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Computersimulation steigert Effizienz von GuD-Kraftwerk

22.06.2006
Mit Hilfe komplexer Simulationen entwickelt Siemens die effizientesten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD) der Welt. Wie das Forschungsmagazin Pictures of the Future berichtet, verbessern Experten mit Computermodellen die Schaufelform von Gas- und Dampfturbinen und schaffen so eine möglichst optimale Strömung. Dadurch - und mit weiteren Verbesserungen etwa beim Material - werden GuD-Anlagen einen Wirkungsgrad von 60 Prozent überschreiten. Heute haben diese Kraftwerke einen Wirkungsgrad von über 58 Prozent.

In einer GuD-Anlage strömt verfeuertes Erdgas durch die Gasturbine und treibt diese an, danach erhitzt es Wasser, das verdampft und eine weitere Turbine, die Dampfturbine, antreibt. Der Generator wandelt die mechanische Energie jeweils in elektrischen Strom. Die Turbinenschaufeln spielen dabei eine entscheidende Rolle. Je besser sie geformt sind, desto weniger Erdgas muss eingesetzt werden.

Daher simulieren die Turbinenexperten von Power Generation (PG) und von Corporate Technology in München an einem Computer die Strömungen der bis zu 1500 Grad Celsius heißen Gase in der Turbine. Die Turbinenschaufeln werden dabei im Computer mittels eines engmaschigen Netzes mathematisch beschrieben und durch so genannte Navier-Stokes-Gleichungen modelliert. Aus den Ergebnissen dieser Berechnungen ermitteln die Experten die optimale Schaufelform. Am Computer erkennen sie mögliche Unregelmäßigkeiten der Strömungen und korrigieren diese mit einer Veränderung der Schaufelgeometrie.

Zusätzlich wenden die Experten von PG noch ein akustisches Simulationsverfahren an, das Schwingungen in der Turbine berechnet. Die Brenner in der Gasturbine können im ungünstigen Betriebszustand ein Brummen entwickeln, dessen Frequenzen sich gegenseitig aufschaukeln. Das würde die Turbine schädigen, die daher rechtzeitig abgeschaltet werden müsste, was jedoch einen kostenintensiven Stillstand bedeutete. Die Akustik-Simulation erkennt, in welchem Arbeitsschritt der Turbine die Frequenzen entstehen und regelt die Prozessabläufe so, dass die Schwingungen im Betrieb verhindert werden. Diese thermoakustische Auslegung wird 2007 bei der neuen Gasturbinengeneration zum Einsatz kommen. Der Prototyp wird derzeit im Werk Berlin gebaut. (IN 2006.06.5)

Dr. Norbert Aschenbrenner | Siemens InnovationNews
Weitere Informationen:
http://www.siemens.de/pof
http://www.siemens.de/innovation

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