Környezetbarát villamosenergia-termelés 6.6. témakör Környezetbarát villamosenergia-termelés

Villamosenergia-termelés Szén Előnyök: széleskörű hozzáférhetőség, jelentős készletek számos országban, biztonságos ellátás, alacsony ár, felhasználásra érett technológiák. Hátrányok: környezeti (CO2) és egészségi hatások. Földgáz Előnyök: kisebb környezeti szennyező hatás (hamu, S, N, Hg hiánya), kisebb karbon-tartalom, alkalmas nagy hatásfokú kombinált gáz-gőz erőműre. Hátrányok: korlátozott biztonságú ellátás, magas, változó ár.

Lehetőségek ηKE növelése → a kibocsátások csökkentésének leghatékonyabb módja. Tüzelőanyag-megtakarítás, a füstgáz-kezelő berendezések kisebb mérete és energiafelhasználása ellensúlyozza a nagyobb hatásfokú berendezések drágább beruházási költségét. CO2 kivonása és geológiai tárolása (CCS – Carbon Capture and Storage) technológia várhatóan 2020 körül kerül nagy erőművi kereskedelmi alkalmazásra. CO2 kibocsátást csökkentő technológiák CCS nélkül és CCS-el.

1. CO2 kibocsátást csökkentő technológiák CCS nélkül Szénpor-tüzelés nagy hatásfokú gőzerőműben; Földgáz-tüzelés kombinált gáz-gőz erőműben; Szénelgázosító gáz-gőz erőmű (IGCC).

Szénpor-tüzelés nagy hatásfokú gőzerőműben DeNOx szuperkritikus gőzturbina + generátor Tisztított füstgáz GK Elektro-sztatikus filter Kéntelenítő tápvíz hamu levegő szénpor

Hatásfok-javítási lehetőségek [Schilling VGB]

A hatásfok-javítás hatása p1/t ηKE Meglévő erőművek átlagához mért kibocsátás Meglévő erőművek átlaga 32 % Érett technológia 245 bar/3x565 oC 38,5 % -17 % Jelenleg üzemben [Európa, Japán] 315 bar/3x593 oC 43,3 % -26 % 2015 után [THERMIE EU] 380 bar/3x700 oC 46,4 % -31 % 2020 után [DOE EPRI USA] 385 bar/3x760 oC 48 % -33 %

Anyagminőség-fejlesztési tervek ultra szuperkritikus kazánokhoz

GT-K közbenső levegő hűtés és HHGK megfelelő összekapcsolása. A kombinált gáz-gőz körfolyamat hatásfoka a gázturbinába lépő füstgáz-hőmérséklet függvényében GT-K közbenső levegő hűtés és HHGK megfelelő összekapcsolása. Gázturbina újrahevítés szakaszos tüzeléssel.

Szénelgázosító gáz-gőz erőmű (IGCC) szintézisgáz GT Cseppfolyós O2 füstgáz H2O HH GK Gázhűtő Hg le- választó Kén- eltávolító szén gőz Részecske leválasztó gt Quench elgázosító Tiszta kén salak

Szénelgázosító gáz-gőz erőmű („reklám”)

Shankey energiafolyam-ábra 6% Pε ELGÁZOSÍTÓ 30% P ü (szén) 75% szintézisgáz GT 20% 45% HH GK gt 30% 2 20% Gázhűtő 5% veszteség (sugárzás, salak, karbon) füstgáz

Szénelgázosító gáz-gőz erőmű IGCC hatásfoka a jelenlegi 37 %-ról 48 %-ra növekedhet 2020-ig: A gázturbinába lépő füstgáz nagyobb belépő hőmérsékletével; A részfolyamatok szorosabb integrálásával: nagy hőmérsékletű gáztisztítással, száraz szénadagolással, recirkuláltatott folyékony CO2-vel, csökkentett energiaigényű oxigénnel, légbefúvásos elgázosító technológiával.

2. Szénerőművi technológiák CCS-el CO2-leválasztás tüzelés után: szénportüzeléses ultra-szuperkritikus gőzerőmű, CO2-leválasztás tüzelés előtt: oxi-szénportüzeléses ultra-szuperkritikus gőzerőmű, oxi-cirkuláció fluidágyas szuperkritikus gőzerőmű, szénelgázosító kombinált gáz-gőz erőmű. CO2-leválasztás „ára” az erőműből kiadott villamos energia hatásfokának csökkenése.

Tervezett CCS technológiák N2, O2, H2O levegő szén Tüzelés után CO2 -leválasztás GK CO2 H2O szén O2 Tüzelés előtt Elgázosítás + CO2 leválasztás H2 N2, O2, H2O CO2 víztelenítés komprimálás, szállítás tárolás Erőmű levegő szeparáció levegő N2 CO2 (H2O) O2/CO2 recirkuláció oxyfuel tüzelés Erőmű CO2 (H2O) recirkuláció O2 levegő szeparáció N2

CO2-mosás (BASF-Linde) mosóoldat Deszorber Abszorber Fűtőgőz Füstgáz N2 +CO2 Hőcserélő Mosóoldat + CO2

Future conventional Power Plant with Post-Combustion Technology Flue gas Low-CO2 gas additional srubbing facilities Precipitator PCC-Desorber Desulphurisation CO2 PCC-Absorber Cooling tower or stack PCC-Heat Exchanger CO2-Compressor PCC-Consumable tanks

O2/CO2 recirkulációs (oxyfuel) tüzelés Mechanikai energia P GT Kis hőmérsékletű hő SOx, NOx, O2, részecskék energia szén Részecske eltávolítás Füstgáz tisztítás CO2 CO2 kompresszió levegő szeparáció O2 GK hamu N2 H2O CO2, H2O recirkuláció Kis hőmérsékletű hő CO2 szállítás és tárolás

IGCC-CCS Project Gas conditioning, CO2-capture Gasification WTA-Coal drying Air separation CCPP Results of the concept phase El. capacity: 450 MWgross, 330 MWnet Net efficiency: 35 % (incl. CO2 transport and storage) CO2 storage: 2.6 mill. t/a in deep saline formations Investment cost: € 1.7 bn (real 2007, incl. pipeline and storage) Energy Source: Lignite preferred Storage region Pipeline Power plant

Hatásfok-csökkenés: ultra-szuperkritikus gőzerőmű

Hatásfok-csökkenés: oxyfuel-tüzelésű gőzerőmű

Hatásfok-csökkenés: IGCC erőmű

3. CO2-tárolás lehetőségei Az emberi tevékenységből származó évi CO2 kibocsátás 24 Gt/év. A jelenleg működő, ill. lezárt olaj és gázkutak befogadóképessége jelen ismeret szerint 800 Gt, így a prognosztizált növekedést figyelembe véve 20-25 évre elegendő. Hosszú távú megoldást a föld mélyén (1 km alatt) lévő porózus homokkőzetekben keresik, melyek befogadóképességét a feltárt kutak többszörösére becsülik. A CO2-t folyékony halmazállapotban (pkr=75 bar, tkr=31 oC) sajtolják a föld mélyébe, ahol kiszorítja a pórusokban lévő sós vizet (ρfolyCO2> ρfolyH2O), és elősegíti a tengerfenéken történő elhelyezést. A tárolóhelyek egyenlőtlen eloszlása előrevetíti, hogy csak széleskörű nemzetközi együttműködéssel valósítható meg (CO2-csővezeték hálózat).

CO2-befogadására alkalmas kőzet (porózus homokkő) metszete

A befogadásra alkalmas kőzetek ismert telephelyei

Megvalósult és tervezett CO2-injektálási projektek

Carsons erőmű (Kalifornia) H2O CO2 + H2 H2 CO2 -megkötés elgázosító H2 -erőmű 500 MW petrolkoksz finomító 4 Mt/év CO2 (az olajtermelés serkentésére) olajkút CO2 olaj

A jövő energiatájképe környezetbarát és integrált lesz Nem konvencionális olajok (szurokföldek, olajpalák) Mélytengeri feltárás Partmenti szélfarm Gáz cseppfolyósítás (LNG) Gázból folyadékok (GTL) Atomerőművek Füstgáz tisztítás (gázmosók, stb.) Hidrogén gazdálkodás Erőmű indítás optimalizálása Integrált gázosító kombi ciklus (IGCC) Gázosításból származó szintetikus fűtőanyagok CO2 leválasztás és tárolás Rendszer irányító Fűtőanyag cellák

Felhasználási területek: 4. Hidrogén energetika Felhasználási területek: tüzelőanyag, üzemanyag, tárolt primerenergia, vegyipari alapanyag.

Szintézisgázból leválasztások után (lásd Carsons erőmű). Vízből: Hidrogén előállítása Szintézisgázból leválasztások után (lásd Carsons erőmű). Vízből: A víz bontása atomerőműben termelt hő felhasználásával termokémiai körfolyamatban (közvetlen termikus bontás csak 2500 oC felett). A hidrogén előállítása elektrolízissel és jobb hatásfokkal, mint a konvencionális eljárások: Túlnyomás alatti (p>30 bar) elektrolízis 90 oC-on, Gőz (500-900 oC) elektrolízis szilárd elektrolittal (plZRO2-Y-oxidokkal).