Projekt: Eco-Creep-Fatigue

Das Projekt

Das NRW Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung (MIWF) hat TÜV Rheinland Werkstoffprüfung GmbH mit der Entwicklung, Herstellung und Probebetrieb einer Prototypen-Prüfeinrichtung zur Qualifizierung von Werkstoffen für flexible Kraftwerke beauftragt. Im Projekt „Eco-Creep-Fatigue“ werden Spezialisten für Computational Engineering gemeinsam mit Messingenieuren und Werkstoffexperten eine neuartige Prüftechnik für Langzeit-Versuche an Werkstoffen entwickeln, mit denen verbesserte Werkstoffmodelle für Berechnungsmethoden zur Lebensdauervorhersage flexibler Kraftwerke simuliert werden können.

Das Land NRW stellt hierfür bis 2019 ein Budget von rund 780.000€ für die Partner TÜV Rheinland Werkstoffprüfung GmbH und StandZeit GmbH zur Verfügung. Der Kraftwerksbetreiber RWE Generation SE begleitet das Projekt als assoziierter Partner. Geleitet wird das Projekt auf Seiten TÜV Rheinlands von Dr. Ansgar Kranz.

Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Unsere Leistungen im Rahmen des Projekts

  • Die TÜV Rheinland Werkstoffprüfung GmbH wird Leistungen im Bereich Messtechnik, Werkstofftechnik, Berechnungsmethoden und Konstruktion erbringen. Hierzu gehört die Auswertung von spezifischen Kraftwerksdaten (z.B. Bewertung von An- und Abfahrten für verschiedene Kraftwerkskonstruktionen), die durch den Kooperationspartner RWE zur Verfügung gestellt werden.
  • Mittels 3D-CAD-Entwürfen werden Finite Elemente-Analysen durchgeführt, mit dem Ziel, eine hinsichtlich der Beanspruchungsflexibilität und der Kosten (Investition und laufende Kosten) optimale Lösung eines Prototyps zu definieren.
  • Der Projektpartner StandZeit GmbH wird bei der Herstellung des Prototyps durch die Integration von Mess- und Regeltechnik unterstützt.
  • Nach dem Bau und der Inbetriebnahme des Prototyps durch StandZeit GmbH sollen Versuche mit Kraftwerkswerkstoffen durchgeführt werden und mittels Daten aus der Online-Überwachung des Prüfstands ein verbessertes Werkstoffmodell erstellt werden.
  • Das zu erstellende Werkstoffmodell soll zeigen, dass durch den Einsatz der „Eco-Creep-Fatigue“ Versuchstechnik verbesserte Modelle zur Beschreibung des Verformungs- und Versagensverhaltens möglich sind. Hierbei werden dann auch Vergleiche mit Ergebnissen aus anderen Forschungsvorhaben durchgeführt.

Hintergrundinformationen

Durch zunehmende Einspeisung von elektrischer Energie aus regenerativen Quellen verändert sich das Anforderungsprofil für die konventionellen Kraftwerke, die jederzeit die Netzstabilität sicherstellen sollen, stetig. Anzahl und Geschwindigkeit der Anfahrten sowie Anzahl der Lastwechsel erhöhen sich sowohl für Bestandsanlagen als auch für neu gebaute Kraftwerke. Für kritische zumeist dickwandige Komponenten im Wasser-Dampf-Kreislauf dieser Kohle- und Gaskraftwerke muss sogenanntes Kriech-Ermüdungs-Verhalten, d.h. die Wechselwirkung von Kriechvorgängen (Zeitstand) und Ermüdung (durch Anfahrten) betrachtet werden. Die Vorhersage des Verhaltens und der Lebensdauer solcher Bauteile ist auf Basis aktueller Regelwerke dabei formal möglich, jedoch gibt es keine ausreichende experimentelle Absicherung für Kraftwerke, die schon heute mehrere Tausend An- und Abfahrten und mehr als 100.000 Stunden Zeitstandbelastung ertragen haben. Eine solche Absicherung der zu erwartenden Lebensdauern kritischer Komponenten ist aus Sicherheitsbedürfnissen und der Wirtschaftlichkeit des Betriebes dringend erforderlich. Bisher begrenzen die technische Machbarkeit und hohe Kosten die Durchführung von langzeitigen Kriech-Ermüdungs-Versuchen