Flexibilisierung von Dampfkraftwerken mittels dynamischer Prozesssimulation

Die Integration der wachsenden Erzeugungskapazitäten an erneuerbaren Energien in die bestehende Infrastruktur der deutschen Elektrizitätswirtschaft ist eine der grossen Herausforderungen der nächsten Jahre und Jahrzehnte. In dieser Arbeit werden die Herausforderungen an die konventionellen Kraftwerke, welche durch die Umwälzungen im deutschen Energiemarkt verursacht sind, untersucht. Es wird gezeigt, dass vor allem die deutschen Steinkohlekraftwerke in den nächsten Jahren die fluktuierenden Einspeisungen aus erneuerbaren Energien kompensieren werden müssen.
Um die Flexibilität von grossen thermischen Dampfkraftwerken methodisch zu untersuchen, wird in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe eines instationären Simulationsprogrammes ein grosses Dampfkraftwerk abgebildet. Zur Aufarbeitung der technischen Grundlagen wird die Funktionsweise von modernen Steinkohlekraftwerken erläutert und anschliessend der Begriff der Flexibilität im Detail untersucht. Daraus leiten sich Anforderungen an das zu entwickelnde Modell ab. Anschliessend wird im Detail beschrieben, wie diese Anforderungen bei der Modellierung des Referenzkraftwerks umgesetzt werden. Das Gesamtsystem Kraftwerk wird in vier Teilsysteme, Luft- und Rauchgasseite, Brennstoffversorgung, Turbinen mit Vorwärmern und Dampferzeuger zerlegt und beschrieben. Das fertige Modell wird zunächst anhand von stationären Auslegungsdaten des Herstellers überprüft. Danach wird die instationäre Performance des entwickelten Kraftwerksmodells mit betrieblichen Daten überprüft. Abschliessend werden einige technische Optimierungen untersucht, um die Flexibilität der Anlage zu steigern. Dabei wird das Potenzial des Kraftwerkmodells für zukünftige Untersuchungen an grossen Kraftwerken beleuchtet.