Ημερίδα ΤΕΕ : Βέλτιστη εκμετάλλευση του λιγνίτη στην ηλεκτροπαραγωγής Πτολεμαΐδα, 11 Μαΐου 2009 Χρήση πτωχού λιγνίτη σε υφιστάμενες ες μονάδες και εναλλακτικές τεχνικές βελτίωσης της ενεργειακής και περιβαλλοντικής ρβ απόδοσης Απ. Ευθυμιάδης Γ. Πορφύρης Ν. Γιωτόπουλος Δρ. Μηχ., Διπλ. Μηχ/γος- Διπλ. Μηχ/γος Μηχ. Διπλ. Ηλεκ/κός Μηχ. Ηλ/γος Μηχ. ΔΕΗ ΑΕ ΛΚΔΜ τ. Δ/ντής ΑΗΣ Καρδιάς ΔΕΗ
Αντικείμενο της παρουσίασης Βέλτιστες διαθέσιμες τεχνικές για περιορισμό σωματιδιακών ρύπων Οδηγία 96/61 : IPPC Περιβαλλοντικά προβλήματα σωματιδιακών ρύπων Εκπομπές σκόνης Συγκεντρώσεις μικροσωματίων στην ατμόσφαιρα Ποιότητα λιγνιτών : μέση κατωτέρα θερμογόνος δύναμη Ενεργειακή και περιβαλλοντική προσομοίωση λιγνιτικών μονάδων 300 MW Κριτήρια επιλογής ΒΔΤ Προτεινόμενες ΒΔΤ
Εισαγωγή : τα νέα θεσμικά δεδομένα στην ηλεκτροπαραγωγή Περιβαλλοντικοί ρβ περιορισμοί ρ (SO 2, ΝΟx, σκόνη, β.α. = CO 2) Μεγάλες εγκαταστάσεις καύσεως (2001/80/ΕΚ) Εθνική οροφή (2001/81/ΕΚ) IPPC (96/61/EK) : «ΒΕΛΤΙΣΤΕΣ ΔΙΑΘΕΣΙΜΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ» Νέα πολιτική επιβάρυνσης εκπομπών CO2 1993/87/ΕΚ : Θέσπιση συστήματος εμπορίας 2002/385/ΕΚ : -8% από 1990 έως 2008-12 2003/389/ΕΚ : Μηχανισμός παρακολούθησης CO2 2003/87/ΕΚ : Αδειες εκπομπής και κατανομή δικαιωμ. 2004/101/ΕΚ : CER και ERU ΕΚ 2216/2004 : Μητρώα καταγραφής συναλλαγών Το άνοιγμα της αγοράς ενέργειας
Περιβαλλοντικοί περιορισμοί : π.χ. σωματιδιακές εκπομπές (σκόνη) ό ΠΔ1180/81 : <100 ή 150 mg/m 3 (166 ή 249 mg/nm 3 ) Οδηγία 2001/80/ΕΚ Για εγκαταστάσεις <500 MW : 100 mg/nm 3 Οδηγία 96/61/ΕΚ Για εγκαταστάσεις >300 MW th : ΒΔΤ 5-25 mg/nm 3 «υπό τεχνικώς και οικονομικώς βιώσιμες συνθήκες»
Σωματιδιακές εκπομπές Σταθμός ΔΕΗ Μονάδα Αριθμός Αριθμός Ποσοστό Μετρήσεων Υπερβάσεων υπερβάσε (σε ημέρες) (σε ημέρες) ων ΑΗΣ ΠΤΟΛΕΜΑΙΔΑΣ ΑΗΣ ΚΑΡΔΙΑΣ ΑΗΣ ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ Μονάδα Ι 425 271 64 % Μονάδα ΙΙ 425 254 60% Μονάδα ΙΙΙ 425 184 43% Μονάδα ΙV 425 264 62% Μονάδα Ι 425 264 62% Μονάδα ΙΙ 425 212 50% 425 95 22%
Ποιότητα ατμόσφαιρας Τα επίπεδα των μικροσωματιδίων στην περιοχή της Κοζάνης ξεπερνούν τα επίσημα όρια (50 μg/m 3 ) Η μέση ετήσια τιμή κυμαίνεται περί τα 70 μg/m 3, με 3 επίσημο όριο τα 40 μg/m 3. Τα μέσα ετήσια επίπεδα ΡΜ και στις γειτονικές πόλεις Τα μέσα ετήσια επίπεδα ΡΜ 10 και στις γειτονικές πόλεις είναι υψηλά (Πτολεμαΐδα 86 μg/m 3, Φλώρινα 58 μg/m 3 ).
Περιβαλλοντικοί περιορισμοί : Καθαρός βαθμός απόδοσης λιγνιτικών μονάδων (ΙPPC) Νέες μονάδες κονιορτοποιημένου άνθρακα 42 έως 45% Υφιστάμενες μονάδες 36έως 40% ή αύξηση > +3%
Ποιότητα λιγνίτη ΚΘΔ Kcal/kg Ονομαστική ΚΘΔ
Σύγχρονοι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί Λιγνιτικοί Ανθρακικοί Φυσικού αερίου
Εκπομπές CO 2 ανά τεχνολογία και καύσιμο σταθμού kg CO O2 ανά παρ ραγόμενη kw Wh 1,6 14 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Σημερινή κατάσταση Νέα τεχνολογία Λιγνιτική Ανθρακική Συνδ. Κύκλου Πετρελαϊκή Συμπαραγ. Με ξήρανση ή εξαερίωση λιγνίτη
Εκτίμηση επιβάρυνσης CO 2 : 2020 Αύξηση εκπομπών CO 2 : 20% από 2005 Μείωση δικαιωμάτων : 7% από κατανομή 2005 Ισοδύναμη αύξηση : 27% Τίμημα εξαγοράς δικαιωμάτων :30 /t CO 2 Σύνολο επιβάρυνσης : Σύνολο επιβάρυνσης : 27% x 30 = 8,1 /t CO 2
Σύγκριση λιγνίτη και φυσικού αερίου Αξί ία παραγ γόμενης ηλ. ενέ έργειας ( / MWh) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 Χωρίς επιβάρυνση εκπομπών CO2 Λιγνίτης Φ.Α. (16 $/Gcal ΑΘΔ) Φ.Α. (18 $/Gcal ΑΘΔ) Φ.Α. (20 $/Gcal ΑΘΔ) Φ.Α. (24 $/Gcal ΑΘΔ) 0,00 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 Ωρες λειτουργίας ετησίως
Σύγκριση λιγνίτη και φυσικού αερίου Με επιβάρυνση εκπομπών CO 2 κατά 10 /t Αξί ία παραγ γόμενης ηλ. ενέ έργειας ( / MWh) 70,0000 60,00 50,00 40,0000 30,00 20,00 10,0000 0,00 Λιγνίτης Φ.Α16 $/Gcal ΑΘΔ) Φ.Α. (18 $/Gcal ΑΘΔ) Φ.Α. (20 $/Gcal ΑΘΔ) Φ.Α. (24 $/Gcal ΑΘΔ) 3.000 4.000 5000 5.000 6.000 7000 7.000 8.000 9000 9.000 Ωρες λειτουργίας ετησίως
Θερμοδυναμικός κύκλος ατμού h 175 atu 1 3 540 C Q D.( h1 h ) D2.( h2 3) 1 h = 602,9 Gcal/h 2 44,5 atu 41,2 C 4 0,08 atu D1 = 916 t/h D2 = 835 t/h s
Εγγυήσεις κατασκευαστή Βαθμός απόδοσης ατμοπαραγωγού n K = 0,86 Βαθμός απόδοσης του ατμοστροβιλικού κυκλώματος n ST =042 0,42 Συνολικός βαθμός απόδοσης της μονάδας n Συν = 0,368 Θερμοκρασία προθέρμανσης του αέρα της καύσεως : 280 C
Στοιχεία ποιότητας λιγνιτών Χαρακτηριστικό μέγεθος Λιγνίτης σχεδιασμού Πτωχός λιγνίτης Αμεση ανάλυση -Υγρασία -Τέφρα ΚΘΔ = 1320 kcal/kg ΚΘΔ = 1100 kcal/kg = 5526,4 kj/kg = 4605,44 kj/kg 58% 58% 10,8% 14,9% -Καθαρή ουσία 31,2% 27,1% Θερμογόνος δύναμη καθαρής ουσίας (kcal/kg) 5.346 5.346 Κατωτέρα θερμογόνος δύναμη 1.320 1.100100 καυσίμου (kcal/kg)
Απλουστευμένο θερμοδυναμικό πρότυπο σταθμού L 0,241. 1000 0 0,5 L L h 0 m f V 0,212. V V m h R 1,65 1000 0 V R m f V0 ( 1) ). L Q K. 0 Q B m P m f K f f ST P Q Q B K ST
Απλουστευμένο θερμοδυναμικό πρότυπο σταθμού Ανάκτηση θερμότητας LUVO Q L m. c. t L p Ταχύτητα καπναερίων στην έξοδο του φλογοθάλαμου TR u R 273 V h A u R 10 m / s Παραγόμενη σκόνη E T m f T Βαθμός συγκράτησης ηλεκτρόφιλτρων : 99,85%
Χαρακτηριστικά μεγέθη λειτουργίας Λιγνίτης σχεδιασμού Πτωχός λιγνίτης 1100 kcal/kg Απαιτούμενη ποσότητα λιγνίτη (t/h) 531,1 637,4 Προσδιδόμενη δό ποσότητα λιγνίτη (/h) (t/h) 531,11 540,00 Απαιτούμενς όγκος αέρα καύσης 1.263.449 1.137,240 (Nm 3 /h) Παραγόμενος όγκος καπναερίων 1.795.206 1.667.240 (Nm 3 /h) Προσδιδόμενη θερμότητα στον 701,1 594,0 λέβητα (Gcal/h) Θερμοκρασία καπναερίων στην έξοδο 1000 945 του φλογοθαλάμου κατά Eckert ( C) Μεταβολή Ταχύτητα καπναερίων στην έξοδο του φλογοθαλάμου (m/s) 9,14 8,3 Βαθμός απόδοσης λέβητα (%) 0,86 0,84-2,33% Συνολικός βαθμός απόδοσης (%) 0,368 0,353-4,08% Ισχύς μονάδας (MW) 300 243,7-18,77% Εκπεμπόμενη τέφρα (mg/nm 3 καπναερίων) 47,9 68,4 +42,8%
Σύγκριση ονομαστικού (1320 kcal/kg) και πτωχού λιγνίτη (1110 kcal/kg) Λιγντίτης Ονομαστικός Πτωχός Απόδοση ισχύος 300 MW 244 MW Θερμικός β.α. 36,8% 34,8 35,3% 3% Εκπομπή σκόνης 49,7 mg/nm 3 68,4 mg/nm 3 Ταχύτητα καυσαερίων <10 m/s > 10 m/s Απαιτήσεις IPPC Εξοικονόμηση λιγνίτη
Μικτή καύση με λιθάνθρακα m f m f Q,, m f, m f, 540 t / TR Vh ur 10 m / 273 A h s
Μέτρα αναβάθμισης λιγνιτικών σταθμών Εισαγωγή μεικτής καύσης Λιθάνθρακας (2 ~ 3%) Πρόταξη αεριοστροβίλων (Α/Σ) : θερμικός β.α. 40% Εξαερίωση λιγνίτη και καύση σε Α/Σ (Κ. Λέφας) Προξήρανσης λιγνίτη (A. Βακάλης) Αλλα μέτρα βελτίωσης του βαθμού απόδοσης
Πρόταση RWE : Πρόταξη Α/Σ Weisweiler Power Station Topping gas turbine Plant G and H
Πρόταση RWE
Weisweiler Power Station Topping gas turbine Plant G and H
Συμπεράσματα Σκοπός : Ορθολογική εκμετάλλευση λιγνιτών και εξοικονόμηση για μελλοντικές γεννιές Αξιοποίηση λιγνιτών κατώτερης ποιότητας Παράταση διάρκειας ζωής υφιστάμενων μονάδων Βελτίωση του βαθμού απόδοσης των λιγνιτικών μονάδων τουλάχιστον κατά 2-3 μονάδες Αμεση εισαγωγή τεχνικών μικτής καύσης Επιδεικτικές μονάδες εξαερίωσης ή/και ς μ ς ξ ρ ης ή προξήρανσης λιγνιτών