Effizienzsteigerung und CO2-Minderung sind die Herausforderungen für zukünftige Kohlekraftwerke. Die 700-Grad-Technologie ist dafür ein wichtiger Schlüssel. Die extrem hohen Dampftemperaturen im Kessel und der Turbine machen die Einführung von neuen Werkstoffen erforderlich. Um sie möglichst schnell für den Einsatz in diesen Kraftwerken zu qualifizieren, haben ThyssenKrupp VDM und RWE Power, die Kraftwerks-Tochter des RWE-Konzerns, eine Kooperation vereinbart und ein Forschungsprojekt beim Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Freiburg beauftragt: Hochwertige Werkstoffe werden in Laborexperimenten für neue Werkstoffmodelle charakterisiert, so dass das Verhalten von hochbelasteten Bauteilen mit Simulationsrechnungen vorausgesagt werden kann. „Wir entwickeln Simulationsmethoden für kritische Kraftwerkskomponenten ausgehend vom Know-how, das wir für die Automobilindustrie erarbeitet haben“ erläutert Prof. Hermann Riedel, Leiter werkstoffbasierte Prozess- und Bauteilsimulation im Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik.

Alle Partner bringen in das Projekt ihr spezielles Fachwissen ein: Die ThyssenKrupp VDM stellt ihre Werkstoffkompetenz bei der Herstellung und Verarbeitung der Werkstoffe zur Verfügung, das Fraunhofer-Institut führt Laborversuche zur Werkstoffcharakterisierung durch und entwickelt die Werkstoffmodelle und RWE Power wertet Auslegungen von Kraftwerkskomponenten und Betriebserfahrung 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 zum Einen, bei der Konstruktion von kritischen Bauteilen die Geometrie und die Belastungsbedingungen zu optimieren, und zum Anderen, bei der Wartung sinnvolle Wartungsintervalle und Prüforte festzulegen“, sagt Dr. Ralf Mohrmann aus dem Bereich Kraftwerksplanung und -genehmigung bei RWE Power. „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 Kraftwerke wird dadurch beschleunigt.

„Wir betreten mit Computersimulationen in diesem Anwendungsbereich absolutes Neuland. Durch solche Berechnungen können sich die Werkstoff-Entwicklungszeiten von mehr als zehn Jahren auf wenige Monate verkürzen“, so Dr. Jutta Klöwer. „Sie helfen uns, schneller höhere Wirkungsgrade der Kraftwerke zu erreichen und damit einen positiven Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.“