Przyszłość energetyki węglowej

Transkrypt

1 Przyszłość energetyki węglowej Prof. dr hab. inż. Wojciech NOWAK Debata o przyszłości energetyki, maj 4-7, 2010

2 Wszyscy korzystamy z energii! Wykorzystanie energii w domach

3 Fossi 64,4% P O L I T E C H N I K A C Z Ę S T O C H O W S K A Energia pochodzi przede wszystkim ze spalania paliw kopalnych Nuclear 16,9% Other 1,6% Hydro 17,1%

4 Efekt cieplarniany Gazy cieplarniane zgromadzone w atmosferze zatrzymują ciepło powodując ocieplanie planety

5 Udział procentowy gazów z wyłączeniem pary wodnej w efekcie cieplarnianym CFC 12% 12% O 3 5% N 2 O CO 2 CH 4 53% 18%

6 Szacuje się, że temperatura Ziemi za 95 lat podniesie się o o C! Ostatni Okres Lodowcowy był tylko o 5 o C zimniejszy niż dzisiaj Ostatnie dziesięciolecie to najcieplejszy okres w XX wieku Ocieplanie klimatu jest faktem. Dowodzą tego wielorakie obserwacje i analizy prowadzone przez wiele organizacji międzynarodowych i ośrodków w naukowych. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), a consortium of several thousand independent scientists.

7 Klimat już się zmienia! Lodowiec Muir, Alaska, sierpień 1941 sierpień 2004 NSIDC/WDC for Glaciology, Boulder, compiler. 2002, updated Online glacier photograph database. Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center.

8 Niezaprzeczalne fakty : topnienie pokrywy lodowej Bieguna Północnego Globalne ocieplenie rzeczywiście cie ma miejsce 2006 : +1,2 C C we Francji Topnienie pokrywy lodowej Bieguna Północnego : w okresie letnim, pokrywa lodowa Bieguna Północnego mogłaby zniknąć około roku2070 F. Kalaydjian / WTS CO2 Problemy, Wyzwania i Technologie Warszawa, styczen 2007

9 Anomalie pogodowe zniszczenia poczynione przez trąbę powietrzną w Polsce

10 Anomalie pogodowe Susza w Kenii Pierwsze przypadki zachorowań na dengę, ciężką chorobę przenoszoną przez ciepłolubny gatunek komara (Włochy, Hiszpania) Huragan na Morzu Śródziemnym

11 Zima w Polsce

12 za 20 lat Najgorszy scenariusz: poziom CO2 wzrasta Najlepszy scenariusz: niski poziom CO2 Ile będziecie mieć lat, bądź wasze dzieci?... Styl naszego życia wyznaczy temperaturę Ziemi Alternatywy nie ma trzeba ograniczyć CO 2

13 Dwutlenek węgla w i dinozaury Okazuje się, że w historii Ziemii ilość dwutlenku węgla ulegała znacznym wahaniom. Stała zmienność jest podstawową cechą klimatu, a Ziemia znajdowała się w fazach ocieplenia i zlodowacenia. Nie ulega jednak wątpliwości, że wzrost CO 2 w atmosferze jest związany z działalnością człowieka

14 Głównym źródłem wzrostu CO 2 w atmosferze za ostatnie 250 lat było spalanie paliw kopalnych i wycinanie lasów

15 Zmiany klimatu oraz Teoria Stabilizacji Klinowej Princeton Miliardy ton emisji węgla uniknięte Wzrost sprawności wytwarzania Wodór dla transportu Biopaliwa Biosekwestracja Odnawialne źródła energii Elektrownie jądrowe Wychwyt i magazynowanie CO2 Żadna pojedyńcza technologia nie rozwiąże problemu Na przykład, aby ograniczyć 1 GtC/rocznie należałoby: Produkować energię za sprawnością 60 %(LHV) w stosunku do obecnej średnio 32% Wychwycić i zmagazynować CO 2 dla 800 GW elektrowni węglowych (~4.6mtCO 2 /GW/rok) i stworzyć 3500 składowisk geologicznych tak jak Sleipner (1mt CO 2/ rok) Note 1GtC=3.66GtCO2

16 Wyzwania technologiczne Stabilizacja CO 2 w atmosferze pojazdy: sprawność, Biopaliwa, wodór, ogniwa Pojedyńcza technologia czy polityka nie rozwiążą problemu Różnice - regiony - zasoby - rynki - preferencje - skala - technologie - wymagania czasowe - infrastruktura Odnawialne źródła energii Budownictwo energooszczędne, przemysł, CHP Biopaliwa i paliwa alternatywne Elektrownie jądrowe IV generacji Sekwestracja CO 2 Sieci przesyłowe Canadian Hydrogen Association, 2006

17 Pakiet energetyczno- klimatyczny Określenie Pakiet klimatyczno energetyczny używa się w odniesieniu do zbioru dokumentów przygotowanych przez Komisję Europejską i opublikowanych 23 stycznia 2008 roku. Składa się on z propozycji legislacyjnych oraz z dokumentów w pomocniczych, stanowiących uzasadnienie do przedstawionych propozycji.

18 Pakiet klimatyczno- energetyczny Pakiet w istotny sposób b przyczyni się do zabezpieczenia przyszłości naszej planety, Umocni przewodnią rolę UE w walce ze zmianami klimatycznymi, Przyczyni się do starań UE, aby zapewnić środki finansowe na działania ania zmierzające do łagodzenia skutków w zmian klimatycznych i dostosowania się do nich, w tym za pośrednictwem rynku uprawnień do emisji CO 2

19 EUROPEJSKA POLITYKA ENERGETYCZNA 3 x 20 Główne zadania europejskiej polityki energetycznej: przeciwdziałanie zmianom klimatycznym, rozwój rynku pracy, intensyfikacja wzrostu gospodarczego oraz ograniczenie zależności od zewnętrznych dostaw surowców energetycznych są ściśle związane z identyfikacją zagrożeń wywołanych kontynuacją obecnej energochłonnej i wysoko emisyjnej polityki rozwoju. Głównymi zadaniami do 2020 są: 20% ograniczenie emisji gazów cieplarnianych w odniesieniu do poziomu emisji w1990r., 20% udział źródeł odnawialnych w bilansie energii pierwotnej, 20% redukcja globalnego zużycia energii pierwotnej (wzrost efektywności wytwarzania energii, wzrost sprawności odbiorników, oszczędność energii itd.) Są to zadania stwarzające nadzieję na osiągnięcie w dłuższej perspektywie czasu stabilizacji zmian klimatycznych

20 Węgiel główne źródło o energii Struktura zużycia energii pierwotnej na świecie w 2006 roku Źródła energii elektrycznej na świecie w 2006 roku BP Statistical Review of World Energy, 2008 Eurocoal, Brussels, 2008

21 Potwierdzone zasoby węgla w na świecie w 2005 roku (mld( ton) Leszczyński T. 2009

22 About 27% of the overall power generation in the EU is provided by coal fired power plants A. Mestre /SYNDEX, A. Jakubowki / S.PARTNERS. ETUC Conference, London, 2009

23 Polska na węgluw Polska, która bazuje na węglu w w większym stopniu niż inne kraje, musi zmienić swój j system energetyczny Polska energetyka, oparta głównie g na węglu, w powinna stać się jednym z filarów w bezpieczeństwa energetycznego UE Polska jest prawie niezależna na energetycznie, ponieważ posiada duże e rezerwy węgla, w a z drugiej strony jej elektrownie emitują duże e ilości CO 2 Rozwiązaniem zaniem z tej sytuacji jest czysty węgiel w oraz wyposażenie polskich elektrociepłowni owni w system wychwytywania i składowania dwutlenku węgla w (CCS) TO OLBRZYMIE, ALE REALNE, WYZWANIE DLA NASZEGO KRAJU

24 TWhe] Energia Elektroenergetyka Polski Energia elektr. w wybranych krajach po przyjęciu do UE wzrost zużycia Państwo [%] /lata/ ogółem średnioroczny Irlandia / / Hiszpania / / Grecja / / Portugalia / / %/rok GWe +2,5%/rok ~+2%/rok Zapotrzebowanie na nowe elektrownie GWe ~Moc [GWe] EW>50MW EW< 50 MW EC w.kam. El w.kam. El w.br. 45 W zużyciu energii 36 elektrycznej na mieszkańca Polska znajduje 27 się w UE na 24 miejscu Źródło: EDF Polska Environment Workshop L.Jestin W przewidywaniu ostrych limitów emisji CO 2, SO 2, NOx w UE i zapotrzebowaniu na GWew perspektywie ok. 20 lat nie można sprostać bez elektrowni węglowych z CCS i energii jądrowej

25 SIĘGAJMY PO NAJNOWOCZEŚNIEJSZE ELEKTROWNIE WĘGLOWE ZERO-EMISYJNE ELEKTROWNIE Z SEPARACJĄ CO 2 Separacja CO 2 po procesie spalania Spalanie w atmosferze tlenowej Separacja CO 2 przed procesem spalania Image source: Vattenfall

26 Pakiet klimatyczno-energetyczny jako narzędzie walki z recesją i drogą do odbudowy gospodarki Europejski System Handlu Emisjami (ETS) kluczowy element polityki UE Wspólny wysiłek obejmujący inne sektory, nieobjęte systemem ETS Wychwytywanie i składowanie CO2 (CCS: Carbon Capture & Storage) 20% energii ze źródeł odnawialnych Finansowanie innowacyjnych technologii wychwytywania i składowania CO 2 Te działania powinny być jednym z głównych źródeł tworzenia miejsc pracy

27 Deep emission cuts will take place on Poland ASU O 2 Near-zero emissions OXY CFB/PC OXY Firing CO 2 Carbon Free Power FULL COMBUSTION Air Air USC PC USC CFB Post combustion capture: -Amine -Chilled Ammonia -Anti Sublimation -Membranes -CLC Carbonate CO 2 CO2 Compression Transport Storage COAL Air CHEMICAL LOOPING CO 2 CO 2 PARTIAL COMBUSTION ASU O 2 Air IGCC AIR or O2 BLOWN SELEXOL CO2 Scrub CO to H2 Water Shift Alstom, Clean Coal Technologies for Poland Tomorrow Needs, January 2007 H 2 PETROCHEMICALS + LIQUID FUELS H2 GT Power Fuel Cell

28 Need for low-carbon plants In 2050 RES: 38% of total mix (1800TWh) Wind: 56% of RES Nuclear: 27% of total mix (1300TWh) CCS: 30% of total mix (1414TWh) Other fossils: 5% of total mix (231TWh) Hans ten BERGE. Warsaw, 5 November 2009, Poland

29 Advanced Amine Process Validation Facility PGE Belchatow 4440 MW lignite Demonstration Plant for CCS from 858 MW is prepared (in frame of the EU Flagship Programme 858MW unit, the largest and most modern plant in Poland Planned commissioning Technology Validation Program Pilot carbon capture plant at existing unit Approximately 65,000 tonnes CO 2 /year Operational in 2011 Larger CCS facility as second phase Greater than 1 million tonnes CO 2 /year Operational in 2015 Selected for receiving EEPR funding

30 Advanced Amine Process 20 MW th Hilton R.G. CCS Workshop, May 11, 2009

31 Zero-emission facility combining power engineering with chemical production Polygeneration with CCS at Kedzierzyn Chemical Plant Possibilities of CO 2 transport and storage

32 HP Stream 137 MWth H2 + CO + CO2 METHANOL Mg/y Oxygen Coal Storage CO2 2.4 mln Mg/y Biomass H2 GT 309 MWe HRSG ST

33 Wszystkie obiekty energetyczne spalania o określonej mocy, którym pozwolenie na budowę lub pozwolenie na działalność zostaną udzielone po wejściu Dyrektywy CCS mają obowiązek posiadania na terenie zakładu odpowiedniej powierzchni dla instalacji CCS, jeżeli dostępne są odpowiednie składowiska, a transport CO 2 i modernizacja pod kątem wychwytywania CO 2 są wykonalne technicznie i ekonomicznie (Pkt 46 Preambuły) CO 2 SPRĘŻANIE 80 m 100 m ASU 1 ASU 2 CCS 100 m Dodatkowy obszar pod zabudowę ASU i instalacji wychwytywania CO 2

34 1200 P O L I T E C H N I K A C Z Ę S T O C H O W S K A PE chciał pójść dalej i wprowadzić 500 g/kwh To zmusiłoby elektrownie do składowania CO 2 pod ziemią CO 2 emission (g/kwh) % coal 34% 21% % biomass 20% biomass Average Europe CFB today Łagisza 460 MWe 34.7% na 43.3 % Redukcja CO 2-28% t/co 2 rocznie Thermie SR 600 Thermie Ultimo 500 % biomass on LHV Net efficiency (lhv, %) 19th Conference on FBC, 22 May, 2006 Poziom < 500 g/kwh gaz lub CCS

35 Wzrost sprawności mniejsza emisja CO 2 Technologia Procentowe zmniejszenie emisji CO 2 (odniesiono do średniej sprawności w 1999)

36 Od 2020 roku wszystkie elektrownie muszą być wyposażone one w instalację wychwytywania i składowania CO 2

37 Wychwytywanie i składowanie CO 2 Dojrzałość technologiczna CCS Oxyspalanie Wychwytywanie ze spalin IGCC Separacja Mineralna karbonatyzacj a Deponowanie w oceanach Wydobycie metanu w kopalniach węgla Złoża gazu i ropy Formacje solne Transport CO 2 jako produkt Odzysk ropy Faza badawcza Faza demonstracyjna Ekonomicznie wykonalna pod pewnymi warunkami Dojrzała rynkowo

38 Wychwytywanie, składowanie i chemiczna utylizacja CO 2 Celem chemicznej utylizacji CO 2 jest zaprojektowanie procesów chemicznych, które pozwolą na konwersję odseparowanego i wychwyconego CO2 w użyteczne produkty.

39 Dziękuję za uwagę Prof. dr hab. inż. Wojciech NOWAK Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska Politechnika Częstochowska ul. Dąbrowskiego Częstochowa Tel./Fax