Labor für Wärmetechnik



„Dampfkraftwerke analysieren, Schwachstellen finden, effizienter machen“


Lehre

Das Wärmetechnik- Labor versteht sich als Vertiefungslabor im Bereich der Kraftwerkstechnik und befasst sich mit der Beurteilung und Analyse komplexer Anlagensysteme. 

In jedem Semester werden verschiedene Laborversuche für VEU Studierende (5te. Sem.) angeboten:

In Deutschland wird noch über 2/3 der elektrischen Energie in Kraftwerken mit Hilfe von fossil und nuklear befeuerten Dampfkraftprozessen bereitgestellt. Auch die großen thermischen Solarkraftwerke in aller Welt nutzen die Dampfkraft für die Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie.

Aber nicht nur die großen Stromanbieter benötigen diese Technik. Auch viele Firmen mit eigener Energieversorgung (Strom, Dampf, Heißwasser, Prozesswärme…) wie z.B. Reifenhersteller, Papierfabriken, Chemieunternehmen, Raffinerien u.v.a. nutzen diesen Dampfkraftprozess.

Da fossile Primärenergie immer knapper und teurer wird, die Emissionsauflagen für den Klimaschutz immer strenger werden, müssen diese Anlagen ständig analysiert und optimiert werden, um am Markt konkurrenzfähig zu bleiben . Daher wird das Thema auch nach einem Einleiten der Energiewende sehr wichtig bleiben.

Alle Studierenden des Maschinenbaus lernen den wichtigen Dampfkraftprozess, dessen Vergleichsprozess der sogenannte Clausius-Rankine-Prozess (CRP) ist, im Grundstudium in der Vorlesung Thermodynamik kennen.

Für die Energietechnik und die Verfahrenstechnik ist dieser Prozess besonders bedeutend. Daher unterhält die Fakultät 2-Maschinenbau für Studierende des Studiengangs Verfahrens- Energie- und Umwelttechnik ein eigenes Kraftwerk, welches sich als größte Versuchsanlage der Hochschule über mehrere Räume und Labore im Labortrakt sowie dem Außengelände der Fakultät 2erstreckt.

Im 5. Semester wird für die Studierenden die Kraftwerksanlage im Wärmetechnik-Labor des Moduls Kraftwerkstechnik in Betrieb genommen, damit sie unter realen Bedingungen („unter Dampf“) Messdaten an allen Aggregaten aufnehmen und so sowohl den Kraftwerksprozess als Ganzes analysieren, als auch die wichtigsten Kraftwerkskomponenten (Dampferzeuger, Rohrleitung, Turbine, Kondensator, Kühlturm…) hinsichtlich ihrer Funktion und Wirtschaftlichkeit anhand einer praxisnahen Aufgabenstellung untersuchen können.

Am Ende des Wärmetechnik-Labors des Moduls Kraftwerkstechnik verfügen die Studierenden über Kenntnisse und Methoden, die es ihnen erlauben, komplexe Energieumwandlungsanlagen zu analysieren, deren Schwachstellen zu identifizieren, diese zu eliminieren und schließlich Maßnahmen zur Optimierung zu entwickeln.

Die wichtigsten Kraftwerkskomponenten

Dampferzeuger

Im Dampferzeuger (Raum 1D.-1.06), hier ein Großwasserraumkessel, wird das Kreislaufmedium (hier: Wasser, es gibt aber auch Anlagen mit anderen Stoffen, z.B. organische Fluide) vorgewärmt, bei hohem Druck zum Sieden gebracht und überhitzt. Der überhitzte Dampf wird dann über eine Heißdampfleitung zur Turbine befördert. Alternativ kann der Dampf auch in einem Spilling-Dampfmotor des Kolbenmaschinenlabors geleitet werden.

Ausgestattet ist der Dampferzeuger mit moderner Leittechnik der Firmen Siemens und Saacke.

Turbine

In der Turbine (Raum 1E.0.41), hier eine sogenannte Gleichdruckturbine, wird der Dampf mit hohem Druck durch spezielle Düsen geleitet und dadurch extrem beschleunigt (bis über 3.600 km/h). Der Dampf strömt dann in das Laufrad, hält es durch die Kräfte bei der Umlenkung dieser Strömung am Rotieren. Die Drehzahl des Laufrades, fast 7.000 min-1, wird in einem Getriebe ins Langsame untersetzt. Die Welle des Getriebes treibt in einem Kraftwerk dann den Generator i.d.R. mit 3.000 min-1 (daher die 50 Hz Netzfrequenz) an.

Kondensator

In dem Kondensator (Raum 1E.-1.25) wird der Dampf, der nun seine Hauptaufgabe erfüllt hat, heruntergekühlt, auskondensiert und der Kondensatpumpe zugeleitet, damit die das nun flüssige Wasser (Kondensat) wieder zurück zum Dampferzeuger pumpt.
Diesem Bauteil kommt eine große Bedeutung zu: Ist der Kondensator verschmutzt oder zu klein, bzw. das Kühlwasser für die vielen kalten Rohre, an denen der Dampf kondensieren soll, zu warm, sinkt die Leistung der Turbine ganz erheblich!

Ausstattung

Impressionen

Das Team