Clean Coal Power Die Antwort der Kraftwerkstechnik auf die Herausforderungen der Klimavorsorge Abstract Clean Coal Power The response of power plant engineering to climate protection challenges Innovative coal technologies are as vital to pro-active climate protection as coal is to satisfy the hunger for energy worldwide. With its Clean Coal Power strategy, RWE is confronting the challenges of climate protection and now adding further elements. The core pieces are the development and construction of the first large-scale zero-co 2 coal-fuelled power plant based on an integrated gasification combined cycle, IGCC for short, with an electric gross capacity of 450 MW that is to go on stream in 2014. Together with the power plant, the associated CO 2 storage facility will be developed and implemented as well. The investment volume of the entire project is some EUR 1 billion. In the current project development phase, the use of hard coal is being explored and the gasification of lignite trialled. In the second half of 2007, a decision is planned to be made on the energy source for the zero-co 2 power station and the plant's site. Preference is given to domestic, nonsubsidized lignite. Within the scope of Clean Coal Power, RWE will also develop CO 2 scrubbing for conventional steam power plants and take this technology to maturity. EUR 90 million are earmarked for this purpose. The Company's goal is to create a retrofit option for existing and new-build advanced steam power plants. In parallel, RWE is pressing ahead with further efficiency increases, building a modern 2,100 MW lignite-fired power plant in Neurath and a 1,500 MW hard coal-based twin unit in Hamm. For even higher efficiencies of future newbuilds, RWE is developing lignite pre-drying and the 700 C technology. In June this year, ground-breaking ceremony of a fluidized-bed drying prototype plant will take place at the BoA unit in Niederaussem. Autoren Dr. Johannes Lambertz Vorstandsmitglied der RWE Power AG, Ressort Fossil gefeuerte Kraftwerke, Essen/Deutschland. Dr. Johannes Ewers Neue Technologien, RWE Power AG, Essen/Deutschland. Einleitung Das Thema Klimavorsorge steht in der Energiepolitik und in der Kraftwerkstechnik ganz oben auf der Agenda in Deutschland, in Europa und weltweit. RWE wird als einer der führenden Energieversorger diese Agenda aktiv mitgestalten. RWE stellt sich der Verantwortung, die der Konzern als einer der größten CO 2 -Emittenten hat. Es geht dabei nicht allein um die Zukunft des eigenen Kerngeschäftes, sondern um substanzielle Beiträge zur Lösung des Problems, den stark wachsenden weltweiten Energiehunger zu stillen und gleichzeitig Klimavorsorge zu betreiben. Um die anspruchsvollen Klimaschutzziele zu erfüllen, müssen alle Optionen der Energieversorgung, d. h. jeder Energieträger entsprechend seiner spezifischen Potenziale, genutzt werden. Die regenerativen Energien werden dabei sicher einen wichtigen Beitrag leisten. Aber selbst bei massivem Ausbau der regenerativen Energien wird noch lange der Löwenanteil der Stromerzeugung aus fossilen Energien und der Kernenergie erfolgen müssen. Es müssen also Wege beschritten werden, die die unabdingbar notwendige Nutzung der Ressource Kohle auch unter Klimagesichtspunkten für die Zukunft sichert. Effiziente und nachhaltige Klimavorsorge muss sich daher auf die fossilen Energieträger und deren Technologien konzentrieren. Hier liegen unbestreitbar die größten Potenziale. Das RWE-Programm zum nachhaltigen Klimaschutz RWE Power verfolgt seit Jahren eine klare Strategie. Die Effizienzsteigerung durch Kraftwerkserneuerung und technologische Weiterentwicklung wird mit Milliardenaufwand forciert. Die Vision des CO 2 -freien Kraftwerks wird bisher in europäischen und nationalen Verbundprojekten und Studien untersucht. In Ergänzung dazu hat RWE als Kernelemente eines schlüssigen Gesamtkonzeptes ein zusätzliches 2 Mrd.-Euro-Paket an Maßnahmen zum nachhaltigen Klimaschutz mit folgenden Bausteinen aufgelegt: Weiterentwicklung und Realisierung von Clean Coal Power. Neues Kernstück ist das erste großtechnische CO 2 -freie Kohlekraftwerk der Welt auf Basis IGCC- Technik mit einer elektrischen Leistung von 450 MW, das 2014 ans Netz gehen soll. Für dieses Kraftwerk wird auch der erforderliche CO 2 -Speicher entwickelt. RWE wird in dieses Projekt rund 1 Mrd. EUR investieren (B ild 1). Ergänzt wird dies durch die Entwicklung der CO 2 -Wäsche für konventionelle Kraftwerke, auch als mögliche Nachrüstoption für neue fortschrittliche Kraftwerke dieses Typs. Ausbau der regenerativen Energien insbesondere in dargebotsstarken Regionen. Dafür stellt RWE 650 Mio. EUR zur Verfügung. RWE hat für einen Ausbau um 500 700 MW solche europäischen Märkte im Blick, die großes Potenzial für erneuerbare Energien aufweisen. Verstärkte Umsetzung von Projekten im Rahmen der flexiblen Instrumente des Kyoto-Protokolls, Joint Implementation (JI) und Clean Development Mechanism (CDM). Für diese Maßnahmen der CO 2 - Reduktion setzt RWE 150 Mio. EUR ein. Die Umsetzung erfolgt in enger Abstimmung mit dem Bundesumweltministerium. Im Folgenden soll die gesamte Strategie von RWE Power zu Clean Coal Power unter Einschluss der bereits laufenden Aktivitäten und der neuen Projekte vorgestellt werden. Innovationslinien von RWE Power zu Clean Coal Power Innovative Kohletechnologien sind für die Klimavorsorge so unverzichtbar wie der Energieträger Kohle für die Energieversorgung. Wenn es um weitergehende CO 2 -Minderungen geht, als mit der Effizienzsteigerung möglich ist, kommt der CO 2 -Abtrennung und -Speicherung eine Schlüsselrolle zu. Damit diese Vision Wirklichkeit werden kann, muss mit Kompetenz, großem Engagement und hoher Risikobereitschaft ein technologischer Quantensprung realisiert werden. Das Projekt des CO 2 -freien Kohlekraftwerks stärkt die Technologieführerschaft Deutschlands, sichert Exportpotenzial für die Hersteller und Arbeitsplätze in der Wirtschaft. Mit dem CO 2 -freien Kraftwerk baut RWE Power sein Portfolio eigener Großprojekte zur Entwicklung und zur Realisierung von Clean Coal Power aus (Bild 2). In breiter Aufstellung werden der Energieträgerbasis im Erzeugungsportfolio folgend sowohl für Braunkohle wie für Steinkohle Innovationslinien mit unterschiedlichen Horizonten verfolgt: 72 VGB PowerTech 5/2006
Bild 1. Schlüsselprojekt der RWE-Klimastrategie: Das CO 2 -freie Kraftwerk. Bild 2. Innovationslinien zu Clean Coal Power von RWE. Für heute: Erneuerung des Kraftwerkparks mit weltweiter Spitzentechnologie zur Realisierung der Effizienzsteigerung zur Klimavorsorge. Mit den Neubauprojekten BoA 2/3 im Kraftwerk Neurath und dem Steinkohledoppelblock im Kraftwerk Westfalen investiert RWE Power rund 3,7 Mrd. EUR. Für morgen: Weiterentwicklung der Kohlekraftwerkstechnik, um durch Wirkungsgradsteigerung die CO 2 -Emissionen weiter zu senken. Zu nennen sind hier die Braunkohlentrocknung mit der WTA-Prototypanlage (WTA: Wirbelschicht-Trocknung mit interner Abwärmenutzung) an der BoA 1 in Niederaußem und die Testanlagen für die 700- C-Technologie; letztere im Verbund mit anderen Unternehmen. Für diese Projekte zur Effizienzsteigerung wendet RWE Power rund 60 Mio. EUR auf. Für übermorgen: Als neues Zukunftsprojekt Entwicklung und Bau eines großtechnischen CO 2 - freien Kohlekraftwerks mit dazugehöriger CO 2 -Speicherung und parallel dazu Entwicklung der CO 2 -Wäsche für konventionelle Kraftwerke, insbesondere mit der Zielsetzung, moderne Kraftwerke für eine massive CO 2 -Minderung nachrüsten zu können. Für das neue Projekt des CO 2 -freien Kraftwerks wird RWE Power rund 1 Mrd. EUR aufwenden. Zielsetzung auf allen Horizonten ist es, die neuen Technologien so rasch wie möglich in die zukünftige Erneuerung des Kraftwerkparks einbeziehen zu können und dabei eine zuverlässige und wettbewerbsfähige Energieversorgung zu sichern. Daraus resultiert eine schrittweise und nachhaltige CO 2 -Minderung in der Kohleverstromung. Es ist im Übrigen damit zu rechnen, dass im Kraftwerkspark der Zukunft ein Mix verschiedener Kohletechnologien zum Einsatz kommen wird. Auf diese Weise können die Kriterien des energiewirtschaftlichen Dreiecks Wettbewerbsfähigkeit, Versorgungssicherheit und Umwelt-/Klimaschutz am besten erfüllt werden. Das CO 2 -freie Kraftwerk mit CO 2 -Speicherung Herzstück ist das Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung (IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle), vgl. Bild 3. Diese großtechnisch ohne CO 2 -Abtrennung weltweit in vier Anlagen betriebene Technik ist für RWE Power nicht neu. Bereits in den 90er Jahren wurde ein Demonstrationsanlagenkonzept für Braunkohle bis zur Genehmigungsreife ausgearbeitet. Der Kohlevergasungs- und -aufbereitungsprozess wird um Prozessschritte ergänzt, die eine besonders effiziente CO 2 - Abtrennung aus dem Brenngas ermöglichen. Das Brenngas besteht dann weitgehend aus Wasserstoff, sodass als Abgas hinter dem Gas- und Dampfturbinenprozess überwie- Tabelle 1. Eckdaten des Projekts des CO 2 -freien Kraftwerks. 1 abhängig von Pipelinelänge und Speicherausbau Leistung: brutto 450 MW netto 360 MW Nettowirkungsgrad 40 % CO 2 -Speicherung ca. 2,3 Mio. t/a Investition Kraftwerk 800 Mio. EUR Pipeline 1, CO 2 -Speicher 200 Mio. EUR Gesamt 1.000 Mio EUR Inbetriebnahme 2014 Bild 3. CO 2 -freies IGCC-Kraftwerk mit CO 2 -Speicherung. Bild 4. Zügige Realisierung bis 2014 erfordert parallele Entwicklung von Kraftwerk und CO 2 -Speicher. VGB PowerTech 5/2006 73
Bild 6. Brennstoff- und Produktflexibilität des IGCC. Bild 5. Optionen des CO 2 -freien Kraftwerks im Vergleich. gend Wasserdampf an die Umgebung abgegeben wird. Die in Tabelle 1 aufgeführten Eckdaten kennzeichnen das Projekt des CO 2 -freien Kraftwerks. Parallel zum Kraftwerk muss die CO 2 -Speicherung entwickelt werden. Mit RWE DEA verfügt RWE als einziges Unternehmen der Branche über das Basis-Know-how, auch die Speicherentwicklung selbst verwirklichen zu können. Die Einzigartigkeit des Projektes und die besondere Herausforderung liegen darin, dass die gesamte Prozesskette Kraftwerk mit Abtrennung, CO 2 -Pipeline-Transport und CO 2 -Speicherung im großtechnischen Maßstab zeitgleich entwickelt und realisiert werden muss (Bild 4). Für das Projekt des CO 2 -freien IGCC-Kraftwerks hat die Phase der Projektentwicklung bereits begonnen. Hier wird das Konzept detailliert erarbeitet mit der Zielsetzung, zum Abschluss in 2008 Konzept und Budget des Kraftwerks zu fixieren und anschließend in einer konventionellen Projektabwicklung, beginnend mit der Genehmigungsplanung und der Genehmigung realisieren zu können. Bei der Projektentwicklung stehen drei Entwicklungsschwerpunkte im Zentrum: die Vergasung, die CO 2 -Abtrennung und die Verbrennung H 2 -reichen Gases in der Gasturbine. In gut einem Jahr sollen der Energieträger und der Standort des CO 2 -freien Kraftwerks festgelegt werden. Bis dahin wird der Einsatz von Steinkohle geprüft und die Vergasung von Braunkohle im Flugstromvergaser untersucht und erprobt. Dahinter steht die Zielsetzung, das gleiche Vergasungsverfahren für zukünftige Stein- und Braunkohle-IGCC-Anlagen einsetzen zu können. Besonders erfolgskritisch für das gesamte Projekt ist die parallel laufende Entwicklung des CO 2 -Speichers. Anders als im kraftwerkstechnischen Bereich geht es hier bei der onshore CO 2 -Speicherung um Neuland. Nicht nur die Technik, auch die rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen müssen neu entwickelt werden. Potenzielle Speicher für CO 2 sind ehemalige Gaslagerstätten und tiefe Salzwasser führende Sandsteinschichten (saline Aquifere). Zielsetzung ist es, bis zur Bauentscheidung des Kraftwerkes auch den Speicher genehmigt und entscheidungsreif zu haben. Die Speicherentwicklung hat mit dem Screening potenzieller Speicher bereits begonnen. Die geologischen Unwägbarkeiten bedingen allerdings große Unsicherheiten in Bezug auf Zeitbedarf und Kosten. Die vorgesehene Inbetriebnahme des großtechnischen Kraftwerksprojektes im Jahr 2014 hängt davon ab, dass alle erfolgskritischen Meilensteine des Projektes technisch und genehmigungsrechtlich realisiert werden können. Angesichts des Neuigkeitsgrades ist dieses Projekt auch auf die Mitwirkung der Hersteller und auf rasche Regelung der erforderlichen Genehmigungen angewiesen. Die Vision des CO 2 -freien Kraftwerks in die Realität zu überführen, erfordert enorme Anstrengungen und die Bereitschaft zu hohem technischen und unternehmerischen Risiko. Das ist nur zu rechtfertigen, wenn derartige Bild 7. Konzept des CO 2 -freien IGCC. außergewöhnliche Anstrengungen zur Vermeidung von Emissionen im Rahmen des zukünftigen CO 2 -Emissionshandels anerkannt werden. Der CO 2 -freie IGCC-Prozess Von allen Optionen CO 2 -freier Kraftwerkstechnik ist der IGCC-Prozess die einzige heute großtechnisch realisierbare Technologie (Bild 5). Sie verspricht außerdem die besten und z.z. belastbarsten Potenziale hinsichtlich Wirkungsgrad, Emissionen und Kosten. Das ist das Ergebnis einer intensiven Analyse der aktuellen Optionen CO 2 -freier Kraftwerkstechnik. Entscheidend ist außerdem, dass die IGCC- Technologie eine hohe Brennstoff- und Produktflexibilität mit sich bringt (Bild 6). Neben Kohle können Biomasse, Reststoffe und Erdgas (im Bypass zur Vergasung) eingesetzt werden. Die Kohlevergasung ist nicht nur der Schlüsselprozess für das Kohlekombikraftwerk zur Stromerzeugung. Sie ist gleichzeitig die Schlüsseltechnologie, mit der der Kohle auch andere Produktlinien erschlossen werden können. Kohlegas kann au- 74 VGB PowerTech 5/2006
Bild 8. Vergasungsprinzipien für Kohle. ßer zur Strom- und Wärmeerzeugung auch für die Produktion von Wasserstoff, Synthesegas und mit zusätzlichen Investitionen von synthetischem Erdgas (SNG: Synthetic Natural Gas), Methanol oder Treibstoffen genutzt werden. Mit dem IGCC-Projekt wird also eine Technologie entwickelt, mit der im Extremfall auch eine Versorgungsalternative zu Erdöl dargestellt werden kann. Auch kann der IGCC-Prozess so konzipiert werden, dass er ohne CO 2 -Abtrennung hoch effizient arbeitet und somit Raum lässt, auf das Angebot kostengünstigerer CO 2 -Vermeidungstrategien zu reagieren. Über das technische Konzept und die wichtigsten Leistungsdaten des CO 2 -freien 450- MW-IGCC-Kraftwerkes informiert Bild 7. Die farbig dargestellten Teilprozesse unterscheiden es vom konventionellen IGCC. Erste Prozessstufe ist die Braunkohlentrocknung mit der Wirbelschichttrocknung von RWE. In der Vergasung bei ca. 35 bar entsteht ein Rohgas überwiegend aus CO und H 2. Nach Rohgaskühlung, Entstaubung und Entschwefelung wird im Shift-Reaktor CO mit Wasserdampf umgewandelt zu CO 2 und H 2. Das CO 2 wird anschließend abgetrennt und zur Verflüssigung auf ca. 100 bar verdichtet für den Pipelinetransport. Mit dem wasserstoffreichen Brenngas werden in der Gasturbine 290 MW Strom erzeugt. Der nachgeschaltete Dampfturbinenprozess hat 160 MW Leistung. Daraus resultiert die Gesamtleistung von 450 MW brutto. Ausgangspunkt für die Dimensionierung des IGCC- Kraftwerks sind die heute größten marktgängigen Gasturbinen der F-Klasse. Neben der eigenen 30-jährigen Erfahrung in großtechnischer Kohlevergasung und mit IGCC-Konzepten stellen die Lessons learned aus den bisher betriebenen IGCC-Anlagen eine wichtige Auslegungsgrundlage dar. Sie werden gerade im Rahmen des vom BMWi geförderten COORETEC-Gemeinschaftsprojekts (COORETEC: CO 2 -Reduktionstechnologien Programm des BMWi) COORIVA (COORIVA: CO 2 -Reduktion durch integrierte Vergasung und Abtrennung) mit einer Bestandsaufnahme der weltweit vier IGCC-Anlagen erarbeitet. Hier wird die Forschungsförderung unmittelbar Früchte tragen. Aus dem ENCAP-Projekt (ENCAP: Enhanced Capture of CO 2 ) des 6. EU-Rahmenprogramms erwarten wir als Partner über Designergebnisse zum IGCC hinaus die Entwicklung der Gasturbinenbrenner für H 2 -reiche Brenngase. Entsprechende Ergebnisse erwarten wir auch aus dem im 5. EU-Rahmenprogramm geförderten HEGSA-Projekt (HEGSA: High Efficient Gas Turbine with Syngas Application). Herzstück des IGCC-Prozesses ist die Kohlevergasung. Sie ist ein zentraler Untersuchungsschwerpunkt in der laufenden Phase der Projektentwicklung. Für Unternehmen wie RWE Power mit stein- und braunkohlebasiertem Portfolio wäre ein Vergasungsverfahren für beide Kohlearten von Vorteil (Bild 8). Deshalb wird neben der RWEeigenen HTW-Wirbelschichtvergasung (HTW: Hochtemperatur-Winkler-Vergasungsverfahren) für Braunkohle die Flugstromvergasung betrachtet. Dazu sollen auch Versuche mit Braunkohle in bestehenden Anlagen durchgeführt werden. Die IGCC-Technologie mit Kohlevergasung und Gasaufbereitung weist deutliche anlagentechnische und betriebstechnische Unterschiede gegenüber dem heute üblichen Dampfkraftwerk auf. Kraftwerksplaner und Kraftwerksbetreiber müssen hier neue Erfahrungen sammeln. RWE Power hat das bereits in großem Umfang getan und weiß, wo die Unterschiede liegen und wie mit ihnen planerisch und betrieblich umzugehen ist. RWE kann auf eine sehr umfassende Vergasungsentwicklung im eigenen Haus seit den 70er Jahren mit einem Gesamtaufwand von über 500 Mio. EUR zurückgreifen [1] (Bild 9). Anlagentechnischer Endpunkt dieser Entwicklung war die HTW-Demonstrationsanlage (Bild 10), die über 12 Jahre betrieben wurde. Mit einer durchschnittlichen Verfügbarkeit von 85 % über rund 10 Jahre wurde dort die großtechnische Reife nachgewiesen. In dieser für die Synthesegaserzeugung errichteten Anlage wurden alle Prozesse realisiert, wie sie auch in der CO 2 -freien Kraftwerkstechnik erforderlich sind, denn für die Methanol-Synthesegaserzeugung waren auch Shift und CO 2 -Abtrennung erforderlich. Rund zwei Mio. t CO 2 wurden im Laufe des Anlagenbetriebes abgetrennt und genutzt, z. B. zur Inertisierung. Auch bezüglich Brenn- Bild 9. Entwicklung der Braunkohlenvergasung bei RWE. Bild 10. HTW-Vergasung für Braunkohle: erfolgreiche großtechnische Erprobung in der Demonstrationsanlage für Syngasproduktion. VGB PowerTech 5/2006 75
Bild 11. RWE-Entwicklungspfad für CO 2 -Speicher. Bild 12. Entwicklungsschritte zur baldigen Verfügbarkeit der CO 2 -Wäsche. stoffflexibilität liegen umfassende Erfahrungen vor. Neben Braunkohle wurden Klärschlamm, beladener Koks, Kunststoffabfälle, Haushaltsabfälle, Altholz, Torf, Steinkohle etc. eingesetzt. Nachdem alle FuE-Themen abgearbeitet waren und der kommerzielle Betrieb wegen des damaligen Energiepreisniveaus auf Dauer nicht wirtschaftlich darstellbar war, wurde 1997 die großtechnische Vergasung eingestellt und später gemäß den Genehmigungsauflagen abgebaut. Aufbauend auf den großtechnischen Demonstrationserfahrungen hat RWE Power bereits in den 90er Jahren unter dem Namen KoBra (Kombikraftwerk für Braunkohle) ein konventionelles IGCC für Braunkohle auf HTW-Basis bis zur Genehmigungsreife entwickelt [2]. Im Wettbewerb mit der BoA-Technologie war aber KoBra bei vergleichbarem Wirkungsgradpotenzial wegen der deutlich höheren Investitionskosten und mangelnder Verfügbarkeit unterlegen. Eine umfassende Dokumentation und erfahrene Mitarbeiter aus jener Zeit sichern das Know-how für das neue Projekt. Die CO 2 -Speicherung Die Onshore-Speicherung von CO 2 ist in Europa und in der vorgesehenen Dimension weltweit Neuland. Von daher ist die Erforschung und die Umsetzung der CO 2 -Lagerung ein erfolgskritischer Teil des Gesamtprojektes. Zielformationen für die CO 2 -Speicherung sind alte Gaslagerstätten und saline Aquifere. Hier liegen nach Untersuchungen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) die mit Abstand größten Speicherpotenziale in Deutschland: Gasfelder: ca. 2,6 Mrd. t CO 2 Aquifere: 20 +/- 8 Mrd. t CO 2 Die Potenziale alter Gasfelder liegen also eine Größenordnung unter denen der Aquifere. Langfristig, d.h. für große Kraftwerkseinheiten, müssen Aquiferspeicher erschlossen und genutzt werden. Im konkreten Fall des 450- MW-IGCC-Kraftwerkes wird zu prüfen sein, ob für dieses First-of-its-kind-Projekt die Erschließung eines CO 2 -Speichers im Bereich von Gaslagerstätten nicht erfolgversprechender und sinnvoller ist. Damit ließe sich der sehr wichtige aber noch weitgehend ungeklärte Bereich der rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen hinsichtlich des Neulandcharakters eingrenzen. Einige Erfahrungen könnten auch später auf Aquiferspeicher übertragen werden. RWE Power wird die Speicherentwicklung gemeinsam mit dem im Upstream-Bereich tätigen und erfahrenen Unternehmen RWE Dea durchführen. Themen- und lagerstättenspezifisch werden kompetente Partner einbezogen. Als wichtiger und kompetenter nationaler Partner hat sich die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe etabliert. Das vorgesehene Programm ist in Bild 11 umrissen. Es umfasst drei Phasen. In der bereits angelaufenen Phase 1 findet ein Screening potenzieller Lagerstätten statt. Daraus werden zwei bis drei besonders geeignet erscheinende Standorte ausgewählt, für die im Rahmen einer Feasibility-Studie auf Basis vorhandener Unterlagen und Daten eine detaillierte Bewertung bis 2008 durchgeführt wird. In Phase 2 werden die Speichereigenschaften durch geologische Erkundung vor Ort erhärtet, mit dem Ziel, einen geeigneten Speicher auszuwählen. Für diesen werden dann bis 2010 die erforderlichen Genehmigungen für die in Phase drei folgenden Bohrungen und den Ausbau des Speichers eingeholt. Zur Phase drei bis zur Inbetriebnahme 2014 gehört auch die Errichtung der übertägigen Einrichtungen für den Injektionsbetrieb. Diese Speicherentwicklung ist mit der Realisierung des Kraftwerksprojektes soweit koordiniert, dass die Bauentscheidung für das Kraftwerk wie auch die Entscheidung zur Erschließung der Lagerstätte zeitgleich Ende 2010 getroffen werden können. Auf dem Neuland der CO 2 -Speicherung wird es in vielen Teilbereichen auch um die Entwicklung von Methoden gehen, Methoden zur Untersuchung und Auswahl geeigneter Speicherbereiche, Methoden zur Beobachtung der CO 2 -Ausbreitung im Reservoirgestein und zur Erkennung von Leckagen, Simulationsmethoden etc. Hier wird es darauf ankommen, die Ergebnisse weltweiter Forschungsprogramme zur Anwendung zu bringen und ggf. Lücken selber zu schließen. Dementsprechend erfordert die Lagerstättenentwicklung ein sehr breit aufgestelltes technisch-geologisches Untersuchungsprogramm. Der First-of-its-kind-Charakter für die hiesigen geologischen Verhältnisse erhöht die Herausforderung. Deshalb gilt es, die Erfahrungen aus bereits laufenden großtechnischen CO 2 -Injektionsprojekten mit einzubeziehen. Weltweit wird in drei Projekten im großtechnischen Maßstab CO 2 injiziert. Jeweils 1 Mio. t CO 2 jährlich werden von der norwegischen Sleipner-Plattform, im algerischen In Salah LNG-Projekt und im kanadischen Weyburn-Oilfield injiziert. In den erst genannten Projekten fällt CO 2 bei der Reinigung von Erdgas an, im Weyburn-Projekt stammt das CO 2 aus einer Kohlevergasungsanlage und wird für Enhanced Oil Recovery (EOR) verwendet. Mit 45 Mio. t CO 2 Injektion für EOR im wesentlichen aus natürlichen Quellen sind die USA weltweit führend, das CO 2 -Pipelinenetz umfasst 3.500 km. Generell ist festzustellen, dass das Interesse an der Erforschung der CO 2 -Speicherung bisher überwiegend bei den Öl- und Gasförderunternehmen lag, mit der Zielrichtung, preiswertes CO 2 für EOR/EGR in größerem Umfang einsetzen zu können. Parallel zum aufgezeigten Entwicklungspfad der CO 2 -Speicherung muss die Klärung der rechtlichen Grundlagen und der regulatorischen Rahmenbedingungen vorangetrieben werden (Bild 11, unten). Insbesondere wird es darum gehen, die fehlenden und unklaren rechtlichen Grundlagen zu klären, Lücken und Widersprüche in den Gesetzen zu ermitteln und Vorschläge für Lösungen zu erarbeiten. Dabei erscheint es erfolgversprechender, primär auf nationaler Ebene bzw. soweit erforderlich auf europäischer Ebene 76 VGB PowerTech 5/2006
Bild 13. WTA-Prototypanlage zur Kohletrocknung an BoA Niederaußem. die erforderlichen Grundlagen zu schaffen. RWE setzt darauf, dass dieser Klärungsprozess als Gemeinschaftsaufgabe der Klimavorsorge von interessierten Unternehmen, der Politik und den Behörden verstanden und durchgeführt wird, um hier langfristig gültige Rahmenbedingungen zu schaffen. Von übergeordneter Bedeutung für die Technologie des CO 2 -freien Kraftwerks und der CO 2 -Speicherung ist die Erzielung der öffentlichen Akzeptanz für diese politisch und aus Gründen der Klimavorsorge gewollten Technologie. Akzeptanz erzeugen erfordert Offenheit, Transparenz und Information sowie das Zusammenwirken aller an der Technologie und den Klärungsprozessen Beteiligten. Deshalb begrüßt RWE auch die entsprechende Initiative des BMWi zur Akzeptanzfrage im Rahmen von COORETEC. Die CO 2 -Wäsche für das konventionelle Dampfkraftwerk Auch bei erfolgreichem Verlauf des CO 2 - freien IGCC-Projektes wird es in der Stromerzeugung langfristig wie auf der Seite der Einsatzenergien ein Mix unterschiedlicher Kohlekraftwerkstechniken geben. Deshalb wird es besonders wichtig sein, dass die bereits realisierten und zukünftig gebauten fortschrittlichen Dampfkraftwerke eine Option erhalten, ebenfalls auf CO 2 -freie Technik umgestellt werden zu können. Daher ist es eine weitere Zielsetzung von RWE Power, parallel zum CO 2 -freien IGCC- Kraftwerk die Option der CO 2 -Wäsche für zusätzliche Beiträge zum Klimaschutz mit bestehenden oder neuen fortschrittlichen Kraftwerken zu entwickeln. Dazu wurde ein weiteres Forschungs- und Investitionsprogramm von rund 90 Mio. EUR aufgelegt (Bild 12). Die besonderen Herausforderungen dieser Entwicklung liegen in der Senkung des hohen Investitionsaufwandes für einen nahezu drucklosen chemischen Waschprozess mit Absorptions- und Regenerationskreislauf, in der Reduzierung des hohen Energie-(Dampf-)bedarfs für die Regeneration und in der Beständigkeit der Waschlösungen in Rauchgasatmosphäre. Ausgangspunkt ist das Projekt der CO 2 -Wäsche- Pilotanlage im Steinkohlekraftwerk Esbjerg, an dem RWE Power im Rahmen des EU-Projektes CASTOR (CO 2 from Capture to Storage) beteiligt ist. Ziel von RWE ist es, den Wäscheprozess für Braunkohlekraftwerke zu entwickeln und zur Reife zu führen. Dazu sind folgende Schritte geplant: bis 2008: Pilotanlagenprojekt 2009 2012: Demonstrationsanlagenprojekt Diese Entwicklung soll in Partnerschaft mit Anlagenbauern und Waschlösungsherstellern durchgeführt werden. Auch dieses Projekt ist bereits gestartet. Die WTA-Technik für morgen Die Effizienzsteigerung als Primärmaßnahme der CO 2 -Minderung steht nach wie vor im Fokus der Entwicklungsaktivitäten von RWE Power. Neben der 700- C-Technologie für das Dampfkraftwerk der Zukunft für Braun- und Steinkohle verfolgt RWE Power die eigene WTA-Entwicklung zur Steigerung des Wirkungsgrades von Braunkohlenkraftwerken durch Vortrocknung. Die WTA- Vortrocknung bietet die gleiche Größenordnung an Wirkungsgradfortschritt wie die 700- C-Technologie, und das zu wettbewerbsfähigen Kosten im Vergleich zu heutiger Technik. Diese Entwicklung zur Effizienzsteigerung hat mit dem Bau der WTA- Prototypanlage am BoA-Block in Niederaußem die Zielgerade erreicht (Bild 13). Im Juni dieses Jahres erfolgt der erste Spatenstich, für Ende 2007 ist die Inbetriebnahme geplant. Ziel des 50 Mio. EUR Projektes ist es, die nächste Neubaugeneration der Kraftwerkserneuerung der Braunkohle mit Vortrocknung und Trockenkohle-Kesseltechnik mit 4 % höherem Wirkungsgrad realisieren zu können, als mit der jetzt im Bau befindlichen BoA 2/3. Die in Niederaußem realisierte Prototypanlage entspricht 1:1 einem Strang einer späteren mehrsträngigen Trocknung eines 1.100-MW- Trockenbraunkohlekraftwerkes. Der Rohkohleeinsatz liegt bei 210 t/h, die Trockenkohleerzeugung bei 110 t/h. Das entspricht fast 30 % der Feuerungswärmeleistung des BoA- Blockes und einem elektrischen Leistungsäquivalent von rund 300 MW. Der BoA-Wirkungsgrad steigt mit der Trocknungszufeuerung um 1,4-%-Punkte. Beim zweijährigen Testbetrieb werden rund 330.000 t CO 2 eingespart. Mit der Trocknung fein aufgemahlener Kohle in der Wirbelschicht hat RWE Power für die Trocknungstechnik den erforderlichen Durchbruch zur Kraftwerkstauglichkeit erreicht. Zukünftige Trockenkohlekraftwerke mit dieser Technik werden in den Stromerzeugungskosten nach heutigen Erwartungen besser sein als die heutige BoA-Technologie. Diese WTA-Technik ist weltweit ohne Alternative und stellt für RWE ein Alleinstellungsmerkmal heutiger fortschrittlicher Effizienzsteigerung dar. Für zukünftige fortschrittliche Braunkohlenkraftwerke gleich welcher Technik, ob mit oder ohne CO 2 -Abtrennung wird die Vortrocknung Grundvoraussetzung sein, um möglichst hohe Wirkungsgrade zu erreichen. Für alle Prozesse mit Braunkohlevergasung ist die Vortrocknung sogar unabdingbar. Das zusammen erklärt das weltweit starke Interesse an dieser RWE-Technologie. Bei erfolgreichem Verlauf des Prototypanlagenprojektes werden wir sie in allen zukünftigen Braunkohlenkraftwerken zum Einsatz bringen. Für das Projekt des CO 2 -freien Kraftwerks ist mit der WTA-Technik der erste technische Meilenstein bereits realisiert, denn die kraftwerkstaugliche Trocknung ist als Baustein vor der Braunkohle-IGCC unabdingbar erforderlich. Literaur [1] Renzenbrink, W., Wischnewski, R., Engelhard, J., Mittelstädt. A.: High Temperature Winkler (HTW) Coal Gasification. A fully Developed Process for Methanol and Electricity Production. Gasification Technologies Conference, San Francisco (1998), www.gasification.org. [2] Hlubek, W., Böcker, D.: Entwicklungslinien der Braunkohle-Kraftwerkstechnik. et 47 (1997), VGB PowerTech 5/2006 77
VGB PowerTech Mehr als Daten, Fakten und Kompetenz Volume 84/2004 ISSN 1435-3199 K 43600 Volume 85/2005 ISSN 1435-3199 K 43600 5/2004 Number 4/2005 Schwerpunktthema: Instandhaltung in Kraftwerken 4/2005 Number 5/2004 Schwerpunktthema: Kernenergie 2003: Operating Results of Nuclear Power Plants Reference Power Plant North Rhine- Westphalia Niederaußem: FGD Plant Start-up Volume 85/2005 ISSN 1435-3199 K 43600 Service Safety Management International Journal for Electricity and Heat Generation Publication of VGB PowerTech e.v. www.vgb.org VGB PowerTech International Edition 5/2005 Further Developments in Coal-Fired Power Plant Technology Hydro Power in a Competitive Market Thermal Utilisation of Waste in a Power Plant Material Developments for High Capacity Power Plants International Journal for Electricity and Heat Generation Publication of VGB PowerTech e.v. www.vgb.org International Edition Number 5/2005 Schwerpunktthema: Kernenergie 2004: Operating Results of Nuclear Power Plants European Power Plant Technology for the Global Market Water Treatment in Power Plant Applications Distributed Generation and System Operation International Edition 3 VGB PowerTech International Journal for Electricity and Heat Generation Publication of VGB PowerTech e.v. www.vgb.org International Edition Bitte ausfüllen und per Post oder Fax zusenden Ja, ich möchte die VGB PowerTech kennen lernen und bestelle die nächsten 3 Ausgaben zum günstigen Testpaket-Preis von nur 25, Euro zzgl. MwSt. Das Testpaket wird ausschließlich Interessenten angeboten, die in den vergangenen 3 Monaten die VGB PowerTech nicht abonniert hatten. Sollte ich bis 2 Wochen vor Zusendung des dritten Heftes keine Nachricht geben, erhalte ich die VGB PowerTech im Jahresabonnement im ersten Jahr vergünstigt für 200, Euro zuzüglich Versand, 34, Euro (Inland), und MwSt. Per Fax oder im Fensterkuvert an die VGB PowerTech Service GmbH Fax-Nr. +49 201 8128-329 Name, Vorname Straße PLZ Telefon/Fax Datum Wohnort 1. Unterschrift Widerrufsrecht: Diese Vereinbarung kann ich innerhalb von 14 Tagen bei der VGB PowerTech Service GmbH, Essen, widerrufen. Zur Wahrung der Frist genügt die rechtzeitige Absendung. Ich bestätige dies durch meine 2. Unterschrift. Datum 2. Unterschrift
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