Dampfmaschine oder Elektromotor? [Reprint 2019 ed.] 9783486743715, 9783486743708

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Dampfmaschine oder Elektromotor? Von

FRIEDRICH BARTH Oberingenieur an der Bayerischen Landesgewerbeanstalt in Nürnberg

Mit zehn zeichnerischen Darstellungen

Erweiterter Sonderabdruck aus der Zeitschrift für Dampfkessel und Maschinenbetrieb Jahrgang 1915

München und Berlin Verlag von R. Oldenbourg

Druck von HORN & RAASCH Berlin C. 19 Grflnstraße 8

Inhaltsverzeichnis >eite Abkürzungen und Begriffsbestimmungen

4

I. Einleitung

7

II. Stand des Dampfmaschinenbaus .

.

.

8

III. Grogkraft- und Qberlandwerke

13

IV. Betriebskosten von Kraftanlagen

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V. Die Brennstoffe und der Dampfpreis

20

VI. Betriebssicherheit und Betriebsunabhängigkeit von Kraftanlagen

24

VII. Allgemeine Gesichtspunkte b e i W a h l einer Betriebskraft

27

VIII. W a h l zwischen Dampfmaschine und Elektromotor reinem Kraftbetrieb

32

bei

IX. Wahl zwischen Dampfmaschine und Elektromotor bei Betrieben mit gleichzeitigem Kraft- und W ä r m e b e d a r f

38

1. Beispiel.

Wärmebilanz einer Einzylinder-Auspuffmaschine mit Abdampfverweriung von 200 P S i . . . .

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2. Beispiel.

Wärmebilanz einer Kondensationsmaschine mit Abdampfverwertung von 200 P S i

40

3. Beispiel.

Brennstoffkosten mit und ohne Abdampfverwertung bei einer Maschine mit hohem Dampfverbrauch

42

4. Beispiel.

Brennstoffkosten mit und ohne Abdampfverwertung bei einer Maschine mit niedrigem Dampfverbrauch

43

3. Beispiel.

80 pferd. Dampfmaschinen- und Dampfheizungsanlage einer Brauerei

45

6. Beispiel.

525 pferd. Dampfmaschinenanlage mit Zwischendampfentnahme einer Weberei

52

7. Beispiel.

200 pferd. Dampfmaschinen- und Dampfheizungsanlage einer Lederfabrik

56

8. Beispiel.

520 pferd. Dampfanlage mit Abdampfverwertung einer Fabrik der Textilindustrie

62

Zusammenfassung

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Abkürzungen und Begriffsbestimmungen. M Pf oder $ m mm qm kg st 1 ot ai Ueb ai abs PS PSe PSi PS-st kg/PS-si Pf/PS-st kW kW-st •C OS WS Uml/min WE Gew. % Vol.Ä rd.

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Mark Pfennig Meter Millimeter Quadratmeter Kilogramm Stunde 1 Atmosphäre Atmosphären Ueberdrudt Atmosphären absolut Pferdestärke effektive Pferdestärke, Nuizpferdestärke indizierte Pferdestärke Pferdestärkestunde Kilogramm pro Pferdestärkestunde Pfennig pro Pferdesiärkesiunde Kilowatt Kilowattstunde Grad Celsius Quecksilbersäule Wassersäule Umläufe pro Minute Wärmeeinheit Gewichtsprozent Volumprozent rund, etwa

Betriebsführungskosten sind die Ausgaben für Verwaltung und Bedienung, Schmier- und Putzmaterial, Instandhaltung und Ausbesserungen. Dampfdruck, Dampfspannung ist der Druck des Dampfes in kg auf eine Fläche von 1 qcm (1 kg/qcm = 1 Atmosphäre). Je nachdem man hierbei vom atmosphärischen Druck oder vom absoluten Vakuum ausgeht, spricht man vom U e b e r d r u c k oder vom a b s o l u t e n Druck. Wenn vom Dampfdruck schlechtweg die Rede ist, so versteht man darunter stets den Ueberdruck. Dampfpreis. Hierunter versteht man die Brennstoffkosten für die Erzeugung von 1000 kg Dampf. Erzeugungswärme des Dampfes ist der theoretische Wärmeaufwand zur Erzeugung von 1 kg Sattdampf oder Hei(jdampf aus dem vorhandenen Speisewasser. Die Erzeugungswärme wächst mit der Spannung und Temperatur des Dampfes; sie wird um so kleiner, je höher die Temperatur des Speisewassers ist. Heizwerf. Hierunter versteht man die Zahl der Wärmeeinheiten, die bei vollständiger Verbrennung von 1 kg des betreffenden Brennstoffes entwickelt werden. Für technische Zwecke kommt nur der sog. u n t e r e H e i z w e r t in Betracht. Indizierte Leistung ist die sekundliche Arbeitsleistung des Dampfes im Dampfzylinder, oder anders ausgedrückt, die an den Kolben abgegebene Leistung. Nutzleistung oder effektive Leistung ist die sekundliche Arbeitsleistung, die von einer Maschine nach äugen hin abgegeben wird; sie ist um den Betrag der in der Maschine entstehenden Reibungsverluste kleiner als die indizierte Leistung. Kapitalkosten. Hierunter sind die Verzinsung des Anlagekapitals und die Abschreibung der gesamten Betriebsaniage zu verstehen. Spezifischer Verbrauch ist der auf die Arbeitseinheit (PS-stt bezogene Verbrauch an Dampf, Brennstoff oder Schmieröl. Ueberhitzung ist der Temperaturunterschied, um den die Temperatur von Hei&dampf über derjenigen von Sattdampf gleicher Spannung liegt. 5

Vakuum oder Luftleere ist der Unterdruck gegenüber dem atmosphärischen Druck. Da die Gröfje des Vakuums unter sonst gleichen Umständen vom Barometerstand abhängig ist, so wird an Stelle des Vakuums vielfach der absolute Druck angegeben. Verdampfungsziffer, auch kurz Verdampfung genannt, ist diejenige Dampfmenge in kg, die durch 1 kg Brennstoff erzeugt wird. Unter sonst gleichen Umständen ist die Verdampfungsziffer um so größer, je größer der Heizwert des Brennstoffes ist und um so kleiner, je größer die Erzeugungswärme des Dampfes ist. Wärmeausnützung, Brennstoffausnützung ist das Verhältnis der in Nutzarbeit umgesetzten Wärme zur aufgewendeten Wärme. Wärmepreis ist der auf 10 000 WE umgerechnete Brennstoffpreis. Man versteht also unter Wärmepreis die Kosten von 10 000 WE in Form von Brennstoff. Wirkungsgrad ist, allgemein ausgedrückt, das Verhältnis der gewonnenen Arbeit zur aufgewendeten Energie. Unter dem m e c h a n i s c h e n W i r k u n g s g r a d versteht man das Verhältnis der Nutzleistung zur indizierten Leistung. Unter dem w ä r m e t e c h n i s c h e n G e samtwirkungsgrad, auch wirtschaftl i c h e r W i r k u n g s g r a d genannt, ist das Verhältnis der in Nutzarbeit umgesetzten Wärme zu der in Form von Brennstoff aufgewendeten Wärme zu verstehen.

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I. Einleitung. Bei dem heutigen scharfen Wettbewerb auf allen Gebieten menschlichen Schaffens sind die Kosten der Krafterzeugung für die Rentabilität manches Fabrikbetriebes von ausschlaggebender Bedeutung. Es drängt sich deshalb beim Umbau, bei Erweiterung oder Neueinrichtung einer Kraftanlage in erster Linie die Frage auf, welches Maschinensystem zu wählen sei. Im nachfolgenden wird diese Frage unter Beschränkung auf die Dampfmaschine und den Elektromotor erörtert. Da auch bei Dampfanlagen die Kraftübertragung auf elektrischem Wege, d. h. unter Zuhilfenahme von Elektromotoren erfolgen kann, so lautet genau genommen die zu beantwortende Frage dahin, ob die Errichtung einer eigenen Dampfkraftanlage oder der Anschlug an ein Grogkraft- oder Ueberlandwerk, also der Bezug elektrischer Energie den Vorzug verdient. Ehe hierauf des näheren eingegangen wird, soll vorher in kurzen Umrissen über den neuesten Stand des Dampfmaschinenbaus, über Gro&kraft- und Ueberlandwerke sowie über die Betriebskosten, die Brennstoffe und die Betriebssicherheit von Kraftanlagen berichtet werden. Schon hier sei bemerkt, dag die meisten Fabrikbetriebe nicht nur Kraft zum Antrieb von Arbeitsmaschinen und zur Lichterzeugung, sondern auch mehr oder weniger groge Wärmemengen zu Heiz- und Fabrikationszwecken benötigen. Die Wahl und Projektierung von Kraftanlagen mug deshalb meist unter dem Gesichtspunkt erfolgen, Kraft" und Wärme« erzeugung möglichst wirtschaftlich miteinander zu verbinden. 7

II. Stand des Dampfmaschinenbaus. Die Entwicklung des Kraftmaschinenbaus seit der Jahrhundertwende war eine außerordentlich rasche, manchmal geradezu sprunghafte. Das Streben nach höchster Wirtschaftlichkeit im Bau von Kraftanlagen erzeugte einen lebhaften Wettbewerb zwischen den verschiedenen Systemen von Kraftmaschinen, indem jede neue Errungenschaft auf die Weiterentwicklung der alten Einrichtungen einen belebenden Einfluß ausübte. Je mehr die Maschinen in technischer und wirtschaftlicher Beziehung vervollkommnet wurden, desto mehr verschwand die Vielgestaltigkeit ihrer Bauarten und desto ähnlicher wurden ihre Ausführungsformen. Mit der Vereinheitlichung der Ausführungsformen war gleichzeitig auch eine Vereinfachung der Konstruktion verbunden. Der scharfe Wettbewerb auf allen Gebieten drängte auch im Kraftmaschinenbau zu weitgehendster Materialausnützung. So hat man durch Erhöhung der Umlaufzahlen die Leistung der Maschinen erheblich gesteigert, und hierdurch, sowie durch möglichst weitgehende Einführung der Serien- und Massenfabrikation bei gleichzeitiger Anwendung weitgehendster Normalisierung ihre Anschaffungspreise — trotz der Verteuerung der Rohstoffe und Arbeitslöhne — gegenüber früher bedeutend herabgesetzt. Die Steigerung der Umlaufzahlen bedeutet nicht eine dementsprechende Verringerung der Lebensdauer; auch die angetriebenen Maschinen laufen heute wesentlich schneller als früher. Der wegen der höheren Umlaufzahlen zu erwartende stärkere Verschleift wird zum großen Teil durch die Verbesserung der Baustoffe und der Konstruktion, sowie die größere Genauigkeit der Werkstättenausführung ausgeglichen. Man könnte im Gegenteil fast von einer Verschwendung des Nationalvermögens sprechen, wenn man an die frühere geringe Beanspruchung der Maschinen und ihrer einzelnen Konstruktionsteile denkt. Noch zu Ende des letzten Jahrhunderts herrschte im Dampfmaschinenbau der Sattdampfbetrieb vor, während heute fast ausschließlich mit Heißdampf gearbeitet wird. Die Einführung des Heißdampfbetriebes bedeutete einen großen dampftechnischen Fortschritt. Der überhitzte Dampf hat gegenüber dem gesättigten den wesentlichen Vorteil, daß er sich bei den unvermeidlichen Abkühlungen in der Rohrleitung und 8

in der Maschine nicht sofort kondensiert und für den Arbeitsprozeß verloren ist. Der überhitzte Dampf kondensiert sich vielmehr erst, wenn die Abkühlung eine so starke ist, daß sie dem Betrag der Ueberhitzung entspricht. Ein weiterer Vorteil des Heifjdampfes besteht darin, daß infolge der Erhöhung des Temperaturgefälles der theoretische Arbeitsvorgang der Maschine verbessert wird. Dies und die Vermeidung der Kondensationsverluste hatten eine wesentliche Verminderung des Dampfverbrauches zur Folge. Man kann etwa annehmen, daß bei Dampftemperaturen zwischen 280 und 320 0 C rund 1 % Dampf auf je 6 0 C Ueberhitzung erspart wird, normale Dampfspannung (12 at) vorausgesetzt. Die Spannung und Temperatur des überhitzten Dampfes wird heute für Kraftzwecke meist zwischen 12 und 14 at bezw. 300 und 350 0 C gewählt. Die ursprüngliche Annahme, daß man infolge der Ueberhitzung auf die hohen Dampfspannungen verzichten werde, hat sich nicht bestätigt. Mit der Einführung hoher Ueberhitzung hat bei Kolbendampfmaschinen die Bedeutung der mehrstufigen Expansion abgenommen. Man baut heute für ortsfeste Anlagen nur noch Maschinen mit ein- und zweistufiger Expansion, kurz Einfachexpansionsmaschinen und Zweifachexpansionsmaschinen (Verbundmaschinen) genannt. Eine größere Stufenzahl kommt nur noch bei Schiffsantrieben zur Anwendung. Wenngleich die Dreifachexpansionsmaschine bei sehr hohen Dampfspannungen im Dampfverbrauch etwas günstiger ist als die Zweifachexpansionsmaschine, so hat die letztere den Vorteil g e ringerer Anschaffungskosten. Berücksichtigt man noch den geringeren Oelverbrauch der Zweifachexpansionsmaschine sowie den Umstand, daß sie infolge ihrer geringeren Zylinderzahl weniger Bedienung und weniger Reparaturkosten erfordert, so wird die kleine Dampfersparnis der Dreifachexpansionsmaschine wieder ausgeglichen, zumal auch noch der geringere Raumbedarf der Zweifachexpansionsmaschine in Betracht zu ziehen ist. Aus den genannten Gründen hat sich gegenüber früher sowohl das Anwendungsgebiet der Einfach-, als auch dasjenige der Zweifachexpansionsmaschine wesentlich nach oben hin erweitert. Normale Einzylindermaschinen wendet man heute, je nach Dampfspannung und Ueberhitzung, im allgemeinen bis zu Leistungen von etwa 150 P S an, bei Abdampfverwertung sogar bis 1000 P S und darüber, wobei für größere Einheiten gern Zwillingsanordnung gewählt wird. 3weifachexpansions9

maschinen bau) man bis zu Leistungen von 2000 P S und darüber, wobei meist die Tandem- oder Zwillingstandemanordnung bevorzugt wird. Als Steuerorgane verwendet man heute gewöhnliche Ventile oder einfache Kolbenschieber mit federnden Dichtungsringen. Flachschieber kommen höchstens noch für Sattdampfmaschinen, bis etwa 8 at Dampfspannung, oder für den Niederdruckzylinder kleinerer Verbundmaschinen (bei Lokomobilen) in Betracht. Auch Drehschieber werden kaum mehr ausgeführt, da sie sich ebensowenig wie Flachschieber für Heißdampf eignen. Von manchen Firmen werden auch Kolbenventile angewendet. Für Leistungen bis zu 60—100 P S wird die Kolbenschiebersteuerung der Ventilsteuerung oft vorgezogen, weil Schiebermaschinen in der Herstellung billiger sind, als Ventilmaschinen. Die Bauart der Dampfmaschinen ist gewöhnlich liegend. Die stehende Bauart hat gegenüber der liegenden den Vorzug geringeren Platzbedarfs und wird für ortsfeste Anlagen meist dann angewendet, wenn mit Rücksicht auf geringe Anschaffungskosten eine hohe Umlaufzahl der Maschine erwünscht ist, z. B. bei unmittelbarer Kupplung mit Dynamomaschinen, Ventilatoren, Zentrifugalpumpen usw. Vielfach werden heute neben Wechselstrommaschinen auch sog. Gleichstromdampfmaschinen gebaut. Die Gleichstrommaschine eignet sich in ersier Linie für den Betrieb mit Kondensation. Als Auspuff- oder Gegendruckmaschine hingegen ist sie weniger wirtschaftlich als eine gewöhnliche Einzylindermaschine. Wo Zwischendampfentnahme in Betracht kommt, ist eine Verbundmaschine vorzuziehen, und zwar eignet sich hierfür am besten die Tandemanordnung, weil bei dieser eine ungleiche Leistungsverteilung auf Hoch- und Niederdruckzylinder ohne Belang ist. Infolge der Anwendung hoher Ueberhitzung ist insbesondere bei der Auspuffmaschine der Dampfverbrauch ganz erheblich herabgedrückt worden, verhältnismäßig mehr als dies bei Betrieb mit Kondensation der Fall ist. Dieser Umstand im Verein mit der größeren Einfachheit des Betriebes trägt dazu bei, daß die Auspuffmaschine für kleinere Einheiten häufig der Kondensationsmaschine vorgezogen wird, wenn man es mit billigen Brennstoffpreisen zu tun hat. Insbesondere für unterbrochene Betriebe und für Aushilfszwecke begnügt man sich gern mit Auspuffmaschinen, da hier nicht die 16

Brennstoffkosten, sondern die Kapitalkosten entscheidend sind. Die Auspuffmaschine wird der Kondensationsmaschine auch dort vorgezogen, wo der Maschinenabdampf zu Heizzwecken u. dergl. ausgenützt werden kann. Wird Heizdampf von höherer als atmosphärischer Spannung benötigt, so kommen Gegendruckmaschinen zur Anwendung. In beiden Fällen genügen gewöhnliche Einzylindermaschinen. Durch die Abdampfverwertung sind sonach die weniger sparsam arbeitenden, aber einfacheren Maschinen wieder mehr in Aufnahme gekommen. Besteht nur für einen Teil des gesamten Maschinendampfes Verwendung, oder wird nur zeitweise Heizdampf gebraucht, so kommen folgende Lösungen in Betracht: 1. Aufstellung einer Kondensationsmaschine und Heizen mit Vakuumdampf. Voraussetzung hierfür ist, daß nur niedere Temperaturen erforderlich sind. 2. Aufstellung einer Maschine für gemischten Betrieb, die während der Heizperiode mit Auspuff oder Gegendruck, während der übrigen Zeit dagegen mit Kondensation arbeitet. Voraussetzung für die Anwendung einer solchen Maschine ist, daß sich die Heizperiode über einen längeren Zeitraum erstreckt. Bei öfterem Uebergang von der einen zur anderen Betriebsweise wäre das jedesmalige Verstellen der Kompression erforderlich, was für gewöhnlich zu viel Umstände verursacht. 3. Aufstellung einer Verbundmaschine für Zwischendampfentnahme, wenn es sich um eine Anlage mit größerem Kraftbedarf handelt. Hier ist es je nach dem Zylinderverhältnis möglich, der Maschine unabhängig von ihrer Belastung zwischen 0 und 80 % der zugeführten Dampfmenge aus dem Zwischenbehälter zu entnehmen, wobei die Entnahmespannung zwischen 0,5 und 4 at liegen kann. Je geringer hierbei der Entnahmedruck eingestellt werden kann, desto größer sind die durch die Dampfentnahme erzielbaren Ersparnisse. Bemerkt sei, daß sich auch normale Kondensationsmaschinen ohne große Kosten in Entnahmemaschinen umbauen lassen. Die Kosten des Umbaus machen sich bei einigermaßen günstigen Betriebsverhältnissen immer bezahlt. 4. Aufstellung von zwei getrennten Maschinen, einer Auspuff- oder Gegendruckmaschine für die Heizung und einer Kondensationsmaschine für ausschließliche Krafterzeugung, die beide auf die gleiche Welle oder dasselbe elektrische Netz arbeiten. Die Heizdampfmaschine wird hierbei ll

von Hand oder selbsttätig nur so stark belastet, daß ihr Abdampf gerade dem Heizbediirfnis genügt. Ist kein Heizdampf nötig, so läuft nur die Kondensationsmaschine. Die bei veränderlichem Heizdampfbedarf entstehenden Kraftschwankungen werden durch den Geschwindigkeitsregulator der Kondensationsmaschine ausgeglichen. Auch diese Lösung kommt nur bei größerem Kraftbedarf in Betracht, und zwar meist nur dort, wo es sich um die wirtschaftliche Ausgestaltung vorhandener Dampfanlagen handelt. Für Neuanlagen wird meist die Aufstellung einer Maschine für Zwischendampfentnahme vorzuziehen sein. Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich hauptsächlich auf die ortsfesten Kolbendampfmaschinen mit getrennter Kesselanlage; sie gelten aber größtenteils auch für Lokomobilen. In der anfangs dieses Jahrhunderts zur Einführung gekommenen Dampfturbine ist den Kolbendampfmaschinen ein weiterer Mitbewerber entstanden. Im Verlaufe weniger Jahre hat die Dampfturbine einen sehr hohen Grad technischer und wirtschaftlicher Vollkommenheit erreicht. Speziell als Gegendruckturbine hat sie den Vorzug großer Einfachheit und Billigkeit, weil die umfangreiche Kondensationsanlage wegfällt, und weil meist nur ein einziges Laufrad erforderlich ist. Allerdings braucht die Gegendruckturbine bei denselben Dampfverhältnissen wesentlich mehr Dampf als eine gleich starke Gegendruckkolbenmaschine, oder anders ausgedrückt, für eine bestimmte Abdampfmenge erzeugt die Turbine weniger Kraft als die Kolbenmaschine. Bisweilen werden auch Dampfturbinen in Verbindung mit Kolbenmaschinen angewendet, wobei der Dampf erst die Kolbenmaschine und dann die Turbine durchströmt. Die Dampfturbine ist, im Gegensatz zur Kolbenmaschine, die gegebene Niederdruckmaschine, da sie den Dampf gerade in den unteren Spannungsgebieten weit besser ausnützt als die Kolbenmaschine. Während die letztere im allgemeinen nur Luftleeren von 85—90 % auszunützen vermag, lassen sich in der Dampfturbine Luftleeren von 95 % und mehr wirtschaftlich ausnützen. Die Vereinigung von Turbine und Kolbenmaschine ergibt deshalb eine sehr gute Dampfausnützung. Durch die Fortschritte im Bau und Betrieb von Dampfkraftmaschinen ist der spezifische Dampf- und Brennstoffverbrauch gegenüber früher bedeutend herabgesetzt worden. Das Wort von der „Kohle fressenden" Dampfmaschine ge12

hört der Vergangenheit an. Man hat bei erstklassigen Anlagen schon wärmetechnische Gesamtwirkungsgrade, d. i. eine Gesamtwärmeausnützung des Brennstoffes bis zu rd. 18 % im Beharrungszustand erreicht, entsprechend einem Dampfverbrauch von rd. 4 kg und einem Kohlenverbrauch von rd. 0,5 kg für 1 P S e - s t . In großen Dampfturbinen-Kraftwerken ist man mit dem Verbrauch an Steinkohlen einschließlich sämtlicher Betriebszuschläge schon bis auf 0,9—1 kg für 1 kW-st heruntergekommen. Zu diesem günstigen Ergebnis haben nicht zuletzt auch die Verbesserungen auf dem Gebiete der Dampferzeugung beigetragen. Neuzeitliche Kesselanlagen mit mechanischer Feuerung, mit Dampfüberhitzung und Speisewasservorwärmung nützen die Brennstoffwärme sehr weitgehend aus. Hierdurch und durch die Verringerung der auf die Bedienung entfallenden Ausgaben sind die Erzeugungskosten des Dampfes gegenüber früher wesentlich herabgesetzt worden,. Die weitgehendste Brennstoffausnützung ergibt sich in solchen Betrieben, in denen der Maschinenabdampf weiterhin zu Heizzwecken u. dgl. ausgenützt wird; vgl. die Ausführungen im Abschnitt VII, Seite 27. Das Bestreben im Wärmekraftmaschinenbau geht deshalb, wie schon einleitend b e merkt, heute dahin, Kraft- und Wärmeversorgung möglichst organisch miteinander zu verbinden, um auf diese Weise die höchstmögliche Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage bezw. die geringsten Betriebskosten zu erzielen.

III. Großkraft- und Ueberlandwerke.

Das nicht selten durch behördliche Unterstützung geförderte Streben nach Elektrizitätsversorgung weiter Gebiete von einigen wenigen gro&en Kraftwerken aus hat in neuerer Zeit zu dem Bau zahlreicher Ueberland- bzw. Großkraftwerke geführt. Der Zug ins Große, der besonders in den letzten Jahren der privatwirtschaftlichen Entwicklung in Deutschland das Gepräge gab, hat sonach auch auf dem Gebiete der Elektrizitätsversorgung Eingang gefunden. Die Ueberlandwerke sind hauptsächlich aus dem Bestreben hervorgegangen, das flache Land mit billigem Kraftstrom zu versorgen, ähnlich wie dies in Städten durch die unter städtischer oder privater Leitung stehenden Elektrizitätswerke geschieht. Wenngleich zuzugeben ist, daß durch die Ueberlandwerke ein gewisser großer Zug in die Elektrizitätsver13

sorgung kam, durch den mit manchen rückständigen Gepflogenheiten einzelner Werke aufgeräumt wurde, s o ist doch nicht zu verkennen, daß dieses Streben auch schon manche Auswüchse gezeitigt hat. Zwar bietet gerade für Gegenden mit landwirtschaftlicher Bevölkerung die Versorgung mit billiger elektrischer Energie große Vorteile; jedoch ist zu berücksichtigen, daß hier wegen des unbedeutenden, sich in der Hauptsache auf die Herbstzeit zusammendrängenden Verbrauchs verhältnismäßig weniger Stromabnehmer ein ausgedehntes und weitverzweigtes Leitungsnetz herzustellen ist, das, ebenso wie die Kraftanlage, der Höchstbelastung entsprechen muß. Dieses Leitungsnetz bedingt sehr hohe Anlagekosten, ein Mehrfaches von den Kosten der Kraftstation, und damit auch hohe Beträge für Verzinsung und Abschreibung; hierzu kommen noch die nicht unbeträchtlichen Unterhaltungskosten des Leitungsnetzes und der Unterstationen, sowie die auf die Umformung des elektrischen Stromes entfallenden Kosten. Eine einigermaßen befriedigende Rentabilität derartiger Ueberlandwerke läßt sich daher häufig nur dann herausrechnen, wenn zu dem Mittel abnormal niederer Absdireibungsbeträge gegriffen wird, oder wenn der Unternehmer den Ausfall an Betriebseinnahmen mittelbar durch Installationsund Materiallieferungs-Gewinne zu decken sucht, oder endlich wenn seitens solcher Gemeinden, deren Anschluß nicht genügend lohnend ist, entsprechend hohe Zuschüsse (Zubußen) an das Ueberlandwerk geleistet werden. Nicht zuletzt ist in diesem Zusammenhang noch darauf hinzuweisen, daß auch auf dem Gebiete der Elektrizitätsversorgung der freie Wettbewerb nicht ohne Not ausgeschaltet werden sollte. Man schafft sonst mittelbar für einzelne Finnen Installationsund Materiallieferungs-Monopole. Der Strompreis, der von Ueberlandwerken gefordert wird, ist durchschnittlich höher als derjenige städtischer Elektrizitätswerke. Es ist dies darauf zurückzuführen, daß bei den letzteren der Stromverbrauch ein dichterer ist, insbesondere bei gewerbe- und industriereichen Städten, so daß die Kosten für das Leitungsnetz verhältnismäßig niedriger ausfallen. Anfänglich kam es wohl vor, daß sich benachbarte Ueberlandwerke hinsichtlich der Strompreise bekämpften. Heute findet meist auf Grund gegenseitiger Vereinbarungen eine Einigung über die Stromtarife statt. Die meisten Ueberlandwerke haben für Großabnehmer einen besonderen Tarif, einen sog. Großabnehmertarif, eingeführt, der nach Möglich14

keit den Betriebskosten von Eigenanlagen angepaßt ist. Vielfach treffen die Elektrizitätswerke mit größeren Abnehmern auch geheime Sonderabmachungen; der veröffentlichte Tarif dient in solchen Fällen nur als Grundlage für die Verhandlungen. Eine wesentliche Erhöhung der Strompreise wird dann eintreten, wenn die von manchen Seiten angestrebte Verstaatlichung der Elektrizitätslieferung zur Tatsache werden sollte. Staatsbetriebe arbeiten bekanntlich teurer als private, da letztere ihr Personal im allgemeinen bedeutend stärker beanspruchen. Dazu kommt noch, d a | ein Staatsbeamter sicherer rechnen mufj als der Leiter eines privaten Unternehmens. Letzterer ist bei scharfem Wettbewerb eher in der Lage, Zugeständnisse bezüglich des Stromtarifes zu machen als ein Staatsbeamter, der sich streng an die Vorschriften seiner vorgesetzten Behörde halten mu&. Eine Verstaatlichung der Elektrizitätswerke dürfte deshalb höchstens im Interesse der Elektrizitätsfirmen liegen. Diese würden infolge der Ausschaltung des scharfen Wettbewerbs bessere Preise für ihre Erzeugnisse erzielen, da Staatsaufträge meist lohnender sind als Privataufträge. Im übrigen ist darauf hinzuweisen, dag eine einseitige Bevorzugung und Förderung der Elektrizitätswerke durch den Staat nicht im öffentlichen Interesse liegt, weil dies mit der Zeit einen Rückgang des Gasverbrauchs und damit eine Benachteiligung der Gaswerke zur Folge hätte. Der Gasabsatz sollte aber nach Möglichkeit gefördert werden, da die bei der Destillation der Kohle abfallenden Nebenprodukte, das schwefelsaure Ammoniak und das Teeröl unsere Volkswirtschaft von der ausländischen Einfuhr unabhängiger machen. Die Oele des Teeres werden unter anderem als motorische Treibmittel, das schwefelsaure Ammoniak als landwirtschaftliches Düngemittel zur Sicherstellung der Ernährung unseres Volkes benötigt. Welch hohe Bedeutung diese Nebenprodukte besonders in Kriegszeiten für unsere Landesverteidigung besitzen, lehrt in sehr eindringlicher Weise der europäische Krieg. Aber noch ein anderer Grund spricht gegen zu weitgehende Zentralisation der Krafterzeugung. Der europäische Krieg hat gezeigt, in wie hohem Maße sich die Luftwaffe schon heute zu Angriffszwecken eignet. Die weitere Entwicklung der Flugtechnik lägt mit Sicherheit darauf schlie&en, die Luftwaffe in künftigen Kriegen noch bedeutend stärker 15

in die Erscheinung tritt. Hierbei werden gerade die großen Ueberlandwerke ein beliebtes Ziel für feindliche Angriffe bilden, da durch deren Zerstörung das gewerbliche und industrielle Leben ganzer Provinzen zum großen Teil lahmgelegt werden kann. Mit einer solchen Möglichkeit muß besonders Deutschland infolge seiner geographischen Lage rechnen. Ob und unter welchen Bedingungen für einen Fabrikbetrieb der Anschluß an ein Elektrizitätswerk zu empfehlen ist, wird an späterer Stelle erörtert. Schon hier sei bemerkt, daß diese Frage hauptsächlich eine Tariffrage ist.

IV. Betriebskosten von Kraftanlagen. Die Betriebskosten von Kraftanlagen sind gegenüber früher bedeutend zurückgegangen. Hierzu haben vor allem die Herabsetzung des Brennstoffverbrauches, die Verringerung der Anlagekosten und der gegenüber früher geringere Aufwand für Bedienung beigetragen. Die Betriebskosten setzen sich aus unmittelbaren oder veränderlichen und aus festen oder gleichbleibenden Ausgaben zusammen. Zu den ersteren sind zu rechnen die Ausgaben für Brennstoff, Zu den Strom, Wasser und die Betriebsführungskosten. gleichbleibenden Ausgaben gehören vor allem die Kapitalkosten; weiter gehören hierher die — allerdings meist unerheblichen — Ausgaben für Steuern, öffentliche Abgaben, Versicherungen und Revisionen. Die auf 1 P S - s t entfallenden Betriebskosten, und zwar sowohl die veränderlichen, als auch die festen, verringern sich mit wachsender Maschinengröße. Eine Krafterzeugungsanlage arbeitet im übrigen um so wirtschaftlicher, je höher die durchschnittliche Belastung und die Betriebsdauer sind. Die Belastung der Kraftmaschinen ist in den meisten B e trieben gewissen regelmäßig oder unregelmäßig wiederkehrenden Schwankungen unterworfen. Von Wichtigkeit ist die Kenntnis der größten und kleinsten Belastung, sowie die Größe der durchschnittlichen Belastung. Letzlere ist verschieden, je nach Art des Betriebes. Sie hängt sehr davon ab, ob die Antriebsmaschinen reichlich oder knapp gewählt werden. Audi ist zu berücksichtigen, daß die meisten F a briken ihren Betrieb im Laufe der Zeit vergrößern, weshalb die Belastung von Kraftmaschinen in den ersten Jahren meist geringer ist als in den folgenden. Wenn es sich um verglei16

chende Wirtschaftlichkeitsrechnungen handelt, so ist nicht die Belastung im ersten Betriebsjahr maggebend, sondern der Durchschnitt der vieljährigen Betriebsdauer der Maschine. Wärmekraftmaschinen wird man im allgemeinen nicht unnötig groß wählen. Denn je geringer deren mittlere Belastung ist, desto größer wird der Einfluß der Verzinsung und Abschreibung auf die Kosten der PS-st, und desto höher stellt sich der spezifische Brennstoffverbrauch. Bei Elektromotoren hingegen macht es infolge der geringeren Anschaffungskosten wenig aus, wenn der Motor reichlich gewählt und z. B. nur halb belastet wird. Aus diesem Grunde, sowie mit Rücksicht auf die geringe Zunahme des spezifischen Stromverbrauchs bei Teilbelastungen werden Elektromotoren im allgemeinen reichlicher gewählt als Wärmekraftmaschinen. Die mittlere Belastung von Elektromotoren ist daher eine dementsprechend geringere. Die ungünstigsten Belastungsverhältnisse weisen im allgemeinen Einzelantriebe auf. Für die bei gleichen Leistungs- und Betriebsverhältnissen geringere durchschnittliche Belastung von Elektromotoren mag vielfach noch ein anderer Umstand maßgebend sein. Elektromotoren besitzen infolge Fehlens größerer Schwungmassen nur ein geringes Beharrungsvermögen. Erhöht sich nun momentan der zu überwindende Widerstand, sei es infolge ungleichmäßigen Arbeitens, infolge ungleicher Materialbeschaffenheit oder infolge zu plötzlichen Einrückens, so fällt der Elektromotor in seiner Umlaufzahl ab, nimmt infolgedessen mehr Strom auf, was unter Umständen ein Durchschmelzen der Sicherungen zur Folge hat. Die Gefahr der Ueberlastung ist heute um deswillen größer als früher, weil die Elektromotoren heute näher an ihrer Leistungsgrenze arbeiten als in früheren Jahren. Die geschilderten Verhältnisse treten um so stärker in die Erscheinung, je kleiner der Betrieb bzw. die Anzahl der Arbeitsmaschinen ist. Um die mit einem Tourenabfall verknüpften Betriebsstörungen und Unkosten zu vermeiden, empfiehlt es sich daher, die Leistung von Elektromotoren unter solchen Verhältnissen reichlicher zu wählen als die von Wärmekraftmaschinen. Letztere besitzen in der Massenwirkung ihres Schwungrades eine gewisse Kraftreserve, die zur Deckung momentanen Mehrbedarfs an Kraft verfügbar ist. Reicht bei länger andauernder Ueberlastung diese Kraftreserve nicht aus, so geht eben die Wärmekraftmaschine in ihrer Umlaufzahl etwas zurück, ohne jedoch Schaden zu nehmen. 2

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Bei dieser Sachlage erscheint es unrichtig, wenn die oft recht geringe durchschnittliche Belastung von Elektromotoren kurzerhand auch für Wärmekraftmaschinen angenommen wird. Ebenso unrichtig w ä r e es jedoch, Kraftmaschinen in Fabrikbetrieben mit denjenigen in Elektrizitätswerken zu v e r gleichen. Kraftmaschinen in Fabrikbetrieben werden im a l l g e meinen bedeutend besser ausgenützt als solche in Elektrizitätswerken. 1 ) W a s die Betriebsdauer betrifft, so beträgt diese bei Fabrikbetrieben gewöhnlich etwa 3000 Stunden im Jahr. Bei größeren Fabrikbetrieben kommt auch eine größere Betriebsdauer vor. Betriebe mit täglich 24stündiger Arbeitsdauer sind nur in gewissen Großindustrien üblich. In der Regel sucht man den Nachtbetrieb mit Rücksicht auf die gesetzlichen B e stimmungen und die Arbeiterschwierigkeiten, sowie vor allem wegen der erfahrungsgemäß höheren Kosten der Nachtarbeit zu vermeiden. Die Abschreibung und Instandhaltung kann für den m a schinellen Teil bei 3000 Stunden jährlicher Betriebszeit zu 8 %, für den baulichen Teil zu etwa 3 % angenommen werden. Für Verzinsung des Anlagekapitals genügen 4 — 5 %, im Mittel 4K- %. Dieser Zinsfuß erscheint im Durchschnitt mehrerer Jahre, sachgemäße Geldbeschaffung vorausgesetzt, als durchaus ausreichend. Man könnte sogar den Standpunkt vertreten, daß er zu hoch ist. Da nämlich der Zins vom A n schaffungskapital, d. h. ständig in gleicher Höhe gerechnet wird, während doch in Wirklichkeit das zu verzinsende K a pital von Jahr zu Jahr um den Betrag der Abschreibung a b nimmt, so würde eigentlich im Durchschnitt der ganzen B e triebszeit die halbe Verzinsung genügen. Es dürfen eben auch hier nicht allein die Verhältnisse eines einzigen Betriebsjahres, mindestens nicht eines solchen mit abnormalem Geldstand ins A u g e gefaßt werden. Bei geringer Belastung sind die Betriebskosten von Wärmekraftanlagen in der Hauptsache durch die Kapital- und Betriebsführungskosten bedingt. Bei Elektromotoren fallen zwar diese Kosten verhältnismäßig niedrig aus, dafür aber *) Vgl. in dieser Hinsicht die Ausführungen des V e r f a s s e r s in der Zeitschrift des V e r e i n s deutscher Ingenieure, J a h r g a n g 1913, S . 1041. s o w i e die Ausführungen des B a y e r i s c h e n R e v i s i o n s v e r e i n s in dessen Zeitschrift, J a h r g a n g 1913, S. 96, rechte S p a l t e unten.

18

kommt hier bei modernen Slromtarifen die sog. Grundgebühr in Betracht. Diese bildet für das Elektrizitätswerk gewissermaßen den Ersatz der Unkosten für die Bereitstellung der Stromerzeugungsanlage und des Leitungsnetzes. Die Grundgebühr entspricht im wesentlichen den Kapitalkosten, sowie den Betriebsführungs- und Verwaltungskosten des Elektrizitätswerkes. Audi beim Elektromotor kommen demnach bei geringer Belastung und im Leerlauf hohe Beträge für Verzinsung, Abschreibung usw., wenn auch äußerlich in anderer Form als bei Wärmekraftmaschinen, in Betracht. Die Ausgaben für die Bedienung von Dampfanlagen sind infolge der Verringerung des Brennstoffverbrauches und infolge der Einführung mechanischer Kesselfeuerungen gegenüber früher wesentlich zurückgegangen. Dampfkraftanlagen bis etwa 200 P S größter Dauerleistung können bei entsprechender örtlicher Anordnung anstandslos durch einen einzigen Mann bedient werden, ohne daß die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des Betriebes darunter leidet. Als Beispiel erwähne ich nur ein mir bekanntes, vorzüglich betriebenes städtisches Gleichstrom-Elektrizitätswerk, dessen Dampfkraftanlage in ihrem neueren Teil aus einer 160pferdigen Heißdampf-Tandemmaschine mit Einspritzkondensation, einem Flammrohrkessel mit Rauchgasvorwärmer (Ekonomiser), Ueberhitzer und mechanischem Rostbeschicker besteht. In diesem Werk erfolgt die Bedienung der Dampfmaschine, der Kesselanlage und des elektrischen Teiles einschließlich der Schaltanlage durch einen einzigen Mann. Nur während der Abendstunden, im Winter auch in den frühen Morgenstunden, ist noch ein zweiter Mann zugegen, damit im Falle einer Störung im Leitungsnetz oder im Werk jemand zur Verfügung steht. Wenn man schon bei einem öffentlichen Elektrizitätswerk, von dem mit Rücksicht auf die zahlreichen Stromabnehmer ein besonders hohes Maß von Betriebssicherheit verlangt wird, mit einem einzigen Mann auskommt, s o ist dies bei einem Fabrikbetrieb erst recht möglich. Es genügt hier vollständig, jemand vom Fabrikpersonal für Aushilfszwecke anzulernen. Audi die Ausgaben für Schmiermaterial sind heute infolge der Rückgewinnung des Oels aus dem Abdampf und der Reinigung und Wiederverwendung des ablaufenden Maschinenöles geringer als früher. Man kann z. B. annehmen, daß eine 100pferdige Maschine etwa 3 g/PSe-st Schmieröl verbraucht, und zwar Zylinder- und Maschinenöl zusammen, 19

während eine lOOOpferdige Maschine etwa 1 g/PSe-st b e nötigt. Hierbei ist vorausgesetzt, d a | die Schmierstellen richtig eingestellt werden, da{$ gutes Oel verwendet wird, und da& das ablaufende Oel zurückgewonnen, gereinigt und wiederverwendet wird. Die Kosten für Putzmittel machen etwa V» bis Yt des Betrages der Oelkosten aus. Werden die Putzstoffe entölt, gereinigt und wiederverwendet, so lassen sich die Kosten für Putzmittel noch weiter herabsetzen. Bei einem Vergleich der Betriebskosten verschiedener Maschinengattungen ist von den gleichen Betriebs- und B e lastungsverhältnissen, sowie von derselben größten Dauerleistung der Maschinen auszugehen. Ein solcher Vergleich, bei dem auch der Wärmebedarf zu berücksichtigen ist, läfjt sich natürlich nur dann in einwandfreier Weise durchführen, wenn ein zuverlässiges Betriebsbild über die jeweilige Grö&e und Dauer des Kraft-, Licht- und Wärmeverbrauchs vorliegt. Die hierzu erforderlichen Unterlagen sind oft nicht leicht zu beschaffen; sie können bei vorhandenen Anlagen aus den Betriebsaufzeichnungen oder durch betriebsmäßig durchgeführte Versuche, bei Neuanlagen auf Grund von Erfahrungen in ähnlichen Betrieben oder auf Grund von Angaben seitens der Lieferanten der Fabrikeinrichtungen gewonnen werden. .Wird eine Wärmekraftanlage gut ausgenützt, so entfällt meistens der Hauptteil der Betriebskosten auf die Brennstoffausgaben, zumal bei hohen Brennstoffpreisen. Es sei deshalb im nächsten Abschnitt kurz von den Brennstoffen, ihrem Heizwert und Preis, sowie von dem Dampfpreis die Rede. Neben dem Brennstoffverbrauch haben die Kapitalkosten den gröBten Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit einer Anlage.

V . Die Brennstoffe und der Dampfpreis. Man unterscheidet zwischen festen, flüssigen und g a s förmigen Brennstoffen. Die hauptsächlichsten festen Brennstoffe sind Steinkohlen, Braunkohlen und Torf. Für Dampfkraftanlagen können alle Arten von Brennstoffen verwendet werden; am wichtigsten sind die festen, vor allem die Steinkohlen. Man unterscheidet hier gewöhnlich zwischen Magerkohlen und Fettkohlen. Unter den ersteren versteht man eine Kohlenart, die nur geringe Mengen flüchtiger d. h. gasbildender Bestandteile (Kohlenwasserstoffe) enthält. Die magerste und zugleich die hochwertigste Kohle ist der Anthrazit. Im 20

Gegensatz zur Magerkohle ist die Fettkohle reich an flüchtigen Bestandteilen. Fettkohlen verbrennen deshalb mit heller langer Flamme. Man bezeichnet sie auch als langflammige Kohlen im Gegensatz zu den mit kurzer Flamme verbrennenden Magerkohlen. Am häufigsten kommen in Deutschland langflammige Kohlen, sowie ein Gemisch von Mager- und Fettkohlen für den Dampfkesselbetrieb zur Verwendung. Scharf bestimmte Normen zur Unterscheidung der verschiedenen Steinkohlen bestehen nicht. Im Ruhrgebiet gelten für Magerkohlen als obere Grenze der flüchtigen Bestandteile etwa 12 %, für Fettkohlen als untere Grenze der flüchtigen Bestandteile etwa 18 %. Am gasreichsten sind die sogenannten Gas- und Gasflammkohlen. Letztere finden unter anderem auch fürDampfkessel, insbesondere als Grus, nicht seltenVerwendung. Zur Charakteristik eines Brennstoffes gehört hauptsächlich sein Heizwert, sowie sein Gehalt an Wasser und Asche bzw. mineralischen Bestandteilen. Für die laufende Beurteilung einer Kohle genügt die Untersuchung auf Asche und Wasser, währehd Heizwertbesfimmungen nur bei Probelieferungen oder bei größeren Abweichungen in Betracht kommen. Von Wichtigkeit für die Beurteilung einer Kohle ist ferner deren Verhalten auf dem Rost. Bildet beispielsweise eine Kohle viel dünnflüssige Schlacke, so tropft diese durch die Brennstoffschicht hindurch bis auf den Rost, wo sie, durch die Verbrennungsluft abgekühlt, erstarrt und eine Verstopfung der Rostspalten hervorruft. Die Folge ist, daß der Rost öfters geschlackt werden muß und die Verdampfung eine schlechtere wird, als auf Grund des Heizwertes zu erwarten wäre. In solchen Fällen gibt somit der kalorimetrische Heizwert allein ein zu günstiges Bild von dem Brennstoff. Will man zwei Brennstoffsorten in wirtschaftlicher Hinsicht miteinander vergleichen, so berechnet man deren Wärmepreis, indem man feststellt, wie teuer 10 000 WE zu stehen kommen. Ein solcher Vergleich gibt allerdings bei festen Brennstoffen nicht immer ein einwandfreies Bild. Denn es ist hier noch in Betracht zu ziehen, daß sich die Brennstoffe in der Kesselanlage nicht alle gleich gut ausnützen lassen. Auf die Ausnützung des Brennstoffs ist außer seinem Verhalten auf dem Rost noch sein Gehalt an festem Kohlenstoff und an flüchtigen Bestandteilen von Einfluß. Im allgemeinen ergeben hochwertige Kohlen eine bessere Wärmeausnützung als geringwertige. 21

Je niedriger unier sonst gleichen Verhältnissen der Wärmepreis ist, desto geringer stellen sich, gleich günstige Ausnützung im praktischen Betriebe vorausgesetzt, die Brennstoffausgaben für 1 PSe-st. Im nachfolgenden ist für die gebräuchlichsten festen Brennstoffe der Marktpreis in Deutschland, der Heizwert und der Wärmepreis angegeben. Gewichts- und Wärmepreis fester Brennstoffe. P r e i s für 100 k g W ä r m e p r e i s für ; Heizfrei 10000 W E frei ; w e r t V e r b r a u c h s t e l l e Verbrauchstelle rd. WE Mk. rd. Pf.

Steinkohle (hochwertig) . . Anthrazit Braunkohle (hochwertig) . Braunkohle (minderwertig)j

7500 8000 5000 2500

1,60 2,30 0,90 0,55

bis „ „ „

2,80 3,90 2,20 1,10

2,1 2,9 1,8 2,2

bis „ „ „

3,7 4,9 4,4 4,4

Die vorstehend angegebenen Heizwerte sind als Durchschnittswerte aufzufassen. Der Heizwert fester Brennstoffe schwankt innerhalb ziemlich weiter Grenzen, je nach deren Wasser- und Aschengehalt, deren Komgrö&e und Lagerzeit. Da die Preise der Brennstoffe unter sonst gleichen Verhältnissen von der Lage des Verbrauchsortes, der Komgrö&e und nicht zuletzt von der Höhe des Verbrauchs abhängig sind, so ist jeweils ein unterer und ein oberer Wert angegeben. In Fällen, in denen der Brennstoff durch Lagerung oder durch Sieben an Gewicht verliert, ist zu dem Kaufpreis ein entsprechender Zuschlag zu machen, um den Brennstoffpreis im Verbrauchszustand zu bekommen. Für die Berechnung des Wärmepreises ist immer der tatsächliche Brennstoffpreis frei Kesselhaus maßgebend. Hierbei ist auch zu beachten, da& Braunkohlen und Torf mehr Kosten für Lagerung und für den Transport vom Lager zur Kesselanlage, sowie höhere Heizerlöhne erfordern als hochwertige Steinkohlen. Bezüglich des Einkaufs der Brennstoffe sei bemerkt, da& Brennstoffe, ebenso wie andere Waren, nach ihrem Nutzwert, d. h. nach ihrem Heizwert eingekauft werden sollten. Denn der Heizwert ist bestimmend für den Wärmepreis und bildet den wichtigsten Maßstab für die Bewertung eines Brennstoffs in wärmetechnischer Hinsicht. Alle Versuche, die Preisbemessung der Brennstoffe auf Grund ihres Heizwertes vorzunehmen, scheiterten jedoch an dem Widerstand der Zechen und 22

des Kohlensyndikates, welche sich noch heute grundsälzlidi dagegen verwahren, bindende Angaben über den Heizwert zu machen. Der Einwand der Produzenten und Händler, daß auf Grund der Untersuchung einer kleinen Probe der Wert einer großen Lieferung nicht sicher zu bestimmen und eine zuverlässige Probenahme nicht möglich sei, ist nicht stichhaltig. Es muß eben bei der Probenahme mit der größten Sorgfalt und Gewissenhaftigkeit verfahren werden, damit die zur Untersuchung gelangende Probe auch wirklich der Durchschnittsbeschaffenheit der gesamten Kohlenmenge entspricht. Je ungleichmäßiger nach Stückgröße, Steingehalt und Feuchtigkeit eine Kohle ist, desto größer nehme man die erste Rohprobe und desto sorgfältiger muß die Zerkleinerung und Mischung von Anfang an sein, um einen guten Durchschnitt zu erhalten. Im übrigen sei hier auf die vom Deutschen Verein von G a s und Wasserfachmännern in Verbindung mit anderen Fachvereinen und dem Kgl. Materialprüfungsamt in Groß-Lichterfelde ausgearbeitete und seit langen Jahren mit Erfolg verwendete Vorschrift zur Probenahme von Kohlen hingewiesen. Naturgemäß kommt, wie bereits erwähnt, für die Beurteilung von Kohlen nicht allein deren Heizwert in Betracht. Wenn aber im praktischen Betriebe die Eignung bestimmter Kohlensorten für eine gegebene Feuerung einmal festgestellt ist, so hängt der Wert der Kohle von ihrem Heizwert ab. Verbraucher, sowie Erzeuger haben ein Interesse daran, diesen zu kennen. Die bei Dampfkraftanlagen auf die Kraflerzeugung entfallenden Brennstoffkosten sind von zwei Faktoren abhängig, von dem Dampfverbrauch der Maschinen und dem in der Kesselanlage erzielten Dampfpreis. Jede Verminderung des einen der beiden Faktoren, Dampfmenge und Dampfpreis, bedingt einen Rückgang der Brennstoffkosten. Der Dampfpreis, d. h. die Brennstoffkosten für 1000 kg Dampf, hängt von dem Wärmepreis des verfeuerten Brennstoffes und von dem Wirkungsgrad der Kesselanlage ab. Der Dampfpreis ergibt sich, wenn man die Kosten von 1000 kg Kohlen durch die Verdampfungsziffer dividiert. Kostet z. B. eine Ruhrkohle von 7500 WE Heizwert frei Kesselhaus 2.80 M/100 kg, so ergibt sich die Normal-Verdampfungsziffer unter Zugrundelegung eines Wirkungsgrades der Kesselanlage von 75 % zu 7500 639,7 0 .75 = rd. 8,8 23

und der Normal-Dampfpreis zu 1000 w - g - 8 — 0,028 = 3,18 M. Hierbei bedeutet 639,7 die Erzeugungswärme von Dampf von 100 "C, erzeugt aus Wasser von 0 ° [Normaldampf). Der wirkliche Dampfpreis, wie er sich im Betrieb ergibt, weicht je nach der Spannung und Temperatur des Dampfes und je nach der Speisewassertemperatur von dem vorstehend für Normaldampf berechneten nach oben oder unten hin ab. So z. B. ergibt sich in dem weiter unten folgenden Beispiel 5 (Seite 48), die Normal-Verdampfungsziffer zu 7,999, die wirkliche Verdampfungsziffer dagegen zu 7,485. Dementsprechend ist bei dem in Betracht kommenden Kohlenpreis von 2.57 M/100 kg der Normal-Dampfpreis 3.22 M, der wirkliche Dampfpreis dagegen 3.43 M. Für die Berechnung der Betriebskosten kommt naturgemäß nur der letztere in Betracht; die Normal-Verdampfungsziffer und der Normal-Dampfpreis haben nur die Bedeutung von Vergleichswerten. Infolge der Verbesserung der Kessel- und Feuerungsanlagen lassen sich heute wesentlich niedrigere Dampfpreise als in früheren Jahren erzielen. Hierzu hat nicht zuletzt auch die zunehmende Verbreitung von Einrichtungen zur Kontrolle des Kesselbetriebes beigetragen, wie Wägevorrichtungen, Wassermesser, Dampfmesser, Kohlensäuremesser usw. Für viele Gegenden Nord- und Mitteldeutschlands mit billigen Kohlenpreisen kann heute mit einem Dampfpreis von etwa 2 M gerechnet werden, während sich in Gegenden mit hohen Brennstoffpreisen, wie z. B. Süddeutschland, Dampfpreise von etwa 3 M erzielen lassen.

VI. Betriebssicherheit und Betriebs^ Unabhängigkeit von Kraftanlagen. Die Betriebssicherheit, d. h. die jederzeitige Leistungs- und Gebrauchsfähigkeit einer Anlage hängt ab 1. vom Maschinensystem; 2. von der mehr oder weniger forgfältigen Ausführung der einzelnen Teile, kurz von der Güte des Fabrikats; 3. von der sachgemäßen Projektierung der Gesamtanlage; 24

4. von der mehr oder weniger aufmerksamen Bedienung und Instandhaltung der Anlage (hierher gehört auch die Bereitstellung von Ersatzteilen); 5. von Einflüssen höherer Gewalt, wie Hochwasser, Eisgefahr, Blitzgefahr, Sturm usw. Was den elektromotorischen Betrieb betrifft, so ist hier zwischen dem eigentlichen Elektromotor und der Gesamtanlage, deren Teilglied er bildet, zu unterscheiden. Ohne Zweifel bedingt die große Einfachheit und leichte Handhabung des Elektromotors auch eine entsprechende Betriebssicherheit, jedoch darf nicht übersehen werden, daß der Elektromotor auf die Energiezufuhr von äugen angewiesen und deshalb von der Betriebssicherheit der Stromerzeugungs- und vor allem der gesamten Fernleitungsanlage mit ihren vielen Unterbrechungsstellen abhängig ist, eine Abhängigkeit, die unter Umständen sehr gegen fremden Strombezug sprechen kann. Alle Störungen in der Stromzufuhr durdi Fälle höherer Gewalt (elementare Naturereignisse) oder infolge Schadhaftwerdens der Maschinen- und Leitungsanlage haben eine Unterbrechung des elektromotorischen Betriebes zur Folge. Unter Berücksichtigung dieser Verhältnisse ist es meines Erachtens durchaus nicht gerechtfertigt, dem Betrieb mit Elektromotoren, der ja seinem Ursprung nach meist auf Wärmekraftmaschinen in der Zentrale beruht, eine höhere Sicherheit als demjenigen mit guten Wärmekraftmaschinen in eigener selbständiger Kraftanlage zuzuschreiben. Im Gegenteil ist bei der elektrischen Uebertragung die Zahl der Störungsmöglichkeiten schon infolge der großen Entfernung zwischen Kraftquelle und Verbrauchsort größer. Man denke an die Leitungsbrüche bei Freileitungen, an das Durchschlagen von Kabeln, an die Beschädigungen von Transformatoren durch atmosphärische Einflüsse, Ueberspannungen u. dgl. Störungen kommen ferner nicht allzuselten vor beim Auftreten von Kurzschlüssen und beim zeitweisen Ausschalten einzelner Netzteile infolge einer Störung in der Zentrale oder bei einem Abnehmer, oder bei Arbeiten am Leitungsnetz und in den Unterstationen. Nun kann mit Recht eingewendet werden, daß z. B. der Ersatz eines schadhaft gewordenen Transformators durch einen anderen unter günstigen Umständen im Verlaufe weniger Stunden, je nach der Entfernung vom nächsten Lager, zu bewerkstelligen ist. Wenn allerdings eine größere Zahl von Transformatoren gleichzeitig unbrauchbar wird, so ist es mög25

lieh, dafe die Störung lagelang dauert. Weilerhin kann eingewendet werden, da($ beim Schadhaftwerden einer Hauptbetriebsmaschine oder eines Kessels noch immer die R e serveanlage vorhanden ist. Abgesehen von solchen Fällen, bei denen infolge zufälligen Zusammentreffens unglücklicher Umstände mehrere Maschinen ziemlich gleichzeitig schadhaft wurden, bleibt noch immer zu berücksichtigen, da& bei in der Entwicklung begriffenen Werken stets Zeiten vorkommen, in denen die Reserve ungenügend ist, insbesondere wenn ein großes Aggregat ausfällt. Störungen treten aber vielfach gerade im Augenblick der höchsten Belastung ein, bei welcher die meisten Maschinen am empfindlichsten sind und die R e serve am geringsten ist. Betriebsunterbrechungen einer Anlage können au&er durch schlechte Konstruktion und Ausführung, durch mangelhafte Wartung oder durch höhere Gewalt auch noch dadurch verursacht werden, daß das Bedienungspersonal erkrankt oder in den Ausstand tritt. Wenn auch derartige Verkommnisse nur mittelbar mit der Betriebssicherheit von Kraftanlagen zusammenhängen, so verdienen sie vom betriebstechnischen Standpunkt aus doch unsere volle Beachtung. Eine Anlage, die einfach ist und eine geringere Abhängigkeit vom Bedienungspersonal gewährleistet, verdient unter Umständen den Vorzug vor einer wirtschaftlicher arbeitenden, aber verwickeiteren Anlage. Vielfach wird deshalb die Frage erörtert, ob nicht von diesem Gesichtspunkt aus der Anschluß an ein Elektrizitätswerk der Aufstellung einer eigenen Kraftanlage wesentlich vorzuziehen sei. Da der Elektromotor ein Mindestmaß an Bedienung beansprucht, so ist man bei ihm in der Tat am wenigsten vom Bedienungspersonal abhängig. Betrachtet man jedoch wieder den Elektromotor im Zusammenhang mit der ganzen Stromerzeugungs- und Verteilungsanlage, so zeigt sich diese Abhängigkeit mittelbar auch hier, denn das zentrale Kraftwerk ist, ebenso wie die Einzelanlage, auf Wärme- oder Wasserkraftmaschinen angewiesen. Im übrigen wäre es vom betriebstechnischen Standpunkt aus unverantwortlich, einen Betrieb von einer einzigen Person abhängig zu machen. Ein gewissenhafter Betriebsleiter wird stets mehrere Leute in der Bedienung der Kraftanlage gleichzeitig anlernen, damit im Falle von Krankheit oder dergl. sofort Ersatzpersonal einspringen kann. Auf diese Weise ist auch bei Aufstellung einer eigenen Kraftanlage, natürlich immer unter der Voraussetzung, dafs es sich um ein gutes Fabrikat handelt, die 26

nötige Betriebssicherheit und Betriebsunabhängigkeit gewährleistet. Hinsichtlich der letzteren ist die eigene Kraftanlage sogar im Vorteil, insofern als man bei ihr von Sperrzeiten und Tarifbestimmungen unabhängig ist.

VII. Allgemeine Gesichtspunkte bei Wahl einer Betriebskraft:. Die Wahl einer Beiriebskraft geschieht im allgemeinen auf Grund wirtschaftlicher Erwägungen. Ergibt sich hierbei für zwei Anlagen die gleiche Wirtschaftlichkeit, so empfiehlt sich die Wahl der in der Anschaffung billigeren Anlage. Bisweilen sind auch andere als wirtschaftliche Gesichtspunkte ausschlaggebend, so vor allem die Betriebssicherheit, ferner die Einfachheit der Anlage, der Raumbedarf, die Ueberlastungs- und Regulierfähigkeit, die mehr oder weniger rasche Betriebsbereitschaft, die Geräuschlosigkeit bzw. die Ruhe des Ganges usw. Besonders wirtschaftlich gestaltet sich der Betrieb von Kraftanlagen, die mit einer Wärmeversorgung verbunden werden. Durch möglichst weitgehende Verwendung von Maschinenabwärme zu Heizzwecken läßt sich der Gesamtbrennstoffbedarf für Kraft und Heizung wesentlich vermindern. Bei Dampfanlagen bedingt die Abwärmeverwertung noch insofern Ersparnisse, als die Kapitalkosten der Kesselanlage und die Heizerkosten nur zum Teil dem Konto der Krafterzeugung zuzurechnen sind. Von ausschlaggebendem Einflug auf die Wahl der Betriebskraft ist deshalb stets der Umstand, ob e s sich um reinen Kraftbetrieb, oder um einen Betrieb mit g e mischtem Energiebedarf handelt. Der letztere Fall liegt z. B. vor bei Brauereien, Zuckerfabriken, chemischen Fabriken, Brikettfabriken, Papierfabriken, Webereien, Färbereien, Wäschereien, Badeansalten usw. In allen diesen Betrieben wird außer Kraft auch eine größere Menge Wärme zum Heizen, Kochen, Trocknen sowie zum Erwärmen von Luft und Wasser benötigt. In den vorstehend erwähnten Betrieben handelt es sich um die Ausnützung von Maschinenabwärme. Es kommen nun umgekehrt auch Fälle vor, wo Abwärmemengen aus der F a brikation, z. B. die Abgase von Glühöfen, Schweißöfen u. dgl. zur Dampferzeugung für Kraftzwecke ausgenützt werden 27

können. Auf diese Fälle braucht in diesem Zusammenhang nicht besonders eingegangen zu werden, da hier eben an die Stelle eines besonderen Brennstoffes kostenlose Abwärme tritt. Für Betriebe, die auger Kraft auch eine größere Menge Wärme zu Heiz- und Fabrikationszwecken benötigen, stellt sich im allgemeinen die Dampfkraftmaschine als die einfachste und wirtschaftlichste Betriebskraft dar. Die Dampfanlage hat gegenüber anderen Wärmekraftmaschinen den grundsätzlichen Vorteil, daß für sie jeder Brennstoff verwendbar ist, und daß sie, wie Fig. 1 zeigt, große und bequem ausnutzbare W[

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H S Nutzleistung

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7000

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7000

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| Reibung u. Strahlung

Da mffkrafr-Anlagen mitAuspuff mit Kon den * satron

SU Auspuffgase ¡h^

Wtßfc 2600

Sauggas. anläge

gggj Kühlwasser 2600^^

2300

Gas• mascbine

2300

Diesel/nasch/m

Fi?. I. Wärmebilanz von Dampf- und VerbrennungsKraftmaschinen-Anlagen verschiedener Größe.

Abwärmemengen liefert, während sich bei Gas- und O e l maschinen nur wenig Abwärme ergibt, und zwar teils in Form von erwärmten Kühlwasser, teils in Form von heißen, verunreinigten Auspuffgasen. Die Auspuffgase haben ein großes Volumen bei verhältnismäßig sehr geringem Wärmeinhalt; zu ihrer Ausnützung ist in der Regel die Aufstellung eines besonderen Abwärmeverwerters nötig. Da das Wärmeübertragungsvermögen von Gasen im Gegensatz zu kondensierendem Wasserdampf ein sehr geringes ist, so sind Für den Abgasverwerter verhältnismäßig große Heizflächen erforderlich. 28

Für Dampfanlagen kann man jeweils den im Wärmepreis ortsbilligsten Brennstoff auswählen, was bei Gas- und Oelmaschinen nicht möglich ist. Dabei hat die Dampfanlage noch den Vorzug, dag sich die Anforderungen hinsichtlich des Wärmebedarfs ganz unabhängig vom Betrieb der Maschine befriedigen lassen. Beispielsweise kann man einer Dampfmaschine durch Zwischendampfentnahme in weiten Grenzen unabhängig von der Belastung Wärme entziehen. Ist eine Dampfmaschine außer Betrieb, so kann eine unmittelbare Wärmeentnahme aus dem Kessel stattfinden. Die im Abdampf einer Maschine enthaltene Wärme ist nur um den Wärmewert der indizierten Arbeit, sowie um einen auf die Strahlungsverluste entfallenden Wärmebetrag kleiner als die Frischdampfwärme; vgl. auch die Figuren 6 und 7, S. 40 ff. Der Abdampf enthält demnach noch den weitaus größten Teil der Frischdampfwärme, etwa 80—90%, je nach dem Dampfverbrauch der Maschine; vgl. Beispiele 1 und 2, Seite 39 ff. Daraus ergibt sich ohne weiteres der große Nutzen der Abwärmeverwertung. Durch vollständige Abdampfverwertung kann man bei Dampfanlagen eine Gesamtwärmeausnützung des Brennstoffs bis nahezu 80% erreichen, während man gemäß früher bei ausschließlicher Krafterzeugung im günstigsten Fall nur auf etwa 18 % kommt. Bei vollständiger Abdampfverwertung lassen sich demnach die Verluste nahezu auf diejenigen in der Kesselanlage beschränken. An dieser Stelle sei bemerkt, daß der bisweilen der Abdampfheizung gemachte Vorwurf, daß sie eine zu langsame oder ungenügende Heizwirkung ergäbe, also weniger wirksam sei, als Frischdampfheizung, nicht gerechtfertigt ist. Die Ursache der unbefriedigenden Heizwirkung ist meist darin zu erblicken, daß die betreffenden Heizflächen oder die Dampfzuleitungen ungenügend bemessen sind. Abdampf erfordert nämlich größere Heizflächen und Rohrweiten als Frischdampf höheren Druckes. Auch ist bei Abdampfheizung der richtigen Abführung des Kondensats besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Wird eine Wärmekraftanlage schlecht ausgenützt, so tritt gemäß Figur 2 der Anteil der Brennstoffkosten hinter denjenigen der Kapitalkosten zurück, insbesondere bei billigen Brennstoffpreisen. Bei schlechter Ausnützung und für Reservezwecke ist deshalb derjenigen Kraftmaschine der Vorzug zu geben, welche die geringsten Anlagekosten verursacht. Nicht selten wird die Frage „Wärmekraftmaschine oder 29

Elektromotor" mit einer anderen Streitfrage „Transmissionsoder elektrischer Antrieb" verquickt. Es wird darauf hingewiesen, dajj bei mechanischer Uebertragung der Kraft erhebliche Verluste durch Riemen- und Lagerreibung entstehen, die

3

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Koptto/Aosftn. Verzinsung und Abschrtioung einschl. Unkrna!trg derJnbge

sooosf Stfrieht/mtr

Fig. 2. Jährliche Betriebskosten einer KondensationsDampfmaschinen-Anlage von 200 PSe größter Dauerleistung bei verschiedenen Steinkohlenpreisen und Betriebsstunden, unter Zugrundelegung einer durchschnittlichen Belastung von 150 PSe.

bei elektromotorischem Antrieb durch entsprechende Unterteilung der Antriebskraft größtenteils vermieden werden. Es ist jedoch zu berücksichtigen, da& den Verlusten durch Riemen- und Lagerreibung die Verluste infolge des ungünstigeren 30

Wirkungsgrades kleinerer Einzelmotoren, sowie die Spannungsverluste in den Zuleitungen zu den Motoren gegenüberstehen. Bekanntlich läßt man bei gewerblichen Anlagen einen höheren Spannungsverlust in der Leitung zu als bei Lichtanlagen. Man kann annehmen, daß der Leitungsverlust bei Vollbelastung etwa 5 % beträgt. 1 ) Zweifellos hat man bei elektromotorischem Einzelantrieb außer dem Vorteil, der unter Umständen in dem unmittelbaren Zusammenbau von Elektromotor und Arbeitsmaschine liegt, den Vorteil bequemster Teilbarkeit der Antriebskraft und damit auch denjenigen einer gewissen Unabhängigkeit beim Bau der Fabrik. Jedoch darf nicht übersehen werden, daß durch Unterteilung der Gesamtkraft in eine größere Anzahl kleiner Leistungen ein Hauptvorteil des elektromotorischen Antriebes, die geringen Anlagekosten, zum großen Teil verloren geht, weil kleine Maschinen stets verhältnismäßig teurer kommen als große, und weil bekanntlich bei Einzelantrieben die Gesamtleistung der Motoren bedeutend größer als bei Transmissions- oder Gruppenantrieben zu wählen ist, da jeder Motor dem höchsten Kraftbedarf der anzutreibenden Maschine entsprechen muß. Bei Aufstellung einer größeren Anzahl von Einzelmotoren erhöhen sich außer den Kapitalkosten auch die Bedienungskosten, da man alsdann zur Instandhaltung der Motoren besondere fachkundige Leute nötig hat. Die einzelnen Arbeiter mit der Instandhaltung ihrer Motoren zu beauftragen, erscheint im allgemeinen nicht zweckmäßig; erstens besitzen sie hierzu meist nicht die nötigen Spezialkenntnisse und zweitens fehlt es ihnen beim Arbeiten im Akkord an der erforderlichen Zeit. Aus diesen Gründen kommt der elektrische Einzelantrieb gewöhnlich nur für Maschinen mit verhältnismäßig großem Kraftbedarf in Betracht, die nicht ständig, sondern mit längeren Unterbrechungen betrieben werden. Der Einzelantrieb wird ferner dort angewendet, wo die Arbeitsmaschinen räumlich sehr weit voneinander entfernt sind, oder wo eine bestehende Anlage, deren Betriebskraft und Transmission bereits voll ausgenützt sind, durch Aufstellung von einigen größeren Maschinen vergrößert werden soll. Wo diese Voraussetzungen nicht zutreffen, ist Transmissions- oder Gruppenantrieb vorzuziehen. 0 Weiteres über die Verluste bei Transmissionsantrieb und bei elektrischem Antrieb findet sich in dem Werk des Verfassers „Wahl. Projektierung und Betrieb von Kraftanlagen" (Verlag J. Springer) Seite 185—193. 31

Der vielfach beliebte Vergleich zwischen einer Wärmekraftmaschine mit reiner Transmissionsübertragung und dem Anschluß an ein Elektrizitätswerk unter Zugrundelegung von Einzel- oder Gruppenantrieb ist in der Regel nicht gerechtfertigt. Wenn in einem besonders gelagerten Fall hohe Transmissionsverluste auftreten, so hat dies mit der Art der Kraftmaschine an sich nichts zu tun. Es wäre verfehlt, daraus Folgerungen zugunsten des Anschlusses an ein Elektrizitätswerk abzuleiten. Denn elektrischer Antrieb kann auch bei Erzeugung der Elektrizität im eigenen Werk angewendet werden und bietet dann naturgemäß die gleichen Vorteile wie beim Anschluß an ein Elektrizitätswerk.

VIII. Wahl zwischen Dampfmaschine und Elektromotor bei reinem Kraftbetrieb. In den Figuren 3 und 4 sind die jährlichen Betriebskosten von Dampfmaschinenanlagen und Elektromotoren ohne R e serve für verschiedene Maschinengrößen, verschiedene jährliche Betriebsdauer und verschiedene Brennstoff- und Strompreise dargestellt. In den Betriebskosten sind die Verzinsung, Abschreibung und Instandhaltung des maschinellen und baulichen Teils, die Brennstoff- bzw. Stromausgaben, sowie die Ausgaben für Bedienung, Schmier- und Putzstoffe und W a s serbeschaffung enthalten. In beiden Fällen wurde vorausgesetzt, daß die Maschinen durchschnittlich mit 3A ihrer größten Dauerleistung belastet sind. Der letzteren Annahme kommt naturgemäß keine allgemeine Gültigkeit zu, denn es werden Fälle vorkommen, in denen die mittlere Belastung höher ist, anderseits aber auch solche, in denen sie niedriger ist. Wenn auch die mittlere Belastung im ersten Jahr vielleicht nicht 3A der Dauerleistung erreicht, so tritt im allgemeinen schon nach wenigen Jahren der Fall ein, daß die Maschine voll ausgenützt, unter Umständen sogar überlastet ist. Wirtschaftlichkeitsrechnungen sind aber gemäß früher nicht für die Belastung im ersten Jahr, sondern für den Durchschnitt der vieljährigen B e triebsdauer der Maschine aufzustellen. Als Strompreise wurden bei Elektromotoren 5 und 10 Pf für 1 kW-st angenommen. Diese Preise verstehen sich unter Einschluß der von den Elektrizitätswerken gewährten Rabatte. Die letzteren sind in der Praxis verschieden groß, je nach der Stromentnahme und der jährlichen Betriebsdauer. Bei klei32

nen oder schwach belasteten Motoren und geringer Betriebsdauer fällt der Rabatt kleiner aus als bei grojjen oder gut b e lasteten Motoren und grofjer Betriebsdauer. Dementsprechend wurden hier verschiedene Strompreise angenommen. Bei Dampfmaschinenanlagen wurden die Brennstoffpreise zu 1.50 M und 3 M für 100 kg Steinkohlen frei Kesselhaus angenommen. In Fällen, in denen die Brennstoff- und Strompreise zwischen den gewähllen Grenzwerten liegen, lassen

Moiorgrösse

Fig. 3. Jährliche Betriebskosten von normallaufenden Elektromotoren bei verschiedenen Strompreisen und Betriebsstunden, unter Zugrundelegung einer durchschnittlichen Belastung von V\ der Motorgröße bezw. der größten Dauerleistung.

sich aus den Figuren leicht die Betriebskosten ermitteln, die den betreffenden Zwischenpunkten entsprechen. Die jährliche Betriebsdauer wurde zu 200, 500, 1000, 2000 und 3000 Stunden angenommen. Bei Elektromotoren braucht nicht weiter darauf Rücksicht genommen zu werden, auf wieviele Tage sich die gesamte jährliche Betriebsstundenzahl verteilt. Bei Dampfkraftanlagen hingegen ist dies in Anbe-

iracht der Verluste in den Stillstandpausen von wesentlicher Bedeutung. Um hier den durchschnittlichen Brennstoffverbrauch richtig einschätzen zu können, ist e s notwendig, von vornherein eine bestimmte Voraussetzung hinsichtlich der Zahl der Betriebstage zu machen. Es wurde deshalb a n g e nommen, da& die jährliche Betriebsdauer von 200 Stunden d a durch zustande kommt, dag die Kraftmaschine, während 50

Hoscfiinentwssr Fi?. 4. Jährliche Betriebskosten von Kondensations-DampfmaschinenAnlagen bei verschiedenen Steinkohlenpreisen und Betriebsstunden, unter Zugrundelegung einer durchschnittlichen Belastung von % der Maschinengröße bezw. der größten Dauerleistung.

Tagen durchschnittlich 4 Stunden im Tag arbeitet. Die jährliche Betriebsdauer von 500 Stunden möge sich auf 100 T a g e zu je 5 Stunden und die Betriebsdauer von 1000 Stunden auf 125 Tage zu je 8 Stunden verteilen. Während der übrigen T a g e des Jahres seien die Anlagen ganz aufter Betrieb. D e r artige Fälle kommen, aufcer bei Elektrizitätswerken, bei g e wissen Jahreszeitgeschäften und bei Aushilfsmaschinen von Wasserkraftanlagen vor. Bei 2000 und 3000 Stunden jährlicher

Betriebsdauer wurden endlich 200 bzw. 300 Tage mit je lOstündigem Beirieb angenommen. Die Aufzeichnung der Figuren 3 und 4 ebenso wie auch der Figur 2 erfolgte im übrigen auf Grund der Zahlentafeln 58—62 und 67—70 meines Werkes „Wahl, Projektierung und Betrieb von Kraftanlagen". Dortselbst sind auch nähere Angaben über den angenommenen Dampf- und Brennstoffverbrauch, sowie den Stromverbrauch usw. enthalten. Die für die einzelnen Maschinengrößen angenommenen Brennstoffverbrauchsziffern sind in Fig. 5 zeichnerisch aufgetragen; es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, daß dieselben praktischen Betriebsverhältnissen entsprechend angenommen wurden und bei ordnungsmäßiger Betriebsführung leicht eingehalten werden können. Wie die Figuren 3 und 4 erkennen lassen, gestaltet sich der elektromotorische Antrieb besonders dann wirtschaftlicher als der mit Dampfmaschinen, wenn die jährliche Betriebsdauer kurz ist, oder wenn es sich um unterbrochene oder Aushilfsbetriebe handelt. In diesem Fall entscheiden die geringen Anschaffungskosten des Elektromotors zu dessen Gunsten. Bei größerer Betriebsstundenzahl hingegen wird, sofern wirtschaftliche Rücksichten den Ausschlag geben, die Aufstellung einer Dampfanlage dem Anschluß an ein Elektrizitätswerk in der Regel vorzuziehen sein, zumal man dann keinerlei einschränkenden Bestimmungen hinsichtlich der Betriebszeit {Sperrzeit) unterworfen ist. Bei welcher Betriebsstundenzahl die Grenze liegt, ist verschieden, je nach den Kosten des Brennstoffs und des elektrischen Stromes, und je nach der Maschinengröße und der Belastung. Je größer die mittlere Belastung ist, desto günstiger stellen sich die Verhältnisse für die Dampfanlage. Jn der Mehrzahl der Fälle ist die Frage des Anschlusses an ein Elektrizitätswerk eine Tariffrage. Wenn neben der eigentlichen Betriebsanlage noch eine Reserve vorgesehen wird, die im Falle einer Betriebsstörung einzuspringen hat, so sind die in Fig. 3 und 4 verzeichneten Betriebskosten noch um den Betrag der Verzinsung und Abschreibung der Reserveanlage zu erhöhen. Diese Erhöhung fällt naturgemäß bei Elektromotoren mit ihren geringeren Anschaffungskosten weit weniger ins Gewicht als bei Dampfkraftanlagen. Eine Reserveanlage empfiehlt sich, allgemein gesprochen, überall dort, wo der durch eine allenfallsige B e triebsstörung entstehende Schaden größer ist als die Kosten, 35

die durch Aufsiellung einer für gewöhnlich nicht benutzten Anlage entstehen. Ueber die Notwendigkeit und die Gröfje einer Reserveanlage mufs deshalb von Fall zu Fall entschieden werden. Hierbei ist nicht zuletzt auch auf die persönlichen. Ansichten und Erfahrungen des Betriebsleiters Rücksicht zu nehmen. Bei unterbrochenem Betrieb hat der Elektromotor derv Vorzug, dag das An- und Abstellen des Motors d a s Werk eines Augenblicks ist und man sich daher ganz dem ArbeitskS

Mcsch/nengrösse-

Fig. 5. Kohlenverbrauch von Heißdampf-Kondensations-Maschinenanlagen im praktischen Betrieb, unter Zugrundelegung einer durchschnittlichen Belastung von % der Maschinengröße bezw. der größten Dauerleistung.

bedürfnis anpassen kann. Bei Dampfmaschinen hingegen? empfiehlt es sich, den Betrieb so einzurichten, da& das Anund Abstellen der Maschine möglichst selten notwendig wird; mit anderen Worten, man wird hier darnach trachten, die Maschinenarbeit möglichst zusammenzulegen. Wie bereits früher erwähnt, ist für die Wahl der Antriebskraft nicht immer die Höhe der Betriebskosten allein entscheidend. Bisweilen sind die sonstigen Vorzüge des Elektromotors für dessen Wahl ausschlaggebend. Diese Vorzüge bestehen in dem geringen Platzbedarf, in dem ruhigen und: 36

stoßfreien Gang und dem Wegfall jeglicher Rauch- und Rußbelästigung. Bezüglich der letzleren ist allerdings zu sagen, d a ß sie sich bei Dampfanlagen leicht vermeiden läßt, wenn die Feuerungsanlage in gutem Zustand ist und ordnungsmäßig b e dient wird. Ein weiterer Vorteil des Elektromotors, nahezu keine Bedienung zu beanspruchen, ist in den Betriebskostenaufstellungen rechnungsmäßig berücksichtigt worden, darf also hier nicht nochmals aufgezählt werden. Audi die geringere Raumbeanspruchung des Elektromotors ist in den Figuren 3 und 4 durch entsprechende Bemessung des Anteils der G e bäudekosten bereits berücksichtigt worden, desgleichen auch die geringeren Anschaffungskosten. Trotzdem jedoch können die lefeteren die Entscheidung zugunsten des Elektromotors beeinflussen, wenn die Beschaffung des für eine eigene Kraftanlage erforderlichen Kapitals mit zu großen Schwierigkeiten verknüpft ist. Gegenüber den Figuren 3 und 4 kann allenfalls eingewendet werden, daß sie insofern von den wirklichen Betriebsverhältnissen abweichen, als bei größerem Kraftbedarf nicht ein einzelner Elektromotor, sondern meist eine mehr oder weniger große Anzahl von Gruppen- oder Einzelmotoren zur Aufstellung kommt. In der Tat wird die Antriebskraft beim Anschluß an ein Elektrizitätswerk meist mehr oder weniger stark unterteilt. Dadurch verschiebt sich aber d a s wirtschaftliche Verhältnis nicht zugunsten des Elektromotors. Im Gegenteil stellt sich bei Unterteilung der Antriebskraft d a s Verhältnis für den elektrischen Antrieb in der Regel etwas ungünstiger, weil, allgemein gesprochen, die elektrische Kraftübertragung gewöhnlich größere Verluste verursacht als die mechanische Weiterleitung der Kraft, gute Beschaffenheit der Transmissionsanlage vorausgesetzt. 1 ) Wenn aber in einem besonders g e lagerten Fall hohe Transmissionsverlusle auftreten, so steht gemäß früher nichts im Wege, sich auch bei Aufstellung einer eigenen Kraftanlage die Vorteile des elektrischen Antriebes zunutze zu machen.

') Siehe Fußbemerkung Seite 31. 37

IX. Wahl zwischen Dampfmaschine und Elektromotor bei Betrieben mit gleichzeitigem Kraft= und Wärmebedarf. Um die einschlägigen Verhältnisse möglichst einfach und leicht verständlich zu veranschaulichen, sei im nachfolgenden der Weg der Vorführung einzelner Beispiele gewählt. Dieselben zeigen, in welcher Richtung derartige Betrachtungen anzustellen sind. Die einleitenden Beispiele 1 und 2 haben die Wärmeverteilung bei einer Auspuff- und einer Kondensationsdampfmaschine von je 200 PSi Leistung zum Gegenstand; sie geben ein Bild von der Gröfje der verfügbaren Abwärmemengen. Wenn der Dampfverbrauch der Maschinen grö&er ist als der in diesen Beispielen angenommene, so erhöhen sich auch die verfügbaren Abwärmemengen und umgekehrt. In den weiter folgenden Beispielen 3 und 4 werden die bei vollständiger und teilweiser Abdampfverwertung auf die Krafterzeugung entfallenden Brennstoffkosten berechnet. In den Beispielen 5—8 wird endlich gezeigt, wie hoch sich die Kraftkosten bei Dampfmaschinenbeirieben stellen, wenn der Abdampf der Maschinen teilweise oder ganz zu Heizzwecken ausgenützt wird. Der Rechnungsgang ist möglichst ausführlich wiedergegeben; er Iä|t erkennen, wie im gegebenen Fall die Betriebskosten auf die Krafterzeugung und die Heizung zu verteilen sind. Vielfach werden die Kraftkosten gegenüber den Heizungskosten zu hoch angeschlagen. In den Beispielen 5—8 ist auch angegeben, wie hoch beim Anschlug an ein Elektrizitätswerk die Kilowattstunde kommen darf, damit die Betriebskosten nicht höher ausfallen als bei der Dampfmaschinenanlage. Hierbei ist angenommen, da& der Elektromotor rd. 0,800 kW für 1 PSe-st verbraucht. Nicht berücksichtigt sind die sonstigen Betriebskosten des Elektromotors, sowie der Spannungsverlust in den Zuleitungen zum Motor. Liegen die Kosten der Kilowattstunde über den berechneten Beträgen, so stellen sich die Kraftkosten beim Anschlug an ein Elektrizitätswerk auf jeden Fall höher, als bei Erzeugung der Kraft in eigener Dampfanlage und umgekehrt. Hervorgehoben sei, da| die Beispiele der Praxis entnommen sind. Die einzelnen Zahlen entsprechen tatsächlichen Be38

triebsverhältnissen, sind also nicht mit Paradeziffern zu verwechseln, wie sie bei Abnahme- oder Probierstandsversuchen gewonnen werden können. 1. Beispiel. Wärmebilanz

einer Einzylinder-Auspuffmaschine mit Abdampfverwertung von 200 PSl. Die Spannung und Temperatur des Dampfes vor der Maschine seien zu 10 at Ueb und 300 0 C, die Austritispannung aus der Maschine bzw. die Eintrittspannung in die Heizleitung zu 0,1 at Ueb angenommen. Der Dampfverbrauch der Maschine betrage 7,5 kg/PSi-st. Schätzt man den Wirkungsgrad der Kesselanlage zu rund 75 % und nimmt an, dag die Spannung und Temperatur des Dampfes in der Kesselanlage 10H at Ueb und 330 0 C betragen, sowie daß das Kondensat aus der Heizung mit 1 0 0 ' C abfliegt und mit 90 * C wieder in den Kessel gespeist wird, so ist: die Erzeugungswärme von 1 kg Dampf . . . 655,8 WE der stündliche Dampfverbraudi für 200 PSi 1 500 kg die stündlich in Form von Brennstoff aufzuwendende Wärmemenge 1 311 600 WE Damit ergibt sich die folgende Wärmebilanz: Kesselverlust 327900 WE/st 25,0% 24000 „ Rohrleitungsverlust 1,8 „ In indizierte Arbeit umgesetzte 140 000 „ Wärme 10,7 „ Für Heizzwecke verfügbar . . . . 804 700 „ 61.4 Abkühlungsverlust des HeizungsKondensats 15 000 „ 1.1 .. ingesamt 1311 600 WE/st 100,0% Diese Wärmeverteilung ist in Fig. 6 zeichnerisch dargestellt. In vorstehendem Beispiel berechnet sich die für Heizzwecke verfügbare Abdampfwärme zu 804 700 WE/st, entsprechend 61,4 % der aufgewendeten Brennstoffwärme. Da sich die im Frischdampf zugeführte Wärme zu 959 700 WE/st ergibt, so lassen sich rund 84 % der Frischdampfwärme aus dem Abdampf zurückgewinnen. Bemerkt sei, dafe bei Berechnung der in indizierte Arbeit umgesetzten Wärme angenommen wurde, daß einschl. der Strahlungsverluste rund 700 WE für 1 PSi-st verbraucht werden, sowie da6 in vorstehender Bilanz der Wärmeverlust des 39

Abdampfs in der Zuleitung zur Heizanlöge unberücksichtigt blieb. Es wird deshalb in Wirklichkeil die für Heizzwecke verfügbare Wärmemenge um etwa 1 —2 % kleiner sein.

Fig. 6. Wärmeverteilung einer Heißdampf-EinzylinderAuspuffmaschine mit Abdampfverwertung von 200 PSi.

2. Beispiel. Wärmebilanz einer Kondensationsmaschine mit Abdampfverweriung von 200 PS]. Der Dampf habe hier at Ueb und 330 °C in der Kesselanlage bzw. 12 at Ueb und 300 °C vor der Maschine. Die Austrittspannung betrage 0,1 at abs, entsprechend 90 % Vakuum, und der Dampfverbrauch 5 kg/PSi-st. Nimmt man den Wirkungsgrad der Kesselanlage wieder zu 75 % und die Temperatur des in den Kessel zurückgespeisten Maschinenkondensats zu 35 0 C an, so ist: die Erzeugungswärme von 1 kg Dampf . . . . 708,7 WE der stündliche Dampfverbrauch für 200 PSi 1000 kg die stündlich in Form von Brennstoff aufzuwendende Wärmemenge 944 933 WE Damit ergibt sich die Wärmebilanz für die Maschine wie folgt: Kesselverlust 236 233 WE/st 25,0» Rohrleitungsverlust 16 000 „ 1,7 „ In indizierte Arbeit umgesetzte Wärme 140 000 „ 14,8 „ Für Heizzwecke verfügbar 542 100 „ 57,4 „ Abkühlungsverlust des Kondensats 10 600 „ 1,1 „ insgesami 944 933 WE/st 100,0% 40

Eine zeichnerische Darstellung dieser Wärmeverteilung zeigt Fig. 7. Im vorstehenden berechnet sich die für Heizzwed