Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Transkrypt

1 Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

2 Technologie energetyczne, w tym gazowe nowej generacji W11

3 INSTALACJE ENERGETYCZNE ZINTEGROWANE ZE ZGAZOWANIEM WĘGLA

4 TECHNOLOGIE WĘGLOWE W UKŁADACH Z TURBINAMI GAZOWYMI-EWOLUCJA IGCC Stan obecny Nowe duże instalacje demonstracyjne bez wychwytu - CO 2 B+R Wysokotemperaturowe oczyszczanie gazu Klasa F-turbin gazowych Rozwój i komercjalizacja Wychwyt CO 2 Absorpcja fizyczna Instalacje demonstracyjne Instalacje komercyjne bez wychwytu CO 2 Pierwsze instalacje demonstracyjne zero emisyjnych IGCC Nowoczesne IGCC zerowej emisji Wiele projektów demonstracyjnych w UE(10-12instalacji) i na świecie,w tym projekt RWE (Zero Emission IGCC Power Plant ZEIGCC). Prace nad projektem rozpoczęto w 2004 roku. Instalacja powinna zostać uruchomiona w 2014 r.również w Polsce istnieje możliwość uruchomienia odpowiedniego projektu demonstracyjnego(pke i Zakłady Azotowe w Kędzierzynie Wychwyt CO 2 - B+R Separacja membranowa Reaktory PSA Nowe technologie produkcji tlenu Różne dojrzałe technologie wieloproduktowe

5 Klasyczne układy gazowo - parowe. Opalane gazem układy gazowo - parowe będą zapewne stosowane w strefie obciążenia podstawowego przez najbliższe lat. Podstawą takiego sądu jest możliwość uzyskania w niedalekiej przyszłości sprawności energetycznej rzędu 60 % oraz emisji NO x < 10 ppm. Wszystkie czołowe firmy budujące turbiny gazowe zapowiadają ich nowe generacje. S P KS T a G 9 8 WP S SP b NP Z ekologicznego punktu widzenia byłoby uzasadnionym zastępowanie technologii węglowych przez instalacje gazowe. Dojście w ciągu 50 lat do ograniczenia emisji o 1 Gt C rocznie wymagałoby zastąpienia GW w technologiach węglowych przez wysoko sprawne technologie gazowe. Z wielu powodów jest to mało prawdopodobne. Po pierwsze należy wziąć pod uwagę wyczerpywanie się złóż i utrudniony do nich dostęp, po drugie istnieje poważne ryzyko istotnego wzrostu cen gazu. 12

6 TURBINY GAZOWE MAŁEJ MOCY Osobną grupę klasycznych układów gazowo - parowych stanowią układy małej mocy z turbiną gazową lub silnikiem gazowym tłokowym. Mogą one stanowić technologię dla rozproszonych źródeł produkcji energii elektrycznej i ciepła, w tym również dla utylizacji biomasy Z problematyką układów małej mocy ściśle związane są także zagadnienie konstrukcyjne mikroturbin gazowych, w tym także turbin o mocy nie przekraczających kw.).

7 W energetyce główne znaczenie mają reaktory termiczne wodne: PWR (Pressurized Water Reaktor, około 210 GW mocy zainstalowanej) BWR (Boiling Water Reactor, około 70 GW) PHWR-CANDU (Pressurized Heavy Water moderated and cooled Reactor, około 20 GW) LWGR (Light Water cooled Graphite moderated Reactor, około 19 GW). Ponadto w eksploatacji są reaktory chłodzone dwutlenkiem węgla: AGR (Advanced Gas cooled graphite moderated Reactor), GCR (Gas Cooled graphite moderated Reactor) oraz reaktory prędkie chłodzone ciekłymi metalami -FBR (Fast ENERGETYKA JĄDROWA Reaktory PWR, BWR, CANDU, AGWR instalowane między tworzą II Generację reaktorów. III Generacja obejmuje wodne reaktory zmodernizowane na przełomie 1990/2000 (np. AP- 600, System +, ACR-700). Aktualnie budowane w Europie reaktory EPR(European Pressurized Water Reaktor) we Francji( Flamanville 3) i w Finlandii(Olkiluoto 3), o mocy elektrycznej po 1600 MW każdy, mieszczą się także w tej klasie reaktorów.

8 Po 2010 r. wejdą do eksploatacji reaktory Generacji III+. Będą to głównie udoskonalone reaktory lekkowodne (czasem do tej grupy zalicza się reaktor AP 1000) reaktory CANDU, wysokotemperaturowe reaktory chłodzone helem (PBMR-High Temperature Pebble Bed Reactor- Południowa Afryka) oraz udoskonalone reaktory powielające(np. reaktor IFBR-Indie) W 2000r. Departament Energetyki (DOE) USA powołał Generation IV International Forum(GIF), które łącznie z International Project on Innovative Nuclear Reaktor (INPRO) ustalonym przez IAEA mają wskazać na kierunki rozwoju reaktorów jądrowych i wytypować projekty o najwyższym potencjale technologicznym, ekonomicznym i poziomie bezpieczeństwa Rozważane są głównie reaktory na neutrony prędkie chłodzone ciekłymi metalami i ich solami oraz wysokotemperaturowe chłodzone gazem,rys obok. Reaktory IV Generacji osiągną dojrzałość technologiczną nie wcześniej niż w 2035(2040)r. ENERGETYKA JĄDROWA C.D. Energetyka jądrowa ma istotne znaczenie w ograniczaniu emisji dwutlenku węgla. Jest mało prawdopodobnym by bez jej rozwoju udało się osiągnąć zakładaną stabilizację tej emisji. Ograniczenie emisji o 1mld t C/rok w 2050 wymaga podwojenia zainstalowanej mocy, co wobec konieczności odbudowy mocy, nie jest zadaniem trywialnym. Niektóre programy zakładają osiągnięcie w 2050 r. mocy 1500GW.W tym przypadku potrzeby paliwowe przy wykorzystaniu termicznych reaktorów lekkowodnych wynoszą 1 mln uranu naturalnego, co nie jest istotniejszym ograniczeniem. Zastosowanie reaktorów powielających złagodzi paliwowe ograniczenia rozwoju energetyki atomowej.

9 ŹRÓDŁA ODNAWIALNE Udział źródeł odnawialnych, zgodnie ze strategią energetyczną UE, powinien w 2020 r stanowić 20% w ogólnym bilansie energii pierwotnej. Oznacza to wzrost udziału tej grupy źródeł głównie w wytwarzaniu biopaliw (przede wszystkim dla transportu, w 2020 roku udział biopaliwa w transporcie powinien osiągnąć 14%),elektryczności oraz ciepła i chłodu. Poza klasyczną energetyką wodną podstawowe znaczenie w generacji elektryczności mają: energetyka wiatrowa, odpowiednie konwersje biomasy oraz konwersja fotowoltaiczna Europa należy do regionów o najbogatszych zasobach wiatrowych (nie w pełni dotyczy to Polski).Ich wykorzystanie zależy od postępu w rozwiązaniu dwóch podstawowych zadań : eliminacji niepewności dyspozycyjnej związanej z trudnością przewidywania mocy wiatru i rozbudowy sieci elektroenergetycznej Jednym z projektów rozwiązania tych zadań w dużej skali jest propozycja irlandzkiej firmy Airtricity i ABB Realizacja tego projektu miałaby ważne znaczenie dla uzyskania stabilizacji stężenia dwutlenku węgla. Zaznaczmy, że dla uniknięcia emisji1 mld t C rocznie w 2050 r. byłoby konieczne zainstalowanie turbin wiatrowych o łącznej mocy 2000GW (przy obecnym poziomie 30 GW, w Polsce moc zainstalowana przekroczyła 100 MW), co oznacza budowę 2 mln turbin wiatrowych o mocy jednostkowej 1MW(konieczny obszar- 60 mln hektarów, czyli niemal podwójna powierzchnia Polski).

10 ŹRÓDŁA ODNAWIALNE C.D. Usunięcie jednego klina z trójkąta stabilizacyjnego przez stosowanie źródeł odnawialnych wymagać będzie także dynamicznego rozwoju technologicznego w zakresie konwersji biomasy do elektryczności i ciepła oraz konwersji fotowoltaicznej. Aktualna sytuacja w zakresie wprowadzania technologii biomasowych w polskiej energetyce uzasadnia następujące opinie: Dynamika wprowadzania rozproszonych układów energetycznych zintegrowanych ze zgazowaniem termicznym i biologicznym jest niewielka; konieczne są dodatkowe impulsy technologiczne, prawne i ekonomiczne Stan rozwoju technologii wytwarzania ciepła jest zadawalający Interesującym może okazać się rozwój siłowni małej mocy i mikrosiłowni opartych o obiegi Rankine,a czynników organicznych. Główną drogą wykorzystania biomasy w Polsce będzie produkcja biopaliwa dla transportu Dominującym procesem przetwarzania biomasy w elektryczności jest jej współspalanie w instalacjach węglowych wielkich mocy. Ten proces konwersji biomasy będzie przeważał także w najbliższej przyszłości

11 Biogazownia rolnicza Kolektor gazu Składowisko odpadów S F Schemat elektrociepłowni z silnikiem spalinowym zasilanym gazem wysypiskowym WC4 ~500 O C TS WC3 Odwierty z wstępnym układem filtracyjnym GAZ Powietrze WC1 SILNIK Odprowadzenie ścieków WC2 OC

12 CO Z DWUTLENKIEM WĘGLA? Polityka dekarbonizacji energetyki paliw organicznych wymaga bezpiecznego składowania dwutlenku węgla

13 OGNIWA PALIWOWE W ogniwach paliwowych zachodzi bezpośrednia konwersja energii chemicznej paliwa w energię elektryczną. Intensywny rozwój ogniw obserwujemy po 1960 r. W polu widzenia podejmowanych prac naukowych i rozwojowych były zarówno aplikacje w transporcie, jak i w energetyce. Współcześnie oba obszary zastosowań są dalej aktualne. W energetyce rozpatruje się zastosowanie ogniw paliwowych w jednostkach małych i średnich mocy, w tym także jako rozproszone źródła ciepła i energii elektrycznej. OGNIWO PALIWOWEP 200 W

14 ENERGETYKA WODOROWA Jeszcze niedawno ten rodzaj technologii uważany był za bardzo interesujący. Dziś opinie są bardziej sceptyczne.podstawą zmiany opinii jest bardzo długa ścieżka konwersji od źródła energii pierwotnej poprzez wodór do energii elektrycznej. Wodór nie jest, bowiem paliwem, tylko pośrednim nośnikiem energii. Produkcja wodoru z paliw organicznych jest procesem ich dekarbonizacji. Wykorzystanie do produkcji wodoru źródeł odnawialnych i jego wykorzystanie do produkcji elektryczności jest niskosprawne. Mimo więc, że wodór i ogniwa paliwowe stanowią istotny potencjał energetyczny i ekologiczny, to ich wykorzystanie dla produkcji elektryczności wymaga pokonania wielu przeszkód zanim staną się konkurencyjne na rynku energii. Jego wykorzystanie w transporcie jest także uzależnione od rozwiązania wielu problemów logistycznych i magazynowych.

15 OGNIWA PALIWOWE I INNE TECHNOLOGIE B. Rukes, R. Taud :Status and perspectives of fossil power generation.energy 29(2004)

16 PODSUMOWANIE W wykładzie przedstawiono ogólną charakterystykę współczesnych technologii energetycznych i podstawowych tendencji ich rozwoju. Omówiono głównie technologie dużej mocy. Zróżnicowanie technologii wytwarzania elektryczności i ciepła jest następstwem wielkości zasobów, ich gęstości energetycznej, kryteriów ekologicznych, uwarunkowań rynkowych i innych(w tym społecznych i politycznych). Nowe technologie energetyczne rozwijają się w wielu kierunkach. Żaden z nich wobec trudnych do przewidzenia procesów rozwojowych, w tym zmian klimatu, nie może być dyskryminowany. Rozwój wszystkich opcji pokrywania potrzeb energetycznych jest podstawą zrównoważonego rozwoju społeczeństw i bezpieczeństwa energetycznego świata dziś i w przyszłości.

17 PODSUMOWANIE Głównym odniesieniem dla zadań rozwoju technologicznego przyjęto stabilizację emisji CO2 na obecnym poziomie. Jest to założenie dość radykalne i mało realne biorąc pod uwagę zróżnicowane cele rozwoje poszczególnych krajów. Ilustruje jednak skalę wyzwań związanych z polityką stabilizacji niezależnie od przyjętego jej poziomu. Polityka UE zakładająca 30% ograniczenie emisji w 2030r oraz 50% w 2050r. jest polityką stabilizacji na bardzo wysokim poziomie. Uzyskanie takiego postępu w skali globu wymaga jednak ścisłego współdziałania i zaufania międzynarodowego Opracowanie nowych technologii energetycznych i wprowadzenie ich do eksploatacji wymaga współdzia działania ania badaczy i inżynier ynierów reprezentujących różne r dziedziny i dyscypliny naukowe. Technologie energetyczne to obecnie interdyscyplinarny obszar badań i kształcenia cenia kadr naukowych oraz inżynierskich.

18 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ