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Von Benson bis zur Neuzeit: Wie sich überkritische Dampferzeuger zur Zukunft der Stromerzeugung entwickelten?
Die Entwicklung der Dampferzeugertechnologie, von den frühesten Konstruktionen bis zu den heutigen überkritischen Dampferzeugern, zeigt, wie sich Fortschritte in der Technik auf die gesamte Energiebranche ausgewirkt haben. Als neuer Kesseltyp arbeitet der überkritische Dampferzeuger oberhalb des kritischen Drucks und der kritischen Temperatur und ist zu einer unverzichtbaren Ausrüstung bei der Stromerzeugung geworden. Im Gegensatz zu herkömmlichen unterkritischen Kesseln arbeiten überkritische Dampferzeuger bei Drücken über 22 MPa (3200 Pfund pro Quadratzoll) und hohen Temperaturen von 374 °C (705 °F), wodurch die Dichte des Wassers ohne Phasenänderungen abnimmt ununterscheidbarer Dampf.
Wenn Wasser über eine kritische Temperatur erhitzt und auf einen bestimmten niedrigeren unterkritischen Druck expandiert wird, bedeutet dies, dass die Technologie in der Lage ist, Kraftstoff effizient zu nutzen und so eine effiziente Stromerzeugung zu ermöglichen.
In der Vergangenheit wurden überkritische Dampferzeuger manchmal als Benson-Kessel bezeichnet. Im Jahr 1922 erhielt Mark Benson ein Patent für eine Kesselkonstruktion, die Wasser unter hohem Druck in Dampf umwandelte. Sicherheit ist ein wichtiger Aspekt bei Bensons Design. Bevor Benson auf den Markt kam, konnten frühe Dampferzeugerkonstruktionen nur relativ niedrigen Drücken standhalten, typischerweise etwa 100 bar (10 MPa), was damals der Industriestandard in der Dampfturbinenentwicklung war. Eines der besonderen technischen Merkmale dieser Kessel ist die genietete Wasser-Dampf-Trenntrommel. Als sich Bensons Technologie weiterentwickelte, weichten die Kesselkonstruktionen schnell von Bensons ursprünglichem Konzept ab.
Der hohe Wirkungsgrad überkritischer Dampferzeuger hat ihnen einen Platz in der modernen Energiebranche eingebracht und die Gesamtleistung von Kraftwerken verbessert.
Im Laufe der Zeit, im Jahr 1957, wurde das Philo-Kraftwerk in Ohio, USA, zum weltweit ersten kommerziellen überkritischen Dampfkraftwerk, das für kurze Zeiträume auf überkritischem Niveau betrieben werden konnte. Im Jahr 2012 wurde in Arkansas das erste Kohlekraftwerk in den Vereinigten Staaten eröffnet, das für den Betrieb bei überkritischen Temperaturen ausgelegt ist, das John W. Turkle Coal Power Plant, was die weitere Reife der überkritischen Technologie markiert.
Während die Technologie voranschreitet, geht die Innovation bei überkritischen Dampferzeugern weiter. Das Gas-Dampf-Kombikraftwerk Cotham im Vereinigten Königreich hat erfolgreich einen neuen Abhitzedampferzeuger in Betrieb genommen, der die Vorteile eines Benson-Kessels mit den Konstruktionsvorteilen eines Trommelkessels kombiniert. Darüber hinaus ist das chinesische Kraftwerk Yaomeng das erste Referenzprojekt, das wir bisher gesehen haben. Der Bau begann im Jahr 2001 und zeigt die Ambitionen Chinas in diesem Technologiebereich.
Im Jahr 2014 gab die staatliche australische Forschungsagentur CSIRO bekannt, dass sie durch den Einsatz solarthermischer Energie neue Rekorde für Druck und Temperatur von überkritischem Dampf erreicht habe, was ein weiterer Beweis für die Vielfalt zukünftiger Technologien sei.
Aufgrund der Nachfrage nach effizienteren und emissionsärmeren Technologien hat die Kohleindustrie auch damit begonnen, HELE-Technologien (High Efficiency Low Emission) einzusetzen, die auf der Stromerzeugung aus überkritischer und ultraüberkritischer Kohle basieren. Diese Technologien verbessern nicht nur die Effizienz der Stromerzeugung, sondern tragen auch dazu bei, die Umweltauswirkungen fossiler Brennstoffe zu verringern.
Insgesamt zeigt die Entwicklung überkritischer Dampferzeuger einen klaren Trend: Die zukünftige Stromerzeugung muss auf effizientere Technologien zurückgreifen, um den Herausforderungen des globalen Energiebedarfs gerecht zu werden. Welche Rolle können diese Technologien im zukünftigen Energiemix spielen, wenn wir in eine Ära eintreten, in der erneuerbare Energien immer wichtiger werden?
