Ausgabe - VGB PowerTech Journal 11/2017

Chance Digitalisierung

Dipl.-Ing. Christopher Weßelmann

Die Neuausrichtung der Energiewirtschaft ist eine der großen Herausforderungen des neuen Jahrtausends. Sie umfasst dabei gleich zwei zentrale Komponenten: Die mit „Energiewende“ bezeichneten neuen Strukturen in der Energieversorgung – sie ist weltweit, in den einzelnen Ländern deutlich unterschiedlich ausgeprägt zwischen den Extremen 100 % Erneuerbare und Business-as-usual-Strategien, die die konventionelle Erzeugung mehr oder minder bevorzugen. Die zweite Komponente betrifft die Digitalisierung, gerne auch mit „Industrie 4.0“ bezeichnet. Sie betrifft unabhängig von der Ausgestaltung der Ziele alle Arten der Stromerzeugung und letztendlich auch den Verbraucher, denn mit ein Faktor ist die digitale Koppelung von Erzeugung und Verbrauch. [weiter...]

Entwicklungen zur Steigerung der Brennstoff-Flexibilität von Industriegasturbinen durch innovative Verbrennungssysteme

Nurettin Tekin, Atsushi Horikawa und Harald Funke

In Verbindung mit der Nutzung erneuerbarer Energiequellen, stellt Wasserstoff einen alternativen Gasturbinenbrennstoff in der künftigen emissionsarmen Stromerzeugung dar. Aufgrund des großen Unterschieds der physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff im Vergleich zu anderen Brennstoffen wie Erdgas, können bereits etablierte Dry-Low-NOx (DLN) Gasturbinenverbrennungssysteme nicht unmittelbar für die Wasserstoffverbrennung eingesetzt werden. Kawasaki Heavy Industries, Ltd. hat ein Dry-Low-Emission (DLE)-Wasserstoff-Verbrennungssystem entwickelt und getestet, die niedrige NOx-Werte ohne Wasser- oder Dampfeinsatz ermöglicht, der bei herkömmlicher Technologie bislang erforderlich war. Das DLN-Micromix-Verbrennungsprinzip beruht auf einer Querstrommischung von Luft und gasförmigem Wasserstoff in mehreren miniaturisierten Diffusionsflammen. Die Hauptvorteile dieses Verbrennungsprinzips sind die inhärente Sicherheit gegen Rückschlag und die niedrigen NOx-Emissionen aufgrund einer sehr kurzen Verweilzeit der ­Reaktanten im Flammenbereich der Mikroflammen.

Verbrennung in Gasturbinen bei konstantem Volumen – Forschung an den Lehrstühlen für Strömungsmechanik und Verbrennungstechnik der TU Berlin

Panagiotis Stathopoulos und C. Oliver Paschereit

Der Wirkungsgrad von Gasturbinen in der Kraftwerkstechnik hat in den vergangenen Jahrzehnten stetig zugenommen. Neuartige Kühltechnologien und -materialien ermöglichten höhere Turbineneintrittstemperaturen und führten damit zu höheren Systemwirkungsgraden. Dieser Trend ist aufgrund verschiedener ökonomischer, technologischer und ökologischer Randbedingungen begrenzt. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, alternative Systemkonfigurationen und neuartige Zyklen anzuwenden und zum Einsatz zu bringen. CVC-Zyklen (Constant volume combustion) sind eine solche Option, wenn die damit verbundenen technologischen Herausforderungen bewältigt und gelöst werden können. Zwei thermodynamische Kreisläufe sind der Literatur beschrieben, um das Verhalten von Gasturbinen, die mit konstanter Volumenverbrennung arbeiten, darzustellen: der Humphrey- und der ZND-Zyklus. Während die erste eine reine Konstante-Volumen-Verbrennung betrachtet, umfasst der zweite Detonationen als einen Weg um CVC zu beschreiben.

Das neue BVT-Merkblatt für Großfeuerungsanlagen – erwartete Auswirkungen auf Gasturbinen und GuD-Kraftwerke zur Strom- und Wärmeerzeugung

Martin Ruhrberg

Das BVT-Merkblatt für Großfeuerungsanlagen befindet sich seit 2011 in der Überarbeitung. Ziel der Überarbeitung ist die Fortschreibung des Standes der Technik insbesondere im Hinblick auf Emissionen und Energieeffizienz. Mit einer Veröffentlichung der verbindlichen BVT-Schlussfolgerungen ist in der zweiten Jahreshälfte 2017 zu rechnen. Die BVT-Schlussfolgerungen werden absehbar eine Reihe sehr anspruchsvoller Emissionsbandbreiten für Stickstoffoxidemissionen aus Gasturbinen und GuD-Kraftwerken sowie indikative Emissionswerte für Kohlenmonoxid enthalten. Hinzukommen zudem zusätzliche Überwachungsvorschriften und neue Verfahren zur Bewertung der Einhaltung der Emissionswerte. Darüber hinaus werden in den Schlussfolgerungen auch Bandbreiten für die Energieeffizienz ausgedrückt als Auslegungswerte enthalten sein. Die Umsetzung der Schlussfolgerungen wird in Deutschland im Wesentlichen durch eine Novelle der 13. Bundes-Immissionsschutzverordnung (13. BImSchV) erfolgen. Im Beitrag werden die wichtigsten Neuerungen für Gasturbinen und GuD-Kraftwerke vorgestellt und die möglichen Wege einer Umsetzung der neuen Anforderungen in Deutschland vorgestellt. Der Beitrag schließt mit einer Darstellung der möglichen Betroffenheit des bestehenden und künftigen Gasturbinenparks in Deutschland.

Modellierung des Betriebsverhaltens von wassergekühlten Oberflächen kondensatoren mit dem idealisierten Einrohrkondensator nach VGB-S-130

Francisco Blangetti, Wolfgang Czolkoss und Lucas Borobia

Die alte Richtlinie VGB-R 130 „Abnahmemessung und Betriebsüberwachung an wassergekühlten Oberflächenkondensatoren“ (1994) gab Hinweise zur Durchführung und Auswertung von Messungen an Turbinenkondensatoren. Diese Richtlinie war für Hersteller und Betreiber eine wertvolle Hilfe bei der Bestimmung der Kondensatorleistung aus den Messwerten und dem Vergleich mit Sollwerten. Sie ist überarbeitet und aktualisiert mit unverändertem Titel als neuer Standard VGB-S-130-00-2017-07-DE erschienen. Es wird ein dem neuen VGB-Standard beigefügtes Berechnungsprogramm für Turbinenkondensatoren vorgestellt, das auf dem Modell des „Einrohrkondensators“ basiert und das im neuen VGB-Standard . Durch die Möglichkeit der vereinfachten Datenein- und -ausgabe über eine Tabellenkalkulation soll die Nutzung und Verbreitung dieses Programms als Werkzeug zur Verbesserung der Betriebsüberwachung unterstützt werden.

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Aktuelle Themen im Entsorgungshandbuch für Energiedienstleister

Kerstin Fetsch und Thomas Eck

Das „Entsorgungshandbuch für Energiedienstleister“ wird von einer gemeinsamen Projektgruppe des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirt-schaft e.V. (BDEW) und des VGB PowerTech e.V. (VGB) erarbeitet und als CD und Buch herausgegeben. Das Loseblattwerk informiert mit jährlichen Ergänzungslieferungen über betriebsbezogene Fragen der Abfallentsorgung, die typischer Weise bei Energiedienstleistern auftreten. Es stellt die rechtli-chen Grundlagen des Abfallrechts sowie deren Neuerungen dar und gibt praktische Handlungsempfehlungen zu Entsorgungsfragen. In diesem Aufsatz wird über den Aufbau und die Inhalte des Entsorgungshandbuches informiert sowie ein Ausblick auf geplante Themenschwerpunkte gegeben. In diesem Zusammenhang wird auch über die aktuellen Änderungen im Abfallrecht informiert, die bereits mit der letzten bzw. mit der nächsten Ergänzungsliefe-rung in das Entsorgungshandbuch aufgenommen werden. Rechtliche Änderungen werden möglichst zeitnah in der Projektgruppe besprochen, auf Rele-vanz geprüft und mit der nächsten Ergänzungslieferung in das Entsorgungshandbuch aufgenommen.

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Phosphorrecycling aus kommunalen Abwässern über die Wirbelschichtverbrennung von Klärschlämmen

Georg Hiller und Joachim Werther

Klärschlämme aus kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen enthalten erhebliche Mengen an Phosphor. Die gerade novellierte Klärschlammverord-nung markiert den Einstieg in ein umfassendes Phosphorrecycling aus Klärschlämmen oder Klärschlammverbrennungsaschen, wobei die Nutzung des Phosphors zu Düngezwecken im Vordergrund steht. In der vorliegenden Arbeit wird über Erfahrungen an der Kläranlage Ulm mit der Produktion einer Klärschlammverbrennungsasche berichtet, die die Spezifikationen der Düngemittelverordnung erfüllt und deshalb als Phosphatdünger vermarktet werden kann. Im Jahre 2016 wurden 8.408 t Phosphat­asche als Düngemittel verwertet. Dies entspricht einer rezyklierten Phosphatmenge von etwa 1.400 t P2O5 oder einem Phosphorrecycling von 610 t.

Analyse der Verdampfung einzelner Tröpfchen für einen schnellen Spray-Modellierungsansatzes der Optimierung von SNCR-Anlagen

Tobias Widder, Michael Beckmann, Fabian Geltz, Philip Reynolds und Wolfgang Schüttenhelm

SNCR-Anlagen sind eine vielfach bewährte Verfahrenstechnologie zur Stickoxidreduktion in thermischen Kraftwerken. Ihre Anwendung ermöglicht die Einhaltung aktueller gesetzlicher Grenzwerte zu vergleichsweise niedrigen Kosten. Um das volle Potential von SNCR-Anlagen ausschöpfen zu können ist die Kenntnis der Reduktionsmittel- und NO-Verteilung in der Feuerung notwendig, wobei diese Daten für eine prozesssynchrone Optimierung nahezu in Echtzeit verfügbar sein müssen. Ein dafür notwendiges Spraymodell mit geringem Bedarf an Rechenkapazität wird hier vorgestellt. Grundlage dafür ist die Annahme, dass ein Spray als Summe von Einzeltropfenbahnkurven modelliert werden kann. Die Tropfenverdampfung und die damit verbundene Reduktionsmittel­freisetzung sind dabei mit der Bahnkurve zeitlich verknüpft. Während die Bahnkurven vereinfacht anhand der wirkenden Kräfte durch gewöhnliche Differentialgleichungen beschrieben werden können, ist das Verdampfungsverhalten von Tropfen deutlich komplexer. Daher wurden Verdampfungsversuche am Ultraschall-Levitator durchgeführt. Allerdings konnte gezeigt werden, dass das einfach anwendbare D²-Gesetz sehr gut mit den bei der SNCR vorliegenden Bedingungen in Einklang steht, woraufhin dieses mit den Teilmodellen programmtechnisch in einem Spraymodell zusammengeführt werden konnte. Die für ein deutsches Müllheizkraftwerk resultierenden Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung mit verfügbaren Messwerten bei Rechenzeiten unter einer Sekunde.

Die dreifache Wirkung des Kohlendioxids

Eike Roth

CO2 in der Atmosphäre wirkt auf dreifache Weise: Es absorbiert Strahlung und fügt dadurch der Atmosphäre (Wärme)Energie hinzu, es emittiert Strah-lung und führt dadurch (Wärme)Energie aus der Atmosphäre ab, beides ist für das Klima auf der Erde wichtig, und das CO2 hat auch nicht-klimatische Wirkungen auf das Leben auf der Erde. Aus diesen Wirkungen können bei fortgesetzter anthropogener CO2-Freisetzung prinzipiell erhebliche Folgen entstehen. In diesem Beitrag wird gezeigt, dass hinsichtlich der genauen Größe der einzelnen Effekte noch viele Fragen offen sind und die Folgen z.T. noch nicht ausreichend quantifiziert werden können. Für verantwortliche Entscheidungen wäre das aber erforderlich, insofern besteht dringender Handlungsbedarf.