The place of solid fuel gas-steam power plants in the „energy mix” of the future
Autor: Dr inż. Elżbieta Moryń-Kucharczyk
Instytut Maszyn Cieplnych, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki P.Cz.
Al. Armii Krajowej 21, 42-200 Częstochowa, Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
(„Energetyka” - nr 2/2013)
Streszczenie: W artykule przedstawiono stan obecny i perspektywy rozwoju zintegrowanych układów gazowo-parowych typu IGCC oraz PFBC wykorzystywanych w elektroenergetyce. Przeprowadzona analiza SWOT potwierdziła duży potencjał tych rozwiązań zarówno z punktu widzenia energetyki jak i ochrony klimatu.
Słowa kluczowe: układ gazowo-parowy, IGCC, PFBC, ochrona klimatu, analiza SWOT
Światowa polityka klimatyczno-energetyczna
Dzisiaj, ale także w najbliższych kilkudziesięciu latach dominującym źródłem energii pierwotnej w elektroenergetyce jest i będzie węgiel, chociaż przewiduje się spadek jego udziału z 41% w 2008 r. do 32% w roku 2035 [1]. Jednocześnie międzynarodowa polityka przeciwdziałania zmianom klimatu sprawia, że ciągle poszukuje się technologii niskoemisyjnych, w jak najmniejszym stopniu przyczyniających się do wzrostu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Mówiąc o polityce klimatycznej nie sposób nie wspomnieć o protokole z Kyoto, który obowiązuje kraje uprzemysłowione do redukcji emisji gazów cieplarnianych zgodnie z Konwencją Klimatyczną przyjętą w 1992 r. podczas tzw. „Szczytu Ziemi” w Rio de Janeiro Konwencja weszła w życie 21.03.1994 r.). Protokół z Kyoto został przyjęty 11.12.1997 r. podczas konferencji w Kyoto i po długotrwałym procesie ratyfikacji wszedł w życie 16.02.2005 r. [2] W dniach 28.11.÷10.12.2011 r. w Durbanie/RPA odbyła się kolejna Konferencja Klimatyczna pod patronatem ONZ, podczas której osiągnięto porozumienie, że „tak szybko jak to możliwe”, jednak najpóźniej do roku 2015 powinna zostać przyjęta obowiązująca wszystkich partnerów umowa dotycząca ochrony klimatu, która miałaby wejść w życie w 2020 r. [3] Unia Europejska licząc na pociągnięcie za sobą innych krajów zobowiązała się dodatkowo do realizacji od 2013 r. drugiego etapu Protokołu z Kyoto, który miałby się kończyć w 2017 lub 2020 r. Niepokojące jest jednak to, że zaraz po zakończeniu konferencji w Durbanie wycofanie się ze swoich zobowiązań odnośnie redukcji emisji CO2 ogłosiła Kanada. Swoją decyzję uzasadniała tym, że Protokół z Kyoto i tak nie ma szans powodzenia, ponieważ nie obejmuje największych światowych emiterów dwutlenku węgla jakimi są USA i Chiny. Jednakże wg [4] rzeczywista przyczyna była taka, że Kanada miałaby problemy z realizacją swoich zobowiązań dotyczących ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do 2012 r. z powodu zwiększonego wydobycia ropy naftowej z piasków roponośnych. Decyzja Kanady, a także stanowisko USA i Chin potwierdzają pojawiające się opinie, że przyjmowane w różnych dokumentach cele ilościowe są w znacznej mierze decyzjami koniunkturalnymi, politycznymi, co stawia pod znakiem zapytania możliwości ich realizacji [5]. Nie zmienia to jednak faktu, że w całym świecie istnieje zapotrzebowanie na technologie energetyczne korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska. Oczywiście od razu nasuwają się tutaj odnawialne źródła energii. Jednakże z reguły okresowa dostępność zasobów energii odnawialnej i ciągle jeszcze w niewystarczającym stopniu rozwinięte metody magazynowania energii elektrycznej sprawiają, że jeszcze długo potrzebne będą elektrownie wykorzystujące paliwa organiczne w celu zapewnienia stabilnego zaopatrzenia w energię w najbliższych dziesięcioleciach. Elektrownie takie poza wysoką sprawnością i niską emisją pyłu lotnego, tlenków azotu, dwutlenku siarki i dwutlenku węgla powinny się charakteryzować większą dynamiką i elastycznością pracy, umożliwiającymi ich optymalną eksploatację w dobie „miksu energii” ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych. Chodzi tutaj o elastyczne rozwiązania umożliwiające szybkie zmiany obciążenia oraz wyrównywanie jego wahań [6].
Największe nadzieje wiąże się z węglowymi elektrowniami gazowo-parowymi. Z bardzo wielu możliwych rozwiązań złożonych układów gazowo-parowych bazujących na paliwie stałym, praktyczne zastosowanie w energetyce znalazły dwa z nich, a mianowicie układ ze zintegrowanym zgazowaniem węgla (IGCC – Integrated Gasification Combined Cycle) oraz układ z kotłem fluidalnym (PFBC – Pressurised Fluidised Bed Combined-Cycle).
W przypadku elektrowni typu PFBC wytwarzana w kotle fluidalnym para wodna podawana jest na wejście turbiny parowej, natomiast spaliny po ich odpyleniu na wejście turbiny gazowej. Stosunek mocy pochodzącej z turbiny parowej do mocy z turbiny gazowej wynosi ok. 80/20% [7]. Moc największej istniejącej tego typu elektrowni wynosi 360MW (Karita/Japonia), a osiągane sprawności 40÷45%. Z kolei w przypadku elektrowni typu IGCC turbina gazowa napędzana jest spalanym gazem syntezowym uzyskanym ze zgazowania węgla, natomiast turbina parowa – parą otrzymaną w wyniku odzysku ciepła z gazów odlotowych z turbiny gazowej. Większa część mocy pochodzi tutaj z turbiny gazowej, ok. 60÷70% [8]. Moc największej eksploatowanej jednostki tego typu wynosi 330MW (Puertollano/Hiszpania), a osiągane sprawności podobnie jak w poprzednim przypadku 40÷45%. Na wzrost zainteresowania tego typu układami w ostatnim czasie wpłynęła wg niektórych autorów [9,10,11] także katastrofa elektrowni w Fukushimie, która miała miejsce 11.03.2011 r. i która spowodowała rezygnację szeregu krajów z realizacji programów jądrowych. Wiele państw, w tym Polska, nie rezygnuje jednak ze swoich planów rozwoju energetyki jądrowej, ale tak czy inaczej węglowe elektrownie gazowo-parowe mają przyszłość [12].
Treść całego artykułu dostępna w załączniku.
Źródło: cire.pl
