In Stromnetzen muss in jedem Moment genau so viel elektrische Leistung bereitgestellt werden, wie vom Verbraucher benötigt wird. Der steigende Anteil an Photovoltaik- und Windenergieanlagen mit Einspeisevorrang führt dazu, dass die sogenannte Residuallast, also die Differenz zwischen der eingespeisten Leistung aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen und der benötigten Leistung im Netz, immer stärker fluktuiert. Diese fluktuierende Residuallast muss durch konventionelle und flexibel regelbare Energieanlagen bereitgestellt werden, um die Versorgungssicherheit gewährleisten zu können. Dies ist unter anderem durch verschiedene Speicherlösungen möglich, welche dazu dienen, den Flexibilisierungsgrad von konventionellen Energieanlagen zu erhöhen und die schwankende Residuallast schnellstmöglich sowie umweltschonend zu kompensieren.
Ziel unserer Arbeiten ist es, einen Beitrag zur Flexibilisierung von thermischen Energieanlagen zu leisten. Dabei soll die Bereitstellung von Regelenergie das Verbundnetz stabilisieren und die Versorgungssicherheit der Wirtschaft gewährleisten. Gegenstand des Vorhabens ist die anwendungsorientierte Forschung an innovativen Energietechniken.
Mit der Errichtung der Versuchsanlage THERESA im Zittauer Kraftwerkslabor wurde die experimentelle Infrastruktur dafür geschaffen, das Komponenten- und Anlagenverhalten durch Flexibilisierungsmaßnahmen experimentell zu analysieren und wichtige Erkenntnisse für den zukünftigen Betrieb von Energieanlagen abzuleiten. Die Versuchsanlage THERESA reproduziert einen thermodynamischen Kreisprozess mit Vorwärmern, Dampferzeuger, Überhitzer, Wärmesenke und einem thermischen Energiespeicher. So werden Wärmequelle und Wärmesenke zeitlich voneinander entkoppelt. Die maximalen Wasser-Dampf-Parameter betragen je nach Konfiguration bis zu 160 bar und 350 °C.
Derzeit führen wir experimentelle und methodische Arbeiten durch, die die Entwicklung von simulationsgestützten Auslegungs- und Integrationsmethoden zum Ziel haben. Die Ergebnisse können auch auf die Integration von Speichern in Produktionsanlagen und verfahrenstechnischen Anlagen übertragen werden.
Bis zur Verfügbarkeit eines Endlagers in tiefen geologischen Formationen besteht in Deutschland die Notwendigkeit, abgebrannte Brennelemente an den Kraftwerksstandorten in Transport- und Lagerbehältern (TLB) sicher zwischenzulagern. Dies wird in dieser Form seit 2005 betrieben und es ist derzeit davon auszugehen, dass es für große Zeiträume von mehr als 50 Jahren dabei bleiben könnte. Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass die dafür vorgesehenen TLB (CASTOR® V/19 und V/52) und Zwischenlager derzeit nur eine maximale Betriebserlaubnis von 40 Jahren haben. Darüber hinaus liegen über das Langzeitverhalten von abgebrannten Brennelementen derzeit keine verlässlichen Informationen vor. Hinzu kommt, dass eine extrapolative Modellierung des radiochemischen und thermomechanischen Materialverhaltens für abschließende Bewertungen schwierig ist.
Daraus ergibt sich im Sinne der öffentlichen Daseinsvorsorge für die Gesellschaft, aber auch zur Sicherstellung der späteren Transportfähigkeit der abgebrannten Brennelemente in ein Endlager die Notwendigkeit, Möglichkeiten zu evaluieren und gegebenenfalls zu implementieren, die eine nichtinvasive Zustandsüberwachung von TLB und deren Inhalt zulässt.
Die extrem hohe Aktivität des Behälterinhalts sowie die daraus resultierende massive Bauweise der TLB (dickwandiger Sphäroguss) schränken das Spektrum prinzipiell einsetzbarer nichtinvasiver Zustandsüberwachungsverfahren stark ein. Ziel des Verbundvorhabens ist es daher, Möglichkeiten und Methoden zu erforschen, mit denen eine nichtinvasive Zustandsüberwachung von TLB bzw. eine Detektion von Veränderungen des Behälterinhalts in seinen thermischen und mechanischen Eigenschaften ermöglicht wird, ohne die TLB zu öffnen.
Das Projektziel ist die experimentelle sowie simulationstechnische Untersuchung und Bewertung der vier Mess- bzw. Wirkprinzipien: Gammaemissionen, Thermografie, akustische Emissionen und Schwingungsanalyse.
Unsere Aufgabe ist es, eine geeignete experimentelle Infrastruktur zu errichten, Untersuchungen durchzuführen und gemeinsam mit dem Projektpartner TU Dresden ein verfahrenstechnisches Untersuchungskonzept für die Zustandsüberwachung von TLB zu erarbeiten.
