Ausgabe - VGB PowerTech Journal 12/2020

Thema: Cyber-Security

Eng verbunden mit dem Wandel in der Energiewirtschaft und Energieerzeugung ist die Digitalisierung. Ihr wird eine mit zentrale Schlüsselrolle bei der Transformation der heutigen Energieversorgung zugewiesen. Digitalisierung soll dabei unter anderem nicht nur Prozesse, Systeme und Anlagen in der Energiewirtschaft zuverlässiger, sicherer und effizienter machen, sie soll auch die Grundlage für eine stärkere „Verzahnung“ aller Systeme im Energiesystem liefern. [weiter...]

Elektrifizierung des Transports: Eine globale Perspektive

Stefan Ulreich

Die Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor ist eine der größten Herausforderungen im Hinblick auf das Erreichen der Klimaneutralität bis Mitte dieses Jahrhunderts. Derzeit dominieren fossile Brennstoffe den Kraftstoffmix. Die Elektrifizierung des Transports durch Elektrofahrzeuge oder synthetische Kraftstoffe wird ein wesentlicher Bestandteil der Lösung sein. Das wird zu einer deutlich höheren Nachfrage nach klimaneutralem Strom führen: Der weltweite Energieverbrauch im Verkehr liegt aktuell mit rund 35.000 TWh fast 60 % höher als der weltweite Stromverbrauch von 22.000 TWh. Der Import synthetischer Kraftstoffe ist eine relevante Option für den Fall, dass die lokale Stromerzeugung nicht ausreicht, um den lokalen Bedarf zu decken. Die Herstellung von E-Kraftstoffen in Gebieten mit wirtschaftlich vorteilhaften Bedingungen könnte sogar zur Entwicklung eines globalen Marktes führen.

Dekarbonisierung dezentraler Stromerzeugung

Klaus Payrhuber, Stephan Laiminger, Herbert Schaumberger, Carl Richers und Martin Schneider

Das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 erfordert große Anstrengungen – vor allem im Ausbau der volatilen erneuerbaren Energiequellen Wind und Sonne. Dabei wird es in der EU zu einer massiven Überbauung kommen und überschüssiger erneuerbarer Strom muss in Zeiten von Überangebot zu Zeiten von Unterversorgung verschoben werden. Batterien sind dafür nur eingeschränkt geeignet. Vor allem bei der saisonalen Energiespeicherung im TWh-Bereich soll Wasserstoff eine große Rolle spielen, insbesondere grüner Wasserstoff. Denn Wasserstoff kann direkt in technischen oder in natürlichen Speichern zwischengespeichert werden. Wasserstoff kann z.B. in den Sektoren Verkehr und Industrie direkt eingesetzt werden, oder aber für die Rückverstromung verwendet werden. Gasmotoren wurden in den vergangenen Jahrzehnten für Erdgas und Sondergase (Biogas, Klärgas, Deponiegas) entwickelt und haben aufgrund ihrer kompakten Bauweise und ihrem hohen Gesamtnutzungsgrad von mehr als 90 % ein weit gestreutes Einsatzgebiet. Bereits in der Vergangenheit wurden Gasmotoren mit Sondergasen mit hohem Wasserstoffanteil betrieben, z. B. mit Koksgas oder Synthesegas aus der Biomassevergasung. Versuche mit Wasserstoffzumischung gibt es schon seit mehr als 30 Jahren. Derzeit werden Demonstrationsanlagen mit bis zu 60 %(v) und auch mit 100 % Wasserstoff umgesetzt. Gasmotoren sind heute schon für Wasserstoffanwendungen verfügbar. Bis Serienprodukte mit der gewohnten Zuverlässigkeit angeboten werden können, ist allerdings noch mehr Felderfahrung bei kontinuierlichem Betrieb mit Wasserstoff anstelle von Erdgas nötig.

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Potentiale der Wasserstoff-Sauerstoff Verbrennung zur Bereitstellung von Sekundenreserve in Dampfkraftwerken

N. Siwczak, D. Gustav, M. Höltermann, F. Dinkelacker und R. Scharf

Im Rahmen der Energiewende wird, da die Verfügbarkeit fluktuierender Energiequellen nicht planbar ist, mit zunehmendem Regelleistungsbedarf gerechnet, um die Netzfrequenz stabil zu halten. Die gleichzeitige Stilllegung thermischer Kraftwerkskapazität führt jedoch dazu, dass die Hauptanbieter von Regelleistung wegfallen und alternative Technologien erforderlich werden. In dieser Arbeit wird das Potential der Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff untersucht, da der erzeugte Dampf einerseits die Möglichkeit bietet, dass diese Kraftwerke unter Einsatz von grünem Wasserstoff und als Alternative zur Androsselung der Turbinenventile ökologischer betrieben werden können und andererseits eine Alternative zur Speicherung regenerativ erzeugter Energie in Form von Wasserstoff und Sauerstoff bieten. Mittels stationärer Kraftwerkssimulation wird der optimale Ort der Dampfeinspeisung einer Wasserstoff-Sauerstof-Verbrennung anhand eines Referenzkraftwerks ermittelt. Des Weiteren wird anhand reaktionskinetischer Berechnungen der Reaktionsfortschritt für verschiedene Zustandsparameter bestimmt, um den Anfall von Restgasen zu verstehen.

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Bereit für den Betrieb? Beurteilung des Kontrollraumsystems eines neuen Kernkraftwerks

Rainer Miller, Rodney Leitner, Sina Gierig und Harald Kolrep

Das Kernkraftwerk Olkiluoto mit zwei in Betrieb befindlichen Siedewasserreaktoren befindet sich an der südlichen Westküste Finnlands. Betreiber der Anlage ist das finnische Energieunternehmen TVO. Seit 2005 wird der Block 3 (OL3) als Druckwasserreaktor der EPR-Baulinie gebaut. OL3 befindet sich derzeit in der Inbetriebnahmephase. Der EPR ist mit einem volldigitalen Kontrollsystem (Process Information and Control System, PICS) ausgestattet. Im Normalbetrieb wird die Anlage vom Kontrollraum aus über Computerbildschirme gesteuert. Ein Back-up-System mit konventionellen Bedienfeldern und teilweise analogen Anzeigen und Bedienelementen ist zur Sicherheitsvorsorge für den Fall von Störfällen vorgesehen. Mit dem Ziel nachzuweisen, dass innerhalb der Leitwarte alle Anforderungen in Bezug auf Human Factors Aspekte des Betriebs erfüllt werden, hatte der Anlagenlieferant von OL3 einen abschließenden Human Factors Test zum „Control Room“-System vor der Brennstoffbeladung geplant. Die „Integrated Final Control Room System Validation (ISV)“ wurde 2019 durchgeführt. Dieser Artikel beschreibt die Planung und Durchführung der ISV, d. h. die im Test untersuchten Aspekte und die zur Beurteilung der relevanten Variablen verwendeten Methoden. Außerdem wird über praktische Erfahrungen bei der Durchführung der Validierung berichtet.

Thermische Zersetzungseigenschaften von Ethanolamin in wässrigen Hochtemperatursystemen

Zhiping Zhu, Zhaoxin Huang, Zhifeng Liu und Youwei Song

Die dritte Generation von Kernkraftwerken wird weltweit weiterentwickelt. Ethanolamin wird auf die Option hin untersucht als pH-Kontrollreagenz eingesetzt zu werden. Aufgrund der Zersetzung von Ethanolamin bei erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen im Sekundärkreislaufs in einem Kernkraftwerk sind die Optionen begrenzt. In dieser Studie wurden die thermische Abbaugeschwindigkeit und die Zersetzungsprodukte von ETA innerhalb des Temperaturbereichs von 50 bis 300 °C durch Ionenchromatographie und Analysen des gesamten organischen Kohlenstoffgehalts untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass ETA eine gute thermische Stabilität hat und dass die thermische Zersetzungsrate bei 50 bis 300 °C bei Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff 1%/h nicht übersteigt. Die thermische Zersetzung von ETA führt zur Einbringung von niedermolekularen organischen Säuren in den Wasser-Dampf-Kreislauf. Der thermische Zersetzungsmechanismus von ETA wurde durch Experimente bestätigt.

Einige Anmerkungen zur Anwendung der Statistik

Klaus Hoffmann

Die Wurzeln der Statistik reichen etwa 5000 Jahre in die Vergangenheit zurück. Die Zielgruppe dieses Beitrags sind Ingenieure, Praktiker, Autoren, die nicht primär Statistiker sind, und natürlich interessierte Leser. Aus diesem Grund basiert dieser Beitrag auf einem eher heuristischen Ansatz, um die Erläuterungen grundsätzlich verständlich zu machen. Die Wissenschaft der Statistik beschäftigt sich mit der Erhebung, Analyse, Interpretation und Darstellung von Daten. Die Statistik basiert auf der sogenannten Induktion, d.h. auf der Abstraktion von einem beobachteten Phänomen zur Erkenntnisgewinnung. Eine Statistik ist ein numerisches Merkmal der Stichprobe; eine Statistik schätzt den entsprechenden Parameter und zieht Rückschlüsse hinsichtlich der Grundgesamtheit. In diesem Beitrag wird das Grundprinzip kurz dargestellt, um einen statistischen Test als ein Beispiel für die Anwendung einer statistischen Methode als Teil der mathematischen Statistik zu realisieren. Eine effektive Interpretation von Daten basiert auf geeigneten Verfahren zur Erstellung von Daten mit durchdachter Prüfung. Das Verständnis für den Datensatz muss beim Anwender vorhanden sein. Aufgabe der Statistik als ein Gesamtkonzept ist es u.a., die Hypothesen der Theorien zu validieren, um festzustellen, ob sie in den akzeptierten Wissensbestand aufgenommen werden können oder nicht. Die Betrachtung der statistischen Fehler wird in diesem Beitrag als ein Beispiel für ein besseres Verständnis und der Verwendung von Statistiken diskutiert. Eine falsche Interpretation der statistischen Signifikanz und der Anwendung der Statistik im Allgemeinen kann zu Fehlentscheidungen mit drastischen Konsequenzen führen.

Tagungsbericht: 52. Kraftwerkstechnisches Kolloquium

Juliane Jentschke und Michael Beckmann

Veränderungen in unserer Energieversorgung sind weit vorangeschritten; der Ausgang und Verlauf jedoch sind in vielen Punkten ungewiss, eine Umkehr ist nicht gewollt und selbst wenn, erscheint diese nicht reversibel. Die sogenannte Energiewende verläuft noch nicht wie ein Erfolgsprojekt. Diese Feststellung allein führt allerdings nicht weiter. Weiterführend in der Entwicklung der menschlichen Gesellschaft waren in der Vergangenheit – und das gilt bis heute – offene Debatten und Wettstreite in Verbindung mit Innovationen. Die offene Debatte ist seit 52 Jahren Kernelement des Kraftwerkstechnischen Kolloquiums in Dresden; das übergreifende Thema der letzten Veranstaltung 2020 lautete Innovationen in der Energietechnik. Bei dem 52. Kraftwerkstechnischen Kolloquiums am 6. und 7. Oktober 2020 stand das Organisations-Team vor ganz besonderen Herausforderungen. Bereits im Frühjahr 2020 wurde ein Konzept für eine Online-Veranstaltung erarbeitet, aus dem dann im Laufe des Frühsommers ein hybrides Konzept wurde. Mit einem zertifizierten Hygiene- und Veranstaltungskonzept konnten dann knapp 500 Personen vor Ort teilnehmen. Etwa 100 Teilnehmer verfolgten die Veranstaltung online. Begleitend zur Konferenz präsentierten sich 65 Aussteller in der Firmenmesse. Unter den gegebenen Bedingungen waren sowohl die Konferenz als auch die Firmenmesse in Präsenz ausgebucht.