Ausgabe - VGB PowerTech Journal 10/2017

Mittendrin statt nur dabei.
Analytische Instrumente als Werkzeug des Chemikers.

Ruedi Germann

Als ich in den frühen neunziger Jahren erstmals an der damaligen „Speisewassertagung“ des VGB teilnahm, standen wir Instrumenten-hersteller am Rande der Konferenz. Man hatte einen Stand, zeigte seine Produkte, aber in den Plenarsaal ging man kaum. Instrumente zur Messung von Leitfähigkeit, pH und gelöstem Sauerstoff wurden in zahlreichen Prozessen eingesetzt. Kaum ein Hersteller wusste um die spezifischen Anforderungen der Kraftwerkschemiker. Die Industrie gab sich damit zufrieden. In zahlreichen Fällen wurden Prozessmessungen den Leittechnikern überlassen. Die Chemiker kümmerten sich um das Labor und allfällige Prozess-Analysatoren für Natrium und Kieselsäure. Interessanterweise gibt es bei den Instrumentenherstellern zwei Gruppen. Die einen kommen aus der Leit-technik und bieten hauptsächlich Messumformer mit Sensoren an. Die anderen haben ihren Ursprung in der Analysetechnik. Inzwi-schen haben alle ihr Angebot vervollständigt. Es sind allerdings auch zahlreiche Hersteller verschwunden.[weiter...]

Zertifizierungsstellen für Managementsysteme in der Energiewirtschaft: Grundlagen, normative Vorgaben, DAkkS Vorgaben, Formalita am Beispiel ISO 27001

Stefan Loubichi

Durch das IT-Sicherheitsgesetz wird die Energiewirtschaft erstmals gezwungen, Systemzertifizierungen durchzuführen. Im Gegensatz zu den meisten Unternehmen der Energiewirtschaft, die oftmals „nur“ Produktzertifizierungen kannten, muss die Energiewirtschaft nun Neuland betreten. Zertifizierungsgesellschaften erhalten ihre Legitimation in Deutschland durch die DAkkS. Durch verschiedene multilaterale Abkommen der DAkkS sind die Zertifizierungsentscheidungen der von der DAkkS akkreditierten Zertifizierungsgesellschaften weltweit gültig. Nationale Gesetze, EU-Verordnungen sowie normative Vorgaben sind die Grundlagen und die Legitimation für die Arbeit der DAkkS. Die Arbeit der Zertifizierungsgesellschaften ist wiederum durch die Vorgaben der DAkkS als auch durch die Vorgaben der ISO/IEC Normen vorgegeben. Diese Regularien sollte ein Zertifizierungskunde auf jeden Fall kennen, damit er weiß, was eine Zertifizierungsgesellschaft tut bzw. nicht tut. Daneben muss ein Zertifizierungskunde aber auch wissen, welche Nachweise im Sinne einer Bezugsnorm gegenüber der Zertifizierungsgesellschaft präsentiert werden müssen. Die konkreten Nachweise beziehen sich in diesem Aufsatz dabei auf eine Zertifizierung nach ISO/IEC 27001 in Verbindung mit dem IT Sicherheitskatalog. Mit all diesem Wissen wird die Zusammenarbeit mit der Zertifizierungsgesellschaft bei Systemzertifizierungen kein Problem darstellen. In den Fußnoten dieses Aufsatzes finden sich im Übrigen alle relevanten Normen, Gesetze und Verordnungen in Zusammenhang mit Zertifizierungsstellen, die Systemzertifizierungen durchführen.

IT-Sicherheit in Kraftwerken

Benjamin Kahler und Alexander Rieger

In einer immer stärker vernetzten Welt stoßen auch die abgeschotteten Netzwerke kritischer Infrastrukturen, wie beispielsweise die Leittechnik in Energieerzeugungsanlagen, an ihre Grenzen. Steigende Anforderungen an Datenaustausch mit Bürowelt und Regulierungsbehörden, sowie Verfügbarkeitsanforderungen, steigern die Komplexität und den Umfang dieser Netzwerke. Die weite Verbreitung von Standardtechnologien wie TCP/IP, sowie der Einsatz von Windows- und Linux/Unix Betriebssystemen, ermöglicht es Angreifern einfacher und mit weniger Spezialwissen die Netze kritischer Infrastrukturen zu kompromittieren und Schaden anzurichten. In diesem Fachartikel zeigen wir am Beispiel von Win32/Industroyer, wie aktuelle und bereits verwendete Schadsoftware für kritische Infrastrukturen im Bereich der Energieerzeugung und -verteilung, funktioniert. Wir zeigen Lösungsmöglichkeiten zur Verteidigung auf und geben einen Ausblick auf die weitere Entwicklung der IT-Security in kritischen Infrastrukturen.

Untersuchung der Einflüsse auf die Spannungsrisskorrosion des Werkstoffs T24 (7CrMoVTiB10-10) im Hochtemperaturwasser

C. Ullrich, H.-G. Rademacher, W. Tillmann, R. Zielke und P. Körner

Durch die Zielstellung, den Anlagenwirkungsgrad bei neuen fossilen Kraftwerken zu steigern, besteht die Notwendigkeit, die Dampftemperatur sowie den Druck zu erhöhen. Um dies technisch abbilden zu können, wurden neue Werkstoffe entwickelt und in den Neubaukraftwerken eingesetzt. Für die Membranwände fand der Werkstoff T24 (7CrMoVTiB10-10) erstmals in großem Maßstab Anwendung. Während der Inbetriebnahme wurden im wasserberührten Bereich der Membranwände in einigen Anlagen zahlreiche Risse im Schweißnahtbereich identifiziert. Diese wurden auf der Rohrinnenseite initiiert und zeigten eindeutig die Charakteristik des Schadensmechanismus Spannungsrisskorrosion (SpRK). Zur Identifikation der schadensauslösenden Bedingungen sind Experimente im Hochtemperaturwasser, welche die Bedingungen der Inbetriebnahme des Dampferzeugers nachbilden, notwendig. Zug- und Biegeversuche, die im kontrollierten Hochtemperaturwasser langsam durchgeführt werden, eignen sich für die Identifikation riss­initiierender Bedingungen besonders, da auf Grund der Instrumentierung das Probenverhalten in Abhängigkeit von der mechanischen Belastung aufgenommen wird. Bei diesen Versuchen wurden die Prüfbedingungen systematisch variiert, um die Schadensursache tiefgreifender zu verstehen.

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Hochtemperaturwerkstoffverhalten unter zeitlich veränderlicher Beanspruchung

Alfred Scholz, Torsten-Ulf Kern, Martin Reigl, Henning Almstedt und Matthias Oechsner

Zur Auslegung und Lebensdauerbewertung von Hochtemperaturbauteilen der Kraftwerksindustrie werden praxisnahe Werkstoffbeschreibungen benötigt. Seit nunmehr etwa vier Jahrzehnten wird im Rahmen der Forschungsvereinigung Warmfeste Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe (FVWHT) daher in zwei Forschungsschwerpunkten das Werkstoffverhalten unter zeitlich veränderlicher Beanspruchung betrachtet. Bei überwiegend elastoviskoser Verformung bildet veränderliches Zeitstandverhalten die Grundlage für die Annäherung an diese Fragestellung und die Entwicklung entsprechender Konzepte (Projektgruppe W9). Kommen plastische Wechselverformungen hinzu, ist das Kriechermüdungsverhalten maßgeblich, der zweite Forschungsschwerpunkt, welcher in der Projektgruppe W10 behandelt wird. In beiden Fällen ermöglichen Experimente unter zyklischen Beanspruchungen bis zu mehreren 10,000 Stunden Laufzeit unter Einsatz moderner Prüfmethoden und -technik die Entwicklung von Konzepten zum Kriechermüdungsverhalten zur Bewertung der Lebensdauer thermisch und mechanisch hochbeanspruchter Bauteile. Die Konzepte zum veränderlichen Zeitstandverhalten basieren auf der modifizierten Lebensdaueranteilregel und einem experimentell gestützten Faktorenkonzept der relativen Lebensdauer. Die verallgemeinerte Schadensakkumulationshypothese bildet die Grundlage für Konzepte zum Kriechermüdungsverhalten. Anwenderprogramme bieten vielfältige Möglichkeiten der Analyse und Bewertung der Lebensdauer unter Berücksichtigung mehrstufiger Beanspruchungsabläufe auch in Fällen oberflächennaher biaxialer und anisothermer Beanspruchung. Konstitutive Materialmodelle und entsprechend entwickelte Extrapolationsverfahren lassen sich vorteilhaft direkt mit der Finite Elemente Methode zur Bauteilberechnung koppeln. Der Beitrag schließt mit Themen, welche durch die Projektgruppe zukünftig bearbeitet werden sollen.

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Eine Gleitringdichtung in sauerstoffbehandeltem Speisewasser als Langstreckenläufer

Gerard van Loenhout und Klaus Enders

Der Einsatz moderner Gleitringdichtungen in schnelllaufenden Kesselspeisewasserpumpen hat sich als zuverlässige und kostengünstige Dichtungsme-thode erwiesen. Seit Einführung der sauerstoffhaltigen Speisewasserchemie in modernen thermischen Kraftwerken ist die Gewährleistung der Zuverlässigkeit solcher Gleitringdichtungen auf einem akzeptablen Niveau jedoch eine Herausforderung. Rotierende Dichtflächen aus sehr hartem und langlebigem Siliziumkarbidwerkstoff weisen teils schon nach kurzer Betriebszeit Schäden in Form von Kantenabplatzungen und Lochfraßbildung auf. Die gegenüberliegende ruhende Kohlenstoff-Graphit-Dichtfläche kann Bindungsmaterial verlieren, was die Gesamtintegrität dieses wichtigen Bauteils schwächen und zu Dichtungsverlusten führen kann bis hin zu ungeplanten Pumpenabschaltungen. Ein neues Phänomen wird als „Dichtungsfläche erzeugte Elektrokorrosion“ bezeichnet wird. Eine diese Nachteile nicht aufweisende Dichtung wurde erstmals in der September 2012 Ausgabe des VGB PowerTech Fachmagazins vorgestellt. Der vorliegende Artikel erläutert den Hintergrund des Problems und diskutiert mögliche Ursachen. Darüber hinaus wird ein verifizierter, kombinierter wissenschaftlicher und praktischer Ansatz vorgestellt, der bei der Entwicklung der neuen elastischen Dichtungslösung angewandt wurde.

CO2-Abscheidung aus Biomassekraftwerken – Ein Ansatz für industrielle CO2-Abscheidung?

Jürgen H. Peterseim und Trina Dreher

Mit Blick auf das Pariser Klimaschutzabkommen und dem darin festgeschriebenen Ziel die globale Erderwärmung unter 2°C zu halten, ist es essentiell nicht nur die CO2-Emissionen aus der Stromerzeugung, im Jahr 2010 25% der globalen CO2-Emissionen, sondern auch die aus Industrieanwendungen, im Jahr 2010 21% der globalen CO2-Emissionen, signifikant zu senken. Dafür stehen diverse Technologieoptionen zur Verfügung inklusive Energieeffizienz und erneuerbare Energien. Eine weitere Option ist die Abscheidung von CO2 aus den Rauchgasen von Kraftwerken. Allerdings schreitet die Implementierung derartiger Systeme langsam voran und es gibt nur vereinzelte Referenzanlagen. Damit die Systemkosten für CO2-Abscheidungstechnologien über Implementationserfahrungen sinken, bietet es sich an diese Technologien in kleineren Industrieanwendungen zu implementieren, da zu den geringeren Projektrisiken auch CO2-Nutzungsoptionen bestehen.

Diese Publikation beschreibt ein 20 MWe Biomassekraftwerk mit einer auf Aminen basierenden CO2-Abscheidung nach der Kesselanlage. Die Ergebnisse zeigen das solch eine Anlage täglich bis zu 670 Tonnen CO2 bzw. 6,7 Millionen Tonnen CO2 über die Anlagenlebensdauer von 30 Jahren abscheiden kann. Die für die CO2-Abscheidungsanlage notwendigen Investitionskosten liegen bei 20 Millionen Euro. Die Publikation verdeutlicht weiterhin das die Nutzung von CO2 der Speicherung zu bevorzugen ist, da der Anlagenwirkungsgrad bei 2 bar CO2-Lieferdruck mit 25,1% deutlich höher ist als bei 200 bar mit 20,6%.

Konsequenzen für eine vollständig dekarbonisierte Energieversorgung für Deutschland

Friedrich Wagner

Diese Arbeit untersucht die Konsequenzen aus dem Umbau der Energieversorgung Deutschlands hin zu Strom aus Windkraft und Photovoltaik. Konsequenzen ergeben sich aus den beiden wichtigsten Eigenschaften – niedrige Energiedichte und volatile Produktion. Die Analyse erfolgt durch Hochrechnung realer Produktionsdaten aus dem Zeitraum 2010 bis 2016. Der erste Schritt konzentriert sich auf den Technologiewechsel für die reine Stromproduktion, der zweite auf die Darstellung der gesamten Endenergie im Rahmen der sogenannten Sektorkopplung. Die wesentlichen Ergebnisse sind, dass sich mit erneuerbaren Energien alleine selbst ein stark reduzierter Endenergieverbrauch nicht darstellen lässt und dass Speicher eine geringe Systemrelevanz haben. Die Empfehlung dieser Arbeit ist, dass Deutschland eine weitere CO2-freie Versorgung entwickeln und realisieren sollte.