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Programm(anteils)bericht
Rationelle Energieumwandlung
HGF - Forschungsbereich / Programm / Programmthema, -themen
1 Energie
1.2 Rationelle Energieumwandlung
1.2.1 Kraftwerkstechnik
1.2.2 Brennstoffzellen
Beteiligte Institute: IWV STE ZCH ZAT ZEL PBZ
Verantwortlich: Prof. Dr. Lorenz Singheiser, IWV, l.singheiser@fz-juelich.de
Zusammenfassung
1. Kraftwerkstechnik
Programmbeschreibung und wesentliche Ergebnisse
Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten lag 2004 entsprechend dem begutachteten
Programm auf der Entwicklung neuer Wärmedämm- und Korrosionsschutzschichten für
stationäre Gasturbinen sowie der Lebensdauermodellierung beschichteter
Nickelbasislegierungen unter betriebsrelevanten Bedingungen. Weitere Arbeiten betrafen die
Untersuchung ferritischer und austenitischer Hochtemperaturwerkstoffe für ihre Eignung in
neuartigen Hochtemperaturdampfkraftwerken sowie die Heißgasreinigung für neue
Kombiprozesse auf Kohle - und Biomassebasis.
Die Empfehlung der Gutachter, für CO2-Abtrenntechnologien geeignete Membranen zu
entwickeln, wurde mit Beginn 2004 durch die Einrichtung eines Projektteams, den Aufbau
geeigneter Herstellungs- und Testeinrichtungen und erste Membranentwicklungen in Angriff
genommen.
Folgende wesentliche Ergebnisse wurden erzielt:
o Auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik durch thermisches Spritzen wurde das
Prozessverständnis durch Einsatz neuer Diagnosetools zur Erfassung von
Plasmaströmung, Teilchengeschwindigkeit und -temperatur erheblich verbessert und
damit die Grundlagen zur Modellierung des mikrostrukturellen Schichtaufbaus
erarbeitet. Wärmedämmschichten mit > 0.5 mm Dicke können nun durch gezielte
Segmentierung für höhere Einsatztemperaturen maßgeschneidert hergestellt werden.
o Umgebungstemperaturen bis 1450 °C lassen sich durch Doppelllagenschichtsysteme
bestehend aus yttriumstabilisiertem Zirkondioxid in Kombination mit
Lanthanzirkonaten realisieren und zeigen in Burner-rig- Versuchen deutlich höhere
Beständigkeit als heute verfügbare Wärmedämmschichtsysteme. Außerdem wurden
neue Wärmedämmschichten auf Aluminat-Basis entwickelt.
o Die im Betrieb auftretenden Spannungen und Dehnungen können durch die Messung
physikalisch- mechanischer Eigenschaften von Wärmedämmschicht,
Korrosionsschutzschicht und Grundwerkstoff mit Hilfe von Finite- Element- Methoden
genauer vorhergesagt werden. Durch die Implementierung der temperaturabhängigen
Zeitgesetze für Oxidationsschutzschichten kann nun die zeitliche Entwicklung der
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