Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010 Σύγχρονες τεχνολογίες στην παραγωγή ενέργειας για καλύτερη.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010 Σύγχρονες τεχνολογίες στην παραγωγή ενέργειας για καλύτερη."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010 Σύγχρονες τεχνολογίες στην παραγωγή ενέργειας για καλύτερη απόδοση και μειωμένους ρύπους Ανανίας Τομπουλίδης Αντώνιος Τουρλιδάκης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας

2 Δομή της παρουσίασης • Νέες καθαρές τεχνολογίες καύσης άνθρακα (Clean Coal Technologies - CCT) • Τρόπος λειτουργίας – κύρια χαρακτηριστικά • Κρίσιμα σημεία των σύγχρονων τεχνολογιών αξιοποίησης άνθρακα • “State of the art” τεχνολογίες σε παγκόσμια κλίμακα • Δυνατότητα εφαρμογής τους στα ελληνικά δεδομένα • Εκπομπές ρύπων • Συμπεράσματα - Προβληματισμοί Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

3 Τεχνολογίες καθαρού άνθρακα (1) Τεχνολογίες και βιομηχανικές πρακτικές που: –Αυξάνουν την απόδοση ανθρακικών σταθμών παραγωγής ενέργειας (συμπεριλαμβανομένης της αεριοποίησης του άνθρακα) –Μειώνουν σημαντικά τις εκπομπές ανθρακικών ΑΗΣ (συμπεριλαμβανομένου του CO 2 μέσω τεχνολογιών δέσμευσης & αποθήκευσης- CCS) –Μετατρέπουν τον άνθρακα σε υγρά ή αέρια καύσιμα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις μεταφορές (π.χ. coal to liquids - CTL). Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

4 •Αύξηση των παραμέτρων (πίεση και θερμοκρασία) ατμού προς υπερκρίσιμες (SC) ή υπερ-υπερκρίσιμες μονάδες (USC) με την εισαγωγή νέων (μη φερριτικών) υλικών •Xρήση καυσίμων “ουδέτερων” ως προς το διοξείδιο του άνθρακα (“CO 2 -neutral fuels”) όπως η βιομάζα και τα απορρίμματα με αρκετά υψηλή θερμογόνο δύναμη •Εμπλουτισμός των καυσαερίων σε CO 2 πριν τη δέσμευση (π.χ. καύση με οξυγόνο - oxy-fuel for pre-combustion) και τεχνο-οικονομικά αποδεκτή φυσικοχημική απομάκρυνση CO 2 (post-combustion) μετά την καύση •Μείωση «συμβατικών» ρύπων (εκτός CO 2 ) όπως σωματιδίων (PM), οξειδίων του θείου και αζώτου (SO x, NO x ), μετάλλων και παραπροϊόντων της καύσης άνθρακα λόγω αυστηρότερων περιβαλλοντικών περιορισμών Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010 Τεχνολογίες καθαρού άνθρακα (2)

5 Ηλικία ανθρακικών ΑΗΣ για Ευρωπαϊκές χώρες πηγή: IEA (Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

6 Νέες καθαρές τεχνολογίες άνθρακα (CCT) καύση και μετά καθαρισμός Καύση με ταυτόχρονο καθαρισμό Καθαρισμός και μετά καύση Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

7 Πλεονεκτήματα υπερκρίσιμων μονάδων Μειωμένη κατανάλωση καυσίμου λόγω αυξημένης απόδοσης  Απόδοση (μικτή) ~40-41% για υπερκρίσιμες μονάδες (SC) με 24.7MPa/565 o C /593 o C, περίπου 2-3% υψηλότερη αυτής αντίστοιχων υποκρίσιμων μονάδων (38%) με16.7MPa/537 o C /537 o C (Λεκανοπέδιο).  Απόδοση (μικτή) ~ 41-42% για υπερ-υπερκρίσιμες μονάδες (USC) με 28MPa/593 o C/593 o C, περίπου 3-4% υψηλότερη αυτής αντίστοιχων υπερκρίσιμων μονάδων.  Οι πιο σύγχρονες USC μονάδες έχουν φτάσει συνολικό βαθμό απόδοσης της τάξης του 47% με 49% διεθνώς. Σημαντική μείωση εκπεμπόμενου CO 2 Κόστος κατασκευής μονάδων αυτής της τεχνολογίας χαμηλότερο από άλλες τεχνολογίες καθαρου άνθρακα και δυνατότητα κλιμάκωσης μέχρι ~1000MWe. Πολύ χαμηλότερες εκπομπές NOx, SOx και σωματιδίων Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

8 Υπερ-υπερκρίσιμες Μονάδες (USC) Μονάδες που λειτουργούν με ατμό πάνω από 275 bar πίεση και MS/RH θερμοκρασίες πάνω από 593°C Αρκετές μονάδες USC ισχύος 350MW με1000MW λειτουργούν ή είναι υπό κατασκευή •Στόχοι Υπουργείου Ενέργειας ΗΠΑ (DOE) για μονάδες USC: 760 o C και 375 bar •Στόχοι Ευρωπαϊκής Ένωσης για μονάδες USC (Thermie): 700/720 o C και 375 bar με Β.Α % /LHV Απαραίτητη η χρήση κραμάτων νικελίου λόγω πολύ υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών Αύξηση του μέσου Β.Α. παγκοσμίως από 30% σε 45% (state-of-art) μειώνει τις εκπομπές CO 2 κατά 35% (από ~1100 gr/kWh σε ~700 gr/kWh) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

9 “State-of-the-art” Μονάδες SC και USC Βέλτιστες εγκαταστάσεις παγκοσμίως Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

10 Yesterday Today Vertical or spiral wound furnace 250 bar, 540°/560°C  < 40% (Net, LHV) COST bar, 630°/650°C Thermie AD bar, 700°C/700°C  = 50÷55% (Net, LHV) 600 MW reference design 300 bar, 600°/620°C Achievable  = 45÷47% (Net, LHV) Reduced capital costs Novel layouts Τάση βελτίωσης μονάδων κονιοποιημένου άνθρακα (PF - USC) πανευρωπαϊκά soon Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

11 Εκπομπές CO 2 και Β.Α. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

12 Κατανάλωση καυσίμου και αύξηση χαρακτηριστικών ατμού Λειτουργία σε υπερκρίσιμες συνθήκες Βαθμού Απόδοσης Απαίτηση: Χρήση εξελιγμένων υλικών ανθεκτικών σε: • Υψηλές θερμοκρασίες • Οξείδωση (Πλευρά Ατμού) • Διάβρωση (Πλευρά Καυσαερίων) Υλικά συναρτήσει συνθηκών: • Χάλυβες με Cr ≤ 12% : 300 bar / 600 o C / 620 o C • Ωστενιτικοί χάλυβες : 315 bar / 600 o C / 620 o C • Κράματα Νικελίου : 350 bar / 700 o C / 720 o C Επίδραση αυξημένων χαρακτηριστικών ατμού στην κατανάλωση του άνθρακα Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

13 Προκλήσεις και εξελίξεις σε SC και USC •Ανάπτυξη Υλικών για υψηλές θερμοκρασίες/πιέσεις - διάβρωση και ρωγμές σε υδροτοιχώματα - ρύπανση θερμαντικών επιφανειών •Ποιότητα άνθρακα •Υψηλό κόστος υλικών •Η υπερ-υπερκρίσιμη τεχνολογία αναπτύσσεται κυρίως σε Γερμανία, ΗΠΑ και Ιαπωνία για βελτίωση του Β.Α. και της κατανάλωσης καυσίμου •Έρευνα κυρίως στην ανάπτυξη νέων χαλύβων και κραμάτων για τους αυλούς του λέβητα ώστε να ελαχιστοποιείται η διάβρωση και αστοχία •Αναμένεται σημαντική αύξηση στον αριθμό SC και USC ΑΗΣ στα επόμενα χρόνια Εξελίξεις Τεχνολογικές προκλήσεις Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

14 Ανακυκλοφορούσα Ρευστοποιημένη Κλίνη Circulating Fluidized Bed Boiler Technology (CFB) •Αδρανές πορώδες υλικό (π.χ. χαλαζιακή άμμος) μαζί με καύσιμο αιωρείται λόγω της υψηλής ταχύτητας του αέρα στην ανακυκλοφορούσα ρευστοποιημένη κλίνη •Καύση σε σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας περί τους 840° – 950° C •Εύρος παροχής καυσίμου 0,5 T/hr to 100 T/hr •Καύσιμο: άνθρακας, βιομάζα, απορρίμματα κλπ Σχηματική παράσταση της αρχής λειτουργίας θαλάμου καύσης ρευστοποιημένης κλίνης Διαφορά σταθερής ή ρευστοποιημένης κλίνης και πνευματικής μεταφοράς Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

15 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα CFB  Δυνατότητα καύσης διαφόρων τύπων καυσίμου και μίγματος καυσίμων  Υψηλή απόδοση καύσης  Λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών και των υψηλών πιέσεων λειτουργίας οι μονάδες CFBC και PFBC παράγουν χαμηλές εκπομπές ΝΟ  Δυνατότητα καύσης σωματιδίων μεγάλου εύρους  Ελαχιστοποιούνται οι εκπομπές SO 2, λόγω της έγχυσης του αδρανούς υλικού (ως υλικό δέσμευσης χρησιμοποιείται ασβεστόλιθος ή δολομίτης)  Μικρή εγκατάσταση επειδή δεν απαιτείται αποθείωση ή κονιοποίηση  Δεν έχουν κατασκευαστεί μονάδες ισχύος > 300 MWe  Ελαφρώς υψηλότερα κόστη λειτουργίας και συντήρησης σε σύγκριση με μονάδες κονιοποιημένου άνθρακα  Ανάγκη κατασκευής για κυκλωνικού διαχωριστή σε CFBC  Διατήρηση της θερμοκρασίας καυσαερίου κάτω από 900 o C για αποφυγή υγροποίησης της τέφρας Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

16 Προκλήσεις και προβλήματα CFBC  Τα ελληνικά καύσιμα είναι ευανάφλεκτα, λόγω πτητικών και άρα αναμένεται η καύση τους να είναι πλήρης.  Η περιεκτικότητα σε χλώριο είναι μικρή, με αποτέλεσμα να μην αναμένονται σημαντικά προβλήματα διάβρωσης.  Τα θερμοκρασιακά χαρακτηριστικά της τέφρας είναι αποδεκτά για αποφυγή συσσωματώσεων και τηγμάτων Εφαρμογή της τεχνολογίας σε ελληνικούς λιγνίτες  Αύξηση ισχύος σε MWe, με υπερκρίσιμες παραμέτρους ατμού  Εμφράξεις στις γραμμές τροφοδοσίας καυσίμου και στα συστήματα απομάκρυνσης τέφρας  Συσσωματώσεις και τήγματα στο στρώμα  Απώλειες υλικού λόγω διάβρωσης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

17 Sub critical max: 170 bar, 565°/580°C  < 40% Supercritical 260 bar, 560°/580°C  ~ 43% Year plant commissioned Gross electrical output, MWe AES Puerto Rico Can (Turkey) Gardanne (F) Jacksonville (USA) Red Hills (USA) Tha Toom (Thailand) Turow (PL) Sulcis (I) Lagisza (PL) Seward (USA) Gilbert (USA) Tonghae (Korea) Baima (China) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010 “State-of-the-art” Μονάδες CFBC Βέλτιστες εγκαταστάσεις παγκοσμίως

18 SC CFB vs. USC PF •Το συνολικό κόστος επένδυσης είναι χαμηλότερο για μονάδες CFB λόγω απουσίας μονάδας αποθείωσης (wet flue gas desulfurization FGD) που συνήθως είναι απαραίτητη σε μονάδες PF; Η αποθείωση γίνεται στην κλίνη και ικανοποιεί επαρκώς τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις •μονάδες CFB: υψηλή διαθεσιμότητα αλλά περιορισμένη δυνατότητα αύξησης ισχύος ως ~ Mwe σε σύγκριση με •μονάδες USC PF: πολύ υψηλή διαθεσιμότητα αλλά και δυνατότητα αύξησης ισχύος ως ~1000 MWe •Η ευελιξία στο είδος και στην ποιότητα καυσίμου στις μονάδες CFB έχει ως αποτέλεσμα πιο ομαλή και αξιόπιστη λειτουργία •Τα θερμικά φορτία σε λέβητες CFB είναι χαμηλότερα και πιο ομοιόμορφα κατανεμημένα σε σύγκριση με αυτά σε λέβητες PF Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

19 Συνδυασμένος κύκλος με ενσωματωμένη αεριοποίηση καυσίμου (Integrated Gasification Combined Cycle - IGCC) Καύσιμο (άνθρακας ή άλλο στερεό καύσιμο) μετατρέπεται σε syngas (μίγμα CO & H2) και καίγεται σε αεριοστρόβιλο σε συνδυασμένο κύκλο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010  Αυξημένος βαθμός απόδοσης της τάξεως 39% -43%, μελλοντικά έως και 47%  Μειωμένη παραγωγή στερεών καταλοίπων σε σχέση με καύση κονιοποιημένου καυσίμου και εστία ρευστοποιημένης κλίνης  Χαμηλότερα επίπεδα εκπομπών NO x, SO 2 και CO 2 σε σχέση με συμβατικούς σταθμούς κονιοποιημένου καυσίμου

20 Προκλήσεις IGCC –Κόστη κεφαλαίου και λειτουργίας καθώς και η διαθεσιμότητα (medium) –Λειτουργεί καλύτερα με άνθρακες καλύτερης ποιότητας (λιθάνθρακα και ανθρακίτη) –Αξιοπιστία και δυνατότητα κλιμάκωσης ισχύος χαμηλότερη από PF & CFB –Μέχρι σήμερα, η παραγωγή ισχύος σε μεγάλη κλίμακα από μονάδες IGCC δεν είναι τεχνο-οικονομικά συμφέρουσα χωρίς επιδότηση –Διαφορετικοί κατακευαστές για τα διάφορα μέρη της μονάδας –Μεγαλύτεροι χρόνοι κατασκευής μονάδας  αποδοτικότητα της μετατροπής ελληνικού λιγνίτη σε αέριο χρησιμο- ποιώντας ανταγωνιστικής τεχνολογίας αεριοποιητές;  δυνατότητες καύσης του παραγόμενου αερίου στους σημερινούς αεριοστρόβιλους; Οι ελληνικοί λιγνίτες έχουν μεγάλα ποσοστά υγρασίας και απαιτούν προξήρανση για σταθεροποίηση της καύσης στον αεριοστρόβιλο Εφαρμογή της τεχνολογίας σε ελληνικούς λιγνίτες Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

21 Πάνω από 163 μονάδες σε λειτουργία, υπό κατασκευή ή σχεδιασμό Μόνο 15 μεγάλες μονάδες IGCC με χρήση άνθρακα, petroleum coke Cool Water (USA) Buggenum (NL) Wabash River (USA) Tampa Electric (USA) Puertollano (E) Pernis (NL) Pinon Pine USA) ISAB (I) Sarlux (I) API (I) Delaware (USA) Singapore Plaquemine (USA) Terre Haute (USA) El Dorado (USA) Reno (USA) “State-of-the-art” Μονάδες IGCC Βέλτιστες εγκαταστάσεις παγκοσμίως Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

22  Μονάδα διαχωρισμού αέρα (ASU)  Αντικατάσταση αζώτου με ανακυκλοφορούν καυσαέριο για έλεγχο θερμοκρασιών στο λέβητα  Μονάδα καθαρισμού και ξήρανσης καυσαερίων  Μονάδα καθαρισμού και συμπίεσης CO 2  8-10% μείωση βαθμού απόδοσης με περίπου 0.03€/kWh επιπλέον κόστος Καύση με οξειδωτικό αυξημένης περιεκτικότητας σε Ο 2 (Oxy-fuel) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

23  Περίπου 75% λιγότερο καυσαέριο, με λιγότερες θερμικές απώλειες καυσαερίου  Εύκολη δέσμευση CO 2 για αποθήκευση  Χαμηλότερες εκπομπές ΝΟx  Δυνατότητα τροποποίησης υπαρχουσών μονάδων (retrofit)  Πιθανή μείωση κόστους κατά την επίτευξη του στόχου των «σχεδόν μηδενικών εκπομπών» από ανθρακικούς σταθμούς Καύση με οξειδωτικό αυξημένης περιεκτικότητας σε Ο 2 (Oxy-fuel) - Πλεονεκτήματα Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

24 Τάσεις στην εφαρμογή τεχνολογιών καθαρού άνθρακα (CCT) DOE-NETL Database Από 159 νέους ανθρακικούς σταθμούς* ~45% κάνουν χρήση προηγμένων τεχνολογιών όπως: 22 circulating fluidized bed units 14 supercritical units 4 ultra-supercritical units 32 IGCC *DOE-NETL 1/24/2007 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

25 Τάσεις στην εφαρμογή τεχνολογιών καθαρού άνθρακα (CCT) Με χρήση βέλτιστων διαθέσιμων τεχνολογιών Source: CCT Roadmap, US DoE, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

26 Συμπεράσματα  Για τα ελληνικά δεδομένα η καλύτερη λύση είναι μάλλον η εγκατάσταση νέων μονάδων PF-SC των  400MW με Β.Α. ~43% με υπερκρίσιμες παραμέτρους ατμού.  Η τεχνολογία PF-SC είναι παρόμοια με τις υπάρχουσες μονάδες του λεκανοπεδίου ενώ  οι τεχνολογίες CFB και IGCC δεν έχουν επιδειχθεί για ισχύ >~350MW  Οι νέες μονάδες πρέπει να είναι «CO2 capture ready» αλλά  δεν είναι απαραίτητη άμεσα η εγκατάσταση ενός τέτοιου συστήματος μια και προκαλεί μείωση του Β.Α. κατά 7-10% (είτε post-combustion ή και pre-combustion). Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010


Κατέβασμα ppt "Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010 Σύγχρονες τεχνολογίες στην παραγωγή ενέργειας για καλύτερη."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google