Forschung

Design and Operation of a test rig in the Grosskraftwerk Mannheim for the investigation of future power plant operation in a highly flexible and efficient way. Investigated will be the impact on improved materials

Kurzdarstellung

Die Umsetzung und Einführung neuer Technologien/Prozesse in schadstoffarmen, flexiblen und höchsteffizienten Hochleistungskraftwerken ist verbunden mit einer signifikanten Anhebung der Beanspruchungsparameter. Durch die vermehrte Stromerzeugung über erneuerbare Energieträger ist die Steigerung der Betriebsparameter mit einer erhöhten Lastwechselzahl aufgrund vermehrter An- und Abfahrten fossil befeuerter Kraftwerksanlagen gekoppelt. Die prozessumschließenden Strukturwerkstoffe, die die Sicherheit und Verfügbarkeit gewährleisten, werden komplexeren Beanspruchungssituationen aus mechanischen und thermischen Lasten, deren Gradienten und Überlagerungen sowie mediumsbedingten Angriffen ausgesetzt. Im Vorhaben werden verbesserte Werkstoff-, Berechnungs- und Überwachungsmodelle für höchstbeanspruchte Kraftwerkskomponenten untersucht.

Die bestehende Teststrecke im GKM wird modifiziert und Bauteile aus neuen Werkstoffen eingebaut. Das IfW befasst sich mit Experimenten zum Zeitstand-, Kriechverhalten und Ermüdungsverhalten. Weiterhin sollen mit den experimentell gewonnenen Daten Modellierungen von Kriechverformung, Zeitstandbruch und Bruchverformung sowie von zyklischer Verformung und Lebensdauer durchgeführt werden. Schließlich sind in speziellen Experimenten zur Temperaturwechselfestigkeit grundlegende Fragen der Wechselwirkung von Kriechen und Ermüdung in Verbindung mit transienten Vorgängen zur bearbeiten. Für alle experimentellen Daten ist eine Streubandanalyse zur Einordnung der Werkstoffeigenschaften in Vergleichsdaten aus der Literatur durchzuführen. Mithilfe stichprobenartiger metallographischer und fraktographischer Untersuchungen sollen werkstofftechnische Fragen wie Anriss- und Bruchverformungsverhalten sowie Rückgang der Duktilität und Versagensverhalten von Schweißverbindungen bewertet werden. In den Experimenten und Modellierungsarbeiten werden Daten und Werkstoffbeschreibungen generiert, die langfristig für Industrie und Forschung von Bedeutung sind.

Für Kraftwerksbetreiber liefern die Untersuchungen wichtige Erkenntnisse für zukünftige Kraftwerksprojekte sowohl im Bereich Neubauten als auch für Retrofitmaßnahmen. Diese Erkenntnisse dienen der Realisierung höherer Anfahrgradienten oder zur Wirkungsgradsteigerung über Prozessoptimierung und Parameteranhebung. Dabei handelt es sich um Kenntnisse zu Fertigungsmöglichkeiten, der Schädigungsentwicklung und Überwachung im Betrieb sowie mögliche Reparaturkonzepte. Darüber hinaus liefern die Arbeiten im Projekt einen Beitrag zur Steigerung der Ressourceneffizienz über die Bereitstellung von verbesserten Auslegungskonzepten. Für die Forschungsinstitute dienen die im Projekt erzielten Ergebnisse weiterhin dazu, die Qualität der Lehre in den entsprechenden Fachgebieten über den Wissenszuwachs zu verbessern. Die Experimente und Modellierungsarbeiten im IfW führen zu Daten und Werkstoffbeschreibungen, die sich direkt für Auslegung und Überwachung von Anlagen einsetzen lassen und damit langfristig für Forschung und Industrie von Nutzen sind.