Liste aktueller Forschungsfelder

Für Dampfkraftwerke mit höherem Wirkungsgrad werden Kesselbauteile, Dampfturbinen und Rohrleitungen benötigt, die auf Basis geeigneter Werkstoffe Frischdampfzustände von über 700 °C und bis zu 350 bar Druck vertragen können. Für diese Bedingungen müssen neue Auslegungskonzepte wie auch Verbindungs- und Dichttechniken erforscht werden.

Die angewandte Materialforschung stützt sich hierbei auf die institutionelle Forschung bei den Großforschungseinrichtungen flankiert durch die COORETEC-Projektförderung (insbesondere bei der Werkstoffqualifizierung). weiterlesen

Der dauerhaft sicheren geologischen Speicherung von CO₂ kommt eine wichtige Funktion zu, da andere Technologien in absehbarer Zeit noch nicht großtechnisch zur Verfügung stehen. Nach den erfolgversprechenden Pilotversuchen zur geologischen Speicherung in salinen Aquiferen (z.B. im Projekt CO₂SINK in Ketzin) müssen die Technologien im nächsten Schritt auf größere Demoanlagen ausgeweitet werden. Durch die unterschiedlichen Abtrenntechnologien entstehen CO₂-reiche Gase mit unterschiedlichen Verunreinigungen. Ein detailliertes Verständnis der Wechselwirkungen mit dem Untergrund der verschiedenen Gase ist dabei wesentlich für die langzeitsichere Verwahrung des CO₂. weiterlesen

Unter der Bezeichnung Oxyfuel-Verfahren wird die Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit reinem Sauerstoff verstanden. Der dabei hohe Energieverbrauch bei der kryogenen Luftzerlegung (durch extreme Kälte) erfordert zum einen eine signifikante Weiterentwicklung dieses Verfahrens und zum anderen die Entwicklung alternativer Methoden der Sauerstoffherstellung. Ein weiteres Ziel der Forschung ist die Optimierung des Verbrennungsprozesses mit Sauerstoff und rezirkuliertem Rauchgas. weiterlesen

Solarthermische Kraftwerke sind gegenüber konventionellen Kraftwerken noch nicht wettbewerbsfähig. Hauptziel der Weiterentwicklung dieser Technologie ist es daher, die solaren Stromgestehungskosten zu reduzieren. Solarturm-Kraftwerke mit solar-hybriden Gasturbinenanlagen versprechen Studien zufolge eine signifikante Kostenreduktion. weiterlesen

Verdichter bauen mit ihren Schaufeln Druck auf und komprimieren Gase. Dagegen nutzen Turbinen den Druck von Strömungsmedien wie Dampf oder Gasen, um deren Expansion als Kraft auf ihren Schaufeln in Drehungen (Rotation) umzusetzen. In beiden Fällen geschieht dies umso effizienter je weniger Verluste in den Strömungen durch Wirbel und Abrisse entstehen. Die Forschung optimiert diese Kraftübertragungen zwischen Druck und Schaufeln durch Minimierung der Strömungsverluste immer weiter. weiterlesen

Das Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung ist eine Kraftwerkstechnologie, bei der Kohle in einer vorgeschalteten Vergasungsanlage (z. B. Flugstromvergaser) bei hohen Temperaturen und unter einem Druck von ca. 30 bar in Synthesegas umgewandelt wird. In zusätzlichen Verfahrensschritten kann das CO des Gases zu CO₂ umgewandelt und abgetrennt werden (IGCC mit CCS). Das gereinigte Brenngas wird in einem nachgeschalteten Gas-und-Dampf(GuD)-Kombiprozess zur Stromerzeugung eingesetzt. weiterlesen

Turbinen, die wasserstoffreiche Gase verbrennen können, benötigt man beim Gas- und Dampfturbinen-Kombiprozess, dem eine Kohlevergasung vorgeschaltet ist (IGCC). Das nach dem Vergaser vorliegende Synthesegas besteht im Wesentlichen aus CO₂ und Wasserstoff (H₂). Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt ist es daher, brennstoffflexible, zuverlässige und zugleich schadstoffarme Gasturbinen für solche H₂-reichen Synthesegase zu entwickeln. weiterlesen

Die CO₂-Wäsche wird auch Post-Combustion-Capture-Verfahren genannt („nach der Verbrennung abtrennen“). Es handelt es sich bevorzugt um eine Rauchgaswäsche mit einem chemischen Absorptionsmittel bzw. alternativ auch um eine trockene CO₂-Adsorption, welche einem konventionellen fossil befeuerten Kraftwerk nachgeschaltet wird. weiterlesen

Die Leistung der Turbomaschinen wird erhöht, indem man die entscheidenden Faktoren – Temperatur und Druck – steigert. Dies ist nur mit Hilfe neuer Werkstoffe und optimierter Technologien bei Kühlung und Beschichtung möglich. weiterlesen

Das Carbonate Looping Prinzip ist eine interessante Alternative zu anderen Systemen der CO₂-Abtrennung, da der damit verbundene energetische Aufwand vergleichsweise gering ist und es sich aus diesem Grund sehr gut als Nachrüstungstechnologie für existierende Anlagen anbietet.

Eine weitere Möglichkeit ist das sog. Chemical Looping, eine innovative Technologie für die Umwandlung von fossilen Brennstoffen zur Energiegewinnung. Bei beiden Verfahren werden Trägermaterialien im Kreislauf geführt. Beim Carbonate Looping wird CO₂ absorbiert und anschließend kalziniert, wobei das Trägermaterial (z. B. Kalzium) im Kreislauf geführt wird. Beim Chemical Looping wird ein Metalloxid als Sauerstoffträger im Kreislauf (abwechselnde Reduktion und Oxidation) geführt. weiterlesen

Denkbar ist der Einsatz von Membranen zur CO₂-Abtrennung im Rauchgas (Post-Combustion), zur Wasserstoff/CO₂-Separation im Synthesegas nach der Brenngaserzeugung (Pre-Combustion) und zur Sauerstoffherstellung im Oxyfuel-Prozess. Nach Expertenmeinung wird aufgrund der vorherrschenden physikalisch/chemischen Randbedingungen der Membraneinsatz für Pre-Combustion- und Oxyfuel-Anlagen als besonders aussichtsreich gesehen. Aber auch der Einsatz in Post-Combustion-Anlagen ist derzeit Gegenstand intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. weiterlesen

Sind zukünftige Dampfkraftwerke, die CO₂ abtrennen können, auch flexibel genug, um einen Beitrag für eine geregelte Stromversorgung zu liefern? Sind sie im Stande Versorgungslücken wegen der fluktuierenden Stromerzeugung von Wind- und Solarenergie auszugleichen? Kann durch die CO₂-Abtrennung und anschließende CO₂-Verdichtung die Flexibilität in Bezug auf die Bereitstellung von Regelenergie im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken gesteigert oder doch zumindest gleich gehalten werden? weiterlesen

Bei der Verfeuerung feuchter Braunkohle mit einem Wassergehalt von mehr als 45 % in Kraftwerken eröffnet die Vortrocknung der Rohkohle die Möglichkeit, den Wirkungsgrad um bis zu 10 % zu erhöhen.

Derzeit befinden sich zwei Verfahren zur externen Kohletrocknung in der Entwicklung. weiterlesen

Derzeit werden weltweit erhebliche Forschungsaktivitäten unternommen, um einen baldigen Einsatz von Techniken zum Abtrennen und Lagern von CO₂ zu ermöglichen (CCS-Technologien). Neben den nationalen und internationalen Forschungsprogrammen sind für den wissenschaftlichen Diskussionsprozess Netzwerke mit großer Sichtbarkeit installiert worden. weiterlesen

Forscher suchen nach Isolatoren, die Generatoren effizienter machen. Die Weiterentwicklung von Isolationssystemen durch Einsatz von Nanopartikeln bietet das Potenzial, Generatoren bei gleicher Baugröße mit größerer Leistung und verbessertem Wirkungsgrad zu betreiben. Dies eröffnet die Möglichkeit, wirkungsgrad- und leistungssteigernde Maßnahmen an Kraftwerksblöcken mit reduziertem Erneuerungsaufwand an den Generatoren durchzuführen. weiterlesen

Die Mikrogasturbine dient als eine zentrale Versuchsanlage zur Erforschung und Umsetzung verschiedener Anlagenkonzepte zur nachhaltigen dezentralen Energiebereitstellung sowie eines Hybrid-Kraftwerks bestehend aus Hochtemperaturbrennstoffzelle und Gasturbine. weiterlesen

Im Rahmen der Untersuchungen zu CO₂-REduktions-TEChnologien (COORETEC) in fossil befeuerten Kraftwerken wurden die nach heutigem Kenntnisstand aussichtsreichsten Technologien herausgearbeitet.

Mit Fokus auf die derzeit im COORETEC-Programm weiterverfolgten Prozesse zielt dieses Forschungsvorhaben auf die Definition von einheitlichen bzw. vergleichbaren Randbedingungen für die realitätsnahe Wirkungsgradberechnung unterschiedlicher Kraftwerksprozesse ab. weiterlesen

Im emissionsreduzierten Kraftwerk der Zukunft werden neben den Hauptkomponenten Gas- und Dampfturbine auch spezielle Turbomaschinen von Bedeutung für die Luftzerlegung und Kompression von Kohlendioxid in CO₂-Abscheide- und Einspeicheranlagen sein. Der Grund: Diese Turbomaschinen bestehen aus Kompressoren und gegebenenfalls ihren Turbinenantrieben. weiterlesen

Um in Gasturbinen höhere Wirkungsgrade zu erzielen, ist die Turbineneintrittstemperatur deutlich anzuheben. Dafür müssen neue Brennersysteme entwickelt werden, welche auch bei höherer Brennstoffflexibilität oder Abgasrückführung besonders niedrige Emissionen und erweiterte Stabilitätsgrenzen aufweisen. Geänderte Brennstoffpezifikationen, höhere Flammtemperaturen und Schadstoffminimierung müssen verbrennungstechnisch beherrscht werden. Zur Bereitstellung von Regelenergie ist außerdem eine optimale Verbrennung im Teillastbetrieb gefragt. weiterlesen

Die schwankende Stromerzeugung durch Windkraft nimmt immer weiter zu. Um ein Überangebot bei starkem Wind mit Zeiten hoher Nachfrage während einer Windflaute auszugleichen, sollen Druckluftspeicher helfen. Ein Druckluftspeicher ist eine Anlage zur kurzfristigen Speicherung elektrischer Energie. Sie nutzt zum Beispiel an windreichen Tagen überschüssigen Strom zur Erzeugung von Druckluft und lagert diese in einer Kaverne ein. weiterlesen

Seit 2009 läuft die Entwicklung eines Hochtemperatur-Wärmespeichers für Gas- und Dampfturbinenkraftwerke. Die Integration eines solchen Speichers in den Kraftwerksprozess entkoppelt zeitlich die Bereitstellung von Strom und Wärme: Die tagsüber über den Kundenbedarf hinaus produzierte Wärme lässt sich im Speicher parken und kann nachts bei abgeschalteter Gasturbine wieder abgegeben werden. Bisher ist diese Trennung bei GuD-Kraftwerken, die in umweltfreundlicher Kraft-Wärme-Kopplung betrieben werden, nicht möglich. weiterlesen