Die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes hochlegierter Werkstoffe im Kraftwerksbau

Berker, Ralf Erich; Bleck, Wolfgang; Brill, Ulrich

doi:urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-015963

Die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes hochlegierter Werkstoffe im Kraftwerksbau = The economy of using high-alloy material in power station construction

Berker, Ralf Erich

2015

VerantwortlichkeitsangabeRalf Berker

ImpressumAachen : Shaker 2015

UmfangV, 235 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-8440-3500-1

ReiheBerichte aus dem Institut für Eisenhüttenkunde ; 2015,3

ISSN0943-4631

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Prüfungsjahr: 2014. - Publikationsjahr: 2015

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Brill, Ulrich (Thesis advisor) ; Bleck, Wolfgang (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-11-17

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-015963
DOI: 10.18154/RWTH-2015-01596
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/465203/files/465203.pdf

Einrichtungen

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die in den letzten Jahren stark forcierte Stromeinspeisung aus regenerativen Quellen in das deutsche Energienetz hat zu veränderten Anforderungen im Bereich konventioneller Kraftwerke geführt. Kohlekraftwerke, die für den Grundlastbetrieb ausgelegt wurden, müssen zukünftig häufiger an- und abgefahren werden. Hierbei wirken sich dickwandige Komponenten negativ auf die geforderte Flexibilität und die Lebensdauer des Bauteils aus. Diese Veränderungen und deren Einfluss auf einen betriebswirtschaftlich sinnvollen Betrieb des Kraftwerks, sowie der betriebswirtschaftliche Nutzen für den Austausch solcher kritischen Komponenten werden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Zur beispielhaften Berechnung wird ein Frischdampfaustrittssammler mit hoher Wandstärke ausgewählt. Für unterschiedliche Werkstoffe erfolgen die Dimensionierung des Bauteils und die Berechnung der möglichen Fahrweise mit der daraus resultierenden Wirtschaftlichkeit im Betrieb. Die Untersuchungen werden durchgängig auf Basis bestehender EN-Regelwerke durchgeführt. Mit Sensitivitätsanalysen wird der Einfluss einzelner Berechnungsparameter auf die Wirtschaftlichkeit eines möglichen Komponententauschs überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass es weniger die Material- und Herstellungskosten des Sammlers, als vielmehr die Anzahl der angenommenen Anfahrten eines Kraftwerks, der im Markt zu erzielende Strompreis und die Brennstoffkosten sind, die den Ausschlag für die Wirtschaftlichkeit geben. Bereits die Veränderung der Auslegungsvorgaben mit einer daraus resultierenden Wanddickenreduzierung führen, auch ohne die Verwendung eines anderen Werkstoffs, zu deutlichen Vorteilen in der Flexibilität und damit in der Wirtschaftlichkeit des Kraftwerksbetriebs. Das Berechnungsmodell kann, bedingt durch die modulare Implementierung, leicht auf andere Bauteile adaptiert werden.

Increasing electrical power production from renewable sources has led to changing demands in the field of conventional power plants in recent years in Germany. Coal-fired power plants that have been designed for Base load operation must withstand frequent start-up and shut-down cycles at present and in the future. Therefore, thick-walled components have a negative impact on the required flexibility and the life expectancy of these components. The exchange (retrofit) of these components and the commercial impact on an economically optimized operation of the power plant, as well as the financial effect of the exchange of such critical components are investigated in this work. As an example a thick-walled steam outlet header was selected. Different materials and different loading characteristics (number of warm and hot starts) including start-up gradients were taken as variables during the optimization process. The component design is based on EN standards. Economic results of the retrofit of critical components were investigated with sensitivity studies. The results show, that material and manufacturing costs are less important compared to the loading characteristics (i.e. number of starts), the electricity price and the fuel costs. Even the change in the design specifications, with a resulting reduction in the wall thickness, leads to improved flexibility in the plant operation and an economic benefit, even without the use of different materials. Due to the modular design of the implemented methods, this optimization can be easily adapted to other components.

OpenAccess:
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