Höhere Wirkungsgrade durch modernste Kraftwerkstechnik

Siemens PG: Best solution für High-Tech-Dampfturbinen

Auch eine über hundert Jahre alte Technik bietet Raum für Innovationen: Konsequenter Computereinsatz und standardisierte Baureihen ermöglichen bei Dampfturbinen hohe Wirkungsgrade bei relativ niedrigen Fertigungskosten - umgesetzt im Werk Mülheim der Siemens Power Generation, wo Dampfturbinen für Neuanlagen und zum Modernisieren bestehender Kraftwerke entstehen.

21. Januar 2003

Auf den ersten Blick wirken sie unscheinbar, symbolisieren die Architektur vergangener Jahrzehnte, doch die Fertigungshallen von Siemens PG in Mülheim an der Ruhr beherbergen High-Tech vom Feinsten. Vom Computerdesign über die Fertigungsverfahren bis hin zur Montage ist alles auf Präzision ausgelegt, damit auf dem Weg zum Endprodukt kein Promille Wirkungsgrad auf der Strecke bleibt.

Trotzdem ist die Arbeit der Siemens-Belegschaft nicht dafür geeignet, große Schlagzeilen zu machen. Zu wenig spektakulär klingen Überschriften wie „Ein Prozent mehr Wirkungsgrad“. Dabei ist hier nicht von einem Schnapsglas voll Brennstoff die Rede, sondern von ganzen Güterzügen voller Kohle, von einer CO2-Ersparnis, die sich in Tonnen pro Tag ausdrücken lässt.

Dr. Wilfried Ulm ist es gewöhnt, dass die Arbeit der Mülheimer nur von Insidern anerkannt wird. „Viele denken, wir betreiben hier eine über hundert Jahre alte Technik, die nur noch ein geringes Verbesserungspotenzial hat. Doch auch Dampfturbinen bieten Raum für Innovationen“, sagt der Leiter Dampfturbinen Technik. Er muss wissen, wovon er spricht, denn bevor er seine heutigen Aufgaben antrat, war er in der Entwicklung beschäftigt und in der Fertigung. „Da konnte ich hautnah erfahren, ob sich die Gedanken der Konstrukteure in die Tat umsetzen lassen.“

Heute ist Dr. Ulm dafür zuständig, Know-how zu bündeln und zu kanalisieren, denn das Werk Mülheim ist „Lead Plant“ für die großen Dampfturbinen im Siemens-Konzern. Das bedeutet für ihn, die Arbeiten der rund 230 Entwickler am Standort Mülheim sowie der 150 Ingenieure in den Vereinigten Staaten zu koordinieren. So viele Köpfe arbeiten weltweit daran, den Wirkungsgrad der Turbinen ständig auf die Spitze zu treiben.

„In den vergangenen Jahren hat sich Einiges bei uns geändert“, berichtet Dr. Ulm. Wesentlich sei zum Beispiel der Umstieg 1997 auf das 3D-Design gewesen. „Durch die dreidimensionale Computerkonstruktion, die Strömungsberechnung sowie die Festigkeitsanalyse haben sich ganz neue Schaufelgeometrien ergeben“, hebt der Ingenieur hervor. „Bananenschaufeln“ nennen manche Kollegen die neuen Produkte, denn sie sind in sich verwunden und haben mit den geradlinigen Blättern vergangener Jahrzehnte kaum noch Ähnlichkeit.

Und noch etwas hat sich in den letzten Jahren getan: Aus den individuellen Produkten sind Standardteile geworden. „Dazu haben besonders die Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke beigetragen“, sagt Dr. Ulm. „Gasturbinen sind weitgehend standardisierte Maschinen, deren Abhitzekessel immer die gleichen Dampfparameter liefern. Da lag es nahe, auch die Dampfseite zu standardisieren.“ Das Konzept ging auf: Niedrigere Herstellungskosten, geringere Ingenieurleistung und kurze Lieferzeiten wurden vom Markt honoriert.

Die Modulbauweise findet mittlerweile auch bei Turbinen für Kohlekraftwerke Anwendung. So kombiniert Siemens PG Hochdruck- und Mitteldruckturbinen in Kompaktbauweise zu so genannten K-Turbinen, die sich mit einer Niederdruckturbine zum KN-Modul ergänzen. Umgekehrt entsteht aus der kombinierten Mittel- und Niederdruckturbine (E-Turbine) zusammen mit einer Hochdruckmaschine ein HE-Modul. Und wenn alle Turbinen separat konzipiert sind, sprechen die Kraftwerksbauer von HMN-Modulen.

Eingesetzt werden die HE-Module vorzugsweise in Kombikraftwerken (Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke, kurz GUD-Anlagen), die KN-Module sind in GUD-Anlagen und kleinen Dampfkraftwerken zu finden. Oberhalb von rund 500 MW und bei GUD-Anlagen mit Fernwärmeauskopplung dominieren die HMN-Module, die beispielsweise für Anlagen mit überkritischen Parametern geeignet sind.

Um Kunden nicht mit technisch geprägten Namen zu irritieren, vermarkten die Vertriebsingenieure bei Siemens die Baureihen unter der griffigen Bezeichnung „Best Solution“. Wie Dr. Ulm berichtet, kommt die zwar weniger bescheidene aber eingängige Bezeichnung am Markt an. „Der Name bringt es auf den Punkt“, meint er, „denn wir wollen unseren Kunden höchsteffektive Technik zu günstigen Kosten bei kurzen Lieferzeiten anbieten - die beste Lösung also, die sie sich vorstellen können.“

Straffe Fertigung für günstige Marktpreise

Die versprochenen kurzen Lieferzeiten und die Marktpreise kann Siemens PG dank einer straffen und flexiblen Fertigung realisieren. Dazu trägt unter anderem das durchgängige Datenmodell bei. Dr. Ulm erläutert, warum eine konsequente Datennutzung so wichtig ist: „Wir verwenden in der Konstruktion und in der Fertigung die gleichen Daten und können so die Designvorgaben direkt an die CNC-Maschinen übergeben. Da gibt es keine ungewollten Geometrieabweichungen mehr.“ Auch externe Lieferanten, zum Beispiel Gießereien, arbeiten mit diesen Datensätzen. Die CNC-Steuerung der Maschinen verleiht den Fertigungsleitern zudem ein Plus an Flexibilität. Schnell ließe sich mal ein Auftrag „dazwischen schieben“, um ein Ersatzteil zu produzieren. Der junge Maschinenpark setze da keinerlei Grenzen.

Wichtige Bauteile werden nicht fremdgefertigt

Theoretisch würden die Daten sich auch eignen, den gesamten Fertigungsprozess an externe Dienstleister zu vergeben, aber die wichtigsten Arbeitsschritte gibt Siemens nicht aus der Hand. Dazu gehören zum Beispiel die Fertigung rotierender Bauteile, die Schaufelproduktion sowie das Erstellen großer Gehäuse, außerdem die Montage sowie die Qualitätskontrolle. „Bei vielen Arbeitsschritten kommt es nicht nur auf die Präzision der Maschinen und die Qualität der Materialien an, sondern auf die Erfahrung der Mitarbeiter“, macht Dr. Ulm deutlich. Dieses Know-how erlaube es erst, Rekordturbinen wie für das Kraftwerk Boxberg zu fertigen. „Über 96 % interner Wirkungsgrad kommen ja nicht von ungefähr“, sagt er stolz und weckt Hoffnungen, dass die 1000-MW-Maschine für das Kraftwerk Niederaußem noch ein wenig besser werden könnte.

Das Geschäft machen die Mülheimer jedoch nicht nur mit solchen prestigeträchtigen Objekten. Viele Turbinen werden zur Modernisierung bestehender Anlagen verwendet. „Zum Beispiel haben wir im Kernkraftwerk Emsland durch einen Turbinentausch 70 Megawatt Mehrleistung bei gleichem Brennstoffeinsatz erzielt. Und der Austausch hat nur 16 Tage gedauert“, hebt Dr. Ulm hervor. „Das lohnt sich oft: Wenn gegenüber einer Turbine aus den 70-er Jahren ein Wirkungsgradgewinn von rund fünf Prozent möglich ist - was nicht einmal viel wäre - amortisiert sich die Investition unter Umständen schon nach zwei Jahren.“

Ein Blick auf die „über hundert Jahre alte Technik“ kann sich also auch für diejenigen lohnen, die einen älteren Kraftwerkspark betreiben, denn ein paar Prozent mehr Wirkungsgrad zahlen sich schnell aus. „Grüne Megawatt“ nennen die Siemens-Mitarbeiter die Mehrleistung, die sie so mobilisieren, denn für den Leistungsgewinn ist kein Kilo Kohle mehr notwendig.

Erschienen in Ausgabe: 06/2002