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

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

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 CO2 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

Τεχνολογίες καθαρού άνθρακα (2) 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 (“CO2-neutral fuels”) όπως η βιομάζα και τα απορρίμματα με αρκετά υψηλή θερμογόνο δύναμη Εμπλουτισμός των καυσαερίων σε CO2 πριν τη δέσμευση (π.χ. καύση με οξυγόνο - oxy-fuel for pre-combustion) και τεχνο-οικονομικά αποδεκτή φυσικοχημική απομάκρυνση CO2 (post-combustion) μετά την καύση Μείωση «συμβατικών» ρύπων (εκτός CO2) όπως σωματιδίων (PM), οξειδίων του θείου και αζώτου (SOx, NOx), 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

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

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

Πλεονεκτήματα υπερκρίσιμων μονάδων Μειωμένη κατανάλωση καυσίμου λόγω αυξημένης απόδοσης Απόδοση (μικτή) ~40-41% για υπερκρίσιμες μονάδες (SC) με 24.7MPa/565oC /593oC, περίπου 2-3% υψηλότερη αυτής αντίστοιχων υποκρίσιμων μονάδων (38%) με16.7MPa/537 oC /537 oC (Λεκανοπέδιο). Απόδοση (μικτή) ~ 41-42% για υπερ-υπερκρίσιμες μονάδες (USC) με 28MPa/593 oC/593 oC, 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 CO2 Κόστος κατασκευής μονάδων αυτής της τεχνολογίας χαμηλότερο από άλλες τεχνολογίες καθαρου άνθρακα και δυνατότητα κλιμάκωσης μέχρι ~1000MWe. Πολύ χαμηλότερες εκπομπές NOx, SOx και σωματιδίων PRESENTATION ON ULTRA SUPERCRITICAL TECHNOLOGY-WITH REFERENC.pdf Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

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 oC και 375 bar Στόχοι Ευρωπαϊκής Ένωσης για μονάδες USC (Thermie): 700/720 oC και 375 bar με Β.Α. 52-55% /LHV Απαραίτητη η χρήση κραμάτων νικελίου λόγω πολύ υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών PRESENTATION ON ULTRA SUPERCRITICAL TECHNOLOGY-WITH REFERENC.pdf (7) State Incentives for Clean Coal - Obenshain.ppt, slide 5 Αύξηση του μέσου Β.Α. παγκοσμίως από 30% σε 45% (state-of-art) μειώνει τις εκπομπές CO2 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

“State-of-the-art” Μονάδες SC και USC Βέλτιστες εγκαταστάσεις παγκοσμίως 530 540 550 560 570 580 590 600 610 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Year Max SH Steam Temperature, °C Studstrup (DK) 540/540 Maatsura 1 (J) 538/566 Esbjerg (DK) 560/560 Schwarze Pumpe (D) 547/565 Maatsura 2 (J) 593/593 Haramachi 2 (J) 600/600 Nordjylland (DK) 580/580/580 Boxberg (D) 545/581 Tachibanawan 1 (J) 600/610 Avedore (DK) 580/600 Niederaussem (D) 580/600 Hekinan (J) 568/593 Isogo (J) 600/610 Torrevaldaliga (I) 600/610  Hitachinaka (J) 600/600 Huyan (China) Σύγχρονες_τεχνολογίες_καύσης_Γκατζούλης_Αθανάσιος.ppt, slide 6 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Τάση βελτίωσης μονάδων κονιοποιημένου άνθρακα (PF - USC) πανευρωπαϊκά Thermie AD700 325 bar, 700°C/700°C = 50÷55% (Net, LHV) COST 522 300 bar, 630°/650°C Today 2010-2015 600 MW reference design 300 bar, 600°/620°C Achievable = 45÷47% (Net, LHV) soon Reduced capital costs Novel layouts Yesterday Vertical or spiral wound furnace 250 bar, 540°/560°C < 40% (Net, LHV) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Εκπομπές CO2 και Β.Α. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Κατανάλωση καυσίμου και αύξηση χαρακτηριστικών ατμού 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 oC / 620 oC Ωστενιτικοί χάλυβες : 315 bar / 600 oC / 620 oC Κράματα Νικελίου : 350 bar / 700 oC / 720 oC Επίδραση αυξημένων χαρακτηριστικών ατμού στην κατανάλωση του άνθρακα Ένας άλλος τρόπος είναι η αύξηση των χαρακτηριστικών μεγεθών του ατμού, δηλαδή πίεση και θερμοκρασία. Αύξηση αυτών, συνεπάγεται λειτουργία σε περιοχές υπερκρίσιμων συνθηκών στις οποίες έχουμε αύξηση του βαθμού απόδοσης. Για να επιτευχθεί όμως λειτουργία στις περιοχές αυτές απαιτούνται και τα κατάλληλα υλικά τα οποία θα είναι ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες καθώς και σε οξείδωση από την πλευρά του ατμού και στη διάβρωση από την πλευρά των καυσαερίων. Ανάλογα τώρα σε ποιες υπερκρίσιμες συνθήκες θα δουλέψουμε, τα ανάλογα υλικά απαιτούνται ο χαρακτήρας των οποίων φαίνεται στο σχήμα. Όπως είπαμε και στην αρχή, αύξηση του βαθμού απόδοσης συνεπάγεται μείωση της κατανάλωσης, άρα και των καυσαερίων άρα και των εκπομπών CO2 Η επίδραση της αύξησης των χαρακτηριστικών φαίνεται στο διάγραμμα το οποίο δείχνει και την επίδραση της αύξησης της πίεσης σε σταθερή θερμοκρασία. Τα σημεία τα οποία πρέπει να παρατηρηθούν για τους υπερκρίσιμους κύκλους είναι τα ακόλουθα: Ο σχεδιασμός του στροβίλου δεν διαφέρει σημαντικά στους υπερκρίσιμους κύκλους, όμως πρέπει μερικά πάχη σωληνώσεων και τύποι υλικών να αναθεωρηθούν για να λειτουργήσουν με ασφάλεια σε υψηλές θερμοκρασίες. Στο τμήμα υψηλής πίεσης το πάχος των τοιχωμάτων του τμήματος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερα και θα πρέπει να αποφεύγεται μαζική απόθεση υλικού ώστε να αυξηθεί η θερμική ευελιξία και οι γρήγορες αλλαγές φορτίου. Όσον αφορά τις τροφοδοτικές αντλίες και τους προθερμαντές τροφοδοτικού νερού λαμβάνεται διαφορετικός σχεδιασμός. Όμως ο εξοπλισμός αυτός αφορά ποσοστό λιγότερο του 6% της αξίας της επένδυσης. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Προκλήσεις και εξελίξεις σε SC και USC Τεχνολογικές προκλήσεις Ανάπτυξη Υλικών για υψηλές θερμοκρασίες/πιέσεις - διάβρωση και ρωγμές σε υδροτοιχώματα - ρύπανση θερμαντικών επιφανειών Ποιότητα άνθρακα Υψηλό κόστος υλικών Εξελίξεις 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 PRESENTATION ON ULTRA SUPERCRITICAL TECHNOLOGY-WITH REFERENC.pdf Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Ανακυκλοφορούσα Ρευστοποιημένη Κλίνη Circulating Fluidized Bed Boiler Technology (CFB) Διαφορά σταθερής ή ρευστοποιημένης κλίνης και πνευματικής μεταφοράς 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 Σύγχρονες_τεχνολογίες_καύσης_Γκατζούλης_Αθανάσιος.ppt, Boiler, slide 10 When an evenly distributed air or gas is passed upward through a finely divided bed of solid particles such as sand supported on a fine mesh, the particles are undisturbed at low velocity. As air velocity is gradually increased, a stage is reached when the individual particles are suspended in the air stream – the bed is called “fluidized”. With further increase in air velocity, there is bubble formation, vigorous turbulence, rapid mixing and formation of dense defined bed surface. The bed of solid particles exhibits the properties of a boiling liquid and assumes the appearance of a fluid – “bubbling fluidized bed”. The fuels burnt in these boilers include coal, washery rejects, rice husk, bagasse & other agricultural wastes. The fluidized bed boilers have a wide capacity range- 0.5 T/hr to over 100 T/hr. The fluidized bed combustion (FBC) takes place at about 840oC to 950oC. Fluidized bed combustion (FBC) has emerged as a viable alternative and has significant advantages over a conventional firing system and offers multiple benefits – compact boiler design, fuel flexibility, higher combustion efficiency and reduced emission of noxious pollutants such as SOx and NOx. Three types of FBC boilers are explained. Σχηματική παράσταση της αρχής λειτουργίας θαλάμου καύσης ρευστοποιημένης κλίνης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

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 SO2, λόγω της έγχυσης του αδρανούς υλικού (ως υλικό δέσμευσης χρησιμοποιείται ασβεστόλιθος ή δολομίτης) Μικρή εγκατάσταση επειδή δεν απαιτείται αποθείωση ή κονιοποίηση Μειονεκτήματα 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 oC για αποφυγή υγροποίησης της τέφρας !!!!!Black_Veatch_Planning.ppt Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Προκλήσεις και προβλήματα CFBC Αύξηση ισχύος σε 600-800 MWe, με υπερκρίσιμες παραμέτρους ατμού Εμφράξεις στις γραμμές τροφοδοσίας καυσίμου και στα συστήματα απομάκρυνσης τέφρας Συσσωματώσεις και τήγματα στο στρώμα Απώλειες υλικού λόγω διάβρωσης Εφαρμογή της τεχνολογίας σε ελληνικούς λιγνίτες 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 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

“State-of-the-art” Μονάδες CFBC Βέλτιστες εγκαταστάσεις παγκοσμίως 600 Sub critical max: 170 bar, 565°/580°C  < 40% Supercritical 260 bar, 560°/580°C  ~ 43% 500 Lagisza (PL) Jacksonville (USA) 400 AES Puerto Rico Seward (USA) Sulcis (I) Gardanne (F) Gross electrical output, MWe Baima (China) 300 Turow (PL) Turow (PL) Gilbert (USA) 200 Red Hills (USA) Tonghae (Korea) Can (Turkey) Tha Toom (Thailand) 100 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Year plant commissioned Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

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 ~400-500 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

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 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 NOx, SO2 και CO2 σε σχέση με συμβατικούς σταθμούς κονιοποιημένου καυσίμου Sakhs spartakos (ALSTOM) The integrated gassification combined cycle is a process in which the fuel is gasified in an oxygen or air-blown gasifier operating at high pressure. The raw gas thus produced is cleaned of most pollutants (almost 99 percent of its sulphur and 90 percent of nitrogen pollutants). It is then burned in the combustion chamber of the gas turbine generator for power generation. The heat from the raw gas and hot exhaust gas from the turbine is used to generate steam which is fed into the steam turbine for power generation. Often, IGCC is referred to as "Cool Water" technology, a name drawn from the ranch in California's Mojave Desert that once occupied the site where it was developed. Coal all shorts burns so well with the Cool Water technology -upto 99 percent of sulphur contamination is eliminated. The main subsystems of a power plant with integrated gasification are: Gasification plant Raw gas heat recovery systems Gas purification with sulphur recovery Air separation plant (only for oxygen blown gasification) Gas turbine with heat recovery steam generator Steam turbine generator The feedstock which is fed into the gasifier is more or less completely gasified to synthesis gas (syngas) with the addition of steam and enriched oxygen or air. The gasifier can be fixed bed, entrained or fluidised bed. The selection of the gasifier to achieve best cost efficiency and emission levels depends upon the type of fuel. In the gas purification system, initial dust is removed from the cooled raw gas. Chemical pollutants such as hydrogen sulphide, hydrogen chloride and others are also removed. Downstream of the gas purification system, the purified gas is reheated, saturated with water if necessary (for reduction of the oxides of nitrogen) and supplied to the gas turbine combustion chamber. The IGCC technology scores over others as it is not sensitive with regard to fuel quality. Depending on the type of gasifier, liquid residues, slurries or a mixture of petcoke and coal can be used. In fact, the IGCC technology was developed to take advantage of combined cycle efficiency of such low-grade fuels (Fig. 9) IGCC technology is also environment friendly. In IGCC, pollutants like sulphur dioxide and oxides of nitrogen are reduced to very low levels by primary measures alone, without down-stream plant components and additives like limestone. The low NOx values are achieved by dilution of the purified syngas with nitrogen from air separation unit and by saturation with water. The direct removal of sulphur compounds from the syngas results in the effective recovery of elemental sulphur, yielding a saleable raw chemical product. Gasification and gas cleaning are an extremely effective filter for contaminants harmful to both gas turbines as well as environment. The IGCC technology is not only environment friendly, but also efficient in power generation (upto 50 percent). However, IGCC is an expensive option. Some companies claim that they have found an answer to the cost issue with a new technology for producing methanol. They believe that fitting this system, which produces methanol at twice the rate of conventional methods, on the back end of the gasifier units on an IGCC plant can cut the capital cost by 25 percent. The technology achieves this saving by reducing the number of gasifiers the IGCC plant needs - provided the full capacity of the power station is not required for base load running. This enables the operator to make full use of the gasifers, which account for 50-60 percent of the cost of an IGCC and become prohibitively expensive under part-time operation. When power is not required, they can be switched to methanol production. This provides the additional fuel to meet full power output at time of peak demand. The additional benefits will not make an IGCC unit competitive with a combined cycle gas turbine (CCGT) plant where there is adequate supply of natural gas. However, a 500 MW unit could compete with traditional coal-fired technology. The biggest difficulty may arise in securing a long-term purchase contract for methanol that will allow the plant operator to keep the gasifiers in continuous operation. The use of gasification for power generation is perceived by many as a complex and expensive technology. However, recent experience in both developed and developing countries reinforces its relevance to power generation. In India, in particular, the IGCC technology is of great relevance as we do not have huge reserves of hydrocarbons. Since coal is available, more project developers can go in for coal-based IGCC plants. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Εφαρμογή της τεχνολογίας σε ελληνικούς λιγνίτες 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 Εφαρμογή της τεχνολογίας σε ελληνικούς λιγνίτες !!!!!Black_Veatch_Planning.ppt 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 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

“State-of-the-art” Μονάδες IGCC Βέλτιστες εγκαταστάσεις παγκοσμίως 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 Singapore Plaquemine Terre Haute (USA) El Dorado (USA) Reno (USA) Πάνω από 163 μονάδες σε λειτουργία, υπό κατασκευή ή σχεδιασμό Μόνο 15 μεγάλες μονάδες IGCC με χρήση άνθρακα, petroleum coke Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Καύση με οξειδωτικό αυξημένης περιεκτικότητας σε Ο2 (Oxy-fuel) Μονάδα διαχωρισμού αέρα (ASU) Αντικατάσταση αζώτου με ανακυκλοφορούν καυσαέριο για έλεγχο θερμοκρασιών στο λέβητα Μονάδα καθαρισμού και ξήρανσης καυσαερίων Μονάδα καθαρισμού και συμπίεσης CO2 8-10% μείωση βαθμού απόδοσης με περίπου 0.03€/kWh επιπλέον κόστος 1-Tigges.pdf Oxyfuel combustion is the process of burning coal with a gas mixture that is mainly oxygen instead of just using air. 95% oxygen and the rest is recycled flue gas The exhaust consists primarily of CO2 and H2O  great for CCS Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Εύκολη δέσμευση CO2 για αποθήκευση Χαμηλότερες εκπομπές ΝΟx Καύση με οξειδωτικό αυξημένης περιεκτικότητας σε Ο2 (Oxy-fuel) - Πλεονεκτήματα Περίπου 75% λιγότερο καυσαέριο, με λιγότερες θερμικές απώλειες καυσαερίου Εύκολη δέσμευση CO2 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 !!global_warming_project.ppt slide 21 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

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 (7) State Incentives for Clean Coal - Obenshain.ppt, slide 6 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

Τάσεις στην εφαρμογή τεχνολογιών καθαρού άνθρακα (CCT) Με χρήση βέλτιστων διαθέσιμων τεχνολογιών CCT-Roadmap.pdf, slide 10 Source: CCT Roadmap, US DoE, http://www.netl.doe.gov/coalpower/ Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΠΔΜ– Ημερίδα Δήμου Κοζάνης «Ο Λιγνίτης στη Δυτική Μακεδονία» 26/2/2010

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