Neue Technologien in der Kraftwerkstechnik. Energietag Brandenburg Cottbus, 10. September 2008

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1 Neue Technologien in der Kraftwerkstechnik Energietag Brandenburg Cottbus, 10. September 2008 H. Altmann, S. Meyer, Vattenfall Europe Generation AG & Co. KG

2 Gliederung 1. Entwicklungsschritte 2. Effizienzsteigerung 3. Integration der Braunkohletrocknung 4. CO 2 -Abscheidung Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 2

3 Effizienz und CO 2 -Abscheidung Net tto-wirkun ngsgrad [% %] 55% 52% 49% 46% 43% 40% 37% 42% 44% Kraftwerk Kraftwerk Kraftwerk heute morgen übermorgen Netto-Wirkungsgrad g [%] Spez. CO2-Emission [g/kwh] 52% 42% 45% Oxyfuel 2020 Oxyfuel CO2-Em mission [g/k kwh] Spez.? Box-Q Box-R 700 C KW mit konventioneller O 2 -Erzeugung Kohletrocknung Oxyfuel-Prozess mit Membranen Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 3

4 Effizienzsteigerung

5 Technische Weiterentwicklungen Entwicklungen zur weiteren Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrades - Weiterentwickelte Werkstoffe (z.b. P92, CB2 / FB2) für die weitere Erhöhung der überkritischen Dampf-parameter für thermisch hoch beanspruchte Komponenten (Dampferzeuger, Rohrleitungen, Turbine) - Hochwertige 18 bzw. 25%-ige Chromstähle für die Rohre der Überhitzerheizflächen HD-Vorw. - Dampfturbinen mit einer Anzapfung im HD- Teil für die weitere Optimierung der Wärmeschaltung - Mühlen-Wärmeverschubsystem bei Steinkohle für die Nutzung der Rauchgaswärme t t t t t Sichter 90 C 13,4 11 MW Mühlenheißluft 353 C Luvo 0 kg/s t Luft v. Mühlen 272 C Sekundärluft 353 C Verbre.Luft über Luvo 98% Prinzipschaltung Mühlenwärme-Verschubsystem t Luft = 30 C Rauchgas 383 C 206 MW Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 5

6 Erhöhung der Prozessparameter (1) - Steigerung von Frischdampf-Temperatur, FD-Druck u. ZÜ-Temperatur Annäherung an Carnot-Wirkungsgrad (theoretisches Maximum) Verringerung der CO 2 -Emissionen, Schonung der Ressourcen Sp pezifische CO O2 Emission en [g/kwh] Durchschnitt weltweit Durchschnitt Deutschland Großes Potential für - 35 % CO CO 2-Vermeidung 2 Stand der Technik Zukünftige Dampfkraftwerke E max / AD Wirkungsgrad [%] (Steinkohle-Kraftwerke) Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 6

7 Erhöhung der Prozessparameter (2) - Kontinuierliche Erhöhung der Prozessparameter seit Beginn der Kraftwerkstechnik - Kopplung an die Entwicklung der Werkstoffe Herausforderung: Komponenten-Herstellung, Bearbeitung, wirtschaftlicher Einsatz - Nächster Schritt: Realisierung von 700 C / 350 bar für Frischdampf Übergang von Stahl zu Ni-Basis-Legierungen Forschungseinrichtungen AD 700 COMTES700 Teststrecke Weisweiler Betreiber MARCKO700 Teststrecke Esbjerg NRW PP700 Hersteller Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 7

8 Braunkohletrocknung

9 Integration der Braunkohletrocknung - Wassergehalt grubenfeuchter Rohbraunkohle: % - Bisher: Trocknung der Kohle auf hohem Energieniveau (Rauchgas,ca C) während des Mahlvorgangs - Ziel: Vortrocknung auf ca. 12% Wassergehalt mit ND-Dampf auf niedrigem Energieniveau - Konsequenz der Trocknung: Verringerung des Rauchgas- Volumenstroms Reduzierung der RG-Wärmeverluste geringere Baugröße der mit RG beaufschlagten Komponenten - Erwartete Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrades: η netto 4-5 %-Pkt. durch Nutzung der Brüdenenergie Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 9

10 Entwicklung der Dampfwirbelschichttrocknung Anfang 80er Jahre: Erste Arbeiten zur Dampf-Wirbelschicht-Braunkohle-Trocknung ng Prof. Potter, Monash University of Melbourne 1985 bis 1992: Entwicklung des Verfahrens im ORGREB Institut für : 2 t/h, Zeithain, /90: 18 t/h, Borna, Kraftwerke Vetschau (heute VPC): : 45 t/h, Loy Yang 1987 bis heute: Entwicklung WTA (1) u. großtechnische Erprobung (RWE / Rheinbraun) : 53 t/h, Frechen, : 30 t/h, Frechen, : 220 t/h, Niederaußem 2001 bis heute: Entwicklung DDWT (2) durch VE-G: : 0,5 t/h,btu Cottbus : 10 t/h, Schwarze Pumpe (1) WTA: Wirbelschichtrocknung mit Abwärmenutzung (2) DDWT: Druckaufgeladene Dampfwirbelschichttrocknung Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 10

11 Trocknungsverfahren für den Kraftwerkseinsatz - Integrierte Dampf- Wirbelschicht-Trocknung WTA Druckaufgeladene-Dampf- Wirbelschicht-Trocknung Wirbelschicht-Trocknung mit interner Abwärmenutzung Atmosphärische Trocknung Demo-Anlage: IBS-Phase DDWT Trocknung bei bis zu 6 bar Versuchs-Anlage: IBS - Herausforderungen: Technisch u. wirtschaftlich optimale Anlagenkonfiguration Wirbelschicht-Trocknungsprozess Lagerung und Transport der Trockenbraunkohle Entwicklung eines Dampferzeugers mit reiner Trockenbraunkohle-Feuerung DWT-Verfahren Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 11

12 Schritte der DDWT-Technologieentwicklung Technologieentwicklung 0,5 t/h Technikumsanlage: Nachweis der Machbarkeit und Funktionsfähigkeit des DDWT-Verfahrens Zeit Status t/h Pilotanlage: Test- und Dauerbetrieb des DDWT-Verfahrens ( ) t/h Demoanlage: kommerzieller Einsatz ca. in Vor- bei Oxyfuel-Demo-KW in Jänschwalde (3 Trockner je ca. 100 t/h) 2013 bereitung Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 12

13 DDWT-Pilotanlage: Basisdaten und Zeitplan Technische Daten Durchsatz RBK 8-10 t/h Feuchte % Erzeugung TBK 4-6 t/h Restfeuchte % Betriebsdruck Trockner 1-6 bar Betriebstemperatur C 36 m Zeitplan Errichtung der Anlage Start Oktober jähriger Versuchsbetrieb Start Herbst Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 13

14 DDWT-Pilotanlage : Stand der Errichtung RBK-Bunker E- und Leittechnikcontainer August 2008 April Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 14

15 Oxyfuel-Verbrennung

16 Carbon Capture Storage-Technologien (CCS) Konventioneller Kraftwerksprozess Kessel Dampfturbine E-Filter REA Schorn nstein Abgas mit CO 2 Post-combustion - Rauchgaswäsche Kraftwerksprozess mit CO 2 -Abscheidung aus dem Rauchgas Kessel Dampfturbine E-Filter REA chem. CO 2 - Wäsche Schornstein Abgas CO 2 Pre-combustion - Vergasung Vergasungsprozess mit CO 2 -Abscheidung aus dem Brenngas vor der Verbrennung LZA Vergaser Brenngasreinigung CO-Shift phys. CO 2 - Wäsche Gasturbine Abhitze Kessel Dampfturbine CO 2 Oxyfuel - Sauerstoffverbrennung Dampfturbine Kraftwerksprozess mit CO 2 -Anreicherung im Rauchgas durch Verbrennung mit reinem Sauerstoff und Rauchgasrezirkulation LZA Kessel E-Filter REA RGK CO Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 16

17 Entwicklungsschritte zum Oxyfuel-Kraftwerk ADECOS Versuchsanlage CEBra Versuchsanlage Vattenfall Oxyfuel- Forschungsanlage Vattenfall Demoanlage Vattenfall Definitivkraftwerk 2004 / Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 17

18 Blick auf die Oxyfuel-Forschungsanlage E-Filter Kessel Anlage RG-Kondensator REA 2x180m³ CO2 Tanks CO 2 -Anlage Luftzerlegungs- Sozial- und Schaltanlagengebäude Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 18

19 Transport- und Speicherkonzept des CO 2 Kooperation mit GdF Nutzung des Erdgasspeichers Altmark Umlaufender Transport mit Trailern der TSS GmbH Schwarze Pumpe Ca. 7 bis 9 Fahrzeuge pro Tag Zwischenspeicher von 360 m³ an den Standorten der Befüllung und Entleerung Strecke: rd. 350 km Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 19

20 Zusammenfassung Kohle wichtiger Primärenergieträger für Stromerzeugung Braunkohle heimischer Energieträger mit großer Reichweite Reduzierung der CO 2 -Emissionen Voraussetzung für langfristigen Einsatz der Kohle zur Stromerzeugung Energietag Brandenburg H. Altmann Vattenfall Europe M & G 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!