Perspektiven der Kohleverstromung
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- Marielies Berg
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1 Perspektiven der Kohleverstromung Johannes Wick Stuttgart,
2 Präsentationsübersicht Rolle der Kohle bei der Stromerzeugung Stand der Technik von Kohlekraftwerken Entwicklung von Zukunftstechnologien Zusammenfassung
3 Präsentationsübersicht Rolle der Kohle bei der Stromerzeugung Stand der Technik von Kohlekraftwerken Entwicklung von Zukunftstechnologien Zusammenfassung
4 Stromerzeugung in der EU 2006: TWh Kernenergie (30 %) Öl (4 %) Steinkohle (18 %) Braunkohle (13 %) Wasserkraft (12 %) Erdgas (20 %) Erneuerbare und andere (3 %) Kohle spielt eine stabilisierende Rolle in einem sich ändernden Energiemix Quelle: Eurostat
5 Stromerzeugung in Deutschland Kernenergie (22 %) Öl (1 %) Steinkohle (23 %) Wasserkraft (3 %) Braunkohle (25 %) Erdgas (12 %) Erneuerbare und andere (14 %) Kohle spielt eine stabilisierende Rolle in einem sich ändernden Energiemix Quelle: BMWI
6 Stromerzeugung in Baden-Württemberg Kernenergie (50 %) Braunkohle (0 %) Öl (0 %) Wasserkraft (7 %) Steinkohle (29 %) Erneuerbare und andere (9 %) Erdgas (5 %) Quelle: Statistisches Landesamt BW
7 Wirkungsgrad von thermischen Kraftwerken in der EU 8 % > 40 3 % % Anteil: 43 % Wirkungsgrad η: % Wirkungsgrade über 43 % für Braunkohle und über 45 % für Steinkohle entsprechen dem heutigen Stand der Technik
8 Weltweit steigende Energienachfrage Energienachfrage Stromerzeugung Energienachfrage [Mio/t] Stromerzeugung [TWh] Jahr Jahr Kohle Öl Erdgas Kernenergie Wasserkraft Jahr Biomasse/Müll Andere Brennstoffe Fossile Brennstoffe bleiben auch in Zukunft unverzichtbar Quelle: IEA WEO 2006, Reference-Scenario
9 Einflussfaktoren Umfassender Prozess der Kraftwerkserneuerung Deutschland und Europa Investitionszurückhaltung nach Marktliberalisierung 1998 Ausstieg Kernenergie Anreizregulierung CO 2 -Emissionshandel Gestiegenes Umweltbewusstsein Außerdem: Rasant ansteigende Energienachfrage in Ländern wie China, Indien, Südafrika, Mittlerer Osten
10 Historisches Marktvolumen in Europa [1] ohne erneuerbare Energien GW Jahr Nur Gasturbine > = 40 MW Gasturbine Kombianlage > = 40 MW Dampfturbine Kombianlage Dampfkraftwerke Kernenergie Wasserkraft Quelle: Maca
11 Historisches Marktvolumen in Europa [2] ohne erneuerbare Energien : durchschnittliches Marktvolumen 9 GW davon ca. 1,5 GW in konventionelle Dampfkraftwerke : durchschnittliches Marktvolumen 13,8 GW davon ca. 1,6 GW in konventionelle Dampfkraftwerke Ausblick: : durchschnittliches Marktvolumen 22 GW davon ca. 5,5 GW in konventionelle Dampfkraftwerke
12 Präsentationsübersicht Rolle der Kohle bei der Stromerzeugung Stand der Technik von Kohlekraftwerken Entwicklung von Zukunftstechnologien Zusammenfassung
13 Dampferzeuger mit Staubfeuerung Verbrennung des Kohlenstaubs mit hoher Rauchgasgeschwindigkeit in der Brennkammer Der Wärmeübergang wird durch Strahlung dominiert
14 Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung Fluidisierung der Brennkammer mit ca. 5-6 m/s Rauchgasgeschwindigkeit Brennkammerinventar wird ausgetragen, von den Zyklonen abgeschieden und in die Brennkammer zurückgeführt Die Verbrennung findet bei ca. 860 C statt Der Wärmeübergang wird von Partikelkonvektion dominiert Durch die niedrige Verbrennungstemperatur günstiges Emissionsverhalten
15 Kohlekraftwerkswirkungsgrade in Europa 55 Einführung der Zwangdurchlauftechnologie 175 bar / 540 C / 540 C 1. Überkritische Anlagen ( bar Verdampferdruck) 250 / 550 / / 580 / / 600 / 620 η [%, Netto] STF WSF 170 / 540 / / 600 / / 700 / Zeit _ anim.
16 Entwicklung Braunkohlekessel Unterkritische Trommelkessel Zwangdurchlaufkessel Überkritische Kessel 1) Dampfmenge: 100 t/h; Inbetriebsetzung: ) Dampfmenge: 400 t/h; Inbetriebsetzung: ) Dampfmenge: 480 t/h; Inbetriebsetzung: ) Dampfmenge: 650 t/h; Inbetriebsetzung: ) Dampfmenge: 1000 t/h; Inbetriebsetzung: ) Dampfmenge: 1868 t/h; Inbetriebsetzung: ) Dampfmenge: 2420 t/h; Inbetriebsetzung: ) Dampfmenge: 2509 t/h; Inbetriebsetzung:
17 Entwicklung Steinkohlekessel Unterkritisch Überkritisch Trommelkessel Zwangdurchlaufkessel Kesselhöhe [m] 1) Leistung: 50 MW 2) Leistung: 130 MW 3) Leistung: 300 MW 4) Leistung: 680 MW 5) Leistung: 480 MW 6) Leistung: 750 MW 7) Leistung: 900 MW 8) Leistung: MW
18 Referenzliste aktueller Aufträge Niederaussem K 1 x MW SF Braunkohle - Deutschland Çan 2 x 160 MW WS Braunkohle - Türkei Sulcis 1 x 340 MW WS Steinkohle - Italien Waigaoqiao II 2 x 900 MW SF Steinkohle - China Akrimota 2 x 125 MW WS Braunkohle - Indien Pątnów 1 x 450 MW SF Braunkohle - Polen Waigaoqiao III 2 x MW SF Steinkohle - China Neurath F/G 2 x MW SF Braunkohle - Deutschland Maritza 2 x 350 MW SF Braunkohle - Bulgarien Bełchatów 1 x 833 MW SF Braunkohle - Polen Westfalen D/E 2 x 800 MW SF Steinkohle - Deutschland RDK 8 1 x 920 MW SF Steinkohle - Deutschland Eemshaven 2 x 800 MW SF Steinkohle - Holland Ledvice 1 x 660 MW SF Braunkohle - Tschechien GKM K20 1 x 920 MW SF Steinkohle - Deutschland Sostanj 6 1 x 660 MW SF Braunkohle - Slowenien Stand: SF = Staubfeuerung WS = Wirbelschicht x
19 RDK 8 - Längsschnitt Größte einsträngige Anlage zur bestmöglichen Nutzung der Economies of Scale Maschinenhaus Kesselhaus DeNO X E-Filter Saugzug REA
20 Entwicklung der Leistung und Größe Die Tendenz zu höherer Leistung und größeren Anlagendimensionen bringt wirtschaftliche Vorteile Scale of Economy führt zu höheren Wirkungsgraden, da die Verluste geringer ausfallen erlaubt eine effiziente und konzentrierte Emissionsminderung Alstom s Referenzliste beinhaltet den weltweit in Leistung und Dimensionen größten braunkohlebefeuerten Dampferzeuger in Niederaußem K den weltweit in Dimensionen größten steinkohlebefeuerten Dampferzeuger in Waigaoqiao, Shanghai, China die weltweit in Dimensionen größte Wirbelschicht in Kaiyuan, China
21 Präsentationsübersicht Rolle der Kohle bei der Stromerzeugung Stand der Technik von Kohlekraftwerken Entwicklung von Zukunftstechnologien Zusammenfassung
22 Weltweite CO 2 -Emissionen: Anthropogene Quellen und globaleverteilung Konzentration auf Nordamerika, Europa und Ostasien CO 2 -Emissionen aus der Nutzung fossiler Energieträger 8% 13% 41% 20% 18% Stromerzeugung Industrie Transport Haushalte & Dienste Sonstiges Quelle: ISFC
23 Erhöhung der Klimaverträglichkeit fossil befeuerter Kraftwerke Maßnahmen zur Minderung der CO 2 -Emissionen Steigerung der Effizienz bestehender Anlagen durch integrierten Retrofit Fortschrittliche Kraftwerksprozesse für Neuanlagen mit hohem Wirkungsgrad und Brennstoffflexibilität Vorbereitung von Kraftwerken für eine spätere Nachrüstung mit CO 2 -Abscheidung Lösungen zur CO 2 -Abscheidung für bestehende Main message Anlagen (Arial und Neuanlagen 24)
24 Verbesserung des Nettowirkungsgrades verringerter Kondensatordruck durch optimierten Kühlturm + 1,4 %-Punkte Wärmeverschiebesystem + 1,3 %-Punkte Anhebung der Dampfzustände + 1,6 %-Punkte Prozessoptimierung + 1,6 %-Punkte Verbesserter Turbinenwirkungsgrad durch moderne Dampfturbine + 2,3 %-Punkte verringerter Eigenbedarf + 1,5 %-Punkte Wärmeverschiebesystem Dampferzeuger Kühlturm Rauchgasentschwefelungsanlage Turbine Elektrofilter Luftvorwärmer Rohbraunkohle Generator Trockenasche Vorwärmer Kondensator Gips Wasserluftvorwärmer Nassasche Kohlemühle Luft Transformatoren x
25 Potenziale zur CO 2 -Minderung für Bestands- und Neuanlagen CO 2 -Minderung durch Effizienz und Brennstoffwahl 1800 Bestandsanlage Neue Kraftwerke Spezifische CO 2 -Emissionen [g/kwh] Service und Retrofit Braunkohle Steinkohle Steinkohle mit 20 % Biomasse Erdgas Neue Ausrüstung Anlagenwirkungsgrad [%]
26 CCS Technologien Carbon Capture and Storage Kraftwerkstechnologien mit CO 2 Abscheidung vor der Verbrennung durch Oxyfuel Einsatz nach der Verbrennung Source: Vattenfall Source: Vattenfall
27 Das Capture-Ready - Konzept bei Kohlekraftwerken y
28 Oxyfuel Pilotanlage 30 MWth in Schwarze Pumpe x
29 Lösungen für Neuanlagen und Retrofit CO 2 Absorption Prozeß (MEA, MDEA) Kommerziell verfügbar Optimierung und Integration für die Anwendung bei Kohlekraftwerken Erhöhter Eigenbedarf Alternative Prozesse: z.b. Sublimation KW Esbjerg (DK) 1 t CO 2 /h Pilotanlage (CASTOR EU-FP6) Eingefrorenes CO 2 auf gekühltem Wärmetauscher x
30 Chilled Ammonia Prozess Vielversprechende Option für Post Combustion Carbon Capture Prinzip Ammoniak (NH 3 ) reagiert mit CO 2 und Wasser um Ammoniumkarbonat, oder bikarbonat zu bilden Moderate Erhöhung der Temperatur führt zur Freigabe von CO 2 Vorteile 5 MW Pilotanlage (USA) Hoher Einbindungsgrad von CO 2 und niedrige Reaktionswärme Niedrige Kosten von NH 3 Keine Degradiung von NH 3 bei Absorption-Regeneration Kompatibel mit Sauerstoff und Verunreinigungen des Abgases In Betrieb seit x
31 Präsentationsübersicht Rolle der Kohle bei der Stromerzeugung Stand der Technik von Kohlekraftwerken Entwicklung von Zukunftstechnologien Zusammenfassung
32 Zusammenfassung Der steigende Energiebedarf kann nur durch einen breiten Energie-Mix einschließlich fossiler Brennstoffe - gedeckt werden. Die Schonung der Ressourcen und der hohe Ausnutzungsgrad von Primärenergie werden durch eine moderne und effiziente Anlagentechnik gewährleistet Neue Maßstäbe in der Reduzierung von Emissionen wie NO X, SO 2 und Staub werden durch den Neubau von Kohlekraftwerken in Europa erreicht. Für die CO 2 -Abscheidung wird an einer Vielzahl von Technologien parallel gearbeitet. Herausforderungen für die Kraftwerksbranche: - Weiterentwicklung der umweltfreundlichen Technologien (z. B. Wirkungsgradsteigerung, CCS) zur CO 2 -Reduzierung - Materialbeschaffung und Lieferzeiten - Qualifiziertes Personal Umweltverträglichkeit, Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit sind nur durch abgestimmtes Vorgehen aller Partner also Wirtschaft, Industrie und Politik zu erreichen.
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