1 / 23

STAN I PERSPEKTYWY CZYSTYCH TECHNOLOGII ENERGETYCZNYCH

STAN I PERSPEKTYWY CZYSTYCH TECHNOLOGII ENERGETYCZNYCH. Chmielniak Tadeusz Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechnika Śląska.

alodie
Télécharger la présentation

STAN I PERSPEKTYWY CZYSTYCH TECHNOLOGII ENERGETYCZNYCH

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. STAN I PERSPEKTYWY CZYSTYCH TECHNOLOGII ENERGETYCZNYCH Chmielniak Tadeusz Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechnika Śląska

  2. Zakres:· Wprowadzenie· Ogólna charakterystyka stosowanych technologii węglowych-   Autonomiczne bloki parowe z kotłami pyłowymi lub fluidalnymi-  Technologie węglowe w układach z turbinami gazowymi· Potencjalne możliwości rozwoju technologii węglowych· Wnioski

  3. WPROWADZENIEPALIWA ORGANICZNE BĘDĄ PRAWDOPODOBNIE GŁÓWNYMI NOŚNIKAMI ENERGII W NAJBLIŻSZEJ PRZYSZŁOŚCI. WŚRÓD NICH SZCZEGÓLNĄ ROLĘ ODGRYWA I OGRYWAĆ BĘDZIE ZAPEWNE WĘGIEL. DECYDUJĄ O TYM JEGO DUŻE REZERWY, STABILNY DO NICH DOSTĘP ORAZ PROGNOZY KSZTAŁTOWANIA JEGO CEN. JEGO WYKORZYSTANIE W PRODUKCJI ELEKTRYCZNOŚCI I CIEPŁA ORAZ PALIW USZLACHETNIONYCH UWARUNKOWANE JEST JEDNAK SPEŁNIENIEM WIELU KRYTERIÓW TECHNICZNYCH, EKOLOGICZNYCH I EKONOMICZNYCH. ZNANY AMERYKAŃSKI PROGRAM VISION 21 FORMUŁUJE JE NASTĘPUJĄCO: KONKURENCYJNE KOSZTY PRODUKCJI ELEKTRYCZNOŚCI I PALIW. WYSOKA SPRAWNOŚĆ KONWERSJIREDUKCJA DO MINIMUM ODDZIAŁYWANIA NA ŚRODOWISKO. Dla paliwa węglowego w programie tym przyjęto za cel uzyskanie sprawności 60 % (sprawność obliczoną z uwzględnieniem ciepła spalania). Warto przypomnieć, że dla paliwa gazowego celem jest uzyskanie sprawności 75 % (sformułowanej dla wartości opałowej). Tak wysokie sprawności nie są możliwe do uzyskania w opracowanych obecnie technologiach pracujących autonomicznie. Ich uzyskanie jest możliwe w układach kombinowanych

  4. Nowe inwestycje

  5. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA STOSOWANYCH TECHNOLOGII WĘGLOWYCH Oferowane współcześnie węglowe technologie energetyczne charakteryzują się korzystnymi wskaźnikami techniczno-ekonomicznymi i ekologicznymi.Praktyczne znaczenie mają obecnie następujące technologie węglowe:a) Klasyczny blok parowy z kotłem pyłowym,b) Bloki parowe z paleniskami fluidalnymi,c) Kombinowane układy gazowo-parowe dwupaliwowe (utylizujące gaz ziemny i węgiel),c.1.Klasyczny blok węglowy z gazową turbiną czołową,c.2.Sprzężone równoległe układy gazowo-parowe (instalacja turbiny gazowej z kotłem odzyskowym sprzężona z węglowym kotłem pyłowym),d) Technologie węglowe w układach z turbinami gazowymi,d.1.Ciśnieniowe spalanie węgla w kotłach fluidalnych (ze złożem stałym i cyrkulacyjnym)d.2.Całkowite i częściowe zgazowanie węgla zintegrowane z układem gazowo-parowym. W stadium demonstracyjnym są instalacje z ogniwami paliwowymi wysokotemperaturowymi z reformingiem wewnętrznym i zewnętrznym, sprawdzone dziś głównie z gazem ziemnym jako paliwem.

  6. Cechą charakterystyczną obecnego stanu rozwoju bloków węglowych jest istotny wzrost parametrów pary świeżej. Proces ten rozpoczął się stosunkowo wcześnie dla kotłów pyłowych. Współcześnie oferowane są także kotły fluidalne z nadkrytycznym ciśnieniem pary.

  7. Parametry bloków.Ewolucja

  8. Konkurencyjność

  9. 56-60 USA 61-65 Japonia 66-70 71-75 Rosja 76-80 Niemcy 81-85 Korea 86-90 Chiny 91-95 96-00 Inne >2001 USA Liczba bloków 2,5 156 1,0 108 34,8 49,9 128 13,9 31 1,9 24 1,3 23 1,3 0,0 97 0,0 Moc, GW 106,6 68,2 49,2 14,8 13,5 13,3 37,6 Japonia 0,0 0,0 3,0 16,2 9,2 7,8 8,3 8,5 5,4 9,8 Liczba bloków nadkrytycznych i moc zainstalowana w różnych krajach Moc zainstalowana [GW] w USA i Japonii

  10. Kotły fluidalne

  11. BLOKI PAROWE Z KOTŁAMI PYŁOWYMI I FLUIDALNYMI c.d.Prowadzone obecnie badania i prace studialne są ukierunkowane na osiągnięcia w pierwszym etapie sprawności rzędu 47-47,5 (dla bloków z mokrymi chłodniami kominowymi,Referenzkraftwerk Nord Rhein Westphalen 285/600/620) a w drugim sprawności rzędu 52-55 %. Temu ostatniemu celowi służy zainicjowany w 1998 roku projekt: „Zaawansowane technologicznie elektrownie cieplne z kotłami pyłowymi” (projekt jest wspomagany finansowo przez program Thermie Komisji Europejskiej, AD 700). Zakłada on pokonanie bariery materiałowej i wprowadzenie parametrów pary: po = 35,0 - 37,5 MPa, to = 700oC (tp = 720oC). Opanowanie tak wysokich temperatur wymaga zastosowania nowych materiałów (stopów na bazie niklu np. Inconelu, materiałów podobnych do stosowanych w budowie turbin gazowych). Są one dziś wielokrotnie droższe od stosowanych współcześnie w budowie kotłów i turbin.

  12. TECHNOLOGIE WĘGLOWE W UKŁADACH Z TURBINAMI GAZOWYMIIstnieje wiele możliwych węglowych technologii energetycznych z turbina gazową. -   Pierwsza możliwość generacji takich struktur powstaje przy ciśnieniowym spalaniu węgla w kotłach fluidalnych i pyłowych. · Technologia pierwsza, dostępna komercyjnie, jest stosowana głównie dla elektrociepłowni.· Rozwiązania z ciśnieniowym spalaniem w kotle pyłowym są sprawdzane w skali półtechnicznej zarówno dla spalania wewnętrznego jak i zewnętrznego.

  13. Instalacje IGCC Ciśnieniowe procesy zgazowania węgla, zintegrowane z klasycznym układem gazowo-parowym oraz z wysokotemperaturowymi ogniwami paliwowymi stanowią bardzo zróżnicowaną grupę technologii o poważnym potencjale dalszego rozwoju. Szczególnie ważną rolę może odegrać ta grupa technologii w procesie zmniejszania emisji CO2 do atmosfery poprzez sterowanie procesem generacji gazu syntezowego oraz separacji CO2.

  14. TECHNOLOGIE WĘGLOWE W UKŁADACH Z TURBINAMI GAZOWYMI c.d.Obok powyższych opinii przedstawia się także bardziej optymistyczne stanowiska. Na ostatniej (21) Międzynarodowej Pittsburskiej Konferencji Węglowej (13-14 wrzesień 2004) Osaka (Japonia) w referacie firmy Eastman Gasification Services Company bardzo mocno akcentowano wiele istotnych zalet układów energetycznych ze zgazowaniem węgla· Zgazowanie jest (jak dotąd) podstawą do budowy najczystszych technologii węglowych · Ma największy potencjał obniżania emisji rtęci i CO2· Charakteryzuje się najniższym zapotrzebowaniem wodyNajniższe emisje SOx, NOx, pył oraz ścieki

  15. TECHNOLOGIE WĘGLOWE W UKŁADACH Z TURBINAMI GAZOWYMI c.d. Advanced Pressurized Fluidized Bed Combustion (A-PFBC) Technology; Hiroyuki Nakata i inni; Twenty-First Annual International Pittsburgh Coal Conference

  16. POTENCJALNE MOŻLIWOŚĆI ROZWOJUWszystkie przedstawione rodzaje technologii mają istotne możliwości dalszego rozwoju. Wydaje się jednak mało prawdopodobne aby traktowane jako autonomiczne mogły osiągnąć efektywność określoną przez Vision 21. Rozwiązań należy poszukiwać w sprzężeniu głównie technologii:ZGAZOWANIA WĘGLA,OCZYSZCZANIA GAZU SYNTEZOWEGO,HIERARCHICZNYCH UKŁADÓW PAROWO-GAZOWYCH,OGNIW PALIWOWYCH.We wszystkich tych obszarach musi nastąpić postęp aby uzyskać jakościowy skok w porównaniu z obecną efektywnością techniczno-ekologiczną technologii węglowych. Ważną cechą tego postępu jest dynamiczne dopasowywanie w procesie tworzenia systemowych technologii wszystkich jej modułów i urządzeń. Jest to zadanie niezwykle złożone bowiem wymaga współpracy różnych grup wytwórców i projektantów. Z tego powodu ważnym jest tworzenie odpowiednich programów badawczo-wdrożeniowych wspomaganych przez środki publiczne i prywatne.

  17. Możliwy scenariusz rozwoju

  18. PODSTAWOWE WYMAGANIA DLA PRZYSZŁYCH TECHNOLOGII • ·Sprawność (nowe budowane po 2025 roku: węglowe – 54%, gazowe – 67% - netto z uwzględnieniem wychwytu CO2, średnia sprawność w 2050 – 63%). Dane te są brane pod uwagę przy ustalaniu scenariusza stabilizacji stężenia CO2 w atmosferze na poziomie 550 ppm) • ·  Emisje (prawie zerowe) • ·  Dojrzałość technologiczna • ·  Elastyczność paliwowa • · Niski poziom skumulowanej wartości jednostki energii (Life cycle cost) • ·  Zdolność do wychwytu CO2 ·Konkurencyjność

  19. POTENCJALNE MOŻLIWOŚĆI ROZWOJU c.d. Hybrydowy hierarchiczny układ gazowo-parowy zintegrowany ze zgazowaniem węgla. GG – generator gazu, CHWT – wysokotemperaturowa chłodnica gazu surowego i podgrzewacz gazu oczyszczonego, CHNT – niskotemperaturowa chłodnica gazu surowego, US – usuwanie siarki, SG – sprężarka gazu, KF – kocioł fluidalny, WPP – para o wysokim ciśnieniu, NPP – para o niskim ciśnieniu, OP – ogniwo paliwowe, S – sprężarka, T – turbina gazowa (ekspander), KO – kocioł odzyskowy, NP. – turbina parowa, SP – wspomagająca sprężarka powietrza, Pow – powietrze, Nel – moc elektryczna.

  20. UWAGI KOŃCOWE   Opracowano wiele technologii energetycznych spełniających (mających) uznane obecnie za uzasadnione kryteria techniczne, ekonomiczne i ekologiczne.   Sformułowane wymagania wobec nowych technologii węglowych charakteryzują się wysokimi sprawnościami energetycznymi. Ich osiągnięcie jest możliwe przy integracji wielu technologii.Nowe technologie węglowe mogą stać się ważnym obszarem rozwoju technologii wodorowych.Osiągnięcie nowych celów jest warunkowane rozwojem wielu dziedzin nauki i technologii. Ważne znaczenie ma przy tym zastosowanie metod planowania strategicznego w rozwoju poszczególnych węzłów i urządzeń.

  21. FILOZOFIA POSTĘPOWANIA ZAŁOŻENIA:EUROPA (POLSKA) CHCE BYĆ KONKURENCYJNA W ZAKRESIE TECHNOLOGII ENERGETYCZNYCH (w tym także w zakresie utrzymania poziomu produkcji w budowie podstawowych maszyn, urządzeń energetycznych i systemów ich eksploatacji) Stworzenie „krytycznej masy” dla doskonalenia i tworzenia technologii energetycznych wykorzystujących paliwa organiczne. Działanie w sensie: „Lighthouse projects” (pełna transparentność dla wszystkich „graczy” włączając w to społeczeństwo). Uwzględnienie współzależności technologii, środowiska naturalnego, bezpieczeństwa, zagrożeń zdrowotnych i opinii publicznej.

  22. Minimum krajowe ·       Strategia rządowa rozwoju ·       Współdziałanie głównych grup producentów maszyn i urządzeń oraz wytwórców energii ·       Wspomaganie inicjatyw europejskich (choćby sieci FENCO) ·       Sformułowanie krajowych projektów badawczych (zamawianych i celowych) spójnych ze strategią rozwoju poszczególnych grup technologicznych Zwiększenie aktywności naukowej i rozwojowej w programach europejskich  

  23. FOSSIL ENERGY COALITION (FENCO) Cel: Wprowadzenie do programów badawczych UE zagadnień energetyki paliw organicznych Główni inicjatorzy: Niemcy i Wielka Brytania W pierwszym etapie powstała sieć tematyczna (w ramach europejskieprzestrzeni badawczej), w ramach której poszczególne kraje prowadzą swe programy badawcze. Ważną cechą jest inicjatywa rządowa. Niemcy: COORETEC (Cel: doskonalenie różnych technologii zmniejszających emisję CO2, włączając w to wychwyt i składowanie. Trzy programy są koordynowane w ramach tego projektu: AG TURBO, MARCKO II i COST 522/5 – dotyczą one konwencjonalnych technologii węglowych) WB: CAT (Carbon Abatement Technologies) Oba te przedsięwzięcia podkreślają filozofią “bliźniaczej trajektorii” (Twin trajectory) w badaniach i rozwoju technologii na paliwa organiczne. • I – ciągłe doskonalenie sprawności w istniejących i przewidywanych do budowy instalacjach energetycznych II – opracowanie akceptowanych technologicznie i ekonomicznie opcji wychwytu i składowania CO2

More Related