Weiterentwicklung der Kraftwerkstechnik

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1 Weiterentwicklung der Kraftwerkstechnik Dr. Johannes Heithoff, RWE Power AG VDI Ruhrbezirksverein AK Energietechnik 25. Oktober 2007, HdT, Essen

2 1. Aktueller Stand der Kohleverstromungstechnik 2. Weitere Entwicklung Dampfkraftwerkstechnik ohne -Abtrennung 3. Carbon Capture and Storage für Kohlekraftwerke 2

3 Neu zu bauende Kohlekraftwerke werden in Deutschland nur noch nach dem neuestem Stand der Technik errichtet und betrieben Neue Braunkohlenkraftwerke haben Wirkungsgrade von > 43% RWE Power baut derzeit 2 x 1000 MW in Neurath als Ersatz für Altanlagen Vattenfall Europe baut ein neues Kraftwerk in Boxberg mit 675 MW Auf Basis des NRW-Referenzkraftwerks weisen alle neu zu bauenden Steinkohlenblöcken einen Wirkungsgrad von > 45% aus Angekündigte Neubauten: 2 x 800 MW KW Westfalen (RWE Power) 2 x 800 MW KW Ensdorf (RWE Power) 1 x 1100 MW KW Datteln (E.ON Energie) 1 x 750 MW KW Walsum (Steag) 1 x 750 MW KW Herne (Steag) 2 x 820 MW KW Moorburg (Vattenfall Europe) Alle Neubauten sind konventionelle Dampfkraftwerke mit überkritischen Dampfparametern von 600/620 C und bar 3

4 Effizienzsteigerung als Basisweg zur -Minderung wird weiter vorangetrieben Entwicklungsziel: Erhöhung Effizienz um Entwicklung neuer Werkstoffe für 700 C- Kraftwerk Wirbelschichttrocknung für Braunkohle GuD-Erdgaskraftwerk mit höheren Gaseintrittstemperaturen bei den Gasturbinen Weitere Steigerung des Netto-Wirkungsgrades bei Dampfkesseln durch Entwicklung neuer Werkstoffe für Frischdampfparameter von 750 C und mehr + 4 %-Pkt. (im Vergleich zu 600/620 C, 275 bar Frischdampf, η 50% - netto) + 4 %-Pkt. (43 47 % - netto) + 1,5-2 %-Pkt. ( % - netto) + 5 %-Pkt. ( 55% - netto) Ziel: Wirkungsgrade > 50% für Dampfkraftwerke und > 60% für GuD-Anlagen 4

5 Aktuelle Projekte der Stromerzeuger haben Wirkungsgrade von über 50 % für Braun- und Steinkohlekraftwerke verfügbar ab 2020 zum Ziel Entwicklungsziel von RWE Power: Trockenbraunkohlen-KW Kompensiert Effizienznachteil der Braunkohle gegenüber Steinkohle Einsatz ab 2014 Wirkungsgrad: + 4%-Punkte Entwicklungsziel: 700 C-KW für Braun-/Steinkohle Neue Werkstoffe ermöglichen Dampfparameter 350 bar/700 C Einsatz ab 2018 Wirkungsgrad: + 4%-Punkte Demo-Anlage zur Wirbelschichttrockung am BoA-Braunkohlekraftwerk Niederaußem in Bau. Durchsatz 110 t/h Investitionen 50 Mio. Inbetriebnahme 06/08 COMTES-700 Werkstofftests PP-700 Design Kraftwerksstudie (VGB, Betreiber, Hersteller, EU) 5

6 Wichtigste Technologie-Optionen für -Abscheidung bei Kraftwerken Drei Technologien scheinen in der Lage, das grundlegende Ziel bis 2020 zu erfüllen Alle basieren größtenteils auf bekannten Technologien und Komponenten Alle bedürfen der Optimierung, Erweiterung und Prozessintegration Effizienzsteigerung des Erzeugungsprozesses ist immer eine unterstützende Aktivität Konventionelles Kraftwerk mit -Wäsche Kohle Luft Oxy-fuel-Prozess Post-combustion -Abscheidung (Dampfkraftwerke) konv. Dampf- KW -Abscheidung Kohle Rauchgasreinigung Kondensation Kessel CO O 2 2 / H 2 O 1,000 m 3 /s, 13 vol-% - Abscheidung Pre-combustion -Abscheidung (IGCC Kraftwerk) IGCC-Prozess Kohle O 2 Rauchgasreinigung Vergasung Gasaufbereitung CO shift 10 m 3 /s, 45 vol-% CCGT mit H 2 Turbine 6

7 Pilot- und Demonstrationsprojekte für Carbon Capture and Storage (CCS) Source: BP website * EOR = Enhanced Oil Recovery GuD = Kombinierte Gas- und Dampfturbine IGCC = Integrated Gasification with Combined Cycle Post-combustion Shell/Statoil, NO, 150 MW, Erdgas, GuD, 2010 RWE, Tilbury, UK, Kohle, Retrofit, 2016 Pre-combustion RWE, D, 450 MW, Kohle, IGCC, 2014 inkl. Speicherung BP Carson, USA, 500 MW, Petrolkoks, EOR*, 2011 E.ON, Killingholme, UK, 450 MW, 2011 Oxy-fuel Vattenfall, Schwarze Pumpe, D, 30 MW th, Kohle, 2008 Total, Lacq, F, 30 MW, flüssiger Brennstoff, Retrofit, 2008 Endesa, ES, 500 MW, Wirbelschichtfeuerung, Kohle 7

8 IGCC bietet hervorragende Produktflexibilität Brennstoffflexibilität Produktflexibilität Gas Kohle Vergasung Gasaufbereitung -Abscheidung CCGT Strom Wärme Biomasse Restmüll alternativ oder zusätzlich H 2 Synthetisches Gas (CO + H 2 ) SNG (synthet. Erdgas) Methanol Kraftstoffe 8

9 Das RWE IGCC-CCS -Projekt für ein -freies 450 MW Kraftwerk mit -Speicherung Basistechnologie: IGCC El. Leistung: 450 MW brutto, 330 MW netto Nettowirkungsgrad: bis zu 40% -Speicherung: 2,6 Mio. t/a in Gaslagerstätten oder tiefen salinen Formationen IBN: 2014 RWE Power hat eigenes Kraftwerks- und Vergasungs-Know-how und RWE Dea besitzt das Basis-Know-how für die -Speicherung. 9

10 Notwendige Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit der CCS-Technologie Wirtschaftlichkeit der Technik im Wettbewerb zu alternativen -Vermeidungstechniken erforderlich Preise in /t CCS -Vermeidungskosten [2008 EU allowance forwards] Aktuelle Kosten für CCS-Demos zeigen, dass finanzielle Unterstützung für die Investoren erforderlich ist. 10

11 Für -Speicherung müssen geeignete Lagerstätten erschlossen werden H 2 O Strom Geeignete geologische Formationen sind tiefe Saline Aquifere Öl- und Gasfelder nicht erschließbare Kohlelagerstätten Kohle Speicherpotenzial in Deutschland beträgt rd Gt/ (Quelle: BGR) Aquifer, alte Öl-, Gaslagerstätte ca bis m reicht für Speicherung der jährlichen -Emissionen von 350 Mio. t für Jahre 11

12 -Speicherung ist in der Öl- und Gasindustrie teilweise schon gängige Praxis USA Seit den 70er Jahren wird zur verbesserten Ölausförderung in Öllagerstätten verpresst; ca. 35 Mio. t jährlich über ein rd km langes Pipeline-Netz Norwegen Statoil speichert ins Sleipner-Feld seit 1996 rd. 1 Mio. t jährlich in Saline Aquifere ein Algerien BP startete 2004 Einspeicherung von 1,2 Mio. t jährlich in Saline Aquifere im Gasfeld In Salah. Deutschland In Ketzin werden im Rahmen des EU-geförderten -SINK-Projektes zu Versuchszwecken ab 2007 jährlich t eingespeichert. 12

13 Realisierung der -Speicherung ist erfolgskritisch für die CCS-Technologie Schaffung der Rahmenbedingungen erfordert intensive Kooperation mit nationalen u. EU-Gremien, Politik, Behörden, Unternehmen, NGO s: Technologisches Neuland: Es existieren noch keine anerkannten Methoden für die Bewertung und dauerhaften Betrieb von Lagerstätten Juristischer Rahmen für -Speicherung: Die für Speicherung anwendbaren Gesetze noch unklar, der regulatorische Rahmen fehlt Öffentliche Akzeptanz erfolgsentscheidend. 13

14 Zusammenfassung Zur Versorgung der Weltbevölkerung mit Elektrizität bleibt die Kohle auch für die nächsten Jahrzehnte einer der wichtigsten Energieträger. Die weitere Verbesserung der Wirkungsgrade der Kohlekraftwerkstechnik ist der Basisweg für den zukünftigen Einsatz der Kohle. -Abtrennung im Kraftwerksprozess ist technisch möglich und wird ab 2020 großtechnisch und kommerziell verfügbar sein. -Speicherung in geologischen Formationen wird in der Ölindustrie schon praktiziert, erfordert aber weitere Entwicklungsarbeiten. Zur Einführung der Carbon Capture and Storage-Technologie ist in Europa noch ein rechtlicher und regulatorischer Rahmen zu schaffen. 14