5194416244

Współczesne problemy energetyki 7

Porównanie nadkrytycznego bloku węglowego z układem gazowo-parowym zintegrowanym ze zgazowaniem węgla (IGCC)

Marcin Job

1.    Wstęp

Podstawowym źródłem energii do produkcji elektryczności w Polsce jest węgiel, którego udział w 2010r. wyniósł blisko 87% (55,8% węgiel kamienny i 30,9% węgiel brunatny) [1]. Polityka Energetyczna Polski do 2030r. zakłada spadek udziału węgla do 56,8%, przede wszystkim na rzecz odnawialnych źródeł energii, co spowodowane jest koniecznością realizacji polityki energetycznej UE (Program 3x20) [2,3]. Biorąc pod uwagę wzrost zapotrzebowania na energię bezwzględny spadek zużycia węgla będzie mniejszy i pozostanie on głównym paliwem do produkcji energii elektrycznej w Polsce. Wynika to także z wielkości rezerw węgla, szacowanych na około 200 lat [4].

Wysoki stopień zużycia wielu bloków energetycznych w Polsce oraz udział w Europejskim Systemie Handlu Emisjami (ETS) sprawiają, że do 2020r. należałoby wymienić około 80% istniejących bloków i wybudować nowe instalacje dla pokrycia rosnącego zapotrzebowania na elektryczność. Dlatego rozwój czystych technologii węglowych jest istotnym celem polskiej polityki energetycznej. Jego realizacja jest możliwa poprzez uzyskiwanie coraz wyższych sprawności przetwarzania węgla na energię elektryczną przy zachowaniu coraz ostrzejszych wymogów ochrony środowiska. Wymogi te dotyczą dopuszczalnych emisji szkodliwych substancji do otoczenia - pyłów, SO2, NO_x, a w ostatnich latach CCb [4,5,6].

2.    Konwencjonalny blok węglowy

Od lat 20-tych XX wieku trwa rozwój klasycznej technologii wytwarzania energii elektrycznej, bazującej na spalaniu węgla w postaci pyłu PC (ang. Pulverized Coal Fired). Technologia ta osiąga coraz wyższe sprawności dzięki stałemu wzrostowi parametrów pary, unowocześnianiu rozwiązań technicznych maszyn i urządzeń, oraz optymalizowaniu powiązań wewnątrzsystemowych. Przełomem w rozwoju omawianej technologii było wprowadzenie parametrów nadkrytycznych pary (25-28 MPa, 540-585°C) na początku lat 90. XX wieku, pozwalających na skokowy wzrost sprawności z 40% do 44%. Trendy rozwoju bloków węglowych przedstawiono na rys. 2.1 [4].

Dalszy wzrost sprawności realizowany jest głównie poprzez: wzrost temperatury i ciśnienia pary pierwotnej oraz wtórnej, obniżenie ciśnienia w skraplaczu, doskonalenie struktury układu, modernizację maszyn i urządzeń obiegu, optymalizację parametrów układu [7]. Maksymalne parametry pary ograniczone są od góry dostępnością odpowiednich materiałów na elementy ciśnieniowe kotła. Obecnie stosowane są stale austenityczne, a dalszy rozwój skupia się na opracowaniu superstopów na bazie niklu (Ni-Alloy), mających pozwolić na zastosowanie parametrów ultra nadkrytycznych pary, czyli 35-37,5 MPa, 700/720°C (np. program „Thermie 700”).

W celu ograniczenia emisji C0₂ blok węglowy można wyposażyć w instalację wychwytu dwutlenku węgla CCS (ang. Carbon Capture and Storage) w technologii po spalaniu (ang. Post-combustion), wychwytuje się wówczas dwutlenek węgla ze spalin wylotowych, a następnie spręża i transportuje do miejsca magazynowania. Na obecnym etapie rozwoju tech-