Dynamische Simulation von Kraftwerken
Dynamischer Kraftwerksbetrieb
Im Rahmen der dynamischen Kraftwerkssimulation wird das Zusammenspiel der Kraftwerksprozesse bei flexibler Betriebsweise untersucht. Dabei spielt nicht nur die Effizienz des Gesamtprozesses eine Rolle, sondern auch die transienten Vorgänge. Es wird die Software APROS verwendet, die es ermöglicht das Kraftwerksverhalten inklusiv der Automatisierung dynamisch abzubilden. So können komplexe Vorgänge wie das An- und Abfahren und Lastzyklen untersucht werden. Ziel dabei ist es, über ein verbessertes Prozessverständnis die Betriebsstrategie und die Kraftwerkskonfiguration zu optimieren.
Untersuchte Kraftwerke
Im Rahmen der dynamischen Prozesssimulation wurden zwei unterschiedliche Kraftwerkstypen untersucht. Gas- und Dampfkraftwerke, die aufgrund des „sauberen“ Brennstoffs und des hohen Wirkungsgrads, eine tragende Rolle in dem Energiesystem der Zukunft übernehmen sollen, und kohlegefeuerte Dampfkraftwerke, die aufgrund des günstigeren Brennstoffs weiterhin einen großen Marktanteil haben.
GuD-Kraftwerke
In Bezug auf GuD-Kraftwerke konnte ein Modell des modernen GuD-Blocks im HKW Süd München erstellt werden. Es handelt sich dabei um einen Kraftwerksblock mit 420 MW Leistung, der sowohl Strom produziert als auch das Münchner Wärmenetz versorgt. Da das Kraftwerk vor allem im Sommer eine geringe Auslastung hat, ist eine dynamische Fahrweise erforderlich. Mithilfe von technischen Zeichnungen und Datenblättern kann das Verhalten der einzelnen Komponenten exakt dargestellt werden. Um die Automatisierung abbilden zu können, müssen dem Leitsystem die wichtigsten Details aller Regelkreise und der Anfahrschrittkette entnommen werden. Zusätzlich wurde die Lebensdauerberechnung der dickwandigen Bauteile für dickwandige Bauteile nach DIN EN 12952 in das Modell integriert. In Zukunft sollen mithilfe der Simulationen leittechnische Maßnahmen zur Verbesserung der Schnellstartfähigkeit und zur Erhöhung der Lastgradienten gefunden werden.
Kohlekraftwerke
Der Einfluss des flexibleren Anlagenbetriebs auf den Anteil des Lebensdauerverbrauchs durch Ermüdung gefeuerter Dampferzeuger wurde anhand eines Steinkohlekraftwerks untersucht. Dazu wurde die Reduktion des Ermüdungsanteils bei den dickwandigen Komponenten eines Zwangumlauf-Dampferzeugers durch eine elektrische Oberflächenbeheizung simuliert. Die notwendigen Modelle für Dampftrommel, Hochdruck- und Zwischenüberhitzer-Sammler wurden anhand von Referenzdaten eines Kraftwerks mit entsprechenden Werkstoffen und Abmessungen erstellt.
Um dem thermischen Spannungsanteil an der Gesamtspannungsschwingbreite eines Lastzyklus zu verringern, wurde eine Beheizungsstrategie für die kritischen Komponenten entwickelt. Diese eignet sich außerdem zur Beschränkung der thermischen Spannungen bei einer Beschleunigung der Kaltstartvorgänge. Durch eine mögliche Beschleunigung der Startprozesse in Bezug auf die dickwandigen Komponenten ergibt sich durch Einsparungen beim Brennstoffverbrauch eine erhebliche Senkung der Anfahrtskosten.
Um dem Bedarf an Regelfähigkeit in der Energieerzeugung noch besser nachzukommen, wird im nächsten Schritt eine Verbesserung der Regelstrategie von gefeuerten Dampferzeugern mithilfe dynamischer Simulation untersucht. Ziel ist die Erhöhung der Regelgüte unter Berücksichtigung des Lebensdauerverbrauchs kritischer Komponenten.
