Für die Stromversorgung der Zukunft
Professur Schweißtechnik der TU Chemnitz ist an zwei EU-Projekten zur Entwicklung hocheffizienter thermischer Kraftwerke beteiligt
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Der Leiter der Professur Schweißtechnik Prof. Dr. Peter Mayr mit den Mitarbeitern Diana Milisova, Sabine Kuhn und Alexander Nitsche (v.l.) an dem neuen Abschreck- und Umformdilatometer. Durch ein zusätzlich vorhandenes Zug-/ Druckmodul kann neben der Simulation des Werkstoffverhaltens beim Schweißen auch der Einfluss hoher Temperaturen und mechanischer Spannungen auf die Werkstoffstruktur untersucht werden. Foto: Professur Schweißtechnik -
Mit Hilfe von sogenannten Härte-Scans können thermisch beeinflusste Bereiche von Schweißverbindungen, wie hier am Beispiel einer Schweißnaht aus hochwarmfestem Stahl dargestellt, lokalisiert und Rückschlüsse auf mögliche Verbesserungen in der Wärmeführung des Schweißprozesses gezogen werden. Bild: Professur Schweißtechnik -
Trotz hervorragender Grundwerkstoffeigenschaften treten in den Wärmeeinflusszonen der Schweißverbindungen mit steigender Betriebsdauer der Kraftwerke stets typische Schädigungen auf. Durch Kriechversuche und andere Methoden kann das Langzeitverhalten der Fügestellen in Verbindung mit metallographischen Analysen (im Bild ein Beispiel einer EBSD-Analyse) untersucht werden. Bild: Professur Schweißtechnik
Die Bundesregierung hat den Ausstieg aus der Kernenergie beschlossenen. Während der Verbrauch an Elektrizität seit Jahrzehnten steigt, sollen verstärkt erneuerbare Energien zum Einsatz kommen. Dadurch ergeben sich zahlreiche Herausforderungen für Wirtschaft und Wissenschaft. Neben dem Ausbau der Anteile an erneuerbaren Energien spielen der Neubau und die Modernisierung sowie die Weiterentwicklung fossil befeuerter Kraftwerke eine große Rolle in der Stromversorgung der Zukunft. Im 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Gemeinschaft bilden Programme zur Sicherung der Energieversorgung in der Zukunft einen wesentlichen Schwerpunkt. Die Professur Schweißtechnik der Technischen Universität Chemnitz ist an diesen Forschungsaktivitäten im Rahmen zweier von der Europäischen Union geförderten Projekten beteiligt.
Innerhalb der Projekte MACPLUS und POEMA arbeiten die Chemnitzer Forscher mit zahlreichen Partnern aus Universitäten und Forschungsinstituten sowie Industrie- und Wirtschaftsvertretern aus mehreren europäischen Ländern zusammen. Im Vordergrund der Projekte steht die Wirkungsgradsteigerung von fossil befeuerten Kraftwerken durch eine Erhöhung der Betriebsparameter Dampfdruck und -temperatur. "Hierzu sollen in den Projekten neue hochwarmfeste Werkstoffe und Fertigungsstrategien entwickelt werden, die in modernen, sogenannten Ultra-Superkritischen Kraftwerken eingesetzt werden können", berichtet Prof. Dr. Peter Mayr, Leiter der Professur Schweißtechnik.
Im Projekt MACPLUS (Material-Component Performance-driven Solutions for Long-Term Efficiency Increase in Ultra Supercritical Power Plants) wird unter anderem ein neuer hochwarmfester Werkstoff auf Basis eines Stahls mit neun Prozent Chromgehalt entwickelt. Durch den Einsatz von neuen Legierungsstrategien soll die ertragbare Einsatztemperatur des Werkstoffs von derzeit 620 auf bis zu 650 Grad Celsius erhöht werden können. Das geht mit einer enormen Wirkungsgradsteigerung und somit auch einer Reduzierung von klimaschädlichen Emissionen einher. Die Lebensdauer von Kraftwerkskomponenten wird bisher vor allem durch die Zeitstandfestigkeit der Schweißverbindungen begrenzt, die teilweise lediglich zwei Drittel im Vergleich zum Grundwerkstoff beträgt. Durch verbesserte Legierungen versucht man, die Festigkeitseigenschaften der Schweißverbindungen an die des unbeeinflussten Stahls anzugleichen. Die Professur Schweißtechnik untersucht vordergründig die schweißtechnische Verarbeitbarkeit der neuen Stähle sowie die resultierenden Eigenschaften der Schweißverbindungen auch im Langzeitbetrieb.
POEMA (Production of Coatings for New Efficient and Clean Coal Power Plant Materials) ist ein EU-Projekt, das im Dezember 2012 angelaufen ist und von insgesamt 15 Projektpartnern aus Industrie und Wissenschaft bearbeitet wird. Ziel des Projektes ist die Herstellung von Beschichtungen für hochtemperaturbelastete Stahlwerkstoffe, die in modernen thermischen Kraftwerken eingesetzt werden. Vor allem im Bereich höchster Temperaturen spielen Korrosionsvorgänge während des Betriebes eine nicht zu unterschätzende Rolle im Hinblick auf die erzielbare Lebensdauer der Anlagen. Durch spezielle Beschichtungen soll zum einen die Lebensdauer der korrosiv beanspruchten Konstruktionen verlängert und zum anderen der Einsatz kostengünstigeren Grundmaterials in höheren Temperaturbereichen ermöglicht werden. Aufgabe der Professur Schweißtechnik ist die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften der einzelnen Grundwerkstoff-Beschichtungs-Kombinationen sowie die Entwicklung von Strategien zum Fügen und zur Reparatur beschichteter Kraftwerkskomponenten. So wird zum Beispiel mittels Simulationsrechnungen die Entwicklung der Mikrostruktur der Werkstoffe - insbesondere im Bereich der Schweißverbindungen während der Fertigung - bis hin zum mehrjährigen Betrieb im Hochtemperaturbereich berechnet und vorhergesagt.
Weitere Informationen zum Projekt MACPLUS gibt es auf der englischsprachigen Homepage: http://www.macplusproject.eu
Kontakt: Prof. Dr. Peter Mayr, Telefon 0371 531-39543, E-Mail peter.mayr@mb.tu-chemnitz.de
(Autor: Alexander Nitsche und Diana Milisova)
Katharina Thehos
24.04.2013
