Ausgabe - VGB PowerTech Journal 1-2/2021

Übertragungsnetzbetreiber verhindern Blackout – Entscheidender Beitrag durch regelbare Kraftwerke

Dr. Oliver Then

Zum Jahresbeginn stand Europa kurzfristig am Rande eines Zusammenbruchs seiner Stromnetze. Am 8. Januar um 14:05 Uhr wurde das europäische Verbundnetz entlang der Länder Kroatien, Serbien, Bosnien und Herzegowina und Rumänien in zwei Teile getrennt. Nach derzeitigem Kenntnisstand war der Auslöser eine technische Störung in der Schaltanlage Ernestinovo in Kroatien, die innerhalb von 30 Sekunden im Rahmen einer Kettenreaktion aus Schutzabschaltungen zur Abschaltung weiterer Schaltanlagen und mithin zur Trennung der Netzregion Süd-Ost-Europa vom nord-westlichen Teil des europäischen Verbundnetzes führte.[weiter...]

Flexibilisierung – Analyse der Auswirkungen durch Auswertung der VGB-Datenbank KISSY

J. Aydt, M. Bader, J. Bareiß, R. Mohrmann, I. Pfaff, S. Prost, R. Uttich und H. Wels

Das Einsatzregime konventioneller Wärmekraftwerke hat sich durch die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien wie Windkraft und Photovoltaik verändert. Die dadurch ebenfalls erhöhte Stromerzeugungskapazität im Stromnetz führt zu vermehrten Stillstandzeiten und reduzierten Betriebszeiten unter Volllast für die konventionellen Kraftwerke. Dadurch unterliegen diese Kraftwerke einem erhöhten flexiblen Betrieb.

Grundsätzlich muss die Frage gestellt werden, ob die veränderte Betriebsweise auch zu einem erhöhten Lebensdauerverbrauch von Komponenten der Anlagen geführt hat. Werkstofftechnisch ist der Zusammenhang zwischen zyklische Belastung wie durch An- und Abfahrten und einem erhöhten Lebensdauerverbrauch für dickwandige Komponenten bekannt. Unklar war, ob neben den aufgezeichneten Lebensdauerverbräuchen an ausgewählten Komponenten weitere unerwartete Schädigungen in den Anlagen aufgetreten sind und in einem eindeutigen Zusammenhang zur veränderten Betriebsweise stehen. Zur Klärung dieser Fragen wurden alle relevanten Komponenten von Kessel, Turbine und Generator berücksichtigt.

Zur statistischen Datenanalyse wurde der Datensatz der VGB-KISSY Datenbank genutzt. Die Daten stammen aus 129 Stein- und Braunkohlekraftwerken sowie aus 33 GuD- und Kombikraftwerken von VGB-Mitgliedern über einen Zeitraum von 10 Jahren (2010 bis 2019). Die Daten wurden vor der Analyse anonymisiert und als jährliche Zeitreihe unter Berücksichtigung präziser VGB-Definitionen für geplante und ungeplante Nichtverfügbarkeit ausgewertet.

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Charakterisierung des Langzeitverhaltens von 600/620°C-Turbinenwerkstoffen

Johanna Marie Haan, Torsten-Ulf Kern, Yang Wang, Christian Kontermann, Florian Kauffmann und Sabine Polenz

Basierend auf den Erfahrungen des europäischen COST-F&E-Programms werden seit 2005 großtechnische Turbinenkomponenten gefertigt und in Kraftwerken eingesetzt. Durch In-Service-Untersuchungen der eingesetzten fortschrittlichen 9-10Cr kriechfesten Stähle CB2, FB2 und COST E im Rahmen von VGB-Forschungsprojekten wurde das Wissen zu diesen Werkstoffen kontinuierlich erweitert: Kriechversuche bei niedrigen, betriebsrelevanten Spannungen und Laufzeiten von mehr als 80.000 Stunden bestätigen die Langzeitstabilität der entsprechenden Gefügeeigenschaften (Subkornstruktur und Ausscheidungsverhalten) sowie der zugehörigen Kriechfestigkeit. Für alle drei Werkstoffe wurden die auf den COST-Testschmelzen und Demonstrationskomponenten basierenden Zeitstandfestigkeitsextrapolationen durch die laufenden Tests bestätigt oder übertroffen.

Darüber hinaus konnten LCF-Tests mit Haltezeit die Eignung der Werkstoffe in Bezug auf die veränderten Anforderungen durch flexiblen Kraftwerksbetrieb und höhere Betriebstemperaturen nachweisen. Es wurden auch Vergleiche hinsichtlich des Verformungs- und Ermüdungsverhaltens im Vergleich zu derzeit etablierten Werkstoffen und deren Einsatztemperaturgrenzen durchgeführt.

Zusammenfassend wird bestätigt, dass mit der Entwicklung fortschrittlicher 9-10Cr-Stähle drei zuverlässige Werkstoffe entstanden sind, die ein stabiles Legierungskonzept für den Kraftwerkseinsatz bei 600 bis 620 °C bilden.

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Angriffserkennungssysteme im OT-Umfeld bei Betreibern kritischer Infrastrukturen

Stefan Loubichi

Das neue IT-Sicherheitsgesetz 2.0 verpflichtet die Betreiber Kritischer Infrastrukturen in Deutschland Systeme zur Angriffserkennung zu implementieren. Handeln sie nicht oder halten sie es nicht für notwendig, drohen ihnen empfindliche Strafen von bis zu 10.000.000 Euro. Es stellt sich die Frage, ob dies wirklich notwendig war. Nach einem Forschungsbericht des Kriminologischen Instituts in Niedersachsen setzen nur 20 Prozent der Industrieunternehmen In­trusion Detection Systeme ein. Normalerweise sollte dies ein guter Grund sein, warum es notwendig ist, solche Systeme zu implementieren. In diesem Beitrag werden die verschiedenen Möglichkeiten vorgestellt, Systeme zur Angriffserkennung zu implementieren. Gerade im Bereich der Anomalieerkennung und Intrusion Detection gibt das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) viele Hilfestellungen dazu, was zu beachten ist. Die Auswahl des geeigneten Systems ist abhängig vom zur Verfügung stehenden Budget, den infrastrukturellen Anforderungen und davon, ob sich das Unternehmen bereits vorher mit OT-Security beschäftigt hat. Wichtig ist, dass die Hersteller dieser Komponenten der kritischen Infrastruktur eine Garantie für ihre Komponenten abgeben müssen. Für deutsche Hersteller sollte dies unkritisch sein, für Hersteller außerhalb der EU wird das BSI sicherlich kritisch sein.

KKS und RDS-PP® – VGB spricht die Sprache der Kraftwerkstechnik

Andreas Böser und Sabine Kuhlmann

Unabhängig vom Grad der Industrialisierung, zählt die Stromerzeugung zweifellos zu den wichtigsten und komplexesten Aufgaben einer Gesellschaft. Die zuverlässige Energieversorgung und damit der erfolgreiche Betrieb eines jeden einzelnen Kraftwerks – unabhängig von der eingesetzten Primärenergie – benötigt ein Kennzeichnungssystem zur konsistenten Identifikation von Anlagenteilen und Prozessen. KKS und RDS-PP® bieten diese Möglichkeiten von der Planung bis zum geordneten Rückbau. Angefangen bei der Projektierung, über den Betrieb der Anlage und bis zum geplanten Laufzeitende sprechen alle Prozessbeteiligten dieselbe „VGB-Sprache“ und können so national und auch international problemlos miteinander kommunizieren. Dank dieser VGB-Kraftwerks-Sprache können hersteller- und betreiber­unabhängig Daten ausgetauscht werden und versetzen Kraftwerksbetreiber in die Lage, ihre Anlagen selbstständig zu betreiben, zu warten und am Ende auch gesetzes- und normenkonform zu demontieren.

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Effiziente Energie-Technik für viele Anwendungen: Kraft-Wärme-Kopplung iKWK

Stefanie Reil

Mit dem deutschen Kohleausstiegsgesetz ergeben sich für die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ganz neue Chancen. Denn die damit verbundene Novelle des KWK-Gesetzes (KWKG) fördert die Flexibilisierung der Technik und eröffnet damit innovative Geschäftsmodelle für KWK-Anlagen. Bisher dienten diese fast ausschließlich als Grundlasterzeuger im Dauerbetrieb. Doch die starke Zunahme der volatilen Stromerzeugung aus Sonne und Wind macht immer mehr Residuallast erforderlich: Genau darin liegt für KWK die große Chance, ihre Marktberechtigung für die Zukunft zu zeigen. Aufgrund der neuen Flexibilität steigt aber auch die Komplexität KWK-basierter Energiekonzepte. Damit der jeweilige Einsatzfall (Business Case) wirtschaftlich tragfähig bleibt, sind eine fundierte Projektentwicklung und Planung unerlässlich. Hier ist Gammel Engineering aufgrund seines jahrzehntelangen Know-hows in der Projektentwicklung für dezentrale Energiesysteme und KWK bereits für komplexe und flexible Konzepte gewappnet. Dies wird aktuell wieder bei der Planung für ein iKWK-System in Bad Reichenhall unter Beweis gestellt. Das Projekt erhielt 2018 den Zuschlag in der ersten iKWK-Ausschreibungsrunde. Die vollständige Inbetriebnahme ist für Juni 2021 geplant. Aktuell bewerben es die Stadtwerke bereits mit dem Slogan: „Saalachwärme aus erneuerbarem, innovativem, CO2-sparendem Heizkraftwerk“.

Neues Verfahren zur vollautomatisierten Bestimmung der Konzentration von Legionellen in einer Wasserprobe innerhalb weniger Stunden

Holger Ohme, Jennifer Becker, Pascal Jahn und Dirk Heinecke

Die hygienische Notwendigkeit zur Kontrolle der Konzentration an Legionellen, in technischen Wassersystemen aus denen Aerosole ausgetragen werden können, führt zu der Problematik, dass das hierfür anzuwendende Kultivierungsverfahren (ISO 11731-2017) erst mit einer Verzögerung von 7-12 Tagen einen verlässlichen Befund liefert. Erforderliche Maßnahmen können auf dieser Basis nur stark zeitverzögert erfolgen und kontrolliert werden. Aktuell auf dem Markt verfügbare Schnelltest korrelieren entweder nicht belastbar mit der akkreditierten Kultivierungsmethode oder erfordern (zeit-) aufwendige Aufbereitungsschritte. Einige Schnelltests liefern hochspezifische Nachweise für einzelne Legionellenarten, jedoch nicht für alle Legionellenarten in einer Wasserprobe (Legionella spp. = species pluralis). Das dem neu entwickelten Messgerät INWATROL L.nella+ zu Grunde liegende Verfahren einer Stoffwechselaktivitätsmessung lebender Zellen bestimmt den Parameter Legionella spp. zuverlässig innerhalb weniger Stunden aus einer Wasserprobe. Dabei wird das Messgerät direkt an das technische Wassersystem mit automatischem und selbstdesinfizierendem Probeneinzug angeschlossen, einschließlich Selbstdesinfektion des in der Messzelle enthaltenen Wassers nach abgeschlossener Messung. Dies ermöglicht dem Anlagenbetreiber die gefahrlose, kontinuierliche Ermittlung der hygienischen Wasserqualität. Neben der unmittelbaren Erfolgskontrolle durchgeführter Maßnahmen ist auch die bedarfsgerechte Steuerung z.B. von Bioziden möglich.

Energieverbrauch in Deutschland 2020

AGEB

Der Energieverbrauch in Deutschland ist 2020 um 8,7 % gegenüber dem Vorjahr zurückgegangen und erreichte mit 11.691 Petajoule (PJ) oder 398,8 Millionen Tonnen Steinkohleneinheiten (Mio. t SKE) einen historischen Tiefststand. Im Vergleich zu 2006, dem Jahr mit dem bisher höchsten Energieverbrauch in Deutschland seit der Wiedervereinigung, beträgt der Rückgang rund 21 %, berichtet die Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen. Infolge des rückläufigen Verbrauchs sowie weiteren Verschiebungen im Energiemix zugunsten der Erneuerbaren und des Erdgases rechnet die AG Energiebilanzen mit einem Rückgang der energiebedingten CO2-Emissionen in einer Größenordnung von rund 80 Mio. t. Das entspricht einer Minderung gegenüber dem Vorjahr um rund 12 %.