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6 | 2015

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Special Strom- und

Special Strom- und Wärmeerzeugung Lothar Balling (links), Leiter der Geschäfts - einheit Project Management der Siemens Division Power and Gas, im Gespräch mit Dr.-Ing. Udo Brockmeier, Vorstandsvorsitzender der Stadtwerke Düsseldorf, in der Leitwarte. den Neubau. Voraussetzung für diesen Fortschritt ist der Einsatz der Gasturbine SGT5-8000H von Siemens, eine der leistungsstärksten Maschinen weltweit. Insgesamt besteht die GuD-Anlage im Block Fortuna zudem aus einer Dampfturbine SST5-5000 sowie einem Generator SGen5-3000W. Gas- und Dampfturbine treiben denselben Generator an. Diese so genannte Einwellenanordnung minimiert die Generatorverluste, erhöht den Wirkungsgrad und senkt die Kosten. Die Effizienzsteigerung des Kraftwerks Lausward wurde durch die gleichzeitige Optimierung der Gasturbine und des Wasserkreislaufs erreicht. Primär wurde die Turbineneintrittstemperatur der Gasturbine angehoben. Um den Wirkungsgrad thermodynamisch weiter zu verbessern, wurde zudem das Druckverhältnis gesteigert und der Kühlluftverbrauch zur Kühlung der Turbinenbauteile minimiert. Darüber hinaus wurden die Wirkungsgrade von Bauteilen durch 3D-basierte Berechnungsverfahren deutlich erhöht. Optimale Dampfauskopplung für Fernwärme Die Dampfturbine wurde hinsichtlich einer Anwendung für Fernwärme optimiert. Die Anzahl der Dampfentnahmen hat großen Einfluss auf den Wirkungsgrad bei der Fernwärmeauskopplung bzw. bei der Prozessdampfbereitstellung. Grundsätzlich gilt, dass eine Dampfentnahme auf möglichst niedrigem Temperaturniveau den elektrischen Wirkungsgrad am wenigsten beeinflusst. Das entstehende Kraftwerk in Düsseldorf verfügt über eine optimierte dreifache Dampfauskopplung, die dafür sorgt, dass sich die Wärmebedarfskurven im Winter bei der Fernwärmeversorgung optimal nachfahren lassen. Auf diese Weise muss höher - kalorischer Dampf möglichst wenig zur Fernwärmebereitstellung herangezogen und kann stattdessen zur Stromerzeugung verwandt werden. Der Block Fortuna kann in weniger als 40 min von 0 auf 100 % hochgefahren und ebenso schnell wieder abgeschaltet werden. Dank dieser hoch flexiblen Fahrweise ist jederzeit eine Reaktion auf den aktuellen Strom- und Wärmebedarf möglich. Unterschiedlichste Lastanforderungen lassen sich so sofort erfüllen: Zwischen der Mindestlast von 325 MW und der Grundlast von 595 MW kann die Maschine mit 35 MW/min Laständerungen aufnehmen. „Das ist nicht nur der absolute Spitzenwert für derartige Lastrampen, das Kraftwerk genügt somit auch den speziellen Anforderungen an Netzstabilität bei der Integration von erneuerbarer Energie. Damit ist es ein idealer Ausgleich für die schwankende Einspeisung aus Sonne und Wind“, so Balling. Das erste Zünden der Gasturbine des neuen GuD- Kraftwerks in Düsseldorf war ein weiterer Meilenstein bei der Realisierung des Großvorhabens, bei dem bisher alle Etappen erfolgreich und im Zeitplan erfolgt sind. In über 1,8 Millionen Arbeitsstunden ohne meldepflichtigen Unfall ist die Errichtung zudem auch in Sachen Arbeitsschutz ein echtes Vorzeigeprojekt. i Klaus Jopp, klaus.jopp@wiwitech.de www.siemens.de/energy ISSN 1618–193X 67. Jahrgang (2015) Herausgeber Verein Deutscher Ingenieure Redaktion Dipl.-Ing. Peter von Hindte (Chefredakteur) Tel. 02 11/61 03–5 26, Fax 02 11/61 03–1 48 Redaktions-Assistenz: Sandra Schüttler, Tel. –124 E-Mail: bwk@springer-vdi-verlag.de Impressum Redaktionsbeirat Dr.-Ing. E.-G. Hencke, VDI-GEU, Düsseldorf Dr.-Ing. R. Maaß, FDBR, Düsseldorf Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wagner, LEE, Ruhr-Universität Bochum Prof. Dr.-Ing. U. Wagner, FfE, München Organ BWK ist Organ des VDI für Energietechnik, der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) e.V., München, des Fachverbandes für Dampfkessel-, Behälter und Rohrleitungsbau e.V. (FDBR), Düsseldorf, und des Deutschen Dampfkesselausschusses (DDA). In Fortführung der Zeitschriften „Archiv für Wärmewirtschaft“, „Feuerungstechnik“, „Wärmeund Kältetechnik“, „Praktische Energiekunde“ und vereinigt mit der Zeitschrift „Energie und Technik“. Verlag Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG VDI-Platz 1, 40468 Düsseldorf Postfach 10 10 22, 40001 Düsseldorf Commerzbank AG, BLZ 30080000, Kontonummer: 0212172400 SWIFT/BIC-Code: DRES DE FF 300, IBAN: DE69300800000212172400 Geschäftsführung: Christian W. Scheyko Layout: Ulrich Jöcker Satz: Medienpartner Mäurer GmbH, 41836 Hückelhoven Druck: KLIEMO printing, Hütte 53, 4700 Eupen, Belgien Copyright Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. 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Das Abonnement verlängert sich um ein weiteres Jahr, wenn es nicht 6 Wochen vor Ablauf des berechneten Bezugszeitraumes schriftlich gekündigt wird. Anzeigen BS MediaConsult GbR Ellen Buntenbruch Thomas Schropp Kühtal 682319 Starnberg Tel. 08151/448318 Fax 08151/448319 E-Mail: info@bs-mediaconsult.de Es gilt der Anzeigentarif Nr. 56 vom 1. Januar 2015. Auslandsvertretung Österreich Publicitas GmbH Representation Linz Peter Wokurka Leondingerstraße 27 A-4020 Linz/Austria Tel.+43/732/66 88 76 Fax+43/732/61 27 83 Cell +43/664/2 52 53 76 E-Mail: peter@wokurka.at www.publicitas.com/austria Die Hinweise für Autoren und die Veröffentlichungsgrundlagen finden Sie im Internet unter www.eBWK.de Weitere Informationen finden Sie unter www.eBWK.de

Strom- und Wärmeerzeugung Special Mit Hilfe der dynamischen Kraftwerkssimulation suchen Mitarbeiter des Lehrstuhls für Energiesysteme nach geeigneten Maßnahmen zur Flexibilitätssteigerung thermischer Kraftwerke. Wissenschaftliche Ansätze zur Flexibilisierung Steigerung der Lastdynamik thermischer Kraftwerke FLEXIBILITÄTSSTEIGERUNG | Der flexible Betrieb von konventionellen Anlagen stellt hohe Anforderungen an den Dampferzeuger als träge Kraftwerkskomponente. Um Flexibilitätspotenziale effektiv zu nutzen, muss bei einer Erhöhung der Lastdynamik besonders auf die Betriebsstabilität und die Bauteillebensdauer geachtet werden. Das Forschungsprojekt „Energy Valley Bavaria: Flexible Kraftwerke“ am Lehrstuhl für Energiesysteme der Technischen Universität München (TUM), unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff, führt dynamische Prozesssimulationen in Verbindung mit softwaregestützten Optimierungsmaßnahmen durch und ergänzt diese mit experimentellen Untersuchungen der Dampferzeugung in der Hochdruckverdampferstrecke Hiper. Autoren Im Rahmen der Energiewende gewinnt die Flexibilität konventioneller Kraftwerke zunehmend an Bedeutung. Ein Ziel des Ausbaus der erneuerbaren Energien ist die Senkung der Stromerzeugung durch konventionelle Kraftwerke und des damit verbundenen CO 2 -Ausstoßes. Da die elektrische Energie aus Solar- und Windkraft witterungsabhängig bereitgestellt wird, resultieren daraus besondere Anforderungen an das Stromnetz. Solange sich elektrische Energie nicht wirtschaftlich in großem Maßstab speichern lässt, ist es Aufgabe der konventionellen Kraftwerke den Strom in sonnen- und windarmen Zeiten zur Verfügung zu stellen. Zur Erhaltung der Versorgungssicherheit bei einem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien wird daher ein flexibler Kraftwerkspark benötigt [1]. Zu dessen Anforderungen gehören: > hohe Lastgradienten, um Schwankungen ausgleichen zu können, > geringe Mindestlast, um einen möglichst breiten Lastbereich abdecken zu können, sowie > kurze An- und Abfahrzeiten. Damit konventionelle Kraftwerke diesen Anforderungen genügen und dynamischer eingesetzt werden können, ist eine genauere Betrachtung des Dampferzeugers notwendig. Dieser begrenzt nach der Brennstoffzufuhr die Lastdynamik des gesamten Kraftwerks. Ältere Kohlekraftwerke sowie Gas- und Dampfkraftwerke sind häufig mit Umlaufverdampfern ausgestattet. Hierbei stellt der Verdampfer eine träge Komponente dar. Hohe Druckänderungsgeschwindigkeiten können die Stabilität des Umlaufs gefährden und somit zu einer Siedekrise führen. Bei modernen kohlegefeuerten Kraftwerken werden überkritische Zwangdurchlaufdampferzeuger eingesetzt. Hier begrenzen die hohen Drücke und Temperaturen die Pro- Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff, Jahrgang 1960, Studium des Maschinenbaus an der Universität Kaiserslautern, anschließend Promotion am Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen der Universität Stuttgart. Nach der Habilitation 1999 erfolgte 2000 die Ernennung zum Professor des Lehrstuhls „Energievoorziening/Thermal Power Engineering“ an der TU Delft (NL). Seit 2004 ist er Lehrstuhlinhaber des Lehrstuhls für Energiesysteme an der TU München. Darüber hinaus ist er wissenschaftlicher Leiter des Bereiches Energiespeicherung am Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE). i spliethoff@tum.de Julia Hentschel (M.Sc.), Jahrgang 1989, studierte Maschinenwesen und Energie- & Prozesstechnik in München. Seit 2014 ist sie wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich der dynamischen Simulation am Lehrstuhl für Energiesysteme der Technischen Universität München. Im Rahmen des Energy Valley Bavaria-Projektes der Munich School of Engineering arbeitet sie im Teilprojekt „Flexible Kraftwerke“. i julia.hentschel@tum.de Dipl.-Ing. Andreas Kohlhepp, Jahrgang 1984 studierte Maschinenbau (Schwerpunkt Produktentwicklung) an der Fachhochschule Würzburg Schweinfurt und anschließend Maschinenwesen (Schwerpunkt Energietechnik) an der TU-Dresden. Er arbeitete von 2009 bis 2013 bei der E.on Kernkraft GmbH und wechselte 2013 als wissenschaftlicher Mitarbeiter an die TU München zum Lehrstuhl für Energiesysteme. Dort beschäftigt er sich experimentell mit nahkritischen Wärmeübergangsphänomenen. i andreas.kohlhepp@tum.de Dipl.-Ing. Steffen Kahlert, Jahrgang 1987, studierte Maschinenbau mit Schwerpunkt Energie- und Prozesstechnik an der Leibniz Universität Hannover. Seit 2012 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Energiesysteme der TU München. In Kooperation mit E.on und den Stadtwerken München untersucht er die Lastdynamik und die Auswirkungen der flexiblen Fahrweise von Gas- und Dampfkraftwerken. i steffen.kahlert@tum.de Dipl.-Ing. Gerrit A. Schatte studierte Energie- und Prozesstechnik an der Technischen Universität München. Seit 2013 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am dortigen Lehrstuhl für Energiesysteme. Seine Forschung betrifft die Thermohydraulik von Arbeitsmedien in Kraftwerksdampferzeugern. i gerrit.schatte@tum.de BWK Bd. 67 (2015) Nr. 6 9

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