Lehrstuhl Kraftwerkstechik

Allen Kraftwerken ist gemeinsam, dass eine Energiequelle genutzt wird, deren Energie durch mechanische, thermische, chemische oder elektrische Transformation in einen elektrischen Strom umgewandelt wird. Im Bereich der thermischen Energietechnik werden modernste Verbrennungs- und Vergasungstechnologien entwickelt, die im Zusammenhang mit der Entwicklung des Zero-Emission-Kraftwerkes stehen. Ziele der Entwicklung dieser neuen Technologien sind geringe Stromerzeugskosten (Cent/kWh), geringe Emissionen, hohe Verfügbarkeit und lange Betriebsdauer des Kraftwerkes.

Die Tätigkeitsfelder des Lehrstuhls liegen auf dem Gebiet der Forschung und Weiterentwicklung moderner Kraftwerke und decken folgende Bereiche ab:

• Mathematische Modellierung von Kraftwerken und Kraftwerkskomponenten, stationäres und instationäres Verhalten, wärmetechnische Auslegung und Optimierung energietechnischer Prozesse, Strömungssimulation
• Konzeptstudien und Vorplanungsarbeiten für Kraftwerke, Blockheizkraftwerke und Heizwerke
• Verbrennungsforschung und Problemanalysen industrieller Feuerungen
• Energetische Nutzung nachwachsender Rohstoffe, Entwicklung von Biomischpellets
• Wirkungsgradsteigernde Maßnahmen an konventionellen Kraftwerksanlagen und moderne Methoden der zustandsabhängigen Instandhaltung

Diese Themen werden mehreren in Diplom-, Bachelor- und Masterstudiengängen (Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Elektrotechnik und Verfahrenstechnik) vertreten. Ergänzt wird die Ausbildung der Studierenden durch Versuche an den Technikumanlagen. Ebenso werden die Geräte im kraftwerkschemischen Labor zur Analyse von Brennstoffen, Aschen und Wasser in der praktischen Ausbildung der Studierenden eingesetzt.

Die Forschung im Bereich der Kraftwerkstechnik konzentriert sich in den letzten Jahren auf

• den Oxyfuel-Prozess. Eine Möglichkeit zum Verringern der CO₂-Emissionen eines Kraftwerks ist die Kompression und die Lagerung das Rauchgases, damit es nicht in die Umgebung emittiert wird. Um eine ausreichenden CO₂-Konzentration für die Lagerung zu erhalten, ist der sogenannte Oxyfuel-Prozess notwendig. Die Braunkohle wird dabei in einer Atmosphäre aus Sauerstoff anstelle von Luft und rezirkulierendem Rauchgas verbrannt.
• die Drucktrocknung. Mit einem Versuchstrockner im Technikummaßstab in einer realen Dampfwirbelschicht mit Braunkohlepartikeln werden die maßgeblichen Wärmeübertragungsparameter experimentell ermittelt Ziel ist es, mit geeigneten Bewertungsverfahren für die Kohletrocknung und den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen die Entscheidungsgrundlagen einschließlich der wissenschaftlich-technischen Voraussetzungen für den Bau eines Referenztrockners zu schaffen.
• DyVeMo – die Dynamik & Verfügbarkeitsmodellierung. Für einen effektiven Einsatz großer Kraftwerksblöcke sowie für eine flexible Fahrweise entsprechend den Lastwechselerfordernissen ist die Modellierung des Betriebsverhaltens dieser Kraftwerksblöcke zweckmäßig. Die größte Allgemeingültigkeit und Anwendungsbreite haben dabei dynamische Modelle der Kraftwerksanlagen. Aber auch die Verfügbarkeit der Kraftwerksblöcke hat einen entscheidenden Einfluss auf ihre Wirtschaftlichkeit, und dies nicht erst während des Betriebes, sondern bereits in der Planungsphase.
• die Zykloidbrennkammer (ZBK). Die Zykloidfeuerung gehört zu den fortschrittlichsten Verbrennungstechniken für die dezentrale Energieversorgung. Es erfolgte eine umfangreichen experimentellen Erprobungen an einer 500-kW-Technikumsanlage, die gezeigt hat, dass sich das Prinzip der Zykloidfeuerung mit der drallbehafteten Rotationsströmung ausgesprochen gut für die Verbrennung von Lausitzer Trockenbraunkohle eignet. Die Zufeuerung von mechanisch entwässertem Klärschlamm und Holzhackschnitzeln wurde ebenfalls erfolgreich getestet.
• die Laborbrennkammer ALVA20. Die Erforschung des Verbrennungs- und Abbrandverhaltens von Festbrennstoffen sowie die Einflüsse der einzelnen Verbrennungsbedingungen auf den Prozess bilden den Schwerpunkt bei der Nutzung der Anlage. Der Einsatzbereich der Laboranlage ist äußerst vielseitig. Es können sowohl umfangreiche Prozessuntersuchungen als auch reaktionskinetische Untersuchungen für größere Brennstoffmengen unter verschiedenen Versuchsbedingungen durchgeführt werden.
• die Entwicklung von Biomischpellets. Die Weiterveredelung der landwirtschaftlichen Biomasse im energetischen Bereich bildet den Hauptschwerpunkt bei der Entwicklung von Mischpellets. Das beinhaltet die Trocknung, Lagerung, Transport und die Brennstoffaufbereitung (Homogenisierung), sowie die Weiterverwertung der Brennstoffe (z.B. Herstellung von synthetischen Diesel). Ziel ist die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der energetischen Verwertungsprozesse im Bereich Energieerzeugung durch Biomasse.

Insgesamt hat der Lehrstuhl intensivste Kontakte zu einer Vielzahl von Partnern aus Industrie und Energieversorgungsunternehmen und bearbeitet ein jährliches Drittmittelvolumen von etwa 1,9 Mio. EUR / Jahr im Durchschnitt der letzten 3 Jahre.

Der Lehrstuhl ist mit exzellenten technischen Möglichkeiten ausgerüstet (Abb. 2). Im Labor stehen Geräte zur Analyse von Brennstoffen und Aschen (Zusammensetzung, Heizwert, Partikelgrößen, Asche-Schmelz-Verhalten, Abbrandverhalten) zur Verfügung. Im Technikum befinden sich Anlagen zur Zirkulierenden druckaufgeladenen Wirbelschichtfeuerung (150 kW, max. 16 bar), Druckaufgeladene Dampfwirbelschichttrocknung (500 kg/h RFK, max. 6,5 bar) und Zykloidbrennkammern (500kW und 20 kW).

 Link zum Lehrstuhl