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Analyse der Wasserwirtschaft in Waermekraftwerken

Die Technologien thermischer Kraftwerke zur Deckung des Strombedarfs werden nach heutigem Wissensstand in absehbarer Zukunft nicht auf die Nutzung von Wasser verzichten koennen. Die dabei entstehende thermische Belastung der Gewaesser laesst sich mit geeigneten Massnahmen verringern. Diese Reduzierung ist jedoch durch die zunehmende Anwendung der nassen Rueckkuehlung mit Verdunstungsverlusten verbunden. Ein Abflussdefizit ist die Folge. Bei geringer Wasserfuehrung des Flusses kann daher die Stromerzeugung zu Nutzungseinbussen der uebrigen Anlieger fuehren. Vor diesem Hintergrund ergab sich die Notwendigkeit, neben der Kuehlung auch die uebrigen wassernutzenden Prozesse im Kraftwerk wie Verbrennung, Dampferzeugung, Zusatzwasser-Aufbereitung fuer die verschiedenen Kreislaeufe usw. auf ihre Verdunstung hin zu untersuchen, um in Abhaengigkeit von Technologie und Energiequelle ihre Einfluesse auf den Wasserhaushalt darlegen zu koennen. Durch Vergleich dieser Verluste mit der Wasserfuehrung der Fluesse werden Moeglichkeiten der Kraftwerksplanung nach wassermengenorientierten Gesichtspunkten entwickelt.

Statistik der Wasserversorgung und der Abwasserbeseitigung bei Wärmekraftwerken für die öffentliche Versorgung

Gewinnung von Grund-, Quell- und Oberflächenwasser sowie Bezug und Abgabe von Wasser. Verwendung von Wasser, getrennt nach Einsatzbereichen, Einfach-, Mehrfach- und Kreislaufnutzung. Behandlung und Einleitung von Kühlwasser und sonstigem Wasser nach Menge, Art der Abwasserbehandlung, behandeltes und unbehandeltes Abwasser sowie die jeweiligen Konzentrationen und Frachten an Schadstoffen nach dem Abwasserabgabengesetz, Klärschlamm nach Menge, Behandlung, Beschaffenheit und Verbleib sowie die für das Aufbringen genutzte Fläche nach Nutzungsart, Zahl der beschäftigten Personen.

Optimierung von Waermeerzeugungsanlagen

Im Rahmen des Projektes wurde die Struktur der Waermegestehungskosten, des Primaerenergiebedarfs und der Treibhausgasemissionen, bewertet im CO2-Massstab fuer Waermeerzeugungsanlagen, wie sie fuer Contractingloesungen typisch sind untersucht und Optimierungsmoeglichkeiten dargestellt.

Emissionen von Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen

<p>Deutschland verpflichtete sich 2003 mit der Zeichnung des PRTR-Protokolls dazu, ein Register über Schadstofffreisetzungen und -transporte aufzubauen. Hierzu berichten viele Industriebetriebe jährlich dem UBA über Schadstoffemissionen und die Verbringung von Abwässern und Abfällen. Das UBA bereitet diese Daten in einer Datenbank für Bürgerinnen und Bürger auf.</p><p>Umweltbelastende Emissionen aus Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen</p><p>Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen (insbesondere Steinkohle, Braunkohle, Erdgas) oder biogenen Brennstoffen betrieben werden, sind bedeutende Verursacher von umweltbelastenden Emissionen. Sie sind verantwortlich für einen erheblichen Teil des Ausstoßes an Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffoxiden (NOx) und Schwefeloxiden (SOx). Die Kohleverbrennung ist zudem die wichtigste Emissionsquelle für das Schwermetall Quecksilber (Hg).</p><p>Das Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister (PRTR) in Deutschland</p><p>Industriebetriebe müssen jährlich dem Umweltbundesamt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠) sowohl über ihre Emissionen in Luft, Wasser und Boden berichten, als auch darüber, wie viele Schadstoffe sie in externe Abwasserbehandlungsanlagen weiterleiten und wie viele gefährliche Abfälle sie entsorgen. Die Betriebe müssen nicht über jeden Ausstoß und jede Entsorgung berichten, sondern nur dann, wenn der Schadstoffausstoß einen bestimmten Schwellenwert oder der Abfall eine gewisse Mengenschwelle überschreitet. In diesem Artikel werden Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von über 50 Megawatt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/m?tag=MW#alphabar">MW</a>⁠), die von Anhang I, Nummer 1.c) der Europäischen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a>⁠-Verordnung erfasst werden, betrachtet.</p><p>Das Umweltbundesamt (UBA) sammelt die von Industriebetrieben gemeldeten Daten in einer Datenbank: dem Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister PRTR (<strong>P</strong>ollutant<strong>R</strong>elease and<strong>T</strong>ransfer<strong>R</strong>egister). Das UBA leitet die Daten dann an die Europäische Kommission weiter und macht sie im Internet unter der Adresse<a href="https://thru.de/">https://thru.de</a>der Öffentlichkeit frei zugänglich.</p><p>Es gibt drei Rechtsgrundlagen für die PRTR-Berichterstattung:</p><p>Erfasst werden im PRTR industrielle Tätigkeiten in insgesamt neun Sektoren. Einer davon ist der Energiesektor, zu dem die hier dargestellten Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen gehören. Für das aktuelle Berichtsjahr 2023 waren in Deutschland insgesamt 130 Betriebe mit einer Feuerungswärmeleistung von mehr als 50 Megawatt (MW) und mit Luftemissionen nach PRTR berichtspflichtig (siehe Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Luftemissionen im Jahr 2023“).</p><p>Die Aussagekraft des PRTR ist jedoch begrenzt. Drei Beispiele:</p><p>Kohlendioxid-Emissionen in die Luft</p><p>Kohlendioxid (CO₂)-Emissionen entstehen vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Somit gehören Wärmekraftwerke und andere stationäre Verbrennungsanlagen zu den bedeutenden Quellen dieses Treibhausgases. Dies ist auch im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a>⁠ erkennbar.<br>Nicht jeder Betreiber muss CO₂-Emissionen melden. Für die Freisetzung von CO₂ in die Luft gilt im PRTR ein Schwellenwert von 100.000 Tonnen pro Jahr (t/Jahr). Erst wenn ein Betrieb diesen Wert überschreitet, muss er dem Umweltbundesamt die CO₂-Emissionsfracht melden.In den Jahren 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 117 und 156 Betreiber von Wärmekraftwerken und andere Verbrennungsanlagen CO₂-Emissionen an das PRTR. Das Jahr 2009 fiel in der Zeitreihe hinsichtlich der freigesetzten Mengen heraus, da in diesem Jahr aufgrund der Wirtschaftskrise und der daraus folgenden geringeren Nachfrage nach Strom und Wärme weniger Brennstoffe in den Anlagen eingesetzt wurden. Der zeitweilige Anstieg der Emissionsfrachten nach 2009 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Im Berichtszeitraum war die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen im Jahr 2023 mit 117 Betrieben als auch die berichtete Gesamtemissionsfracht mit 162 Kilotonnen am niedrigsten. Von 2016 bis 2020 ging die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen sowie der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht stetig zurück (siehe Abb. „Kohlendioxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). In den Jahren 2021 und 2022 stiegen die Einsätze von Stein- und Braunkohlen in Großfeuerungsanlagen und damit auch die CO2Emissionen wieder an. Einige Kohlekraftwerke wurden aus der Netzreserve/ Sicherheitsbereitschaft wieder in den regulären Betrieb überführt. Mit dem erhöhten Kohleeinsatz wurde während der Gaskrise teures Erdgas eingespart. Infolgedessen liefen die Erdgaskraftwerke weniger. Im Jahr 2023 ging der Kohleeinsatz in Kraftwerken wieder deutlich zurück. Hauptgründe dafür sind der verringerte Stromverbrauch, die Zunahme der Stromimporte und die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom. Das führte in der Summe zu einer merklichen Senkung der CO₂ Emissionen. Auch die Anzahl der CO₂-meldenden Kraftwerke war 2023 im Vergleich zum Vorjahr rückläufig, weil aufgrund von Stilllegungen aber vor allem wegen verringerter Volllaststunden Anlagen unter den Schwellenwert fielen.Die Frachtangaben zu CO₂ im PRTR basieren größtenteils auf Berechnungen der Betreiber. Als Grundlage dienen Brennstoffanalysen zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes. CO₂ Messungen im Abgas werden nur selten vorgenommen.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Kohlendioxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 117 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100.000 Tonnen CO₂ in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die Größenordnung der jeweils vom Betrieb freigesetzten CO₂-Menge:Stickstoffoxid-Emissionen in die LuftStickstoffoxide (Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, gerechnet als Stickstoffdioxid und abgekürzt mit NOx, schädigen die Gesundheit von Mensch, Tier und Vegetation in vielfacher Weise. Im Vordergrund steht die stark oxidierende Wirkung von Stickstoffdioxid (NO2). Außerdem tragen einige Stickstoffoxide als Vorläuferstoffe zur Bildung von bodennahem Ozon und sekundärem Feinstaub bei, wirken überdüngend und versauernd und schädigen dadurch auch mittelbar die Vegetation und den Boden. Berichtspflichtig im ⁠PRTR⁠ sind NOx-Emissionen in die Luft ab einem Schwellenwert von größer 100.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 ging die Anzahl Stickstoffoxid-Emissionen meldender Betriebe von 157 auf 89 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen zurück. Seit 2013 ist ein Rückgang der berichteten NOx-Gesamtemissionen im PRTR von 209 Kilotonnen (kt) auf 86 Kilotonnen (kt) in 2023 zu beobachten. Der auffallende niedrige Wert berichteter NOx-Gesamtemissionen iHv. 101 Kilotonnen (kt) im Jahr 2020 ist der besonderen Situation dieses Jahres geschuldet. Einerseits nahm der Stromverbrauch aufgrund der Corona-Pandemie ab und der Stromexport verringerte sich. Andererseits legte die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern zu. Das führte in der Summe zu einem erheblichen Rückgang des Kohleeinsatzes. Im Jahr 2021 führte die wirtschaftliche Erholung und die geringe Stromerzeugung aus Windenergie zu einer Erhöhung der Brennstoffeinsätze und entsprechend zu einer Emissionssteigerung. Aufgrund der Gaskrise und der damit verbundenen Brennstoffwechsel von Gas zu Kohle und Ölprodukten kam es im Jahr 2022 nochmals zu einer Erhöhung der berichteten Gesamtemissionsfracht. Die zeitgleich erfolgte Verschärfung der NOX-Grenzwerte im Zuge der Novelle der 13. ⁠BImSchV⁠ dämpfte den Emissionsanstieg. Im Jahr 2023 sanken die NOX-Emissionen im Vergleich zum Vorjahr wieder um rund 29 %. (siehe Abb. „Stickstoffoxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der deutliche Rückgang im Jahr 2023 lässt sich im Wesentlichen durch den verringerten Einsatz von Kohlen, Erdgas und Ölprodukten zur Stromerzeugung erklären. Die Gründe dafür sind die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom, die Erhöhung von Stromimporten und die verringerte Stromnachfrage.Die Frachtangaben zu NOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Stickstoffoxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 89 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100 t Stickstoffoxid (t NOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Stickstoffoxid-Mengen:Schwefeloxid-Emissionen in die LuftSchwefeloxide (wie zum Beispiel SO2, im Folgenden nur SOxgenannt) entstehen überwiegend bei Verbrennungsvorgängen fossiler Energieträger wie zum Beispiel Kohle. Schwefeloxide können Schleimhäute und Augen reizen und Atemwegsprobleme verursachen. Sie können zudem aufgrund von Ablagerung in Ökosystemen eine ⁠Versauerung⁠ von Böden und Gewässern bewirken. Der Schwellenwert für im ⁠PRTR⁠ berichtspflichtige SOx-Emissionen in die Luft beträgt größer 150.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 42 und 80 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen Schwefeloxidemissionsfrachten. In den Jahren 2007 und 2013 war der höchste Stand der Gesamtfrachten mit jeweils 157 Kilotonnen (kt) zu verzeichnen. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen ist seit 2013 kontinuierlich rückläufig und erreichte 2020 mit 42 meldenden Betrieben den niedrigsten Stand. Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 47 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar und liegt damit sogar noch unter dem Wert der Corona-Krise im Jahr 2020. &nbsp;2023 nahm im Vergleich zum vorangegangenen Jahr, 2022, die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen um rund 15 % zu, der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht hingegen um rund 18 % ab (siehe Abb. “Schwefeloxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der Hauptgrund für den Emissionsrückgang im Jahr 2023 der deutlich verringerte Kohleeinsatz zur Stromerzeugung. Bemerkenswert ist, dass die Umsetzung der strengeren Grenzwerte und der höheren Schwefelabscheidegrade in der novellierten Fassung der 13. ⁠BImSchV⁠ im Jahr 2022 dazu führte, dass das Emissionsniveau trotz gestiegener Kohleeinsätze gleichblieb. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist ein Rückgang berichteter Gesamtemissionsfrachten von rund 70 % zu verzeichnen. Der Emissionsrückgang im Zeitraum 2007 bis 2023 ist, ähnlich wie bei Stickstoffoxiden, im Wesentlichen auf den sinkenden Kohleeinsatz in Wärmekraftwerken zurückzuführen. Besonders stark ging der Steinkohleeinsatz zurück, aber auch der Braunkohleeinsatz verringerte sich signifikant. Dabei verlief die Entwicklung in den einzelnen Braunkohlerevieren uneinheitlich. Aufgrund der unterschiedlichen Schwefelgehalte in den verschiedenen Revieren (rheinische Braunkohle niedriger Schwefelgehalt, mitteldeutsche Braunkohle hoher Schwefelgehalt) korreliert die Emissionsminderung nicht direkt mit der Entwicklung der Brennstoffeinsätze. Nachdem in den Jahren 2021 und 2022 aufgrund des Kernkraftausstieges und der Gaskrise wieder mehr Stein- und Braunkohle eingesetzt wurde, drehte sich diese Entwicklung im Jahr 2023 wieder um und entsprechend führte der reduzierte Kohleeinsatz zu einer deutlichen Senkung der Emissionen.Die Frachtangaben zu SOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Schwefeloxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 43 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 150 Tonnen Schwefeloxid (t SOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Schwefeloxid-Mengen:Quecksilber-Emissionen in die LuftDas zur Gruppe der Schwermetalle gehörende Quecksilber (Hg) wird hauptsächlich frei, wenn Energieerzeuger fossile Brennstoffe wie Kohle für die Energieerzeugung verbrennen. Quecksilber und seine Verbindungen sind für Lebewesen teilweise sehr giftig. Die stärkste Giftwirkung geht von Methylquecksilber aus. Diese Verbindung reichert sich besonders in Fischen und Schalentieren an und gelangt so auch in unsere Nahrungskette.Die Zahl der Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen, die Hg-Emissionen in die Luft an das ⁠PRTR⁠ meldeten, pendelte in den Jahren 2007 bis 2023 zwischen 19 und 56. Ein Betreiber muss nur dann berichten, wenn er mehr als 10 Kilogramm Quecksilber pro Jahr (kg/Jahr) in die Luft emittiert. Im Jahr 2009 gingen die Emissionen aufgrund der gesunkenen Nachfrage nach Strom und Wärme zurück. Der Anstieg der Emissionsfrachten von 2009 auf 2010 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen und die berichtete Gesamtemissionsfracht erreichte im Jahr 2020 mit 19 Betrieben den niedrigsten Stand innerhalb der Zeitreihe 2007 bis 2023, was den oben genannten Besonderheiten des Jahres 2020 geschuldet ist. &nbsp;Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 2,17 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist von 2016 bis 2023 ein deutlicher Rückgang der berichteten Gesamtemissionsfrachten um rund 50 % zu verzeichnen (siehe Abb. „Quecksilber-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Für den Rückgang der gemeldeten Gesamtemissionsfracht bis 2023 gibt es hauptsächlich zwei Gründe: Den wesentlichen Anteil hat der deutliche Rückgang der Kohleverstromung. Weiterhin trägt die Einführung eines auf das Jahr bezogenen Quecksilbergrenzwertes dazu bei, der erstmals für das Jahr 2019 anzuwenden war, und der deutlich strenger ist als der bisherige und weiterhin parallel geltende auf den einzelnen Tag bezogene Grenzwert. Diese neue Anforderung bewirkt, dass vor allem die Kraftwerke im mitteldeutschen Braunkohlerevier – hier liegen deutlich höhere Gehalte an Quecksilber in der Rohbraunkohle vor als im rheinischen Revier – erhebliche Anstrengungen für eine weitergehende Quecksilberemissionsminderung unternehmen mussten. Infolgedessen kommt es im mitteldeutschen Revier zu einer deutlichen Minderung der spezifischen Quecksilberemissionen. Aber auch im Lausitzer Revier gingen in den Jahren 2019 und 2020 die spezifischen Quecksilberemissionen zurück. Die Gründe für den Rückgang der Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen sind zum einen Anlagenstilllegungen, aber auch der verringerte Steinkohleeinsatz in den verbliebenen Anlagen, der dazu führt, dass einige Anlagen unter die Abschneidegrenze fallen. Der Emissionsanstieg den Jahren 2021 und 2022 ist im Wesentlichen auf den, angesichts der Gaskrise, erhöhten Braun- und Steinkohleeinsatz zurückzuführen. Daraus ergibt sich auch eine höhere Anzahl der meldenden Steinkohlenkraftwerke, die den Schwellenwert überschreiten. Im Jahr 2022 wurden im Zuge der Umsetzung der BVT-Schlussfolgerungen die gesetzlichen Anforderungen nochmals deutlich verschärft. Von daher kommt es trotz einer Erhöhung des Kohleeinsatzes in Großfeuerungsanlagen von über 8 % nur zu einer leichten Zunahme der Quecksilberemissionen von 0,3 %. Im Jahr 2023 sinken die Quecksilberemissionen im Vergleich zum Vorjahr um rund 25 %. Der Hauptgrund für diese Entwicklung ist der deutlich verringerte Einsatz von Stein- und Braunkohlen zur Stromerzeugung.Der größte Teil der Betreiber ermittelt die Hg-Luftemissionen über Messungen, die meisten davon kontinuierlich. Ein Teil der Quecksilberemissionen wird aber auch über Berechnungen ermittelt, die meist auf den vorgeschriebenen Brennstoffanalysen basieren.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Quecksilber-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst die 23 Betriebe, die nach eigenen Angaben im Jahr 2023 mehr als 10 Kilogramm Quecksilber (kg Hg) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Menge an Quecksilber:

Referenzkraftwerk Lausitz, Teilvorhaben: Systemintegration, Regelung und thermische Konzeptionierung

Das Verbundprojekt Reallabor Referenzkraftwerk Lausitz 'RefLau' besteht aus einem kommerziellen und einem Forschungs- und Entwicklungsteil. Im F&E-Teil forschen das Fraunhofer IEG, die TU Dresden und die BTU Cottbus-Senftenberg an einem innovativen Kraftwerkskonzept, das in der Lage ist, alle Produkte und Dienstleistungen eines heutigen konventionellen, thermischen Kraftwerks zur Verfügung zu stellen. Die Kernkomponenten bestehen aus einer Batterie, einer Brennstoffzelle, einem Superkondensator und einem Elektrolyseur. Neben der Rückverstromung von Wasserstoff werden Systemdienstleistungen wie die Bereitstellung von Blindleistung, Regel- und Momentanreserve sowie von Fehlerstrom demonstriert. Es werden die benötigten Regel- und Steueralgorithmen entwickelt und das Zusammenwirken der Komponenten getestet. Weiterhin werden Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung und -aufwertung untersucht und eine technische Lösung konzipiert. Zur Simulation kritischer Anlagenfahrweisen wird ein Digitaler Zwilling erstellt, der ebenfalls zur Übertragung und Skalierung der Ergebnisse dient. Die Errichtung der Demonstrationsanlage erfolgt am Standort Spremberg im Industriepark Schwarze Pumpe.

Vermeidung kritischer Schwingungen und Verbrennungspulsationen in Großraumwasserkesseln unter stark schwankenden Gasbeschaffenheiten und Wasserstoff, Teilprojekt: Entwicklung eines optischen Verfahrens zur Charakterisierung und Bewertung schwingungskritischer Kesselanlagen

Kernziel des beantragten Projektes ist die Erhöhung der Energieeffizienz durch Vermeidung kritischer Anlagenschwingungen und Reduzierung von Verbrennungspulsationen in thermischen Kraftwerken und Großraumwasserkesseln. Dafür ist eine messtechnische Methodik zu entwickeln, welche in der Lage ist, kritische Anlagenzustände zu detektieren. Dabei soll insbesondere berücksichtigt werden, dass zukünftig zu erwarten ist, dass deutlich höhere Mengen Wasserstoff dem Erdgas beigemischt werden, welche voraussichtlich einen deutlichen Einfluss auf die Energiefreisetzung und das Pulsationsverhaltens der Flammen, sowie die Effizienz von Kesselanlagen haben werden. Durch eine darauf zugeschnittene Analyse von Betriebsparametern und die Erfassung zusätzlicher schwingungsbeeinflussender Messgrößen, sollen zukünftig Pulsationen direkt beim Auftreten erkannt und ausgeregelt werden, um den Komponentenschutz zu erhöhen, kritische Anlagenzustände zu vermeiden und einen optimierten Betrieb auch unter Erdgas-Wasserstoffmischungen und bei reinen Wasserstoffbrennern zu ermöglichen. Der Fokus der Arbeitsinhalte der TU Dresden liegt auf der Entwicklung der Messtechnik. Dies betrifft sowohl die Erweiterung eines Hochgeschwindigkeits-Kamerasystems für die Messung von Wasserstoff-Gemisch-Flammen, also auch die Entwicklung der Analysesoftware zur Auswertung dieser Bilddaten in Kombination mit weiteren Messdaten.

Vermeidung kritischer Schwingungen und Verbrennungspulsationen in Großraumwasserkesseln unter stark schwankenden Gasbeschaffenheiten und Wasserstoff, Teilvorhaben: Anlagenüberwachung mittels kombinierter optischer und piezoelektronischer Sensorik und Überwachung der Betriebsparameter

Kernthema des beantragten Projektes ist die Vermeidung kritischer Anlagenschwingungen und Reduzierung von Verbrennungspulsationen in thermischen Kraftwerken und Großraumwasserkesseln auf Basis einer zu entwickelnden Methodik, welche unter anderem auf Basis der Signale von UV-Flammenwächtern in der Lage ist, kritische Anlagenzustände zu detektieren. Dies soll insbesondere vor dem Hinblick geschehen, dass zukünftig deutlich höhere Mengen Wasserstoff im Erdgas zu erwarten sind, welche einen deutlichen Einfluss auf die Energiefreisetzung und das Pulsationsverhaltens der Flammen sowie die Effizienz von Kesselanlagen haben können. Durch eine optimierte Analyse von Betriebsparametern und zusätzlichen Daten zur Schwingungsmessung sollen zukünftig Pulsationen direkt bei Auftreten erkannt und ausgeregelt werden können, um den Komponentenschutz zu erhöhen, kritische Anlagenzustände zu vermeiden und einen optimierten Betrieb auch unter Erdgas-Wasserstoffmischungen und bei reinen Wasserstoffbrennern zu ermöglichen. Fokus der Arbeitsinhalte von DBI liegt auf der Integration von Flammenwächtern und Betriebsparametern in die zu entwickelnde Messmethodik, die Bewertung der Energiefreisetzung der Flammen und der Erprobung der entwickelten Methodik im Technikum und bei beteiligten Industriepartner. Außerdem obliegt DBI die Koordination aller beteiligter Unternehmen und Partnern und des Gesamt-Projektes.

Vermeidung kritischer Schwingungen und Verbrennungspulsationen in Großraumwasserkesseln unter stark schwankenden Gasbeschaffenheiten und Wasserstoff

Kernthema des beantragten Projektes ist die Vermeidung kritischer Anlagenschwingungen und Reduzierung von Verbrennungspulsationen in thermischen Kraftwerken und Großraumwasserkesseln auf Basis einer zu entwickelnden Methodik, welche unter anderem auf Basis der Signale von UV-Flammenwächtern in der Lage ist, kritische Anlagenzustände zu detektieren. Dies soll insbesondere vor dem Hinblick geschehen, dass zukünftig deutlich höhere Mengen Wasserstoff im Erdgas zu erwarten sind, welche einen deutlichen Einfluss auf die Energiefreisetzung und das Pulsationsverhaltens der Flammen sowie die Effizienz von Kesselanlagen haben können. Durch eine optimierte Analyse von Betriebsparametern und zusätzlichen Daten zur Schwingungsmessung sollen zukünftig Pulsationen direkt bei Auftreten erkannt und ausgeregelt werden können, um den Komponentenschutz zu erhöhen, kritische Anlagenzustände zu vermeiden und einen optimierten Betrieb auch unter Erdgas-Wasserstoffmischungen und bei reinen Wasserstoffbrennern zu ermöglichen. Fokus der Arbeitsinhalte von DBI liegt auf der Integration von Flammenwächtern und Betriebsparametern in die zu entwickelnde Messmethodik, die Bewertung der Energiefreisetzung der Flammen und der Erprobung der entwickelten Methodik im Technikum und bei beteiligten Industriepartner. Außerdem obliegt DBI die Koordination aller beteiligter Unternehmen und Partnern und des Gesamt-Projektes.

Digitalisiertes Wärmekraftwerk für eine effizientere urbane Fernwärmeversorgung, Teilvorhaben: Implementierung von Digitalisierungsmaßnahmen zur Optimierung des Netzbetriebs und zur Absenkung der Netztemperaturen

Das Vorhaben DigiHeat fokussiert auf Ansätze zum zielgerichteten und effizienzsteigernden Einsatz von Technologien zur Datenübertragung und -verarbeitung im Fernwärmesektor. Es kombiniert hierbei konkrete Digitalisierungsmaßnahmen der drei beteiligten Stadtwerke Gießen, Marburg und Hanau mit der Entwicklung und Praxiserprobung des innovativen Konzepts eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks'. Bei diesem wird die IKT-Systemarchitektur des virtuellen Kraftwerks, wie sie im Stromsektor bereits vielfach Anwendung findet, auf den Anwendungsfall Fernwärme vorgenommen. Der zielgerichtete und effiziente Einsatz von Kommunikationstechnologien und Datenübertragungsstandards soll dazu führen, dass ein Fernwärmesystem mit Erzeugern, Verteilung und Verbrauch möglichst effizient im Sinne eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks' betrieben werden kann. Dieses Maßnahmenbündel wird beispielhaft bei den drei beteiligten Stadtwerken implementiert und erprobt, um die wissenschaftlichen Ergebnisse direkt in Praxiserfahrungen übersetzen zu können. DigiHeat ist somit ein konkretes Umsetzungsprojekt für mittelgroße Stadtwerke mit unterschiedlichen Organisationsstrukturen aber identischen Herausforderungen im Digitalisierungsbereich. Durch die Aufbereitung und den aktiven Transfer der Projektergebnisse in die Fernwärmebranche, weist DigiHeat ein hohes Multiplikationspotenzial auf.

Digitalisiertes Wärmekraftwerk für eine effizientere urbane Fernwärmeversorgung

Das Vorhaben DigiHeat fokussiert auf Ansätze zum zielgerichteten und effizienzsteigernden Einsatz von Technologien zur Datenübertragung und -verarbeitung im Fernwärmesektor. Es kombiniert hierbei konkrete Digitalisierungsmaßnahmen der drei beteiligten Stadtwerke Gießen, Marburg und Hanau mit der Entwicklung und Praxiserprobung des innovativen Konzepts eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks'. Bei diesem wird die IKT-Systemarchitektur des virtuellen Kraftwerks, wie sie im Stromsektor bereits vielfach Anwendung findet, auf den Anwendungsfall Fernwärme vorgenommen. Der zielgerichtete und effiziente Einsatz von Kommunikationstechnologien und Datenübertragungsstandards soll dazu führen, dass ein Fernwärmesystem mit Erzeugern, Verteilung und Verbrauch möglichst effizient im Sinne eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks' betrieben werden kann. Dieses Maßnahmenbündel wird beispielhaft bei den drei beteiligten Stadtwerken implementiert und erprobt, um die wissenschaftlichen Ergebnisse direkt in Praxiserfahrungen übersetzen zu können. DigiHeat ist somit ein konkretes Umsetzungsprojekt für mittelgroße Stadtwerke mit unterschiedlichen Organisationsstrukturen aber identischen Herausforderungen im Digitalisierungsbereich. Durch die Aufbereitung und den aktiven Transfer der Projektergebnisse in die Fernwärmebranche, weist DigiHeat ein hohes Multiplikationspotenzial auf.

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