben diskutiert, die das Potential haben, die Präzision zukünftiger Bewertungskonzepte zu verbessern.

Nachweis und Größenbestimmung realistischer Testfehler in austenitischen Werkstoffen mittels Ultraschall und 3D-SAFT

Sandra Dugan, Sabine Wagner, Alexander Dillhöfer, Hans Rieder und Martin Spies

Der sichere Nachweis von Fehlstellen und die Bestimmung der Fehlerabmessungen mittels zerstörungsfreier Prüfung sind von großer Bedeutung für eine zuverlässige Bewertung der Integrität und Lebensdauer von Komponenten. Austenitische Schweißnähte und Mischnähte stellen durch ihre Kornstruktur in Verbindung mit der elastischen Anisotropie des Materials eine besondere Herausforderung für die Ultraschalltechnik (UT) dar. Für Testkörper mit austenitischer Schweißverbindung und interkristallinen Spannungskorrosionsrissen in der Wärmeeinflusszone wird die Aussagefähigkeit der UT mit und ohne Synthetic Aperture Focusing Technique gezeigt.