completed Doctorates & Habilitations
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Drehzahlvariable Kleindampfturbine mit mechatronischer Kopplung an das elektrische Netz
Art der Abschlussarbeit
Dissertation
Autoren
- Hampel, Jens
Betreuer
- Prof. Dr.-Ing. habil. Achim Dittmann
Abstract
Zu den Zielen des Umweltschutzes zählen sowohl die Verminderung der CO2 –Emission als auch die Schonung vorhandener, endlicher Primärenergiequellen, wie Kohle, Erdgas und Erdöl. Um diese Ziele in ausreichendem Maße erfüllen zu können, ist es notwendig, vorhandene Energieressourcen so effizient wie möglich zu nutzen und den Einsatz regenerativer Energiequellen in geeignetem Maße zu forcieren. Eine anerkannt effiziente Möglichkeit der Umwandlung von Primärenergie in die einzelnen Energieformen Strom, Wärme und Kälte ist mit der Kraft–Wärme–Kopplung gegeben. Aufgrund der Liberalisierung der Energiemärkte ergeben sich allerdings ökonomische Hemmnisse für den Ausbau der KWK. Der hohe technische Standard führt besonders im kleinen Leistungsbereich zu vergleichsweise hohen Investitionskosten. Mit den technischen Neuerungen, welche in dieser Arbeit eingehend untersucht werden, soll ein Beitrag zur Senkung der Investitionskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Effizienz derartiger Anlagen mit Dampfturbinen geleistet werden.
Viel versprechend ist der Ansatz einer kompakten und kostengünstigen Anlage mit einer elektrischen Leistung von ca. 500 kWel. Kleine Leistungen bedeuten im Turbinenbau große Drehzahlen. Die hierdurch notwendigen mechanischen Getriebe führen zu hohen Kosten und einer starren Kopplung der Maschine an das elektrische Netz. Seit Jahren gibt es dem gegenüber Entwicklungen im Bereich der Frequenzumrichtertechnik hin zu Leistungen dieser Größenordnung. Daher ist es nahe liegend, die Übersetzung der Maschinen auf die Netzfrequenz nicht mechanisch, sondern elektronisch zu realisieren und dabei entstehende Vorteile zu nutzen. Ziel des diese Arbeit begleitenden Projektes war die Entwicklung einer Anlagentechnik, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Dampfturbine kleiner Leistung direkt mit dem elektrischen Energiewandler mechanisch verbunden wird. Der Vorteil dieses Konzeptes ist die Entkopplung der mechanischen Turbinendrehzahl von der Frequenz des elektrischen Netzes. Bei hoher Drehzahl reduziert sich darüber hinaus das Bauvolumen des Generators, so dass eine kompakte Anlage zu erwarten ist.
Basierend auf der Entwicklung und dem Bau eines Funktionsmusters und dessen Eingliederung in ein bestehendes Heizwerk war es Ziel dieser Arbeit, den Freiheitsgrad Drehzahl optimal auszunutzen und damit den Betrieb der Anlagentechnik besonders im Teillastbereich zu optimieren. Das Wirkungsgradkennfeld der Anlage in Abhängigkeit von Drehzahl und Leistung wurde an der errichteten Versuchanlage vermessen. Die Auswertung der gewonnenen Daten führte einerseits zur Bestimmung der Kennlinie am praktischen Beispiel und damit zum Vergleich mit den theoretischen Ergebnissen, anderseits zu einer Bewertung des Verhaltens der neuen Anlage.
Viel versprechend ist der Ansatz einer kompakten und kostengünstigen Anlage mit einer elektrischen Leistung von ca. 500 kWel. Kleine Leistungen bedeuten im Turbinenbau große Drehzahlen. Die hierdurch notwendigen mechanischen Getriebe führen zu hohen Kosten und einer starren Kopplung der Maschine an das elektrische Netz. Seit Jahren gibt es dem gegenüber Entwicklungen im Bereich der Frequenzumrichtertechnik hin zu Leistungen dieser Größenordnung. Daher ist es nahe liegend, die Übersetzung der Maschinen auf die Netzfrequenz nicht mechanisch, sondern elektronisch zu realisieren und dabei entstehende Vorteile zu nutzen. Ziel des diese Arbeit begleitenden Projektes war die Entwicklung einer Anlagentechnik, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Dampfturbine kleiner Leistung direkt mit dem elektrischen Energiewandler mechanisch verbunden wird. Der Vorteil dieses Konzeptes ist die Entkopplung der mechanischen Turbinendrehzahl von der Frequenz des elektrischen Netzes. Bei hoher Drehzahl reduziert sich darüber hinaus das Bauvolumen des Generators, so dass eine kompakte Anlage zu erwarten ist.
Basierend auf der Entwicklung und dem Bau eines Funktionsmusters und dessen Eingliederung in ein bestehendes Heizwerk war es Ziel dieser Arbeit, den Freiheitsgrad Drehzahl optimal auszunutzen und damit den Betrieb der Anlagentechnik besonders im Teillastbereich zu optimieren. Das Wirkungsgradkennfeld der Anlage in Abhängigkeit von Drehzahl und Leistung wurde an der errichteten Versuchanlage vermessen. Die Auswertung der gewonnenen Daten führte einerseits zur Bestimmung der Kennlinie am praktischen Beispiel und damit zum Vergleich mit den theoretischen Ergebnissen, anderseits zu einer Bewertung des Verhaltens der neuen Anlage.
Zugeordnete Forschungsschwerpunkte
- Zentrale und dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung sowie (Kraft-) Wärme-Kälte-Kopplung
Zugeordnete Forschungsprojekte
- Entwicklung einer Dampfturbine kleiner Leistung mit mechatronischer Kopplung an das elektrische Netz
Berichtsjahr
2006
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