PDF - JuSER - Forschungszentrum Jülich

Einleitung und Zielsetzung
CO 2 -Ausstoß pro produzierter Kilowattstunde elektrischer Leistung deutlich reduziert werden.
Bis zum Jahr 2010 sollten in Deutschland die CO 2 -Emisionen von Kraftwerken auf Basis
fossiler Energieträger um etwa 40% abgesenkt werden. Dass bedeutet, dass die Kraftwerke
bei gleichbleibender Brennstoffmenge mehr Strom produzieren müssen, um den
Wirkungsgrad zu erhöhen [1.5]. Wird z.B. der Wirkungsgrad eines GuD-Kraftwerkes mit
jährlich 7000 Stunden Laufzeit um nur 1% erhöht, so lassen sich jährlich 130 Mio. kWh mehr
Strom erzeugen, ohne den Verbrauch an Brennstoffen oder die Emissionen zu erhöhen [1.6].
In Deutschland spielt die Stromerzeugung mit Kohle (Braun- und Steinkohle) eine Hauptrolle,
(Abbildung 1.3). In den vergangenen Jahren wurden mehr als 50% des Strom aus
Kohlekraftwerken gewonnen [1.7].
Abbildung 1.3: Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2000-2002 [1.7].
Da Kohle auch in den nächsten Jahrzehnten einer der wichtigsten Primärenergieträger bleibt,
müssen alle Möglichkeiten zur Wirkungsgradsteigerung von Dampfkraftwerken genutzt
werden [1.8]. Die angestrebte Erhöhung des Wirkungsgrades zukünftiger Kraftwerksanlagen
mit USC (UltraSuperCritical)-Dampfturbinen kann erreicht werden durch eine Erhöhung der
Dampftemperaturen auf 700 bis 720 °C [1.9]. Für höchst beanspruchte Bauteile wie
Turbinenrotoren und Turbinenscheiben ergeben sich daraus erhöhte Anforderungen an die
Warmfestigkeit und Zeitstandfestigkeit über Temperatur 650 °C, die von den derzeitig
eingesetzten ferritischen Stählen nicht mehr erfüllt werden können. Die Herstellung von
ausreichend gekühlten Strukturen aus ferritischen Stählen ist technologisch sehr kompliziert
und kostenaufwendig [1.10].
Der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient und die geringe Wärmeleitfähigkeit von
Komponenten aus austenitischen Stählen lassen nur kleine Temperaturänderungsgeschwindigkeiten
zu, so dass ein verstärkter Einsatz austenitischer Bauteile, vor allem für
den Bereich der Mittellastversorgung eingeschränkt erscheint, und daher für viele Betreiber
nicht akzeptabel sein würde. Ferritische Stähle sollten für dickwandige Komponenten
verwendet werden, um die Arbeitsflexibilität zu gewährleisten. Der Einsatz von ferritischen
Stählen wird bei 620 bis 630 °C begrenzt werden müssen. Der mögliche Zwischenschritt der
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