COORETEC-Veranstaltung des BMWA auf der Enertec 2005 - Leipzig, 10 - 11.03.2005 Kohlekombikraftwerke mit CO 2-Abtrennung
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
COORETEC-Veranstaltung des BMWA auf der Enertec 2005 Leipzig, 10. – 11.03.2005 Kohlekombikraftwerke mit CO2-Abtrennung - Nationale Forschungsaktivitäten Dr. Johannes Ewers, RWE Power Prof. Bernd Meyer, IEC TU Bergakademie Freiberg
Kohlekombikraftwerke
mit CO2-Abtrennung
Potentielle mittel-/langfristige Linien
– IGCC Vergasungskombikraftwerk
– DKSF Kombikraftwerk mit Druckkohlenstaubfeuerung
– DWSF Kombikraftwerk mit Druckwirbelschichtfeuerung
Langfristige Option
– Extern gefeuertes Kombikraftwerk
– Hybridkraftwerk (IGCC + Brennstoffzelle)
Einordnung im COORETEC Konzept von 2003 erfolgt.
Arbeitsgruppe "Kohlekombikraftwerke mit CO2-Abtrennung" des
COORETEC-Beirats hat laufende Aktivitäten und mögliche zusätz-
liche Schwerpunktsetzungen, u. a. bzgl. Schlüsseltechnologien,
diskutiert. 2
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 2
DKSF-Kombikraftwerk
BMWA-gefördertes 1 MWth-DKSF-Pilotprojekt (1989 – 2005)
Abschluss der grundlegenden Prozessuntersuchungen bis Ende 2005, inkl.
richtungsweisender Lösungen zur Heißgasreinigung bzgl. Partikel und Alkalien
und Reinheitstest an GT-Schaufeln.
Konzept für CO2-freies DKSF-Kombikraftwerk noch offen,
diskutierte Ideen:
− CO2-Wäsche am Prozessende (⇒ starke Wirkungsgradeinbußen)
− CO2-Membran (⇒ noch kein Konzept/Lösungsansatz). 3
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 3
DWSF-Kombikraftwerk
BMWA-gefördertes 200 kW Technikumsprojekt BTU Cottbus (06/1998-12/2005)
Technik noch im
Technikumsmaßstab
(448 h Betriebsstunden).
Zusätzliche
Komponententests für
Heißgasreinigung und
CO2-Membran denkbar.
Konzept für CO2-freies DWSF-Kombikraftwerk noch offen,
mögliche Konzepte:
− CO2-Wäsche am Prozessende (⇒ starke Wirkungsgradeinbußen)
− CO2-Membran (⇒ noch kein Konzept/Lösungsansatz). 4
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 4
IGCC mit CO2-Abtrennung
1.000 MW: 10 m3/s, 45 % CO2
konv. KW: 1.000 m³/s, 15 % CO2 H2 (+ N2 aus LZA)
Kohle Gasreinigung GuD
Vergasung CO2-Abtrennung
Luft LZA CO-Shift mit H2-Turbine
O2
CO2
Die Attraktivität der IGCC-Linie:
Hohes Wirkungsgradpotential mit rd. 42 %
Kostengünstige CO2-Abtrennung (hohe CO2-Konzentration, Druckprozess)
hoher großtechnischer Entwicklungsstand
Weiterhin: Kohlevergasung bietet zusätzliche Technik-/Produktoptionen
H2-Wirtschaft
Brennstoffzellentechnik
Chemieprodukte wie Methanol, Ammoniak …
Treibstoffe
IGCC weist breite Palette technologischer Anreize auf. 5
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 5
IGCC: Entwicklungsstand
Großtechnische Demonstrationserfahrungen
Buggenum, Puertollano, Wabash River, Tampa,
253 MWel 300 MWel 262 MWel 250 MWel
Shell, seit 1994 Prenflo, seit 1998 Dow, seit 1995 Texaco, seit 1996
Berrenrath, SVZ,
Syngas, Syngas,
200 MWth 200 MWth
CO2-freie Stromerzeugung
HTW, 1987-1997 BGL, seit 2000 bisher nicht Demonstrationsgegenstand
HTW, 1987-1997
Kohlebasierte IGCC haben kommerziellen Durchbruch nicht erreicht.
Notwendige Entwicklungsziele für ein "schlankes" IGCC als Basis für einen
geeigneten CO2-freien IGCC:
– Vereinfachung der Anlagentechnik
– Steigerung der Verfügbarkeit
– Senkung der Kosten und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. 6
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 6
IGCC: Notwendiger Entwicklungsbedarf
und aktuelle Projekte FuE-Projekt:
1. Entwicklung des "schlanken", verfügbarkeitsstarken und kostengünstigen
IGCC-Konzeptes unter
− Nutzung der bisherigen großtechnischen Projekterfahrungen
(lessons learned), COORIVA,
− Einbeziehung der CO2-Abtrenntechnik. COORAMENT,
Parallel Potentialuntersuchungen, u. a. Vergasung für Braun- und ENCAP
Steinkohle (PHTW), Schaffung von Modellierungswerkzeugen und
scale-up fähigen Untersuchungen.
2. Entwicklung neuer GT-Brenner für H2-reiche Brenngase ENCAP, VESKO
3. Potenzial der allothermen Vergasung für die Kraftwerkstechnik Entwurf
4. Betrieb einer Demonstrationsanlage als abschließenden Tauglich-
keitsnachweis (gestufte Projektentw., z. B. Demoanlage > 100 MWel offen
Leistung, > 200 Mio. € Invest).
Der Entwicklungsbedarf der CO2-freien IGCC-Technik ist klar
definiert.
Mit COORIVA und VESKO im Rahmen von COORETEC und
ENCAP (Teilprojekt 2) sind die wichtigen Arbeiten angestoßen. 7
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 7
COORIVA-Projekt
Nationales Leitprojekt zum IGCC-Prozess im Rahmen COORETEC
Ziele:
– Kritische Bestandsaufnahme weltweit vorliegender IGCC-Betriebserfahrungen
hinsichtlich Technik, Betrieb, Verfügbarkeit und Kosten.
– Umsetzung im Sinne von lessons learned in kraftwerkstaugliches "schlankes"
IGCC-Konzept für Braun- und Steinkohle unter Einbeziehung einer optimalen
CO2-Abtrennung.
– Erarbeitung der technischen und wirtschaftlichen Fakten.
– Vergasungsoptimierung mit Schwerpunkt Vergasungsverfahren für Braun-
und Steinkohle (PHTW) und weitere Potentialuntersuchungen.
Partner: Stromerzeuger, Hersteller, Anlagenplaner, TU-Freiberg (Koordinator)
Budget: 4,6 Mio. €
Laufzeit: vorauss. 04/2005 – 12/2007 (Antrag Juli 2004), TU-Freiberg seit 11/2004
COORIVA wird mit VESKO und CORAMENT neben ENCAP die
Lösungen erarbeiten, um die Projektentwicklung für eine IGCC-
Demoanlage mit CO2-Abtrennung und -Speicherung starten zu können. 8
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 8
COORAMENT*-Projekt
*CO2-Reduktion, Anwendungsbezogene Modellierung
und ENTwicklung neuartiger Prozessstufen
Begleitprojekt zu COORIVA
Ziele:
– Schaffung qualitativ neuer Modellierungs-
werkzeuge
– Wirkungsgraderhöhung, Kostensenkung,
Erhöhung der CO2-Abtrennrate
– scale up-fähige Untersuchungen zur Vergasung,
zur integrierten CO-shift und zur CH4-Nachkon-
vertierung
Partner: TU-Freiberg, mg technology / LURGI AG
Laufzeit: 2006 – 2009
Nutzung der Synergieeffekte durch vorhandene HP-POX-Anlage
9
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 9
ENCAP-Projekt
Integrated Project im 6. EU Rahmenprogramm zur CO2-freien Kraftwerkstechnik
(IGCC und Oxyfuel).
Ziele:
– Entwicklung CO2-freier Kraftwerke mit niedrigen CO2-Vermeidungskosten und
hohen Abtrennraten.
– Teilziele in Teilprojekt 2 "IGCC mit CO2-Abtrennung":
• Konzepterarbeitung für Erdgas, Braun- und Steinkohle
• Erarbeitung aller technischen/wirtschaftlichen Fakten
• Entwicklung von GT-Brennern für H2-reiche Gase.
Partner: Stromerzeuger, Hersteller und Institute
(Koordinator: Vattenfall AB, für Teilprojekt 2: RWE Power)
Budget: 22 Mio. €,
davon 6,1 Mio. € für Teilprojekte
3,5 Mio. € für GT-Brenner
Laufzeit: 03/2004 – 03/2009
Schwerpunkt von ENCAP für IGCC liegt
bei den IGCC-Basiskonzepten für alle fossilen Energieträger und
in der GT-Brenner-Entwicklung (ca. 60% von Budget Teilprojekt 2). 10
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 10Entwicklung von GT-Brenner für
H2-reiche Gase
ENCAP-Beitrag:
1. Entwicklung einer vereinfachten Verbrennungs-
simulation auf Literaturdatenbasis.
2. Entwicklung und Erprobung eines NOx-armen
H2-Brenners (Schwerpunkt).
COORETEC-Beitrag: Atmosphärischer Versuchsstand in Mülheim
1. Im Rahmen von COORIVA
− Auswertung der IGCC-GT-Betriebserfahrungen mit Synthesegas
− Integrationsgrad der Gasturbine im Gesamtprozess.
2. Im Rahmen von VESKO (DLR-Antrag vom Juli 2004)
− Entwicklung und Validierung eines erweiterten Simulationsmodells zur
Synthesegasverbrennung unter realen GT-Bedingungen
− Erstellung eines Interface zwischen Vergasung und GT.
Projekte unter COORETEC und 6. EU-RP in guter Ergänzung. 11
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 11Heißgasreinigung (HGR)
Keine prozessübergreifende Schlüsseltechnologie
Gegebenheiten für HGR in den fortschrittlichen Kraftwerksprozessen sind sehr
unterschiedlich. Eine generelle übergreifende Bearbeitung ist nicht zielführend.
Anreiz für HGR im IGCC: Temperaturniveau ca. 500 °C von Vergasung bis GT.
Anforderung an HGR: Partikel-, Alkalien-, Chlor-, Schwefel- und CO2-Abscheidung
ggf. Lösungen aus DKSF keine Technik verfügbar,
nur für Flugstromvergas. evtl. Membrane für CO2
Weiteres Vorgehen:
1. Das generelle HGR-Potential für IGCC wird im COORIVA-Projekt zusätzlich
untersucht.
2. Abgleich der HGR-Versuche im DKSF-Projekt mit der COORIVA-Analyse.
3. Schlussfolgerungen, ob, wie und wo HGR weiter verfolgt werden sollte.
DKSF-Anlage in Dorsten bzw. DWSF-Technikum in Cottbus bieten Erprobungs-
chancen.
Das HGR-Potential und ggf. weitere Untersuchungen werden im COORIVA-
12
Projekt für IGCC geprüft.
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 12Membran,
eine Schlüsseltechnologie?
Grundsätzliche Statusbeschreibung:
– Sehr verschiedene Technologien für O2-, H2-, CO2-Abtrennung
– Technologien befinden sich im Grundlagenstadium
– Die Forschungslandschaft ist zersplittert.
⇒ Großtechnische Einsatzfähigkeiten erst im Langfristhorizont zu erwarten.
Die keramischen Hochtemperatur-Membrane zur O2-Gewinnung sind nicht als
isolierte Prozessschritte realisierbar.
Der Kraftwerksprozess muss um die Membran herum organisiert werden;
Beispiel: Oxycoal AC im Vergleich zu konv. Oxyfuelprozess.
⇒ Derartige Kraftwerkskonzepte liegen auf sehr langfristigem Entwicklungshorizont
Aktuelle Aktivitäten:
– Etablierung Schwerpunkt Membrantechnologie im FZ Jülich
– Membran-Teilprojekt im ENCAP-Projekt
– Statusüberprüfung im Rahmen der COORETEC AG IGCC in ca. ½ Jahr.
Für die nächste Generation fortschrittlicher Kraftwerkskonzepte wird die
Membrantechnologie noch keine Bedeutung haben.
⇒ Derzeit keine Notwendigkeit für Schwerpunkt Membrane in COORETEC. 13
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 13Mögliche Entwicklung IGCC mit
CO2-Abtrennung und -Speicherung
04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
1. COORIVA mit VESKO, COORAMENT
− Entwicklung "schlankes" Konzept
(lessons learned)
− Integration CO2-Abtrennung
− Optimierung Vergasung für BK + SK
2. ENCAP (Teilprojekt 2)
− Konzeptentwicklung EG, BK, SK
− Entwicklung H2-Brenner für GT
3. Evtl. Erprobung CO-Shift/CO2-Abtrennung
im Bypass (an vorh. Anlage)
4. Projektentwicklung Demoanlage mit
CO2-Speicherung
5. Klärung sichere CO2-Speicherung
6. Bewertung Emissionshandel und
Klimavorsorgestrategie
7. Entscheidungsfindung Demoprojekt
8. Frühest möglicher Projektentscheid IGCC
Demoanlage mit CO2-Speicherung
9. Genehmigung, Bau Demoanlage
10. IBN, Betrieb Demoanlage
Ca. 2015 könnte Demoanlage IGCC mit CO2-Abtrennung und –Speicherung in 14
Betrieb gehen. Der kritische Pfad liegt bei der Speicherung.
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 14F+E-Projekte RWE Power im Rahmen
der CO2-Minderungsstrategie
Horizont 1 Horizont 2 Horizont 3
Braunkohlevortrocknung/BoA-Plus Budget
WTA-Prototyp (EU-Förderung 2 Mio. €) 40 Mio. €
Werkstoffentwicklung, 700°C-Kraftwerk Effizienzsteigerung
zur CO2-Minderung
COMTES700 - EU Budget *
Testrig Esbjerg - EU (Primärmaßnahme)
17 Mio. €
Testrig Weisweiler - D
Komet 650 - D
CO2-"freies" fossil befeuertes Kraftwerk
ENCAP - EU (IGCC, Oxyfuel, Membranen)
CASTOR - EU (CO2-Wäsche, CO2-Einlagerung) CO2-Abtrennung
CO2SINK - EU (CO2-Einlagerung) Budget * und Speicherung
COORIVA - D (IGCC) 63 Mio. € (Sekundärmaßnahme)
ADECOS - D (Oxyfuel)
OXYCOAL - D (Oxyfuel mit Hochtemperaturmembran)
CO2TRAP, COSMOS - D /CO2-Einlagerung)
15
* Gesamtbudget der Verbundprojekte
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 15Fazit/Schlussfolgerungen
Die wesentlichen anzugehenden Aufgaben für die Entwicklung des IGCC mit
CO2-Abtrennung sind angestoßen bzw. in Bearbeitung.
– COORETEC: COORIVA, VESKO, COORAMENT
– 6. EU-RAP: ENCAP (Teilprojekt 2)
Wichtig ist, dass die Synergien aus den Projekten gewonnen werden.
Ergebnisse bilden ausreichende Basis für nachfolgende Projektentwicklung einer
IGCC-Demonstrationsanlage mit CO2-Abtrennung und -Speicherung.
Dies setzt voraus, dass die CO2-Speicherung zwischenzeitlich soweit entwickelt
wird, dass mit ihr ein Demokraftwerk machbar ist.
Heißgasreinigung und Membrantechnologie sind keine Themen, die prozess-
übergreifend anzugehen sind.
Werkstofftechnische Fragen des IGCC können erst thematisiert werden, wenn
die anlagentechnischen Konzepte stehen.
COORETEC und EU-Rahmenprogramm müssen stärker miteinander verzahnt
werden; dies ist insbes. mit Blick auf Demonstrationsvorhaben notwendig.
Hier ist möglichst starke politische Einflussnahme bei der aktuellen Aufstellung
der Richtlinien für das 7. EU-Rahmenprogramm erforderlich.
Für die IGCC-Linie mit CO2-Abtrennung ist das bestehende COORETEC-Konzept
ausreichend. Eine stärkere Verzahnung mit den EU-RP ist anzustreben. Die CO2-
Speicherung liegt auf dem kritischen Pfad und muss zeitnah entwickelt werden. 16
RWE Power • PFM-IB GZ D05/0040-PKD-N - 16Sie können auch lesen
