Ausgabe - VGB PowerTech Journal 4/2017

Editorial: Kraft und Wärme koppeln – doppelten Nutzen generieren

Dr.-Ing. Oliver Then

Energiewirtschaft und Stromerzeugung in Deutschland, in Europa und weltweit befinden sich in einem Umbruch. Der Transformationsprozess des Energiesystems hat eine kritische Phase erreicht, die gekennzeichnet ist durch die Integration und zunehmende Dominanz der erneuerbaren Erzeugung und die damit verbundenen wachsenden und wechselnden Anforderungen an das Gesamtsystem. [weiter...]

Optionen für Speicher mit hohen Kapazitäten unter besonderer Berücksichtigung eines 6 x 15 MW Batteriespeichers

Wolfgang A. Benesch und Christian Karalis

Der Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland wächst immer schneller, jedoch wird dieser Strom häufig nicht am richtigen Ort und/oder zur richtigen Zeit produziert. Nüchtern, technisch/wirtschaftlich betrachtet, müssen verschiedene Optionen zur Lösung dieser Aufgabe bereit stehen. Kohlekraftwerke können dies ebenso wie GuD-Anlagen leisten. Eine völlig andere Antwort liefern Speicher. Auch hier sind verschiedene Technologien verfügbar: Massenspeicher wie Pumpspeicher, Power-to-Gas und Power-to-Liquid sind z. B. in der Lage, eine mehr oder weniger lange Dunkelflaute zu überbrücken. Andere, dynamische Speicher, sind in der Lage Systemdienstleistungen anzubieten und können Flexibilitätsoptionen bereitstellen. Hier können neue Technologien, wie z. B. Batteriesysteme, Aufgaben übernehmen und den weiteren Ausbau von erneuerbaren Energien unterstützen.

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Netzausbau und Systemsicherheit in Zeiten der Energiewende – Status quo und Weiterentwicklung des Elektroenergiesystems

Tino Schlemmer, Uwe Schmidt und Wolf-Dieter Diebels

Die Liberalisierung des Strommarktes sowie der Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung haben zu signifikanten Veränderungen der Elektroenergiesysteme Deutschlands und Europas geführt. Das System hat sich gewandelt zu einem dezentralen System mit stetig sinkender Einspeisung aus konventionellen Kraftwerken, stetig wachsender dezentraler Einspeisung aus erneuerbaren Erzeugungseinheiten in alle Spannungsebenen der Übertragungs- und Verteilnetze sowie bidirektionalen Energieflüssen zwischen den Netz- und Spannungsebenen. Das System ist zudem gekennzeichnet durch stark angestiegene und weiter steigende internationale Stromtransfers, eine sehr hohe und weiter steigende Anzahl von Marktteilnehmern und getrennt abzurechnenden Bilanzkreisen sowie eine konsequente Trennung zwischen Erzeugern und Netzbetreibern im Rahmen des Unbundlings.

40 Jahre Zirkulierende Wirbelschicht (ZWS) Kraftwerkstechnologie – eine Übersicht über Geschichte, aktuellen Stand und Zukunftspotential der Anwendung einer innovativen und erfolgreichen Verbrennungstechnologie

Damian Goral, Reinhard Knittel, Silvio Löderbusch, Hans Piechura und Ludolf Plass

Die Kraftwerkstechnologie basierend auf dem fluid-mechanischen Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht (ZWS) ist auf Basis ihrer Vorteile bei der Emissionsminderung und Brenstoffflexibilität äußerst erfolgreich, wie nahezu 5.000 Anwendungen weltweit belegen. Beginnend mit ihren Wurzeln in der metallurgischen Anwendung und von den ersten Ideen der Erfinder ausgehend wird die Entwicklung von stationären hin zu zirkulierenden Wirbelschichten beschrieben, vom Pilotmaßstab und ersten kommerziellen Installationen bis hin zu Kraftwerksgroßanlagen. Auch alternative und konkurrierende Ausführungskonzepte werden betrachtet sowie die Entwicklungen auf dem chinesischen Markt. Die Entwicklungen werden mit Beispielen ausgeführter Anlagen und deren Betriebsergebnissen belegt. Der zweite Teil des Fachbeitrags widmet sich aktuellen und zukünftigen Konzepten der ZWS bei Kraftwerksanwendungen.

Innovative Konzepte zur Flexibilisierung des Kraftwerkseinsatzes

Hellmuth Brüggemann, Frank Kluger und Gerald Schmidt

Durch den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien kommt es erwartungsgemäß zunehmend zu einem Ersatz von konventioneller durch regenerative Erzeugungsleistung und damit zu einer immer stärker werdenden Verschiebung der Netzstabilisierungs- und Regelaufgabe hin zur konventionellen Kraftwerksflotte. Infolge der stark schwankenden Residuallast, die nur durch „unabhängig“ regelbare konventionelle Kraftwerksblöcke übernommen werden kann, ist eine weitere Anpassung der betrieblichen Grenzen der bestehenden konventionellen Kraftwerksanlagen notwendig, um die neue Situation weiterhin zu beherrschen. Dies verlangt eine Überprüfung des bisherigen Mindestlastpunktes sowie das weitere Absenken der Mindestlast verbunden mit einer Optimierung des neuen Lastpunktes z.B. in Bezug auf Stabilität des Betriebs und des Wirkungsgrades. In diesem Bericht werden zwei innovative Weiterentwicklungen vorgestellt, die genau dieses Ziel der Kraftwerksflexibilisierung verfolgen.

Leistungsstarke und hoch effiziente Biomassekraftwerke mit Wirbelschichtfeuerung in Europa

Teemu Nevalainen, Timo Eriksson und Kalle Nuortimo

Wesentliche Investitionsanreize im Bereich der erneuerbaren Energien in Verbindung mit einem niedrigeren Stromverbrauch, blockieren Investitionen im Kraftwerksbereich in Europa nahezu. Die heutige Marktsituation erfordert Brennstoff-flexible Technologien mit einem maximalen Wirkungsgrad und einer maximalen Wirtschaftlichkeit. Dies ist die treibende Kraft in Richtung leistungsstarkes Kraftwerk. Durch einen Biomasse-Kraftwerksauftrag im Vereinigten Königreich erfährt die Zirkulierende Wirbelschicht-Verbrennungstechnologie (CFB) mit Biomasse als alleinigem Brennstoff erhöhtes Interesse. Das weltweit größte Greenfield Biomassekraftwerk wird in Teesport Estate in der Nähe von Middlesbrough errichtet. Die kommerzielle Betriebsaufnahme ist für das Jahr 2020 geplant.

Umbau von Wirbelschichtkesseln von Kohlefeuerung auf 100 % Biomassefeuerung

Jan Žižka , Ludvík Pavlík und Hynek Lang

Mit der Forderung, den Anteil erneuerbarer Energien in der Tschechischen Republik zu erhöhen, rückt die Nutzung von Biomasse in der Stromerzeugung verstärkt in den Fokus. Ein Schema für die nationale finanzielle Förderung in der Tschechischen Republik wurde entwickelt. CEZ, a.s. hat die Umstellung von Wirbelschichtkesseln auf Biomassefeuerung geprüft, wobei zwischen 25 und 100 % Biomasseeinsatz möglich sein sollen. Die technischen Aspekte der Umstellung betreffen neben der Feuerung auch Fragen der Logistik in den Bereichen Brennstoffantransport, Lagerung sowie Aschehandhabung und Abtransport. Die schon umgesetzten Umstellungen haben einen positiven finanziellen Beitrag für die betreffenden Anlagen in der derzeitigen Marktsituation bewirkt.

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Optimierungspotentiale des Trocknens und Aufheizens feuerfester Auskleidungen

Matthias Trost, Hans Joachim Sauer und Michael Evard

Die Situation am Energiemarkt drängt die Betreiber von Energieerzeugungsanlagen dazu, ihre Anlagen deutlich flexibler und zu geringeren Kosten zu betreiben. Die feuerfeste Auskleidung spielt hierbei insofern eine bedeutende Rolle, als dass höhere Laständerungsgradienten zu einem Konflikt mit vorgegebenen Auf- und Abheizgradienten des Feuerfestmaterials führen können. Möglichkeiten werden vorgestellt, wie der für eine ordnungsgemäße Trocknung erforderliche Aufwand begrenzt bzw. verringert werden kann, um die Dauer der Inbetriebnahme einer Feuerungsanlage zu verkürzen. Hierzu gehören die Optimierung der Temperaturüberwachung und daraus resultierend optimierte Aufheizkurven, die Verwendung optimierter Materialien sowie die Möglichkeiten der Art des Trockenheizens. Das Optimierungspotential wird am Beispiel einer bestehenden Anlage erläutert.

Herausforderungen in der kohlebasierten Energieerzeugung in Europa

Joachim Feuerborn und Ivan Skidmore

Etwa ein Viertel der europäischen Energieproduktion basiert auf dem Einsatz fossiler Brennstoffe. Die Produktion in diesen Kraftwerken unterliegt gesetzlichen Anforderungen zur Luftreinhaltung und zu Marktanforderungen hinsichtlich Verfügbarkeit und wirtschaftlicher Produktion. Zur Gewährung der Netzstabilität werden kohlebefeuerte Kraftwerke zunehmend im nicht kontinuierlichen Backup-Betrieb mit wirtschaftlichen Risiken bezüglich Produktion von Nebenprodukten und Lebensdauer der Kraftwerke betrieben. Dabei werden in Europa mehr als 145 Millionen Tonnen Kraftwerks­nebenprodukte hergestellt. Diese werden überwiegend als Ersatz für natürliche Roh- und Baustoffe mit Vorteilen für die Umwelt durch geringeren Abbau und Aufbereitung natürlicher Rohstoffe sowie erhöhte Dauerhaftigkeiten der Bauwerke eingesetzt.

Besondere Herausforderungen an Hydraulikkomponenten in sicherheits­gerichteten Anwendungen

Dirk Bracht

Viele Prozesse in der Verfahrenstechnik laufen unter hohen Temperaturen und Drücken ab. Zur Sicherung der notwendigen verfahrenstechnischen Prozesse und Vermeidung aller negativen Folgen für Menschen, Umwelt und Technik durch äußere Störeinflüsse und Havarien, sind in den Anlagen Absperr-, Regel- und sicherheitsgerichteten Armaturen installiert. Diese müssen im Ansprechfall zuverlässig arbeiten. Diese Zuverlässigkeit wird in erster Linie dadurch gefährdet, dass bei langzeitlicher Nicht-Betätigung von hydraulischen, sicherheitsgerichteten Armaturen kein Ölaustausch in den Leitungen und Komponenten erfolgt. Um das Ziel einer durchgängigen Funktionssicherheit zu erreichen, wurde das selbsttestende Schaltsystem STSS – ein intelligentes Kontrollsystem für sicherheitsgerichtete Armaturen – neu entwickelt.

Mehrstufige Vakuum Membrandestillation, eine innovative Lösung zur Wasseraufbereitung im Kraftwerk

Christian Hüttl, Herbert Fahrnbauer und Christoph Maurer

Ein effizientes Wassermanagement ist wichtig für den Betrieb von kombinierten Gas- und Dampfkraftwerken. Besonders in ariden Regionen ist die Reduzierung des Wasserbedarfs eines Kraftwerkes von Bedeutung. Strategien zur Vermeidung von Abwasser werden dabei bereits erfolgreich eingesetzt. Ein Ansatzpunkt zur weiteren Minimierung der Wasserverluste ist die Aufbereitung der nach wie vor anfallenden Abwässer. Bei der Vakuum Multi-Effekt Membrandestillation handelt es sich um ein energieeffizientes Verfahren zur Wasseraufbereitung, das im Rahmen von umfangreichen experimentellen Untersuchungen den Eignungsnachweis erbracht hat, die Absalzung des Kessels auf die geforderte Wasserqualität des Wasser-/Dampfkreislaufes zu bringen.