Zugl.: Berlin, Freie Univ., Diss., 2007

The present thesis analyzes whether and - if so - under which conditions mergers result in merger-specific efficiency gains. The analysis concentrates on manufacturing firms in Europe that participate in horizontal mergers as either buyer or target in the years 2005 to 2014. The result of the present study is that mergers are idiosyncratic processes. Thus, the possibilities to define general conditions that predict merger-specific efficiency gains are limited. However, the results of the present study indicate that efficiency gains are possible as a direct consequence of a merger. Efficiency changes can be measured by a Total Factor Productivity (TFP) approach. Significant merger-specific efficiency gains are more likely for targets than for buyers. Moreover, mergers of firms that mainly operate in the same segment are likely to generate efficiency losses. Efficiency gains most likely result from reductions in material and labor costs, especially on a short- and mid-term perspective. The analysis of conditions that predict efficiency gains indicates that firm that announce the merger themselves are capable to generate efficiency gains in a short- and mid-term perspective. Furthermore, buyers that are mid-sized firms are more likely to generate efficiency gains than small or large buyers. Results also indicate that capital intense firms are likely to generate efficiency gains after a merger. The present study is structured as follows. Chapter 1 motivates the analysis of merger-specific efficiency gains. The definition of conditions that reasonably likely predict when and to which extent mergers will result in merger-specific efficiency gains, would improve the merger approval or denial process. Chapter 2 gives a literature review of some relevant empirical studies that analyzed merger-specific efficiency gains. None of the empirical studies have analyzed horizontal mergers of European firms in the manufacturing sector in the years 2005 to 2014. Thus, the present study contributes to the existing literature by analyzing efficiency gains from those mergers. Chapter 3 focuses on the identification of mergers. The merger term is defined according to the EC Merger Regulation and the Horizontal Merger Guidelines. The definition and the requirements of mergers according to legislation provides the framework of merger identification. Chapter 4 concentrates on the efficiency measurement methodology. Most empirical studies apply a Total Factor Productivity (TFP) approach to estimate efficiency. The TFP approach uses linear regression in combination with a control function approach. The estimation of coefficients is done by a General Method of Moments approach. The resulting efficiency estimates are used in the analysis of merger-specific efficiency gains in chapter 5. This analysis is done separately for buyers and targets by applying a Difference-In-Difference (DID) approach. Chapter 6 concentrates on an alternative approach to estimate efficiency, that is a Stochastic Frontier Analysis (SFA) approach. Comparable to the TFP approach, the SFA approach is a stochastic efficiency estimation methodology. In contrast to TFP, SFA estimates the production function as a frontier function instead of an average function. The frontier function allows to estimate efficiency in percent. Chapter 7 analyses the impact of different merger- and firm-specific characteristics on efficiency changes of buyers and targets. The analysis is based on a multiple regression, which is applied for short-, mid- and long-term efficiency changes of buyers and targets. Chapter 8 concludes. / Die Dissertation mit dem Titel 'Merger-specific Efficiency Gains' beschäftigt sich mit der Frage, ob und inwieweit Fusionen zu Effizienzsteigerungen der beteiligten Parteien beitragen. Die Analyse konzentriert sich dabei auf europäische Firmen im verarbeitenden Gewerbe, die im Zeitraum von 2005 bis einschließlich 2014 entweder als Käufer oder als Kaufobjekt an einer horizontalen Fusion beteiligt waren. Ergebnis dieser Dissertation ist, dass Fusionen einzigartige Prozesse sind. Allgemeingültige Aussagen hinsichtlich Zeitpunkt, Zeitraum und Umfang fusionsbedingter Effizienzgewinne sind daher nur bedingt möglich. Die Ergebnisse dieser Dissertation deuten darauf hin, dass Effienzgewinne als direkte Konsequenz einer Fusion möglich sind. Effizienzveränderungen können mithilfe einer Total Factor Productivity (TFP)-Methode gemessen werden. Signifikante fusionsbedingte Effizienzgewinne sind für gekaufte Unternehmen wahrscheinlicher als für Käufer. Desweiteren treten sie frühestens ab dem zweiten Jahr nach einer Fusion auf. Die Verschmelzung von zwei Unternehmen, die beide im gleichen Hauptsegment tätig sind, führt allerdings eher zu Effizienzverlusten als Effizienzgewinnen. Effizienzgewinne werden vor allem kurz- bis mittelfristig durch Veränderungen in den Material- und Personalkosten herbeigeführt. Insgesamt sind fusionsbedingte Effizienzgewinne eher von der Art der Firmen als von der Art der Fusion abhängig. Die Analyse der Gründe für fusionsbedingte Effizienzgewinne zeigt, dass Firmen, die die Information über die Fusion selber veröffentlichen, kurz- bis mittelfristig Effizienzgewinne generieren. Des Weiteren sind mittelgroße Käufer eher in der Lage Effizienzgewinne zu generieren als kleine oder große Käufer. Zudem zeigt die Untersuchung, dass kapitalintensivere Unternehmen häufig Effizienzgewinne nach einer Fusion generieren. Die Arbeit ist wie folgt strukturiert. In der Einleitung werden die Gründe für eine Beschäftigung mit der Frage nach fusionsbedingten Effizienzgewinnen dargelegt. Die Herausarbeitung von Faktoren, anhand derer sich der Zeitpunkt, der Umfang und der Zeitraum fusionsbedingter Effizienzgewinne bestimmen ließe, kann in der Praxis die Entscheidung für oder gegen eine Fusion erleichtern. Das zweite Kapitel beinhaltet einen Literaturüberblick über ausgewählte empirische Studien, die sich mit der Frage nach fusionsbedingten Effizienzgewinnen bereits befasst haben. Eine Studie, die horizontale Fusionen von europäischen Firmen im verarbeitenden Gewerbe zwischen 2005 und 2014 untersucht, liegt bisher nicht vor. Die vorliegende Arbeit leistet mit der Analyse von Effizienzgewinnen eben solcher Fusionen einen Beitrag zur vorhandenen Literatur. Das dritte Kapitel beschäftigt sich mit der Identifizierung von Fusionen. Die Fusionsdefinition entstammt der Europäischen Zusammenschlusskontrolle sowie den Richtlinien zur Bewertung horizontaler Fusionen. Anhand von Begriffsbestimmungen und festgelegten Kriterien schafft der europäische Gesetzgeber einen Rahmen zur Identifizierung von Fusionen. Im Fokus des vierten Kapitels steht die Effizienzschätzmethode. In empirischen Studien wird vorwiegend die TFP-Methode zur Schätzung der Effizienz eingesetzt. Die TFP-Methode bedient sich der ökonometrischen Methode der linearen Regression in Kombination mit einem Kontrollfunktionsansatz. Die Schätzung der Parameter erfolgt mit Hilfe der verallgemeinerten Momentenmethode. Die Ergebnisse der Effizienzschätzung gehen im fünften Kapitel in die Analyse fusionsbedinger Effizienzgewinne ein. Die Analyse erfolgt unter Zuhilfenahme der Difference-In-Difference (DID)-Methode und wird für Käufer und Gekaufte separat durchgeführt. Das sechste Kapitel beschäftigt sich mit einer alternativen Methode zur Effizienzschätzung, der Stochastic Frontier Analysis (SFA)-Methode. Vergleichbar zur TFP-Methode handelt es sich um eine stochastische Methode. Im Gegensatz zur TFP-Methode wird die Produktionsfunktion als Grenzfunktion und nicht als durchschnittliche Funktion geschätzt. So ist es möglich, Effizienz in Prozent auszudrücken. Es folgt im siebten Kapitel eine Analyse des Einflusses verschiedener fusions- und firmenspezifischer Faktoren auf die Effizienzveränderung bei Käufern und Gekauften. Die Analyse erfolgt mittels einer multiplen Regression und wird separat für kurz-, mittel- und langfristige Veränderung der Effizienz von Käufern und Gekauften durchgeführt. Im achten Kapitel folgt die Schlussbetrachtung.

Universiẗat, Diss.--Jena, 2008.

Techn. University, Diss., 2002--Darmstadt.

Techn. University, Diss., 2004--Darmstadt. / Dateien im PDF-Format.

Der zunehmende Ausstoß von Treibhausgasen gilt als wahrscheinlichste Ursache für die beschleunigte Erwärmung des weltweiten Klimas in den vergangenen Dekaden [1]. Zur Begrenzung des Temperaturanstiegs auf maximal 2°C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau wurden weltweit Ziele zur Reduktion der Kohlenstoffdioxidemissionen definiert. Maßnahmen zur Effizienzsteigerung im Klimatisierungssystem von Personenkraftwagen können hierzu einen doppelten Beitrag leisten. Zum einen wird der Gesamtenergiebedarf der Fahrzeuge reduziert. Zum anderen kann die Realreichweite elektrifizierter Fahrzeuge erhöht und damit die Marktdurchdringung der Elektromobilität gefördert werden. Ein entscheidendes Hindernis bei der Umsetzung von Effizienzmaßnahmen im Klimatisierungssystem ist das Fehlen einer vereinheitlichten Methodik zur Bewertung der Emissionseinflüsse [3] sowie der finanziellen Auswirkungen für Endkunden und die Automobilindustrie in den weltweiten Vertriebsmärkten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine solche Bewertungsmethodik entwickelt und das Emissionsvermeidungspotential von aktuell diskutierten Maßnahmen abgeleitet. Die Methodik kombiniert ein thermisches Kabinenmodell und ein vereinfachtes Modell des Klimatisierungssystems mit statistischen Daten zum lokalen Klima, dem lokalen, tageszeitabhängigen Mobilitätsverhalten und Daten der lokalen Energiemärkte (Preise und Emissionsintensitäten). Die Methodik betrachtet dabei jeweils fünf Karosserietypen und sechs Antriebssystemtypen für 61 Orte weltweit. Zur Bewertung von Kundenakzeptanz und Umsetzungsquoten der Maßnahmen wird als statistische Größe der relative Umsetzungsfaktor entwickelt. Er setzt sowohl die Emissionsbilanz als auch die Kostenbilanz für Kunden ins Verhältnis zur Schwankung der Werte in den einzelnen Vertriebsmärkten. Daraus werden eine Empfehlung zum Angebotsszenario und eine Abschätzung von Ausstattungsquoten abgeleitet. Auf Grundlage dieser Ergebnisse kann das weltweite Emissionsvermeidungspotential von einzelnen Maßnahmen oder Maßnahmenpaketen abgeschätzt werden. Eine Untersuchung von 20 aktuell diskutierten Maßnahmen zeigt, dass sich das aus dem 450-Szenario der IEA abgeleitete Reduktionsziel von jährlich 27 MtCO2 nicht ohne zusätzliche Kosten für Endkunden oder Automobilhersteller erreichen lässt. Die Emissionsvermeidungskosten sind mit 154 EUR/tCO2 jedoch deutlich geringer als für viele aktuell bereits umgesetzte Maßnahmen. Durch geschickte Anreizsysteme seitens der politischen Entscheidungsträger scheint daher eine Realisierung von großen Teilen des Potentials möglich.

An den Membranwänden von Dampferzeugern treten häufig Beläge auf. Da moderne Energiepolitik unter anderem zu flexiblem Einsatz der Kraftwerke in Teil- und Volllast oder dem Einsatz von Brennstoffmischungen führt, ändern sich diese Beläge in ihrer Menge und Beschaffenheit ständig. Es gibt eine Vielzahl an Reinigungsmethoden, um die Beläge zu entfernen. Für deren optimalen Einsatz sind tiefer gehende Kenntnisse über die Ablagerungen notwendig. Deswegen gibt es verschiedene Modelle zur Bilanzierung des Verdampfers und Sensoren, mit denen die Belagssituation erfasst werden kann. Diese sitzen allerdings meist so, dass sie einen lokal begrenzten Bereich erfassen. Die Bilanzmodelle sind in der Regel auf den gesamten Verdampfer ausgerichtet, sodass man nur Aussagen über dessen Gesamteffizienz erhält und kein Urteil über die Belagsbeschaffenheit fällen kann. Mit den Sensoren lässt sich zwar gut erkennen, wo sich Ablagerungen befinden, aber nur bei wenigen ist eine verlässliche Bewertung über den vorherrschenden Typ der Ablagerung möglich. Ursache ist, dass sie nur auf die Messung eines Effektes ausgerichtet sind. Um diesem Problem entgegenzuwirken, ist die Kopplung einer Bilanzierung mit einem oder mehreren Sensoren als Stützstellen zweckmäßig. Die vorliegende Arbeit nutzt eine weit verbreitete Messmethode, die Messung der Temperatur an Rohrscheitel und Steg der Membranwandaußenseite, um zunächst lokale Bilanzmodelle aufzustellen, welche den Verdampfer nicht nur als Gesamtsystem, sondern in Ebenen aufgeteilt beschreiben. Die Bilanzmodelle umfassen sowohl den Wasser-Dampf-Kreislauf als auch den Feuerraum je eines unterkritischen und eines überkritischen Dampferzeugers. Sie geben Aufschluss über Temperaturverteilungen und die örtlich dem Wasser-Dampf-Kreislauf zugeführte Wärme. Zusätzlich liefern sie eine Prognose für die Belagsverteilung über der Verdampferhöhe. Beide Modelle werden in realen Kraftwerken angewendet. Das Bilanzmodell für den unterkritischen Dampferzeuger findet in einem Müllheizkraftwerk (MHKW) und das überkritische Bilanzmodell in einem Braunkohlekraftwerk Anwendung. Zur Validierung werden die Bilanzmodelle im Rahmen der Arbeit je mit bereits im Einsatz befindlichen globalen Bilanzmodellen und im Fall des überkritischen Dampferzeugers zusätzlich mit einer weiteren ebenenweisen Bilanzierung verglichen. Um weitere Informationen zu erhalten, sind diese Bilanzmodelle mit den Rohrscheitel- und Stegtemperatursignalen gekoppelt, sodass sie Informationen für einen Ablagerungssensor liefern. Dieser berechnet den lokal auftretenden Belagswiderstand. Der Sensor basiert auf der Fourier’schen Wärmeleitungsgleichung und berechnet auftretende Wärmeströme mit der Methode der finiten Volumen (FVM). Die Verwendung des Sensors ist nicht nur auf ebene Wänden beschränkt, sondern auch für die Rohr-Steg-Geometrie von Membranwänden möglich. Um mit dem Sensor realitätsnahe Ergebnisse zu erhalten, werden Effekte wie Verschattung durch die Geometrie sowie Strahlung im Spalt hinterlüfteter Platten berücksichtigt. Die Validierung des Sensors erfolgt durch eine präparierte Feuerfestplatte, in welche Thermoelemente eingelassen sind. Dieser Aufbau wird mittels Sensor simuliert und das berechnete Temperaturfeld mit den Messdaten verglichen. Um Informationen über den Belagswiderstand erhalten zu können, ist der Ablagerungssensor mit Reglern ausgerüstet, welche über das Temperatursignal am Steg oder das Temperaturdifferenzsignal zwischen Rohrscheitel und Steg als Sollwert den Istwert der Belagsdicke, der Temperaturleitfähigkeit oder andere Werte regeln können. Mithilfe des Sensors kann so der Aufbau des Belags über der Reisezeit des MHKWs bestimmt werden. Zusätzlich wird der Ablagerungssensor eingesetzt, um mögliche Umbaumaßnahmen zu bewerten. Auch für den überkritischen Dampferzeuger lassen sich verschiedene Belagssituationen nachbilden. Im Rahmen der Arbeit sind dafür verschiedene Fälle gezeigt. Im Abschluss wird vorgestellt, wie der Ablagerungssensor in den Betrieb einer Realanlage integriert werden könnte.:Abkürzungs- und Symbolverzeichnis VII 1 Einleitung, Problem- und Zielstellung der Arbeit 1 2 Einordnung von Dampferzeugern 3 3 Erfassung der Belagssituation, ihrer Ursachen und ihrer Auswirkungen 9 3.1 Diskontinuierliche Sensormesssysteme zur Erfassung der Belagssituation 12 3.2 Kontinuierliche Messsysteme zur Erfassung der Belagssituation 14 3.3 Thermodynamische Bilanzierung 19 3.3.1 Thermodynamische Betrachtung des Dampferzeugerwirkungsgrades 20 3.3.2 Unterkritische Kesselanlagen 22 3.3.3 Überkritische Kesselanlagen 23 3.4 Kombinierte Systeme 25 4 Bilanzierung des Wasser-Dampf-Kreislaufes und des Feuerraumes zur Bestimmung der Wärmeauskopplung 29 4.1 Bilanzierung vom Feuerraum zum Wasser-Dampf-Kreislauf 30 4.1.1 Bilanzierung des Feuerraumes 30 4.1.2 Bilanzierung des Wasser-Dampf-Kreislaufes 34 4.2 Bilanzierung vom Wasser-Dampf-Kreislauf zum Feuerraum 37 4.2.1 Bilanzierung des Wasser-Dampf-Kreislaufes 37 4.2.2 Bilanzierung des Feuerraums 39 5 Entwicklung eines Ablagerungssensors für zugestellte und nicht-zugestellte Membranwände 43 5.1 Zielstellung 43 5.2 Modellansätze 44 5.2.1 Rahmenbedingungen und Zielstellung für einen Ablagerungssensor eines unterkritischen Dampferzeugers 47 5.2.2 Rahmenbedingungen und Zielstellung für einen Ablagerungssensor eines überkritischen Dampferzeugers 48 5.3 Einordnung des Programms im Kraftwerk 51 5.4 Programm-Aufbau 51 V Inhaltsverzeichnis 5.5 Notwendige Rand- und Anfangsbedingungen sowie Eingangsparameter 53 6 Einsatz der Bilanzmodelle und des Ablagerungssensors 55 6.1 Bilanzierung unterkritischer Kesselanlagen am Beispiel eines Müllheizkraftwerks 55 6.1.1 Belagssituation und Schutzmaßnahmen 55 6.1.2 Vorhandene Messtechnik 56 6.1.3 Bilanzmodell von Feuerraum und Wasser-Dampf-Kreislauf 57 6.1.4 Anwendung des Ablagerungssensors auf hinterlüftete Platten 63 6.1.5 Auswertung und Handlungsempfehlung für den Naturumlaufkessel 75 6.2 Bilanzierung überkritischer Kesselanlagen am Beispiel eines Braunkohle-befeuerten Kraftwerks 77 6.2.1 Das Kraftwerk 77 6.2.2 Vorhandene Messtechnik 79 6.2.3 Bilanzierungen mit Realdaten 80 6.2.4 Bewertung der Ergebnisse 85 6.2.5 Validierung der Ergebnisse 87 6.2.6 Bilanzierung der Verdampferwand mit dem Ablagerungssensor 89 6.2.7 Simulation mit realen Messwerten 95 6.2.8 Auswertung und Handlungsempfehlung für den überkritischen Dampferzeuger 101 7 Zusammenfassung und Ausblick 103 Literatur 105 Abbildungsverzeichnis 113 Tabellenverzeichnis 117 Anhang 118 A Berechnungsmethoden für die Bilanzmodelle 119 A.1 Vergasungsrechnung 119 A.2 Wärmeauskopplung nach Doležal 122 A.3 Berechnung von Wärmeübergangskoeffizienten 122 A.4 Berechnung der Umlaufzahl 124 A.5 Wärmeübergang wasserseitig 125 A.6 Widerstandsberechnung 129 B Ergebnisse aus der Bilanzierung des überkritischen Dampferzeugers 131 B.1 22.01.2020 3:46 Uhr 131 B.2 22.01.2020 7:30 Uhr 132 B.3 29.01.2020 17:20 Uhr 134 B.4 02.02.2020 15:38 Uhr 135 B.5 07.02.2020 12:11 Uhr 136 C Befehlsreferenzen für den Ablagerungssensor 139 / Deposits stick to the surface of evaporators in steam generators. Modern energy politics force power plants to operate flexible, under full and partial load or to use fuel mixtures. These necessities influence the deposits in amount and structure. Thus, numerous cleaning methods exist to remove them. For optimal use of these cleaning methods, a deeper knowledge about the deposits is necessary. Hence, different models were developed to balance the evaporator, whereas sensors trace the deposit situation, though these sensors are mostly limited to local spots. Normally, the models balance the whole evaporator as one boundary system making assessment of the overall efficiency possible, while local deposit structures cannot be detected. In contrast, the sensors serve for detecting the deposits locally. Yet, the classification of the deposit type is not possible for most sensor types, nonetheless. Reason is the limitation to one specific effect. A coupling of both the balancing model and one or more sensors may help in counteracting that problem. The present work uses a widely established measurement method: the measurement of temperature both at tube crown and bridge via thermo couples. They serve for setting up balancing models that split the evaporator in several segments. These models incorporate combustion chamber as well as water-steam-cycle of each an undercritical and a supercritical steam generator. They shed light on temperature distribution throughout the evaporator height and the heat supplied to the water-steam-cycle. Additionally, they provide a height-dependent prediction of the deposit distribution. Both the model for an undercritical and the one for a supercritical steam generator are applied to existing power plants. The undercritical model is used to analyze a municipal waste incinerator, whereas the supercritical model assesses a lignite-fired power plant. They are validated with already established global balancing models. Furthermore, an existing levelwise online balancing tool was applied to the supercritical steam generator and was compared for validation. For further information, a coupling of the balancing models with the temperature measurement signal was realized, which provides additional information used by a deposit sensor. This sensor calculates the locally occurring deposit resistance. It is based on Fourier’s heat equation and calculates by use of a finite volume method. The sensor is not limited to even walls, but can be applied to membrane walls as well. Effects like shadowing of the 2D-geometry or gap radiation are implemented to gain realistic results. Validation is realized with a primed tile, having ingrained thermo couples. The tile is reproduced geometrically with the deposit sensor and calculated. The resulting temperature field may be compared to the measured values. For further information about the deposit, the deposit sensor also includes controllers, adjusting deposit thickness, thermal diffusivity or other parameters. Reference values are the temperature signal at crown and bridge. By use of the sensor, the deposit growth inside the incinerator is evaluated during its travel time. Additionally, the sensor helps in judging over potential changes in reconstruction works. Within the supercritical steam generator, an assessment of the deposit situation is likewise possible. In the current thesis, different deposit setups are implemented. Finally, a possible integration of the sensor into the process control is presented.:Abkürzungs- und Symbolverzeichnis VII 1 Einleitung, Problem- und Zielstellung der Arbeit 1 2 Einordnung von Dampferzeugern 3 3 Erfassung der Belagssituation, ihrer Ursachen und ihrer Auswirkungen 9 3.1 Diskontinuierliche Sensormesssysteme zur Erfassung der Belagssituation 12 3.2 Kontinuierliche Messsysteme zur Erfassung der Belagssituation 14 3.3 Thermodynamische Bilanzierung 19 3.3.1 Thermodynamische Betrachtung des Dampferzeugerwirkungsgrades 20 3.3.2 Unterkritische Kesselanlagen 22 3.3.3 Überkritische Kesselanlagen 23 3.4 Kombinierte Systeme 25 4 Bilanzierung des Wasser-Dampf-Kreislaufes und des Feuerraumes zur Bestimmung der Wärmeauskopplung 29 4.1 Bilanzierung vom Feuerraum zum Wasser-Dampf-Kreislauf 30 4.1.1 Bilanzierung des Feuerraumes 30 4.1.2 Bilanzierung des Wasser-Dampf-Kreislaufes 34 4.2 Bilanzierung vom Wasser-Dampf-Kreislauf zum Feuerraum 37 4.2.1 Bilanzierung des Wasser-Dampf-Kreislaufes 37 4.2.2 Bilanzierung des Feuerraums 39 5 Entwicklung eines Ablagerungssensors für zugestellte und nicht-zugestellte Membranwände 43 5.1 Zielstellung 43 5.2 Modellansätze 44 5.2.1 Rahmenbedingungen und Zielstellung für einen Ablagerungssensor eines unterkritischen Dampferzeugers 47 5.2.2 Rahmenbedingungen und Zielstellung für einen Ablagerungssensor eines überkritischen Dampferzeugers 48 5.3 Einordnung des Programms im Kraftwerk 51 5.4 Programm-Aufbau 51 V Inhaltsverzeichnis 5.5 Notwendige Rand- und Anfangsbedingungen sowie Eingangsparameter 53 6 Einsatz der Bilanzmodelle und des Ablagerungssensors 55 6.1 Bilanzierung unterkritischer Kesselanlagen am Beispiel eines Müllheizkraftwerks 55 6.1.1 Belagssituation und Schutzmaßnahmen 55 6.1.2 Vorhandene Messtechnik 56 6.1.3 Bilanzmodell von Feuerraum und Wasser-Dampf-Kreislauf 57 6.1.4 Anwendung des Ablagerungssensors auf hinterlüftete Platten 63 6.1.5 Auswertung und Handlungsempfehlung für den Naturumlaufkessel 75 6.2 Bilanzierung überkritischer Kesselanlagen am Beispiel eines Braunkohle-befeuerten Kraftwerks 77 6.2.1 Das Kraftwerk 77 6.2.2 Vorhandene Messtechnik 79 6.2.3 Bilanzierungen mit Realdaten 80 6.2.4 Bewertung der Ergebnisse 85 6.2.5 Validierung der Ergebnisse 87 6.2.6 Bilanzierung der Verdampferwand mit dem Ablagerungssensor 89 6.2.7 Simulation mit realen Messwerten 95 6.2.8 Auswertung und Handlungsempfehlung für den überkritischen Dampferzeuger 101 7 Zusammenfassung und Ausblick 103 Literatur 105 Abbildungsverzeichnis 113 Tabellenverzeichnis 117 Anhang 118 A Berechnungsmethoden für die Bilanzmodelle 119 A.1 Vergasungsrechnung 119 A.2 Wärmeauskopplung nach Doležal 122 A.3 Berechnung von Wärmeübergangskoeffizienten 122 A.4 Berechnung der Umlaufzahl 124 A.5 Wärmeübergang wasserseitig 125 A.6 Widerstandsberechnung 129 B Ergebnisse aus der Bilanzierung des überkritischen Dampferzeugers 131 B.1 22.01.2020 3:46 Uhr 131 B.2 22.01.2020 7:30 Uhr 132 B.3 29.01.2020 17:20 Uhr 134 B.4 02.02.2020 15:38 Uhr 135 B.5 07.02.2020 12:11 Uhr 136 C Befehlsreferenzen für den Ablagerungssensor 139

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).:1 Einleitung und Zielsetzung 2 Grundlagen und Methodik 2.1 IGCC und CCS 2.2 Gewählte Randbedingungen 2.3 Untersuchte Konzepte 2.4 Grundlagen der Konzeptbewertung 2.4.1 Energetische Analyse 2.4.2 Exergetische Analyse 2.4.3 Kohlenstoffbilanz 2.5 Verfahrenstechnische Simulationswerkzeuge 3 IGCC-CCS-Kraftwerksprozess 3.1 Vergasung 3.1.1 Reaktionen 3.1.2 Fluiddynamische Klassifizierung 3.1.3 Vergasungstechnologien 3.1.4 Flowsheet Simulation der Vergasungstechnologien 3.1.5 Vergleich der abgebildeten Vergasungstechnologien 3.2 Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.1 Technologie der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.2 Flowsheet Simulation der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.3 Sauerstoffbereitstellung 3.3.1 Technologie der kryogenen Luftzerlegung 3.3.2 Flowsheet Simulation der kryogenen Luftzerlegung 3.3.3 Potenziale 3.4 Gaskonditionierung 3.4.1 Kühlung, Entstaubung und Spurstoffentfernung 3.4.2 CO-Konvertierung 3.4.3 CO2- und H2S-Abtrennung 3.4.4 H2S-Aufbereitung 3.4.5 CO2-Verdichtung und -Speicherung 3.4.6 Reingaskonditionierung 3.5 Stromerzeugung im GuD-Prozess 3.5.1 Technologie des GuD-Prozesses 3.5.2 Flowsheet Simulation des GuD-Prozesses 3.5.3 Potenziale 3.6 Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtigen Stand der Technik 3.7 Betrachtungen zu Strängigkeit und Verfügbarkeit der Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtiger Stand der Technik 4 Konzeptstudien 4.1 Konservative Annahmen zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.2 Verringerte Braunkohletrocknung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3 Modifizierte CO-Konvertierung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3.1 Quenchkonvertierung 4.3.2 Isotherme katalytische CO-Konvertierung 4.3.3 Kombination von Quenchkonvertierung und isothermer katalytischer CO-Konvertierung 4.4 Konservative Annahmen zum Stand der Technik im Jahr 2025 4.5 Innovatives Potenzial zum Stand der Technik im Jahr 2025 5 Zusammenfassung

Effizienzsteigernde Methoden haben die Aufgabe, die Rechenzeit von Monte Carlo Simulationen zur Lösung von Strahlungstransportproblemen zu verringern. Dazu gehören weitergehende Quell- oder Geometrievereinfachungen und die Gewichtsfenstertechnik als wichtigstes varianzreduzierendes Verfahren, entwickelt in den 1950er Jahren. Die Schwierigkeit besteht bis heute in der Berechnung geeigneter Gewichtsfenster. In dieser Arbeit wird ein orts- und energieabhängiger Gewichtsfenstergenerator basierend auf dem vorwärts-adjungierten Generator von T.E. BOOTH und J.S. HENDRICKS für das Strahlungstransportprogramm AMOS entwickelt und implementiert. Dieser ist in der Lage, die Gewichtsfenster sowohl iterativ zu berechnen und automatisch zu setzen als auch, deren Energieeinteilung selbstständig anzupassen. Die Arbeitsweise wird anhand des Problems der tiefen Durchdringung von Photonenstrahlung demonstriert, wobei die Effizienz um mehrere Größenordnungen gesteigert werden kann. Energieabhängige Gewichtsfenster sorgen günstigstenfalls für eine weitere Verringerung der Rechenzeit um etwa eine Größenordnung. Für eine praxisbezogene Problemstellung, die Bestrahlung eines Personendosimeters, kann die Effizienz hingegen bestenfalls vervierfacht werden. Quell- und Geometrieveränderungen sind gleichwertig. Energieabhängige Fenster zeigen keine praxisrelevante Effizienzsteigerung. / The purpose of efficiency increasing methods is the reduction of the computing time required to solve radiation transport problems using Monte Carlo techniques. Besides additional geometry manipulation and source biasing this includes in particular the weight windows technique as the most important variance reduction method developed in the 1950s. To date the difficulty of this technique is the calculation of appropriate weight windows. In this work a generator for spatial and energy dependent weight windows based on the forward-adjoint generator by T.E. BOOTH and J.S. HENDRICKS is developed and implemented in the radiation transport program AMOS. With this generator the weight windows are calculated iteratively and set automatically. Furthermore the generator is able to autonomously adapt the energy segmentation. The functioning is demonstrated by means of the deep penetration problem of photon radiation. In this case the efficiency can be increased by several orders of magnitude. With energy dependent weight windows the computing time is decreased additionally by approximately one order of magnitude. For a practice-oriented problem, the irradiation of a dosimeter for individual monitoring, the efficiency is only improved by a factor of four at best. Source biasing and geometry manipulation result in an equivalent improvement. The use of energy dependent weight windows proved to be of no practical relevance.