Optimierung der Instandhaltung und Zuverlässigkeitsstruktur von Kraftwerksanlagen: Entwicklung einer Lösungsmethodik und Untersuchungen an einem Heizkraftwerk mit Druckwirbelschichtfeuerung sowie einer Gasturbinen-Baureihe

Abstract

Die vorliegende Dissertation soll einen Beitrag für die systematische Einbeziehung der technischen Faktoren Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Instandhaltung (eng. Reliability, Availability, Maintainabiliy; RAM) in die Optimierung von kraftwerkstechnischen Anlagen unter den heutigen Bedingungen der Energieerzeugung liefern. Grundlegende Veränderungen hierbei innerhalb der letzten Jahre haben einen erheblichen Einfluss auf Betrieb und Instandhaltung der Kraftwerke, auf die gestellten Verfügbarkeitsanforderungen sowie auch auf das Entwicklungstempo bei der Einführung neuer Technologien bzw. Komponenten. Die Schwerpunkte der Zielstellung liegen auf folgenden Punkten: · Entwicklung einer Methodik für die systematische Einbeziehung der RAM-Faktoren in die Optimierung; · Untersuchungen zur zustandsorientierten Instandhaltung von Kraftwerksanlagen, deren Hauptkomponenten durch neue bzw. fortschrittliche Technologien gekennzeichnet sind. Die Arbeit geht von dem Ansatz aus, die Optimierung von Kraftwerken als zustandsorientierte Entscheidungsprobleme aufzufassen. Die Charakterisierung des Zustandes von Anlagen und ihrer Komponenten, und damit ihrer Funktionsfähigkeit, wird anhand von RAM-Werten durchgeführt. Dabei werden die technischen Einflüsse auf die Funktionsfähigkeit bei deren Auslegung, deren Minderung bzw. Verlust sowie ihrer Wiederherstellung analysiert und systematisiert. Ein Kernaufgabe dieser Untersuchungen war die Erschließung und Aufbereitung der relevanten Daten und Informationen, um daraus Erkenntnisse für Möglichkeiten und Potentiale der Optimierung von Zuverlässigkeitsstruktur und Instandhaltung zu gewinnen. Es werden daher insbesondere die technischen Gegebenheiten untersucht, d.h. die vorliegenden Schädigungsprozesse, die Verhältnisse zwischen Beanspruchung und Beanspruchbarkeit sowie die Planung der Instandhaltung in Bezug auf Zeitpunkt und Umfang. Die Entwicklung von theoretischen Grundlagen in Form der Kombination von Systemanalyse, Datenauswertung und Optimierungsmodell wird parallel zu praktischen Untersuchungen an Kraftwerksanlagen in Cottbus und Dresden durchgeführt. Neben den technischen Aspekten spielen hierbei auch wirtschaftliche Faktoren eine Rolle. Unsicherheitsfaktoren, welche die Möglichkeit der RAM-Optimierung stark bestimmen, sind sowohl unvollständige Informationen über die an den Komponenten wirklich auftretenden Belastungen und deren Belastbarkeit, als auch die Schwankungen dieser Größen. Für eine hinreichend genaue Zustandsbestimmung anhand der normalerweise über den Betrieb und die Instandhaltung verfügbaren Informationen der betreffenden oder anderer Anlagen, ist demnach die Reproduzierbarkeit verschiedener Aspekte (Betriebsbedingungen, Qualitätssicherung, Instandhaltungsarbeiten etc.) anzustreben. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit von Langzeituntersuchungen zu Schädigungsvorgängen und Parameteränderungen. Die konsequente Überwachung des Betriebsverhaltens ist dazu die Voraussetzung, d.h. eine gründliche Analyse und Quantifizierung des Zustandes, schädigungsbedingter Zustandsveränderungen und der Relevanz bzw. Wirkungsweise von betrieblichen Einflussfaktoren. Die Komplexität moderner Kraftwerksanlagen und der Einsatz von hoch belastbaren, aber auf Veränderungen ihrer Betriebsbedingungen sehr sensibel reagierenden Werkstoffen verlangt auf Hersteller- und Betreiberseite Kenntnis und Erkenntnis über die ursächlichen technischen Zusammenhänge, um Zuverlässigkeit und Instandhaltung nachhaltig als Optimierungspotential erschließen zu können. Deshalb wurde auch untersucht, wie der resultierende hohe Wissensbedarf durch eine entsprechenden Informationsfluss zwischen Hersteller und Betreiber bzw. zwischen den Betreibern gedeckt werden kann