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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung:Anforderungen, Anlagenkonzepte und Betriebserfahrungen

Dr. Ing. K. Schippers, RWE Power AG, DormagenDipl.-Ing. T. Gilg, SWM Services GmbH, München

VGB-Gasturbinenkonferenz, Mannheim, 24./25.06.2009

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Übersicht

Einführung

Anlagenkonzepte und technische Daten der ausgewählten Anlagen

Betriebserfahrungen

Ausblick

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Einführung (1)

Entwicklungslinien

- mit steigenden Gasturbinenein- und -austrittstemperaturen ab Mitte der 1970er Jahre GuD-Prozess möglich

- erste Anlagen in Deutschland u. a. Hagen-Kabel und München Süd 1- Boom nach der Wiedervereinigung zur Ablösung veralteter Braunkohle-

Heizkraftwerke: u. a. Dresden, Leipzig, Potsdam, Berlin-Mitte- Anlagen zur Prozesswärmeversorgung in der Industrie: u. a. Dormagen,

Ludwigshafen Süd und – Mitte, Rüsselsheim

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Einführung (2)

Anforderungen und Eigenschaften

- Hohe elektrische Wirkungsgrade sowie Ausnutzungsgrade- Wesentlich höhere Stromkennzahlen gegenüber Dampfkraftwerken, d. h. eine

wesentlich höhere Stromerzeugung bezogen auf die ausgekoppelte Wärme- Geringere Investitionskosten und kürzere Bauzeiten- Geringe Immissionen durch den sauberen Brennstoff Erdgas und ständige

Weiterentwicklung der Verbrennungstechnologie- Höchste Verfügbarkeit, da bei einem Ausfall der Wärmelieferung die Produktion

großer Industrieanlagen bereits nach wenigen Minuten zum Erliegen kommt- Lange Wartungszyklen insbesondere in der Industrie, angepasst an diejenigen der

zu versorgenden Betriebe.

Einsatz von zuverlässigen, ausgereiften Gasturbinen

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Anlagenkonzepte und technische Daten (1)

Ausgewählte Anlagen

- GuD-Anlage Ludwigshafen Süd,Strom- und Dampflieferung auf 2 Druckstufen für den Chemiestandort Ludwigshafen der BASF

- GuD-Anlage Rüsselsheim,Strom-, Prozess- und Heizwärmelieferung (Heißwasser) für das Automobilwerk von Opel

- GuD-Anlage Dormagen,Strom- und Prozessdampflieferung auf 3 Druckstufen für den Chemiepark Dormagen

- GuD-Anlage 2 München Süd,Strom- und Fernwärmelieferung für die Stadt München

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Kraftwerkstyp:Erdgas-GuD-Kraftwerk in KWK

Eigentum und Betrieb:Eigentumsanteil: verpachtet

an BASFBetriebsführung: RWE PowerMitarbeiter (MÄ): 21,5

Anlagentechnik:Anlagen: 2 Gasturbinen

1 DampfturbineBrennstoff: Erdgas/Heizöl Elektr. Nettoleistung: 390 MWnProzesswärmeleistung: 410 MWthInbetriebnahme: 1997Frischdampfparameter: 89 bar/535°C

Betriebsergebnisse 2007:Stromerzeugung (netto): 2.154 GWhProzesswärme: 2.251 GWhErdgas: 19,26 Mio GJNutzungsgrad: 81,2 %

GuD-Anlage Ludwigshafen

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GuD-Anlage Rüsselsheim

Kraftwerkstyp:Erdgas-GuD-AnlageEigentum und Betrieb:Eigentumsanteil: 66,7%Gesellschaft: KEOBetriebsführung: KMWMitarbeiter (MÄ): 21,5

Anlagentechnik:Anlage: 1 Einwellen-GuD-Anlage

2 Heizwerke 265 MWthBrennstoff: ErdgasElektr. Nettoleistung: 112,5 MWWärmeauskopplung (Heißwasser 130 °C max.): 88 MWthInbetriebnahme: 1999Frischdampfparameter: 100 bar/540 °C

Betriebsergebnisse 2007:Stromerzeugung (netto): 747 GWhWärmeabgabe (nur GuD): 1,2 Mio GJErdgas (nur GuD): 5,7 Mio GJNutzungsgrad ≥ 70 %

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GuD-Anlage Dormagen

Kraftwerkstyp:Erdgas-GuD-Kraftwerk in KWK

Eigentum und Betrieb:Eigentumsanteil: 100%Betriebsführung: RWE PowerMitarbeiter (MÄ): 34

Anlagentechnik:Anlage neu: 2 GT + 1 DTAnlage alt: 1 Kesselanlage

1 GT + 1 DTBrennstoff: Erdgas/HeizölElektr. Nettoleistung: 561/25 MWnInbetriebnahme: 2000Frischdampfparameter: 105 bar/547°C

Betriebsergebnisse 2007:Stromerzeugung (netto): 3.524 GWhProzesswärme 2.387 GWhErdgas (Hu): 29,63 Mio GJNutzungsgrad: 71,0 %

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GUD-Anlage 2 HKW Süd, Stadtwerke München

Anlagentechnik:

GUD2: 2 GT + DTBrennstoff: Erdgas/Heizöl ELElektr. Bruttoleistung: 417 MWFernwärmeleistung: 463 MWInbetriebnahme: 2004Frischdampfparameter: 110bar/540°C

Kraftwerkstyp:

Erdgas-GUD-Kraftwerk in KWKEigentum und Betrieb:Eigentumsanteil: 100% SWM GmbHBetriebsführung: SWM Services GmbHMitarbeiter *: 48* (Gesamtkraftwerk GUD2 + GUD1)

Betriebsergebnisse 2008:

Stromerzeugung (netto): 2177 GWhFernwärme: 2141 GWhNutzungsgrad: >80%

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GuD-Anlagen in der Prozess- und FernwärmeversorgungBetriebserfahrungen (1)

GuD-Anlage Ludwigshafen

- 2 Gasturbinen GT13E2 von Alstom (ABB);GT1: 106.000 EOH, GT2: 98.000 EOH

- Betriebserfahrungen insgesamt gut; trotz schwerem Turbinenschaden im April 2002 durch abgebrochenes Deckband einer Tula 3;

- GT1 umgestellt auf Version „M“; GT2 in nächster C-Revision

- Trotz vielfacher Verbesserungen immer noch ärgerliche Schwachpunkte:

diffizile Pulsationssonde; nicht redundantkeine Abgastemperaturmessung an 24 Positionen im UmfangBefestigung von Brennkammerteilen → Einschläge in Schaufeln

- Probleme mit der Gesamtanlage: Abhitzekessel (Wasserchemie), Generatoren, heißer Schalldämpfer, Lochkegel der Reduzierstationen

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Betriebserfahrungen (2)

GuD-Anlage Rüsselsheim (1)

- 1 Gasturbine 6FA von General Electric; ca. 74.000 FFH- nach anfänglichen Problemen mit der Tula2 Betriebserfahrungen gut bis

2007/08

- in 2008 nach ca. 70.000 FFH Wechsel von 2 Turbinenradscheiben durch Auslegungsdefizite notwendig:Scheibe 1 wegen Rissen der „cooling slots“Scheibe 2 wegen Rissen in den „lockwire tabs“Stillstand wegen erheblicher Verzögerungen im Reparaturwerk Dartford/UK insgesamt länger als 3 Monate

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Eddy current screen shot of largest Russelsheim stage 1 wheel cooling slot

indication (slot 51)

Photo and replication of the cooling slot crack in slot 71

• Numerous cracks identified in first stage wheel cooling slot

• First stage wheel requires replacement (TIL 1539)

Russelsheim (EGG0235) – TW1

Crack indication location

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Russelsheim (EGG0235) – TW2• Numerous cracks identified in second

stage wheel lockwire tab

• Second stage wheel requires replacement (TIL 1280)

Crack indication location

110

Crack locations

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GuD-Anlagen in der Prozess- und FernwärmeversorgungBetriebserfahrungen (3)

GuD-Anlage Rüsselsheim (2)

- am 04.03.2009 nach ca. 4.000 FFH mit neuer Beschaufelung Abbruch einer Tula 3-Schaufel im unteren Drittel

- beim Auslaufen durch Anstreifen komplette Verdichterleit- und -laufschaufeln unreparabel beschädigt

- erneut erhebliche Verzögerungen bei der Reparatur; Rotor seit dem 19.06.09 wieder auf der Anlage

- Stillstand insgesamt 4 Monate- komplizierter Rotoraufbau erfordert deutlich längere Reparaturzeiten als

andere Rotorkonzepte- „weicher“ Rotor möglicherweise auch gefährdeter bezüglich Folgeschäden

durch Anstreifen

Erfahrungen mit GE bei beiden Schäden absolut unbefriedigend!

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KEO Rüsselsheim3rd stage bucket failure on March, 4th, 20093rd stage turbine buckets

Original Tla3

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KEO Rüsselsheim3rd stage bucket failure on March, 4th, 2009

Hard rub of compressor blades

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Betriebserfahrungen (4)

GuD-Anlage Rüsselsheim (3)

- Betriebliche Schwachpunkte- Tuning-Einstellungen sehr außentemperaturabhängig- unausgereifte oder unspezifische, nicht nachvollziehbare Herstellerempfehlungen (TIL‘s)

- schwerfällige, nicht kundenorientierte Service-Organisation

- Probleme mit der Gesamtanlage- GT-Lastgetriebe (Radsatz gewechselt)- Generatorwickelköpfe- Dampfturbine (Schaufelschaden)

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Betriebserfahrungen (5)

GuD-Anlage Dormagen(1)

- 2 Gasturbinen V94.2A von Siemens;GT 1: 76.000 EOH, GT 2: 74.000 EOH

- Betriebserfahrungen sehr gut; in 2006 umgerüstet auf C-Revisions-Zyklus von 33.000 EOH

- Problemloser Betrieb mit L- und H-Gas- in 2008 Ausfall der Zündelektroden; GT2 nach einem Wochenendstillstand

nicht mehr anfahrbar; vorgezogene Jahresinspektion erforderlich

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Betriebserfahrungen (6)

GuD-Anlage Dormagen (2)

Betriebliche Schwachpunkte

- Befestigung und Betriebstauglichkeit Drehzahlaufnehmer- Verhakungen der Verdichterleitschaufeln in den Segmenten- Verschraubungen der Brennstoffleitungen zu den Brennern

Probleme mit der Gesamtanlage

- Generatorwickelköpfe- Wasser-Dampf-Systeme- nicht absperrbarer Abriss einer Kunststoff-Kühlwasserleitung

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Betriebserfahrungen (7)

GuD-Anlage München Süd 2

- 2 Gasturbinen 9E von General Electric; beide Maschinen ca. 30.000 FFH

- Probleme in der Gewährleistungszeit- Klappe der Schallhaubenentlüftung: Redundanz der Lüfter zum Anfahren erforderlich

- Zerstörung der Querzündrohre durch Verkohlung von Heizölresten; nicht mit Gefälle verlegte Heizölleitungen zu den Brennern als Ursacheermittelt und behoben

- nach Abstellung von Mängeln aus der Inbetriebnahmephase Betriebserfahrungen gut

- geringe Instandhaltungskosten auf Grund eines Vertrages mit einem NON-OEM

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Betriebserfahrungen (7)

GuD-Anlage München Süd 2

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Ausblick

GuD-Anlagen haben sich in der Prozess- und Fernwärmeversorgung durchgesetzt

Betriebserfahrungen überwiegend gut bis sehr gut

Dennoch noch viele Aufgaben für die Zukunft:- weitere Verbesserungen und Beseitigung von Schwachstellen- kontinuierliche Weiterentwicklung, z. B. von Wirkungsgrad, Leistung, Brennstoffflexibilität, Standzeiten und Betriebsbereichen

- Lebensdauerverlängerung deutlich über 100.000 EOH hinaus- Verbesserung der Qualität in allen Bereichen

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GuD-Anlagen in der Prozess- und Fernwärmeversorgung

Back up

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GuD-Anlage LudwigshafenSchaufelschaden Gasturbine 1, 20.04.02

Beschädigungen an den Stufen 2 - 5 abgebrochene TULA 3

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GuD-Anlage LudwigshafenSchaufelschaden Gasturbine 1, 20.04.02

abgeschliffene vordere Deckbandspitze der Turbinenlaufschaufelreihe 3,Einschleifungen im Gehäusewärmestausegment