Ausgabe - VGB PowerTech Journal 9/2018

Digitalisierung in der Energieerzeugung

Christopher Weßelmann

Die fortschreitende Digitalisierung ist zweifelsohne eine der großen Herausforderungen und auch eine der großen neuen Chancen für unsere weitere Entwicklung. Noch vor einer Generation bestand Digitalisierung darin, Computer via Lochkarte zu füttern, um Rechenprozesse zu beschleunigen. Heute können wir zum Beispiel mit unserer Stimme Bestellungen auslösen oder aus der Ferne die Raumtemperatur unserer Wohnung steuern. [weiter...]

Erfolgreiche Schwingungsanalyse an einer 200 MW Pumpturbine in Luxemburg

Patrick Tetenborg, Johann Lenz und Gilles Nosbusch

Das Pumpspeicherkraftwerk in Vianden, Luxemburg, wurde im Jahr 2014 um eine 200-MW-Pumpturbine erweitert. Seit der Inbetriebnahme trat im Turbinenbetrieb im oberen Leistungsbereich eine markante 150 Hz Vertikalschwingung auf. Die Ergebnisse der durchgeführten Messung und Analyse deuteten auf eine akustische Resonanz (Helmholtz-Resonator) innerhalb der Hohlnabe hin. Um die Theorie zu bestätigen, wurde im kritischen Turbinenbetrieb Luft in den Nabenbereich eingedüst. Hierdurch wurde das akustische System verstimmt. Es zeigte sich, dass das Schwingungsphänomen bei 150 Hz erfolgreich eliminiert werden konnte. Als alternative Maßnahme wurde anschließend eine geometrische Modifikation des Nabenhohlraums durchgeführt und in einer weiteren Messreihe untersucht. Diese Maßnahme führte ebenfalls zum Erfolg und wird nun als energieeffizientere Lösung für den Dauerbetrieb weiter ausgearbeitet.

Entwurf und Errichtung eines Parabolrinnenkollektors aus Beton im Originalmaßstab

Patrick Forman, Sebastian Penkert, Dirk Krüger, Peter Mark, Jürgen Schnell, Klaus Hennecke, Joachim Krüger und Reinhard Dasbach

Erneuerbare Energieformen werden immer wichtiger. Eine etablierte Technologie solarthermischer Kraftwerke sind Parabolrinnenkraftwerke, welche die solare Strahlung linienartig fokussieren. Diese Rinnen bestehen zumeist aus filigranen Stahlfachwerken mit punktweise aufgelagerten, gekrümmten Spiegelelementen. Im Projekt ConSol („Concrete Solar Collector“) wurde ein Solarkollektor als Schale aus hochfestem Beton entwickelt und errichtet, der diese Trennung zwischen Trag- und Reflektorstruktur aufhebt. Vom Entwurf unter Berücksichtigung auslenkungsabhängiger Beanspruchungen bis hin zur Montage des Kollektors bestehend aus verschiedenen Betonfertigteilen, Einbauteilen und einem verbesserten PVD-beschichteten Spiegelmaterials auf elektrochemisch polierten Aluminiumbech wurde der so ganzheitlich optimierte Betonkollektor entwickelt. Mithilfe von digitaler Nahbereichs-photogrammmetrie wurde der Kollektor optisch bewertet und die Leistungsfähigkeit sowie Kosten wurden mit etablierten Kollektoren verglichen.

Effizient Strom speichern – Power to Gas mit doppelter Abwärmenutzung. Die Energiewende erfordert Stromspeicher

Ulrich Bohn und Florian Lindner

Mit dem Voranschreiten der Energiewende soll der Anteil an erneuerbaren Energien bis 2050 kontinuierlich auf 80 Prozent zunehmen. Mit dem Anteil von Wind- und Solarenergie steigt aber auch die Volatilität. Dies führt zu deutlicheren Abweichungen zwischen Stromangebot und –nachfrage. Unter diesen Bedingungen werden Stromspeicher in ihrer Bedeutung zunehmen. Für die langfristige Stromspeicherung ist Power to Gas eine sinnvolle und mittlerweile auch in vielen Pilotprojekten gut erforschte Möglichkeit. Bei dieser Technologie wird Wasser elektrolytisch in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der produzierte Wasserstoff kann entweder direkt verwendet oder mit CO2 zu Methan umgesetzt werden. In diesem Fall wird CO2 einer klimaschonenden Nachnutzung zugeführt. Der Wasserstoff kann in Grenzen, das „künstliche“ Methan hingegen uneingeschränkt in das Erdgasnetz eingebracht werden.

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Eigenerstellung hochauflösender Kugelpanoramen im technischen Umfeld

Ansgar Schlump

Der Nutzen von 360°-Panoramen für die Arbeitsplanung und -vorbereitung im technischen Umfeld ist unbestritten. Die Anforderungen an Auflösung und Schärfe übersteigen in diesem Bereich jedoch die Möglichkeiten der im Massensegment erhältlichen Technik. Allerdings ist eine Selbsterstellung hochauflösender Kugelpanoramen durch Betriebspersonal nicht nur sinnvoll, sondern auch technisch möglich, wie das Beispiel aus dem Kernkraftwerk Emsland zeigt.

ESB Kraftwerk Moneypoint: Rauchgasentschwefelung mit zirkulierender Wirbelschichttechnologie – Betriebserfahrungen, Optimierung und Anlagenverfügbarkeit

John Wall

Das ESB-Kraftwerk Moneypoint in Irland umfasst drei Kohlekraftwerksblöcken mit je 315 MW Leistung. Die Blöcke sind Mitte der 1980er Jahre in Betrieb genommen worden. Im Jahr 2008 wurden die Kessel mit einer Trockenbettrezirkulationsanlage zur Rauchgasentschwefelung (REA) und SCR (Selective Catalytic Reactor) mit U2A (Harnstoff zu Ammoniak) als Ammoniakreagenz nachgerüstet. Die Inbetriebnahme war mit zeitlichen Verzögerungen aufgrund technischer Probleme verbunden. Wesentlich bestimmend war der REA-Prozess, da akzeptable Emissionsgrenzen gemäß LCPD (Large Combustion Plant Directive) bis 2010 nicht erreicht wurden. Die Anlage erfüllte zwar die LCPD-Richtlinie, jedoch nicht die strengeren Anforderungen die IED (Industrial Emissions Directive) nach 2016. Aufwändige Nachrüstungen und Optimierungen waren erforderlich.

Minderung einer Korrosionsschädigung durch feuerungstechnische Untersuchungen und Maßnahmen

Thomas Brunne, Andreas Mengel, Steffen Griebe und Helmut Bischoff

Bei der Hauptrevision eines 900-MW-Braunkohleblockes im Kraftwerk Boxberg wurde 2016 eine Schädigung der Membranwand des Brennkammertrichters festgestellt. Nach einer detaillierten Befundung und Aufnahme des genauen Schadumfanges wurden Rohrproben und Beläge an der TU Bergakademie Freiberg untersucht. Als Schadursache wurde eine vermutete schwefelinduzierte Hochtemperaturkorrosion bestätigt. Nachfolgend musste durch gezielte Überprüfung aller relevanten Betriebseinstellungen und durch zusätzliche Messungen, am Mühlen- und Feuerungssystem die auslösende Ursache ermittelt werden, um schnell eine weitere Schädigung zu unterbinden. Bei den Überprüfungen und Messungen wurden Abweichungen vom Auslegungszustand ermittelt. Diese betrafen zum einen geänderte Brennstoffeigenschaften und zum anderen Abweichung in den Feuerungseinstellungen. Aus den Ergebnissen der Messungen wurden gezielt Prozessänderungen vorgenommen, so dass eine weitere Schädigung der Membranwand weitestgehend unterbunden werden konnte.

Modellgestützter Evolutionärer Algorith­mus zur Optimierung von Gasverteilsystemen in Elektroabscheidern von Kohlekraftwerken

André Schagen, Frederik Rehbach und Thomas Bartz-Beielstein

Für die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten in Kohlekraftwerken werden hocheffiziente Abgasreinigungssysteme benötigt. Häufig werden Elektroabscheider eingesetzt, die kontinuierlich weiterentwickelt und optimiert werden. Die Effizienz der Abscheider ist stark abhängig von der Geschwindigkeitsverteilung des Abgases in den Separationszonen. Um eine gute Geschwindigkeitsverteilung zu gewährleisten, wird in der Eintrittshaube des Abscheiders ein Gasverteilsystem bestehend aus Sperr-, Leit- und Lochblechen eingesetzt. Zur Effizienzsteigerung des Abscheiders ist eine optimierte Anordnung dieser Bleche auf dem Gasverteilsystem erforderlich. Durch die sehr große Anzahl möglicher Anordnungen (10195 Konfigurationen) und die langen Laufzeiten (mehrere Stunden pro Auswertung) sind spezielle Optimierungsalgorithmen erforderlich. Zur Lösung des Problems stellt der vorliegende Artikel einen Surrogat-Modell gestützten Evolutionären Algorithmus mit aufgabenspezifisch entwickelten Operatoren vor. Erste Ergebnisse des Algorithmus gegenüber der herkömmlichen, manuellen Optimierung liefern eine vielversprechende Verbesserung der Gasverteilung um 33 %.

Mikrobiologische Analysen des Kühlwassers entsprechend 42. BImSchV

Herbert Lindner und Sebastian Hahn

Am 19. August 2017 ist die 42. BImSchV in Kraft getreten. Die Verordnung soll einen hygienisch einwandfreien Betrieb von Verdunstungskühlanlagen, Kühltürmen und Nassabscheidern sicherstellen. Alle genannten Anlagenarten können Quellen für legionellenhaltige Aerosole darstellen, die bei einer Inhalation unter bestimmten Randbedingungen zu Infektionen im Atemtrakt beim Menschen führen können. Ziel der 42. BImSchV ist es, dieses Infektionsrisiko weitestgehend zu minimieren. Die 42. BImSchV hat dazu geführt, dass sich viele Betreiber, Behörden und Labore detaillierter mit dem Thema Analytik auseinandersetzen. Die veröffentlichte Empfehlung des Umweltbundesamtes (UBA) zur Probenahme und zum Nachweis von Legionellen in Verdunstungskühlanlagen, Kühltürmen und Nassabscheidern hat dazu geführt, dass viele Labore ihre Untersuchungsmethoden umgestellt haben. Die Umstellung bedingt, dass in vielen Fällen deutlich höhere Legionellenkonzentrationen als in der Vergangenheit ermittelt werden.

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Rauchgas-Volumen-Berechnung für die Emissions-Berichterstattung; Teil 2: Überprüfung der Rauchgasdurchflussberechnung mittels Kamin-Messung und Datenauswertung nach EN-ISO 16911: 2013

David Graham, Jonathan Spence, Frans Blank, Patrick Wolbers, Nathalie Faniel und Jurgen Annendijck

Betreiber von Feuerungsanlagen müssen den Rauchgasdurchsatz ihrer Anlagen bestimmen, um Massenströme von Emissionen berechnen zu können. Für viele Standardbrennstoffe liefert die Berechnung des Rauchgasdurchsatzes zuverlässige Ergebnisse mit definierter Unsicherheit und mit einem relativ einfachen Verfahren. Das berechnete trockene Rauchgasvolumen wird mit Emissionskonzentrationen kombiniert, die dann auf Basis trockener Massenströme gemeldet werden. Werden Konzentrationen zudem auf Basis trockener Massenströme gemessen, wie es bei Großfeuerungsanlagen häufig der Fall ist, vermeidet dies die ansonsten erforderliche Messung von Wasserdampf und damit eine zusätzliche Unsicherheit. Diese Publikation ist die zweite (VGB-Forschungsprojekt Nr. 379) aus einer Reihe von drei zu VGB-Forschungsprojekten mit dem Titel „Berechnung des Rauchgasdurchsatzes für die Berichterstattung über Massenemissionen“.