Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forschungsprojekt von ThyssenKrupp VDM, RWE Power u. Fraunhofer-Institut simuliert Dauerbelastung für neue Hochleistungswerkstof

09.04.2010
Ein Forschungsvorhaben zur schnelleren Weiterentwicklung neuer Werkstoffe und Einführung neuer Kraftwerks-Technologie erreicht jetzt seine zweite Phase: Durch neue Werkstoffe sollen in Kohlekraftwerken zukünftig extrem hohe Dampftemperaturen im Kessel und der Turbine möglich werden und so eine Effizienzsteigerung sowie erhebliche CO2-Reduktion herbeiführen.

Effizienzsteigerung, CO2-Minderung und gesteigerte Flexibilität sind die Herausforderungen für Kohlekraftwerke neuer Generation. Die 700-Grad-Technologie ist dafür ein wichtiger Schlüssel.

Durch neue Werkstoffe sollen zukünftig extrem hohe Dampftemperaturen im Kessel und der Turbine möglich werden und so eine Effizienzsteigerung herbeiführen, die letztlich zu einer erheblichen CO2-Reduktion führt. Um die Werkstoffe möglichst schnell für den Einsatz in diesen Kraftwerken zu qualifizieren, haben ThyssenKrupp VDM und RWE Power vor zwei Jahren eine Kooperation vereinbart und ein Forschungsprojekt beim Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Freiburg beauftragt: Hochleistungs-Werkstoffe werden in Laborexperimenten für neue Werkstoffmodelle charakterisiert, so dass das Verhalten von extrem belasteten Bauteilen mit Simulationsrechnungen vorausgesagt werden kann. Nachdem das Projekt jetzt seine zweite Phase erreicht hat, sind alle Partner zuversichtlich, dass dieses Forschungsvorhaben einen wesentlichen Beitrag zur schnelleren Weiterentwicklung neuer Werkstoffe und Einführung neuer Kraftwerks-Technologie leisten wird.

Der Schwerpunkt der bisherigen Untersuchungen am Fraunhofer IWM liegt bei einer speziellen Nickellegierung. Zum einen wird dieser Hochleistungs-Werkstoff im Labor auf verschiedene Temperaturen erhitzt und dabei abwechselnd auf Zug und Druck belastet. Zum anderen beobachtet man die Mikrostruktur des Werkstoffs. Die hier befindlichen Karbide, sehr kleine Teilchen innerhalb dieser Struktur, beeinflussen maßgeblich, wie sich der Werkstoff verformen lässt. Durch die hohen Temperaturen, die das Material im Betrieb des Kraftwerks erfährt, wachsen die Karbide und können den Werkstoff schwächen. "Je besser wir verstehen, wie sich der Werkstoff unter den hohen Belastungen verändert, desto zuverlässiger werden die Simulationsmethoden sein, die wir dann direkt zur Lebensdauervorhersage von kritischen Kraftwerkskomponenten anwenden können" erläutert Dr. Thomas Seifert, Leiter "Lebensdauerkonzepte, Thermomechanik" im Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM.

Alle Partner bringen in das Projekt ihr spezielles Fachwissen ein: Die ThyssenKrupp VDM stellt ihre Werkstoffkompetenz bei der Herstellung und Verarbeitung von Nickellegierungen zur Verfügung, das Fraunhofer-Institut führt Laborversuche zur Werkstoffcharakterisierung durch und entwickelt die Werkstoffmodelle und RWE Power wertet Belastungsprofile von Kraftwerkskomponenten und Betriebs-erfahrung hinsichtlich einer optimierten Werkstoffnutzung aus.

"Für die weitere Reduktion von CO2-Emissionen sind neue Kraftwerkstechnologien mit höheren Wirkungsgraden dringend erforderlich", erklärt Dr. Jutta Klöwer, Leiterin Forschung und Entwicklung bei ThyssenKrupp VDM. "Da diese sich nur mit höheren Dampftemperaturen zum Beispiel in 700-Grad-Kraftwerken erzielen lassen, müssen andere Werkstoffe eingesetzt werden." Diese speziellen Nickellegierungen für Kesselrohre oder Turbinenteile werden von der ThyssenKrupp VDM entwickelt und hergestellt. "Die Simulationsrechnungen helfen uns bei der Konstruktion von kritischen Bauteilen die Geometrie und die Belastungsbedingungen zu optimieren und zudem bei der Wartung sinnvolle Intervalle und Prüf-Orte festzulegen", sagt Dr. Ralf Mohrmann aus dem Bereich Quality and Organisation bei RWE Technology. "So lässt sich ermitteln, welche Komponenten abhängig vom Kraftwerkseinsatz vorzeitig ausgetauscht werden müssen." Der Vorteil: Die Forscher können mögliche Schwachstellen in der Bauteilgeometrie bereits im Vorfeld aufdecken und alternative Lösungen erarbeiten; der Bau umweltschonenderer und flexibler Kraftwerke wird dadurch beschleunigt.

Bis Mitte dieses Jahrzehnts will RWE Power bei der Kohleverstromung mit Hilfe der neu entwickelten Werkstoffe Wirkungsgrade von über 50 Prozent erreichen. "Damit leisten hochmoderne konventionelle Kraftwerke einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Klimaziele und ermöglichen durch ihre erhöhte Flexibilität erst den Ausbau der erneuerbaren Energien, die unter starken Schwankungen Strom ins Netz liefern", so Dr. Johannes Heithoff, Leiter Forschung und Entwicklung der RWE Power.

"Wir betreten mit Computersimulationen in diesem Anwendungsbereich absolutes Neuland. Durch solche Berechnungen können sich die Qualifizierungsarbeiten für neue Werkstoffe erheblich verkürzen", so Dr. Jutta Klöwer. "Sie helfen uns, schneller höhere Wirkungsgrade der Kraftwerke zu erreichen und damit einen positiven Beitrag zum Umweltschutz zu leisten."

Die ThyssenKrupp VDM (Werdohl) ist einer der weltweit führenden Anbieter von Hochleistungswerkstoffen, Sonderlegierungen und Titan-Halbzeugen. Im Geschäftsjahr 2008/09 erreichte das Unternehmen mit rund 1.700 Mitarbeitern einen Umsatz von mehr als 740 Millionen Euro.

Erik Walner | idw
Weitere Informationen:
http://www.thyssenkrupp.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen
19.10.2017 | Forschungszentrum Jülich, Jülich Centre for Neutron Science

nachricht Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten
19.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise