Flexibilisierung von Dampfkraftwerken mittels dynamischer Prozesssimulation:
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Göttingen
Cuvillier Verlag
2016
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| adam_text | Flexibilisierung von
Dampfkraftwerken mittels
dynamischer Prozesssimulation
Zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr -Ing )
genehmigte Dissertation von Ralf Starkloff aus Darmstadt
Tag der Einreichung: 14 April 2016, Tag der Prüfung: 29 Juni 2016
Darmstadt — D 17
1 Gutachten: Prof Dr -Ing Bernd Epple
2 Gutachten: Prof Dr -Ing Johannes Janicka
TECHNISCHE
UNIVERSITÄT
DARMSTADT
Fachbereich Maschinenbau
Institut für Energiesysteme
und Energietechnik
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis iv
Nomenklatur vii
1 Einleitung 1
1 1 Hintergrund ? 1
1 2 Auswirkungen auf die Stromerzeugung in Deutschland 2
1 3 Ableitung der Aufgabenstellung 4
1 4 Gliederung der Arbeit 4
2 Situation der konventionellen Kraftwerke 7
2 1 Kohlekraftwerke 11
2 2 Flexibilitätssteigernde Maßnahmen bei konventionellen Kraftwerken 13
221 Mindestlastbetrieb und dessen Grenzen 14
222 Hohe Brennstoffausnutzung im ganzen Lastbereich 20
223 Minimierung von An- und Abfahrverlusten 22
224 Hohe Lastgradienten und Lastsprünge 23
225 Betriebliche Flexibilität 27
2 3 Zusammenfassung der Anforderungen an das Kraftwerksmodell 28
3 Prozesssimulation 29
3 1 Einsatz transienter Simulationsprogramme 29
311 Wasser-Dampf-Seite 30
312 Dynamik der Gasseite 31
313 Gesamtanlagensimulation 32
3 2 Simulationsplattform APROS 34
321 Aufbau der Software 35
322 Thermohydraulisches Modell 36
4 Modellbildung 41
4 1 Referenzanlage 41
4 2 Modellierung 48
421 Modellumfang und Randbedingungen 48
422 Luft- und Rauchgasseite 49
4221 Kanalsystem 50
4222 Axialventilatoren 50
4223 Radialventilatoren 52
4224 Regenerativer Luftvorwärmer 52
4225 Dampf-Luftvorwärmer 55
4226 Sekundär- und Tertiärluftklappen 56
4227 Rauchgasreinigung 56
423 Brennstoffversorgung 57
4231 Mühlenmodell von Fan 59
4232 Mühlenmodell von Wei 62
4233 Mühlenmodell von Niemczyk 63
4234 Mühlenmodell von Lee 64
4235 Abschätzen der Modellgüte 64
424 Dampferzeuger 66
4241 Brennkammer 66
4242 Konvektive Heizflächen 68
4243 Umwälzsystem 70
425 Tlirbine und Vorwärmersystem 71
4251 Türbosatz 71
4252 Kondensator 73
4253 Vorwärmstecke 73
4254 Speisewasserpumpen 74
4255 Umleitstationen 75
426 Verschmutzung 76
427 Regelung 77
4271 Blockregelung 77
4272 Regelung der Primär-und Sekundärventilatoren 78
4273 Regelung der Sekundär- und Tertiärluftmengen 78
4274 Regelung der Primärluftmenge 78
4275 Regelung des Feuerraumdrucks 79
4276 Regelung der Abgastemperatur 79
4277 Regelung des Speisewassers 79
4278 Regelung der Dampftemperatur 80
4279 Regelung des Dampferzeugerdruckes 80
427 10 Regelung der Behälterfüllstände 80
427 11 Regelung der Umwälzung 80
5 Überprüfung der Modellgüte * 83
5 1 Stationäre Validierung 83
5 2 Dynamische Validierung 87
6 Flexibilisierungsmaßnahmen 93
6 1 Nutzung vorhandener Potenziale 93
611 Modifizierter Gleitdruck 93
612 Kondensatstau 94
613 Kondensatstopp 95
ii
614 Drosselung A 5 96
615 Abschalten der Hochdruckvorwärmer 96
616 Speisewasserübersteuerung 97
617 Lastsprung von 90 auf 100% 98
6 2 Mögliche Retrofit-Maßnahmen 100
7 Zusammenfassung und Ausblick 103
7 1 Zusammenfassung 103
7 2 Ausblick r 105
Abbildungsverzeichnis ix
Tabellenverzeichnis xiii
Literaturverzeichnis xiv
A Anhang: Tabellen xxvii
B Anhang: Abbildungen xxix
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