Aktuelle Ausgabe - VGB PowerTech Journal 12/2015

Editorial: Die Energiezukunft gestalten

DI Wolfgang Anzengruber

Wir leben in einer Zeit der Umbrüche. Politisch, wirtschaftlich, technologisch: Selten zuvor hat sich weltweit so viel getan wie heute. Im Fokus der Veränderungen steht dabei immer öfter die Energiepolitik. Aus welchen Quellen wir unseren Strom beziehen, wie zuverlässig und berechenbar die Versorgung ist und wie belastbar unsere Netzinfrastruktur – das entscheidet über die Attraktivität von Wirtschaftsstandorten und damit über den Wohlstand einer Gesellschaft.[weiter...]

Das FlamesheetTM-Brennkammer-System: Eine nachrüstbare, sprungweise Verbesserung der Flexibilität von bestehenden E&F-Klasse Gasturbinen

Peter Stuttaford, Hany Rizkalla, Khalid Oumejjoud, Jeff Benoit und Waldemar Schneider

Das patentierte FlameSheet™-Verbrennungssystem verwendet ein einfaches, zweistufiges, radial angeströmtes „Brennkammer-in-Brennkammer“-Konzept. Das Ergebnis ist eine Verbesserung der betrieblichen Flexibilität von bis zu 30 %, bei gleichzeitiger Einhaltung von einstelligen NOx- und CO-Emissionen. Mit FlameSheet™ kann eine Gasturbine bis auf 30 % GT-Last angefahren werden. Dieses sehr flexible Verbrennungssystem hat sich als ideal bewährt für LNG oder alternativen Kraftstoffbetrieb wie beispielsweise Wasserstoff mit einem bis zu 3-mal höheren Wobbe-Index (MWI) Betriebsbereich.

Realisierung der Schnellstartfähigkeit der GuD-Anlage im Heizkraftwerk Süd der Stadtwerke München – Konzeption und Betriebserfahrungen

Julius Becker, Jürgen Gerhard und Julian Niedermeier

Zur Bereitstellung von Tertiär-Regelenergie (Minutenreserve) wurde der Anfahrprozess an zwei Blöcken der Anlage im HKW Süd der Stadtwerke München beschleunigt. Mit der Realisierung einer Schnellstartfähigkeit kann die Anlage für die Vermarktung von positiver Tertiärregelenergie aus dem Turnbetrieb mit warmgehaltenem Kessel eingesetzt werden. Die Anlage wurde ursprünglich als Grundlastanlage gebaut. Die umgesetzten verschiedenen durchgeführten leittechnischen und verfahrenstechnischen Änderungen am System werden vorgestellt. Neben leittechnischen Änderungen ist die Warmhaltung des inaktiven Blocks auf Druck und Temperatur sowie die Umstellung von Vorbelüftung zu Nachbelüftung des Abhitzekessels zu erwähnen.

Innovative Kühl- und Verbrennungssysteme für Industriegasturbinen mit höchstem Wirkungsgrad

Karsten Kusterer, Ryozo Tanaka und Dieter Bohn

Um den geänderten Marktanforderungen für Gasturbinen Rechnung zu tragen, ist ein Industriegasturbinensystem mit höchstem Wirkungsgrad seiner Klasse und gesteigerter Einsatzflexibilität entwickelt worden. Die Anwendung fortschrittlicher Kühltechnologie, basierend auf modernsten Auslegungsverfahren, war dabei von besonderer Bedeutung. Am Beispiel der ersten Turbinenleitschaufel werden die komplexe Kühlaufgabe sowie die Anwendung des rechentechnischen Verfahrens erläutert. Die Brennkammertechnologie erlaubt einen hohen Wasserstoffanteil unter Einhaltung der Emissionsgrenzwerte.

Testbericht der 9HA-Gasturbine im Volllastprüfstand

Marcus Scholz und Rudolf Lachner

Die Validierung der ersten 9HA-Gasturbine von General Electric wurde an der volllastfähigen Testanlage in Greenville, USA, über den Zeitraum vom Oktober 2014 bis März 2015 durchgeführt. Mit den Testläufen konnte der gesamte Funktionsbereich der auf „HA“-Technologie basierenden Gasturbine aufgezeigt werden, der bei Weitem über die Betriebsbedingungen hinausgeht, die bei einer installierten, kommerziellen Anlage, möglich gewesen wären. Eine Besonderheit dieser Anlage liegt in der Lastaufnahme der Gasturbine, die gegen einen Luftverdichter gleicher Größe gefahren wird. Die Anlage konnte bei realen Frequenzabweichungen, ausgelöst durch schnelle Last- und Drehzahländerungen, betrieben werden, womit das Verhalten einer großen 9HA-Industriegasturbine bei schwerwiegenden Netzstörungen untersucht wurde.

Erweiterung der Betriebsflexibilität im niedrigen Teillastbereich für Kombi-Anlagen mit sequentieller Gasturbinen-Feuerung

Stefano Bernero, Dirk Therkorn, Martin Gassner, Vincent Lonneux und Mengbin Zhang

Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien gewinnt Flexibilität bei der Stromerzeugung stark an Bedeutung. Für die GT24/GT26 Gasturbinenbaureihe mit sequentieller Verbrennung wurde daher ein neuartiges Betriebskonzept entwickelt, welches eine wesentliche Senkung der CO-Emissionen im Teillastbereich durch Einzelschaltung der sequentiellen Brenner in der Ringbrennkammer erlaubt. Die hohe Eintrittstemperatur und entsprechend schwache Temperaturgradienten in den darauffolgenden Komponenten ist dabei ein entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Zyklen.

Industrialisierung von 3D-Drucken (generative Fertigung) für Gasturbinenkomponenten Reparatur und Herstellung

Vladimir Navrotsky, Andreas Graichen und Hakan Brodin

Eine neuartige revolutionäre Art der Fertigung namens Additive Manufacturing (AM) hat in der Industrie Einzug gehalten. Diese bringt tiefgreifende Veränderungen mit sich. Bei diesem Verfahren wird Material durch den intelligenten Einsatz von Laser- oder Elektronenstrahlenergie aufgetragen. Die Technologie ermöglicht eine schnellere Fertigung und Reparatur von Gasturbinenbauteilen und gleichzeitig eine größere Funktionalität und Leistungsfähigkeit der Bauteile. Das Ersetzen konventioneller Reparaturverfahren durch die SLM-Technologie führt bei Reparaturen zu einer signifikanten Verkürzung der Reparaturzeit. Ein weiteres Beispiel ist die Fertigung von verbesserten Brenner-Swirlern für Industriegasturbinen der Baureihe SGT-750.

Stand der Technologieentwicklung bei solar-hybriden Gasturbinensystemen

Uwe Gampe, Manfred Freimark, Stefano Giuliano, Sven Boje, Reiner Buck, Christian Felsmann, Stephan Heide, Michael Puppe, Ulrich Langnickel und Oliver Lammel

Solarturmkraftwerke mit primärer Einspeisung der Hochtemperatur-Solarwärme in einen Gasturbinenprozess mit Fluidtemperaturen nahe 1.000 °C stellen aufgrund der erreichbaren Jahresnettowirkungsgrade und Stromgestehungskosten sowie der niedrigen spezifischen Kohlendioxidemissionen eine vielversprechende Technologie für künftige solarthermische Kraftwerke dar. Im Verbundvorhaben HYGATE – Hybrid High Solar Share Gas Turbine Systems konnten für die Technologieentwicklung wesentliche Erkenntnisse und Ergebnisse gewonnen werden. Im Hinblick auf eine Technologiedemonstration besteht Entwicklungsbedarf bei den solaren und kraftwerkstechnischen Komponenten und ihrer Systemintegration.

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Charakterisierung und Modellierung des LCF Deformationsverhaltens einer einkristallinen Superlegierung

Eike Kohlhoff, Bjoern Buchholz und Uwe Gampe

Veränderte Marktsituationen in Bezug auf die Kosten von seltenen Elementen wie Rhenium und die ständig steigenden Anforderungen an das Material­verhalten aufgrund von thermischen und mechanischen Belastungen, führen zu neuen Materialentwicklungen zur Steigerung der Turbineneintrittstemperatur und damit Erhöhung des Wirkungsgrads von Gasturbinen. Canon Muskegon entwickelte eine neue Einkristalllegierung als mögliche Alternative zur etablierten ersten und zweiten Generation von Superlegierungen.

Anmerkungen zum internationalen Standard ISO 14694: Industrial fans – Specifications for balance quality and vibration levels

Frank Weissbuch

Axiallüfter in luftgekühlten Dampf-Kondensatoren, die vielfach in Kraftwerken eingesetzt werden, weisen ein komplexes Schwingungsverhalten auf. Anhand von Beispielen und Messungen werden die Probleme bei der Beurteilung und Überwachung der Schwingungen aufgezeigt, die aus der Anwendung des internationalen Standards ISO 14694, Industrial fans – Specifications for balance quality and vibration levels, 2003, resultieren können. Der Vergleich mit der VDI-Richtlinie 3834, Messung und Beurteilung der mechanischen Schwingungen von Windenergieanlagen und deren Komponenten, zeigt mögliche Alternativen und Lösungen auf, um eine angepasste und differenzierte Beurteilung und Überwachung zu realisieren.

Quecksilber-Abscheidung am Beispiel des Kraftwerkes Lippendorf

Jan Schütze, Uwe Schilling. Lothar Hilbert, Josef Herbert Strauß und Thomas Hörtinger

Infolge anlagentechnischer und brennstoffseitiger Besonderheiten lassen sich Abscheidetechnologien für Quecksilber (Hg) nur sehr eingeschränkt auf andere Kraftwerksanlagen übertragen. Für das Kraftwerk Lippendorf wurden seit dem Jahr 2010 verschiedene Optionen zur Reduzierung der Hg-Konzentrationen im Reingas. Die ersten Optimierungsmaßnahmen konnten keine stabile Hg-Einbindung in der REA-Suspension gewährleisten. Die Zugabe eines sulfidischen Fällungsmittels bzw. die Dosierung von Aktivkohle in das Rauchgas vor dem Elektrofilter stellten Potentiale für Hg-Senken mit Hg-Abscheidegraden von bis zu ca. 80 % dar.

Grenzwerte für Quecksilberemissionen aus Kohlekraftwerken

Alfons Kather und Mathias Klostermann

Quecksilberemissionen aus deutschen Kohlekraftwerken sind seit dem Jahr 2004 auf einen Tagesmittelwert von 30 µg/m³ i.N. limitiert. Nach der derzeitigen Festlegung wird dieser Grenzwert ab dem Jahr 2019 auf einen Jahresmittelwert von 10 µg/m³ i.N. reduziert. Auf EU-Ebene wurden im Rahmen des aktuell laufenden Verfahrens zur Revision des Merkblattes „Reference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants“ BREF-LCP im Juni 2015 eine mit der zur Zeit besten verfügbaren Technik im Jahresmittel erreichbare Quecksilberkonzentration für Kraftwerke mit einer thermischen Leistung ≥ 300 MW(th) von <1 bis 4 µg/m³ i.N. für bestehende Steinkohlekraftwerke und von <1 bis 7 µg/m³ i.N. für bestehende Braunkohlekraftwerke identifiziert und zur Diskussion in die nachgeschalteten Gremien eingebracht. Bei einer Annahme durch die Gremien muss die nationale Gesetzgebung der EU-Mitgliedsstaaten die Grenzwerte dann derart anpassen, dass Bestandsanlagen diese Konzentrationsbereiche von ca. 2021 an erreichen.

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Einfluss der Abscheidung von Quecksilber aus dem Rauchgas auf die Eigenschaften von Kraftwerksnebenprodukten und Stabilisaten

Herbert Pöllmann, Marko Ranneberg, Doreen Menz und Jens Ringel

Zur sicheren Einhaltung des gesetzlichen Quecksilberemissionsgrenzwertes bei variablen Kohlequalitäten wurden an der Rauchgasentschwefelungsanlage des Braunkohlekraftwerkes in Lippendorf umfangreiche Untersuchungen vorgenommen. In Betriebsversuchen wurde der Einsatz eines sulfidischen Fällungsmittels sowie eine Kombination aus diesem Fällungsmittel und der Einbringung eines Aktivkohlegemisch vor dem E-Filter erprobt. Die Filteraschen und Stabilisate aus Betriebsversuchen mit Quecksilberabscheidung unterscheiden sich nicht messbar von den Filteraschen und Stabilisaten ohne Quecksilberabscheidung. Der Nachweis der dauerhaft auslaugsicheren Einbindung der bei der Rauchgasentschwefelung abgeschiedenen Hg-Komplexverbindungen in die abzulagernden Stabilisate wurde erbracht.

Stromgestehungskosten 2015

Christian Stolzenberger und Oliver Then

Die heutige Elektrizitätswirtschaft ist einem dynamischen und ständigen Wandel unterworfen, der befördert wird durch Innovationen, Lernkurven und Änderungen im Stromerzeugungsmix. Unter diesen Anforderungen wurde eine Neuauflage der Erörterung der Stromgestehungskosten erstellt, basierend auf der Grundidee jährliche durchschnittliche Kosten für die Errichtung von Anlagen und deren Betrieb zu berechnen und diese mit der durchschnittlichen jährlichen Stromerzeugung zu vergleichen.

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