Aktuell / 20.01.2015

Mehr Flexibilität dank TBK mit Plasmazündung

Trockenbraunkohle-Silo am Standort Jänschwalde. Hier kommt Trockenbraunkohle das erste Mal im großtechnischen Maßstab zum Einsatz. © Vattenfall

Vattenfall hat einen weiteren Schritt zur Flexibilitätssteigerung seines Kraftwerksparks unternommen. Am Standort Jänschwalde nahm das Energieversorgungsunternehmen eine Pilotanlage mit Trockenbraunkohle-Feuerung und Brennern mit Plasmazündung in Betrieb. Ziel ist eine flexiblere Fahrweise.

Die Grafik zeigt den Aufbau der Trockenbraunkohle-Anlage im brandenburgischen Jänschwalde. © Vattenfall

Der Einsatz von spezieller Trockenbraunkohle (TBK) in den neuen Zünd- und Stützbrennern dient dem Kraftwerksbetreiber als Grundlage zur Erhöhung der Kraftwerksflexibilität. Da die TBK in einer kalten Umgebung gezündet werden muss, benötigt der Anfeuerungsprozess mehr Energie. Darum arbeiten in der modernisierten Anlage jetzt acht regelbare Brenner mit Plasmazündung. Sie bieten eine thermische Leistung von je 30 MW und ermöglichen es dank ihrer hohen Energiedichte, die Trockenbraunkohle effektiv ohne Gas oder Funken zu zünden. Durch die große Reaktionsoberfläche der vielen winzigen Kohlepartikel lässt sich die TBK zünden und es entsteht ein sehr gutes Brennverhalten. Erfahrungen mit diesen Plasmabrennern hat Vattenfall bereits an der Oxyfuel-Forschungsanlage in Schwarze Pumpe gesammelt. Dort haben die Entwickler die Brenner optimal ausgelegt, so dass jetzt erstmals ein großtechnischer Einsatz in einer konventionellen Anlage erfolgt. Die bisher im Einsatz befindlichen ungeregelten Ölbrenner wurden ersetzt, so dass für die Zündfeuerung jetzt kein schweres Heizöl mehr zum Einsatz kommt.

Trockenbraunkohle mit Druck und Wärme herstellen

Die benötigte TBK soll zukünftig mit dem Verfahren der sogenannten Druckaufgeladenen Dampfwirbelschichttrocknung (DDWT) hergestellt werden. Da mit diesem Verfahren das Wasser aus der Kohle entfernt wird, erhöht sich deren Brennwert. Je nach Einsatzzweck lässt sich der Restwassergehalt der Braunkohle auf bis zu fünf Prozent senken. Die Vorbehandlung der Kohle für den Prototypen im Kraftwerksblock F in Jänschwalde erfolgt zur Zeit in der etwa 50 Kilometer entfernten Veredelungsanlage Schwarze Pumpe. Dort trocknet sie bei einem Druck von drei bis fünf Bar und einer Temperatur zwischen 120 und 160 Grad Celsius. Außerdem kann die Anlage Teile der Wärme aus dem verdampften Braunkohlenwasser, dem so genannten Brüden, weiter nutzen. Ein Teil des Dampfes gelangt direkt zurück in den Trockner und sorgt dafür, dass die Wirbelschicht erhalten bleibt, der übrige Teil durchläuft einen Wärmetauscher. Diese Wärme kommt dann dank Wärmerückgewinnung erneut zum Einsatz. Bei der klassischen Trocknung von Braunkohle, die in einem Arbeitsgang mit der Zerkleinerung mittels Schlagradmühlen vonstatten geht, kommt heißes Rauchgas aus dem Brenner zum Einsatz. Da dieser Teil des Rauchgases keinen Dampf erzeugt, kann er nicht zur elektrischen Leistung des Kraftwerks beitragen.

Flexible Kraftwerke sind systemrelevant für das derzeitige Stromnetz. So kann die Residuallast sicher gedeckt werden. © Vattenfall

Der Einsatz dieser neuen Technologie hat unter anderem zwei Vorteile: einerseits erweitert sie den Regelbereich, in dem das Kraftwerk zuverlässig arbeitet, andererseits steigt der Lastgradient, also die Schnelligkeit der Laständerung. Bei der Mindestlast wollen die Forscher zeigen, dass mit TBK eine Absenkung auf 20 Prozent der Gesamtlast möglich ist und der Betrieb dabei immer noch emissionsarm, ressourcenschonend und stabil abläuft. Das ermöglicht es, die technisch und wirtschaftlich wenig sinnvollen Abschalt- und Anfahrvorgänge zu reduzieren. In der bisherigen Konfiguration betrug die Mindestlast im Block F 33 Prozent. Ein weiterer Vorteil: Die Ingenieure erwarten einen höheren Lastgradient. Derzeit liegt er bei 8 MW/Minute.

 

Neben dem direkten Nutzen der systemrelevanten Flexibilität möchte Vattenfall darüber hinaus mehr über das Handling von TBK erfahren und forscht daher auch weiterhin an der Pilotanlage in Jänschwalde. Für die Zukunft sind weitere Entwicklungsschritte erforderlich: Neben der eingehenden Charakterisierung der Wärmeauskopplung bei der Verbrennung von Trockenbraunkohle innerhalb des Kessels im Zusammenspiel mit der Rohbraunkohle steht die druckaufgeladene Dampfwirbelschichttrocknung im Fokus. Nach theoretischen Überlegungen wird es möglich sein, den Wirkungsgrad deutlich anzuheben (1,5-4 %-Punkte) und die Kesselgröße kleiner zu bauen, da der Wasserdampf nicht mehr als Medium in die Brennkammer gelangt. Wie lässt sich eine entsprechende Anlage optimal im Kraftwerksprozess integrieren und wie sieht das Design eines Großtrockners aus. Dies sind Fragen, mit denen sich die Lausitzer Ingenieure in den kommenden Jahren noch intensiv beschäftigen.

Aktuell geförderte Projekte:

Aktuelle Publikation

Der deutsche Weg zur Smart Power Generation (PDF 940 KB)