Motorer och turbiner för elproduktion Energikontor Sydost, Växjö Tomas Ekbom

Transkript

1 Motorer och turbiner för elproduktion Energikontor Sydost, Växjö Tomas Ekbom

2 Vad är Grontmij? Grontmij Sverige: 800 pers, varav 200 konsulter inom Energi. Founded in 1915 Strong European regional network 300 offices in Europe 50 offices RoW* 4 Business Lines Planning & Design Transportation & Mobility Water & Energy Monitoring & Testing 10,000 people Principle regions: Benelux France Nordic UK, Central & Eastern Europe RoW* * RoW: rest of the World 2

3 Våra tjänster och kompetensområden 3 Engineering

4 Hur producerar man el? Vilka bränslen kan användas? 4 Jordbruksbränslen Ångturbin Skogsavfall Förbränning Gasturbin Byggavfall Förgasning Gasmotor Sopor Rötning

5 Kraftvärmeverk med ångturbin (Rankine) 5 Källa: Mölndal Energi Industriturbin med avtappning och mottryck Baslastturbin med fjärrvärmekondensor Baslastturbin med kondensor Utveckling: högre tryck och ångtemp, superkritiskt vatten Källa: Wikipedia

6 Kraftvärmeverk med gasturbin (Brayton) 6 Industriturbiner och flygderivat Open cycle utan ångturbin Kombicykel med ångturbin Utveckling: högre förbränningstemp, och tryckförhållande

7 Effektområde per enhet och elverkningsgrad 7 bränsleceller, η=40-60% ångturbiner, η=30-40% stirlingmotorer, η=40-60% motorer, η=20% gasmotorer, η=35-45% mikroturbiner gasturbiner, η=25-35% 1 kw 10 kw 100 kw 1MW 10 MW Elproduktion

8 Varför använda förgasning? 8 Fördelar med förgasning är: Bränslen med högre halter av alkali är ok Flexibilitet av bränslen och partikelstorlekar samt fyllningsgrad Gasrening enklare än för rökgaser (gasämnen är reducerade istället för oxiderade) Mycket ren gas av hög kvalitet kan uppnås Problem att uppmärksamma är: Tjärrening Asksmältning, hot spots i fasta bäddar Stor flexibilitet för flertal applikationer: Gasturbiner och gasmotorer Stirlingmotor Sameldning i panna Bränsleceller Syntes till drivmedel och kemikalier

9 Grundstegen vid småskalig förgasning 9 Bränsle Torkning / Pyrolys / Rostning Förgasning Luft, ånga Aska Ånga Kylning El Stoftrening Våtrening Kraftproduktion Filteraska Processvatten Exempel: Gasmotor Fjärrvärme

10 Förgasningskoncept vid olika skalor 10 Gas Fuel Air Updraft fixed bed Downdraft fixed bed Indirect double bed CFB or FB Ash CFB Pressure > 1 MPa Entrained-Flow 100 kw 1000 kw 10 MW 100 MW Fuel capacity

11 Flertal mindre förgasare på 80-talet 11

12 Bioneerförgasare vid Byggelit i Lit (Östersund) 12

13 Exempel på leverantörer / teknik / kraftverk 13 Sverige: Meva Innovation / Cyklonförgasning / 5 MW i Hortlax Cortus / Trestegsförgasning / 5 MW i Köping ska byggas Nordkalk IQR Systems / Förgasningsugn / 10 MW byggs i Munkfors Finland: Andritz Carbona / Bubblande och fasta bäddar / 30 MW i Skive Foster Wheeler / Bioneer fastbädd och CFB / 2 MW Lit Metso / Bubblande bädd / 140 MW bygger i Vaasa Entimos / Fastbädd / 2 MW i Tervola Condens + VTT / Novel fastbädd / 5 MW Kokemäki Danmark: Babcock & Wilcox Vølund / fastbädd / 5 MW Harboøre Österrike: Repotec / dubbelbäddsförgasning / 8 MW i Güssing Ortner / dubbelbäddsförgasning / 15 MW i Villach

14 IQR Systems förgasningsugn i Munkfors 14 Malmöföretaget IQR Systems förgasningsugn Soot Free Combustion förgasar svåreldade returbränslen - fukthalter upp till 60 %. En anläggning är sedan tre år tillbaka i drift hos Svenljunga Energi En ny anläggning på 10 MW ska snart köras igång hos Munkfors Energi. Förgasningsugnen kan köras på låga laster, ner till 10 procent last, och ändå ge en stadig och fullständig förbränning. Källa: Munkfors Energi

15 Exempel på småskalig kraftvärme med gasmotor 15

16 Novel kraftvärme: 1,8 MWe + 3,3 MW värme - Kokemäki, Finland Condens OY och VTT - Total investering 4.5 M - Elektrisk verk.grad 30 % Tar reformer Impurity Control method Content and removal efficiency Particulates Bag filters < 10 mg/m3n ( > 99 %) Tars Catalytic reformer < 100 mg/m3n (> 95 %) Nitrogen compounds (NH 3 ja HCN) Sulfur Chlorine Catalytic reformer and gas scrubbing Low sulfur feedstock and gas scrubbing Low chlorine feedstock, gas filtering and scrubbing < 10 mg/m3n (> %) < 10 mg/m3n < 10 mg/m3n 16 Scrubber Novel gasifier Gas cooler and Filter Gas engines Källa: VTT

17 Prestanda för Novelförgasaren 17 Effektområde 1 10 MW Passar varierande skogsbränslen och avfallsderivat Fukthalt 0 60 % Partikelstorlek 0 50 mm El %, och Värme 60 % på bränslekapacitet Demonstrerad på pilotskala med: skogsflis sågspån och kutterspån krossad bark, plywoodrester rivningsvirke, möbelrester preparerat kommunalt avfall, avloppsslam energiskogs- och olivträdsrester. Payback sannolikt <8 år med högre elpris och elcertifikat

18 Källa: VTT 18

19 Sammanfattning 19 El och värme kan produceras från många typer av bränslen med många olika tekniker och storlekar samt verkningsgrader = flertal variabler att ta hänsyn till, men ger inget enkelt beslut Förbränning är hittills den dominerande tekniken i kraftvärmeverk, och fortsätter vara. Tas beslut om dagens projekt på urval om en jämförande analys av prestanda, kostnad och risk eller mer av tradition? Förgasning kan: 1. ge en mycket ren gas = goda miljöprestanda 2. appliceras på gasmotor, gasturbin, panna m m = flexibilitet 3. ge mer el med gasmotor från samma mängd råvara = högre intäkter

20 Kraftvärmeprojekt i referensklass Project Details 20 Öresundsverket was the largest ongoing power plant construction project in Sweden at the time. Grontmij was the lead consultant for the project. The result is one of Europe's most efficient and environmentally friendly power plants. The CCGT produces approx 440 MW of electricity and 250 MW of heat. Electrical efficiency >58% Total energy efficiency >89% CO2 reduction of 1 million tonnes / year. 3 TWh electricity, 1 TWh heat per annum Commercial operation December 2009.

21 Öresundsverket vi tog ett helhetsansvar Competence 21 Project Management Process District Heating Environment Automation Electric power Quality Architecture Construction Landscapes Grontmij s assigment Feasibility study - Preplanning - Procurement - Implementation - Commissioning - Test - Final Inspection Taking over and operation