Aktuell / 24.06.2015

Nickel-Legierungen ermöglichen höhere Temperaturen im Kraftwerk

Die eingesetzten Materialien haben die Tests in der Hochtemperatur-Teststrecke des Grosskraftwerk Mannheim gut überstanden. Bild: Christina Geimer, BINE Informationsdienst

Trotz hoher Belastungen: wenige Störungen und gute Materialbeständigkeit

Die eingesetzten Nickel-Legierungen haben gute Ergebnisse erzielt und den möglichen Einsatz in sogenannten 700-Grad-Kraftwerken bestätigt. Zu einem ungeplanten Zwischenstopp der Testreihe führte ein Ventil, das mit einem Dampfdurchsatz von 85 Kilogramm pro Sekunde für einen wesentlich größeren Einsatz konstruiert, hergestellt und für die Teststrecke entsprechend angepasst wurde. An dieser Modifizierung entstanden ernst zu nehmende Risse, deren Gefahrenpotenzial zu analysieren war. Doch auch hier überwiegen die positiven Erkenntnisse. Denn der weitere Betrieb mit dem Ventil im großen Maßstab funktionierte bis zum geplanten Vorhabensende wie vorgesehen.Die Rohrleitungen und -verbindungen zeigten mit den eingesetzten Nickel-Legierungen ebenfalls ein gutes Betriebsverhalten. Im Bereich geometrisch bedingter Spannungskonzentrationen wie zum Beispiel Aushalsungen, Querschnittsübergänge oder Lochränder entstanden an den Innenoberflächen Risse, die von außen nicht sichtbar sind. Diese wurden zerstörungsfrei analysiert. Der Projektleiter fügt hinzu: "Die aufgetretenen Schäden sind keine Hinweise, dass im Projekt angewendete Auslegung und Konstruktion als nicht optimal anzusehen sind, sondern sie sind die Folge einer bewusst eingestellten verschärften Betriebsweise". 

Bei der anschließenden Revision der Teststrecke konnten die Ingenieure die höchst beanspruchten Stellen mit einer Endoskopie sowie weiteren zerstörungsfreien Prüfmethoden untersuchen.  In den nächsten Schritten ermittelten sie, wie sie den Rissbildungen vorbeugen können und welches Wachstum zu einer kritischen Größe führen kann. Diese Arbeiten stellten neben der Ermittlung der Lebensdauer einen der wissenschaftlichen Schwerpunkte des Projektes dar, der von der MPA der Universität Stuttgart, dem IfW der Universität Darmstadt und dem Fraunhofer IWM in Freiburg gemeinschaftlich bearbeitet wurde. Hier leitet sich auch ein weiterer Forschungsbedarf ab. Er orientiert sich an der Langzeiterfahrung mit diesen Legierungen. Von Interesse ist die mögliche Streuung der Kennwerte, die die Grundlage für die Berechnung bilden. Auch die detaillierteren Analyse der Schädigungsentwicklung unter variablen Beanspruchungen und niedrigeren  Heißdampftemperaturen sollte noch untersucht werden.. Dies könnte unter anderem mit einem weiteren angepassten Feldversuch erfolgen, der die Voraussetzung erfüllt, dass sich ein dem realen Betrieb entsprechendes Versagensverhalten in Schlüsselbauteilen einstellt. 

Der Projektleiter blickte auf den abgelaufenen Testbetrieb zurück und gab sich zuversichtlich: „Mit den Befunden wurde ein wichtiges Ziel des Projektes realisiert: die Ermittlung von Schädigungen nach Art und zeitlichem Ablauf unter den flexiblen Bedingungen, wie sie sich nach der Energiewende ergeben. Sie stimmen uns positiv und geben uns ein gutes Gefühl für die nächsten Schritte.“ Doch was könnten die nächsten Schritte sein? Nachdem die Nickel-Legierungen ihre generelle Eignung für einen Betrieb bei Temperaturen jenseits der 700 Grad Celsius überwiegend unter Beweis gestellt haben, könnte das zum Beispiel der Bau eines ersten Demonstrations-Kraftwerks sein. Darin würde dann erstmals auf 700 °C überhitzter Dampf in einer Turbine entspannt werden und dadurch erzeugter Strom in das Netz einspeisen. 

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