Wege zur Kohlendioxideinsparung in modernen Kraftwerken und der Stahlerzeugung. Erfahren im Energieanlagenbau Hitachi Power Europe GmbH

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Philipp Bergmann
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1 Wege zur Kohlendioxideinsparung in modernen Kraftwerken und der Stahlerzeugung Erfahren im Energieanlagenbau Hitachi Power Europe GmbH

2 Hitachi Power Europe Kraftwerksmarkt und Standorte Hitachi Power Europe ist innerhalb des Hitachi-Konzerns verantwortlich für die EIRA-Region als Teil einer weltweiten Strategie für Energierzeugung: Europa (inkl. Türkei) Indien Russland (inkl. Weißrussland) Afrika / SADC* *SADC: Southern African Development Community Die Produktpalette wurde um die Bereiche Dampfturbine/-generator, Gasturbine und EPC erweitert.

Energierzeugung: Europa (inkl. Türkei) Indien Russland (inkl.

3 Kennzahlen des Hitachi-Konzerns zum 31. März 2010 Information & Telecommunication Systems Power Systems Social Infrastructure & Industrial Systems Electronic Systems & Equipment Construction Machinery High Functional Materials & Components Automotive Systems Components & Devices Digital Media & Consumer Products Financial Services Others Gewinn* (56) (59) 12 (77) Umsatz * Betriebsergebnis, Eliminierung Innenumsätze: (321)**, (12,982)*** Beschäftigte, weltweit 2.174** Mio. US $ *** Mio. US $ Netto-Gesamtumsatz

Machinery High Functional Materials & Components Automotive Systems Components & Devices Digital Media & Consumer Products Financial Services Others Gewinn*

4 Projektbeispiel: Kraftwerk Medupi und Kusile 12 x 800 MW in Südafrika an zwei Standorten IPE-Träger aus 16Mo3

5 Kohlendioxideinsparung durch Wirkungsgradsteigerung CO 2 emissions per kwh 30 % Worlwide average 1116 g CO 2 /kwh 480 g coal/kwh efficiency 1) CO 2 emissions 1) fuel consumption EU average 38 % 881 g CO 2 /kwh 379 g coal/kwh Available technology today 45 % 743 g CO 2 /kwh 320 g coal/kwh Gas = 400 gco 2 /kwh 1) average data for bituminous coal fired power plants Steam generation 700 C technology rd. 50 % 669 g CO 2 /kwh 288 g coal/kwh CCS technology but: Efficiency loss Gas time Source: VGB

today 45 % 743 g CO 2 /kwh 320 g coal/kwh Gas = 400 gco 2 /kwh 1) average data for bituminous coal fired power plants Steam

6 CO 2 Emissions of Power Plants with different Fuels CO 2 Emissions [g/kwh] Besides saving of energy CO 2 Emissions can be effectivly lower by increasing efficiency using coal for electricity production Average China Russia 2003 Average worldwide Current Average EU15-countries Source: Marheineke T., Krewitt W., Neubarth J., Friedrich R., Voß A. IER-Bd. 74, IER, University of Stuttgart, Germany, % Reference PS NRW (State of the art) Thermie 700, 2RH Net efficiency η [-] lignite hard coal Gas

Current Average EU15-countries 0 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 Source: Marheineke T., Krewitt W., Neubarth J., Friedrich R., Voß A.

7 Stand der Technik 600 C Dampf und > 45 % Wirkungsgrad Cooling tower flue gas cleaning Steam generator Turbine & Generator Flue gas injection FGD Flue gas desulphurisation DeNox Air preheater Coal Steam lines Feed water tank Turbine Generator Gypsum Draught fan Electrostatic precipitator Fly ash FD fan PA fan Ash removal Coal mills HP preheater LP preheater Feed pump Condenser Cooling water

preheater Coal Steam lines Feed water tank Turbine Generator Gypsum Draught fan Electrostatic

8 Wirkungsgradpotential durch geänderte Dampfparameter SH Outlet Temperature [ C] Bexbach 1 Japan since 1995 Tachibana Wan #2 Hitachi-Naka #1 Haramachi #2 Matsuura #2 Nanao-Ohta #1 Shinchi #1 Noshiro #1 Hekinan #2 Genese #3 Keephills #3 Studstrup China since 2002 South Africa 2000 MW 39,000 MW Cliffside #6 Council Bluffs #4 Elm Road Medupi Lippendorf Kusile Boxberg Schkopau 6600 MW Moorburg Altbach 2 Staudinger 5 Rostock USA, Canada since 2005 Walsum Neurath F/G Niederaußem K Datteln Germany, lignite Germany, bituminous RKW NRW Boxberg R 700 C demonstration efficiency increase SH Outlet Pressure [bar]

#6 Council Bluffs #4 Elm Road Medupi Lippendorf Kusile Boxberg Schkopau 6600 MW Moorburg Altbach 2 Staudinger 5 Rostock USA, Canada since 2005 Walsum Neurath F/G

9 700 C Technology: HPE s Kessel für 500 MW el (PP > 50% Wirkungsgrad) HP-Part: Life steam pressure 365 bar Life steam temperature 705 C RH-Part: Inlet pressure 74 bar Outlet temperature 720 C Bituminous coal Benson steam generator

steam temperature 705 C RH-Part: Inlet pressure 74 bar

10 Kohlendioxidabscheidung (CCS): Oxyfueltechnik Dampfkreislauf Dampferzeuger DeNOx Luftzerlegungsanlage LZA ASU O 2 N 2 Luft CO 2 (Reinigung) Kompression Coal Kohle E-Filter ESP HRS DeSOx FGD RG FG cooling Kühler Asche Schwefel H 2 O H 2 O CO 2 Rauchgasrückführung Luft

(Reinigung) Kompression Coal Kohle E-Filter ESP HRS DeSOx FGD RG

11 Kohlendioxidabscheidung (CCS): Aminwäsche

12 Kohlendioxidabscheidung (CCS): Integration der Aminwäsche CO2 scrubbing Turbine modification Steam extraction connection pipe to LP-turbine Transfer of waste heat into FD-air resulting in air heater bypass for HP pre-heater CCS waste heat shifted to LP pre-heater Flue gas heat to LP pre-heater η Cooling water Cooling water

into FD-air resulting in air heater bypass for HP pre-heater CCS waste heat shifted to

13 Kohlendioxidabscheidung (CCS): Layout eines Kraftwerks mit Aminwäsche Carbon Capture and Storage Plant 500 MW Lignite Power Plant

14 Kosten für CCS BSP: Investmentkosten bei 800 MW Steinkohle

15 Was heißt das für die Stahlindustie? Quelle: Energiekonzept BMWi/BMU vom Sept. 2010

16 CO2-Emissionen aus dem Hüttenwerk ca. 1,85 t CO2 /t Stahl Quelle: ULCOS Forschungsbericht 1) Kohlendioxidquelle nach Emissionsort 2) Kohlendioxidquelle nach verursachendem Brennstoff

17 CCS hinter Hüttenwerk inkl. Rauchgasdatenvergleich mit Kraftwerksrauchgas Rauchgas am Kraftwerk (BSP Walsum STK) Temperature ca. 50 C (- 10 C) Stickstoff 70,65 % 79,80 % Sauerstoff 3,55 % 4,00 % Argon 0,85 % 0,95 % Wasser 11,45 % --- Kohlendioxid 13,50 % 15,25 % Halber Volumenstrom pro Einheit CO 2!!! Rauchgas am Hüttenwerk (BSP: Gent) Temperature ca. 115 C (-75 C) Stickstoff 65,45 % 68,50 % Sauerstoff 1,45 % 1,50 % Argon 0,05 % 0,05 % Wasser 4,50 % --- Kohlendioxid 28,20 % 29,55 % flue gas with less CO 2 product CO 2 Rauchgas aus Kraftwerk Rauchgas aus Kokerei NaOH Cooler Reflux Drum Condenser Rauchgas aus Sinteranlage Absorber Rauchgas aus Cowperanlage Rich Solvent Lean Solvent

!! Rauchgas am Hüttenwerk (BSP: Gent) Temperature ca.

18 Rauchgas-/Kuppelgasströme auf einem integriertem Hüttenwerk mit CCS Dampf aus Abhitze des Hüttenwerks?! RR Gasometer RR RR Konverter Hoch -ofen Cowper -anlage Kokerei Aminwäsche 90% CO 2 RR Kuppelgas -kraftwerk Sinteranlage Abgas Wärme

! RR Gasometer RR RR Konverter Hoch -ofen Cowper -anlage

19 Unterstützung durch die Öffentlichkeit notwendig Winning hearts and convincing brains is hard work Quelle: S. Kutter, Berlin

20 Kann die Öffentlichkeit überzeugt werden? 86 % sehen keine Schwierigkeiten bei unserer Energieversorgung 73 % denken, dass CO 2 giftig ist 59 % wissen nicht, dass Mineralwasser CO 2 enthält CO 2 (g) Quelle: S. Kutter, Berlin CO 2 (aq) CO 2 (aq)+h 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 +H 2 O HCO 3 +H 3 O +

dass CO 2 giftig ist 59 % wissen nicht, dass Mineralwasser CO 2 enthält CO

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