Ausgabe - VGB PowerTech Journal 1-2/2017

Editorial: Themen 2017

Christopher Weßelmann

Mit dieser Ausgabe startet die „VGB PowerTech“ in ein sicherlich wieder interessantes und herausforderndes neues Jahr 2017 für die Energiewirtschaft. Die „Vierte industrielle Revolution“ wird für alle Unternehmen, auch die der Energiewirtschaft, immer wichtiger, um geeignete Strategien für ihre Geschäftsmodelle zu entwickeln. Digitalisierung ist dabei das Schlüsselwort. Das Ziel, Emissionen klimarelevanter Gase zu reduzieren, bedeutet eine Adaption für die fossilen Energieträger. Dekarbonisierung ist das Stichwort.[weiter...]

Windfarmen ohne Subventionen: Herausforderungen und Risiken für Betreiber

José Ángel Díaz Álvarez

Die Veränderungen der regulatorischen Rahmenbedingungen für Windenergieprojekte in vielen Staaten mit jetzt niedrigerer oder keiner finanziellen Förderung schaffen neue Voraussetzungen. Es muss sicher gestellt werden, dass neue Projekte mit den veränderten wirtschaftlichen Rahmenbedingungen profitabel sein werden. Dieses Umfeld stellt die Windkraftindustrie auf den Prüfstand. Entwickler und Betreiber müssen zügig auf diese Herausforderungen reagieren und mit Optimierungen sowie Innovationen reagieren. Jede Herausforderung ist dabei eine Chance und Weiterentwicklung und Innovation führen zu Optimierungen und letztendlich einer Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit. Neue Wege tragen dazu bei, die Kosten der Wind­energie zu senken.

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Übersicht zu weltweiten Kernkraftwerks­neubauprojekten und globale Perspektiven der Kernenergie

Jean-Pol Poncelet

Kernenergie ist eine wichtige Quelle für die Stromerzeugung in Europa: Die 131 Reaktoren liefern 28 % des Stroms; dies entspricht rund 55 % der emissionsarmen Erzeugung. Der Umsatz der Branche beträgt rund 70 Mrd. € und sichert rund 800.000 Arbeitsplätze. Weltweit wird die Kernenergie ausgebaut, allerdings mit neuen geografischen Schwerpunkten, d.h. insbesondere dem asiatischen Raum. Der Markt in Europa ist gekennzeichnet durch eine allgemeine Unsicherheit für alle Investitionen in der Stromerzeugung aufgrund von politischen Markteingriffen. Ein einheitliches Energiekonzept aller Staaten ist nicht erkennbar.

Konventionelle Kraftwerke im Zusammenspiel mit volatiler erneuerbarer Einspeisung – Regelungstechnische Ansätze

Daniel Lehmann und Hendrik Lens

Im aktuellen Energiesystem leisten flexible konventionelle Kraftwerke den maßgeblichen Beitrag zur Systemstabilität, indem Sie zu jeder Zeit ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch herstellen. Durch den weiteren Ausbau der natürlich fluktuierenden Erzeugung aus erneuerbaren Quellen wird diese Aufgabe in Zukunft noch deutlich verschärft. Ansätze zur geeigneten Vernetzung konventioneller und volatiler Erzeuger werden vorgestellt. Ziel ist ganzheitlich ein „verlässliches und steuerbares virtuelles Kraftwerk“. Durch einen direkten Informationsaustausch zwischen konventionellen Kraftwerken und volatilen Erzeugern, durch die Nutzung aktueller Leistungs- und Prognosedaten, und durch die Wahl geeigneter Regelungskonzepte kann die Ausgangsleistung des virtuellen Kraftwerks wetterunabhängig geglättet werden.

Zusammenspiel von erneuerbaren und konventionellen Energien – Großbatterie-Systeme als Bindeglied

Christian Karalis und Michael Mühl

Durch den großen und auch weiterhin wachsenden Anteil fluktuierender Erzeugungsanlagen mit Vorrangeinspeisung wird die Einhaltung der Netzstabilität immer anspruchsvoller. Für die Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen und Lasten werden virtuelle Kraftwerke eine entscheidende Rolle spielen. Die Bündelung im virtuellen Kraftwerk ermöglicht eine effiziente Vermarktung im Strom- und Regelenergiemarkt. Die Vermarktung im Strom- und Regelenergiemarkt, das Bilanzkreismanagement und die Reservevorhaltung für konventionelle Kraftwerke und dezentrale Erzeugungsanlagen wird im STEAG Optimierungs­netzwerk „STEAG OneOpt“ zusammengeführt. Großbatterie-Systeme als Bindeglied zwischen konventionellen Großanlagen, dezentralen Anlagen, erneuerbaren Energien und dem Strommarkt für kurzfristige Flexibilität ergänzen optimal das STEAG-Portfolio.

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Mitverbrennung in der Zuckerindustrie Kolumbiens

José María Rincón, Marco Aurelio Vera, Pedro Guevara und Sofia Duarte

In Kolumbien verteilt sich die installierte Stromerzeugungskapazität auf 64 % Wasserkraft, 31 % thermische Kraftwerke (Gas und Kohle), andere Energien 4,5 % und 0,5 % KWK. Etwa 80 % der Erzeugung werden aus Wasserkraft gewonnen. In Kolumbien wird auf einer Fläche von rund 230.000 ha Zuckerrohr angebaut, mit einem Anfall von rund 6 Millionen t an Reststoffen, die als Brennstoff verwendet werden. Diese Biomasse ist für Kolumbien sehr wichtig, um das Problem des Mangels an elektrischer Energie zu lösen. Die Erzeugungskapazität wird durch die gemeinsame Verwendung von Kohle als Mitverbrennung in den Zuckerfabriken zur Verfügung gestellt.

Eine energie-politische Invariante: Bauteilsicherheit

Albert Bagaviev und Ansgar Kranz

Der Bedarf für eine realistische Vorhersage der Bauteillebensdauer, insbesondere im Bereich hoher Temperaturen, ist seitens der Kraftwerksbetreiber aufgrund von vielen aktuellen politischen und wirtschaftlichen Herausforderungen sehr hoch. Diverse Ungenauigkeiten erschweren eine adäquate Erfassung des Werkstoffschädigungszustands. Bis heute existieren keine anwendbaren Industriestandards die eine Bewertung des Bauteillebensdauerpotentials ermöglichen. Eine schnell realisierbare, technologisch fortschrittliche und wirtschaftlich günstige Methodologie wurde entwickelt, die eine Erfassung des realistischen Bauteil-Ist-Schädigungszustandes ermöglicht. Eine Erweiterung zur Erfassung der Interaktion zwischen der thermomechanischen Werkstoffermüdung und Kriechen ist vorgesehen.

Modernisierung des Hochdruckteils einer 200 MW Dampfturbine – Lebensdauerver­längerung und Leistungsverbesserung

Radoslav Wisniewski

Die polnische Energiebranche steht durch den steigenden Anteil erneuerbarer Energien, den fallenden Energiepreisen und steigenden Umweltanforderungen vor einem Wandel. Dabei weisen die meisten der 200-MW-Kohleblöcke – die Basis der polnischen Stromerzeugung – bereits mehr als 200.000 Betriebsstunden vor. Modernen Instandhaltungs- und Reparaturtechnologien, welche die Verlängerung der Lebensdauer der Dampfturbine unter Wiederverwendung von Maschinenhauptkomponenten ermöglichen, bieten dabei für das Retrofit erhebliche Vorteile. Auf Grundlage von mehr als 20 erfolgreich umgesetzten Projekten wird die Modernisierung des HD-Teils einer 200-MW-Dampfturbine mit den Technologien von Ethos Energy präsentiert.

Revision einer HD-Industriedampf­turbine und Neugestaltung des Dampfgehäuses

Malte Vogt und Hans Schäfer

Seit Anfang der 1990er Jahre betreibt Currenta im Chempark Leverkusen zwei Gegendruckturbinen mit einer Leistung von 13 MW. Diese entspannen den Dampf zweier kohlebefeuerter Wirbelschichtkessel auf den Druck des Dampfnetzes im Chempark. Aufgrund der wirtschaftlichen Fahrweise der Wirbelschichtkessel muss eine möglichst hohe Verfügbarkeit der Turbinen gewährleistet werden. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahren beide Turbinen revidiert und sicherheitstechnisch auf den neusten Stand gebracht. In einer Revision wurde unter anderem die Bebänderung zur Abdichtung in der Dampfkammer durch eine eingeschrumpfte, kammprofilierte Buchse ausgetauscht. Weiterhin waren die Gleitflächen des Außengehäuses und des vorderen Lagerbocks festgesetzt, sodass es zu einer Dehnungsbehinderung am Gehäuse kam. Um diese Problematik in Zukunft frühzeitig zu erkennen, wurde Sensorik nachgerüstet. Zudem wurden die Schutzeinrichtungen der Turbinen auf einen aktuellen Stand gebracht.

Installation neuer Trays zur Erhöhung der Leistung einer nassen Rauchgaswäsche ohne Druckverluste bei gleichzeitig niedrigeren Betriebskosten

Sven Kaiser, Stefan Binkowski, Uwe Schadow und Axel Thielmann

Am Braunkohlekraftwerk Novaky wurde der SO2 Abscheidegrad von ca. 96 % auf >99 % gesteigert, um den von der Industrieemissionsrichtlinie 2010/75/EU vorgeschriebenen Emissionsgrenzwert von 200 mg/Nm3 einzuhalten. Gleichzeitig wurde der Druckverlust über die gesamte REA leicht reduziert und eine komplette Sprühebene demontiert. Hierdurch reduzierte sich die Pumpenleistung um ca. 700 kW. Mit der Nachrüstung der REA auf die erprobte Tray-Technologie von Steinmüller Engineering wurden die Betriebskosten minimiert, der Abscheidegrad und die Flexibilität hinsichtlich des Kohlebandes erhöht bei gleichzeitiger Einhaltung der geforderten Emissionsgrenzwerte.

Freisetzung von gasförmigem Kalium bei der Verbrennung von Biomasse – Experimentelle Ergebnisse und Modellierung

Patrick E. Mason, Leilani I. Darvell, Jenny M. Jones und A. Williams

Kessel zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen – sowohl von Biomasse alleine als auch der Biomasse-Mitverbrennung mit Kohle – arbeiten üblicherweise bei Temperaturen oberhalb von 1.600 K. Bei solchen Temperaturen wird die Zusammensetzung anorganischer Komponenten durch Phasenumwandlung beeinflusst. Bei Temperaturen oberhalb von 1.600 K verflüchtigen sich KOH und KCl und werden in die Gasphase frei gesetzt. In kühleren Bereichen des Kessels können diese Gase kondensieren und korrosive Ablagerungen bilden. Zur Modellierung dieser Prozesse während der Verbrennung und damit der Folgereaktionen ist eine Kenntnis der Freisetzungsmechanismen erforderlich. Dazu geeignet ist die Flammenemissionsspektroskopie.

Das Klimaproblem nach dem Paris-Abkommen und der Marrakesch-Konferenz

Eike Roth

Das Klima-Abkommen von Paris 2015 ist am 4. November 2016 in Kraft getreten. Aber die Widersprüchlichkeit in dem Abkommen – verschärfte Ziele und (vermutlich) unzureichende Zusagen der einzelnen Länder – ist geblieben. Auch auf der Nachfolgekonferenz in Marrakesch 2016 konnte sie nicht beseitigt werden. 2017 trifft man sich wieder. Aber nachdem Donald Trump zum Präsidenten der USA gewählt worden ist, weiß niemand wie das wirtschaftlich stärkste Land der Welt sich zukünftig verhalten wird und die Unsicherheiten sind größer geworden denn je. Das verstärkt den Druck, die tatsächliche Größe des anthropogenen Einflusses auf das Klima endlich konsistent wissenschaftlich zu klären, um auf dieser Basis dann besser entscheiden zu können. Diese Arbeit will einen kleinen Beitrag hierzu leisten.

Mit Flexibilität zu mehr Klimaschutz – Energiemanagement im Chemiepark Marl

Rebecca Loschen

Der Chemiepark Marl ist einer der größten Chemieverbundstandorte in Europa. Auf einer Fläche, die dreimal so groß ist wie Monaco, werden jedes Jahr rund 4,4 Millionen Tonnen Chemieprodukte hergestellt und in die ganze Welt exportiert. Der Energiebedarf dafür ist immens. Wie kann der Standort, der 10.000 Menschen einen Arbeitsplatz bietet, den Herausforderungen der Energiewende begegnen? Flexibilität ist dabei ein Schlüsselbegriff und spielt in allen Bereichen eine besonders wichtige Rolle. Gleichzeitig helfen Effizienz und Ressourcenschonung dem Klimaschutz.

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