TopCycle Framtidens kraftverk. Integrerad Ång/Gasturbin process för hållbar elproduktion

Transkript

1 TopCycle Framtidens kraftverk Integrerad Ång/Gasturbin process för hållbar elproduktion IVA Symposium Hans Levander 1

2 TopCycle Biobränsle kraftverk lönsam elgenerering ute i skogen MW eleffekt Integrerad förgasare för biobränsle Integrerad bränsletork med upp till 300% kapacitet Elverkningsgrad 55% ( LHV) mot 32% för dagens teknik Kan ge lönsam elgenerering som fristående kraftverk - världsunikt 2

3 TopCycle- Fyra frågor 1. Hur fungerar processen? 2. Vad ger den för fördelar? 3. Var kan den användas? 4. Hur långt har vi kommit? 3

4 Jens William Ægidius Elling Built the first gas turbine that produced net power It had steam injection - GT100 år/torsten Strand

5 Befintlig Gasturbin i 50 MW klass Max brännkammartemperatur 1400 C Kraftigt luftöverskott nödvändigt för att begränsa brännkammartemperauren Kondensor Mer än hälften av turbineffekten krävs för att driva kompressorn Eleffekt 48MW, elverkningsgrad 37 % Hög avloppstemperatur Bränsle 130 MW Ång panna Avgas temperatur 570C Industri- användning ndning 58MW Generator 2 21 MW Panna i avloppet kan ge ånga till industriprocess. Tillägg av ångturbin ger upp till 21 MW vid komplicerad ångcykel Total eleffekt upp till 69 MW motsv. elverkningsgrad 53% Generator 48 MW Kompressor Turbin 56 MW 103 MW 5

6 Hur man bygger en TopCycle anläggning Utgå från samma 48 MW gasturbin Reducera luftflödet 40% Brännkammaren ersätts med en TopSpool TopSpool ökar trycket ca 3 ggr för optimal ång/gasintegrering Sätt dit Ånggenerator och Rökgaskondensor och led all ångan till brännkammaren Generator 2 35 MW Bränsle 200 MW Kondensor Ång generator Fjärrv rrvärmerme 110 MW degc Total uteffekt blir 105 MW, att jämföra med basmaskinens 48 MW Elverkningsgrad 53 % för Naturgas, 56 % för Biobränsle Processen erbjuder rökgaskondensering vid 50-80C, ger 110 MW användbart värme Generator 1 70 MW Kompressor 40 MW Turbin 110 MW Totalverkningsgrad 108 % för Naturgas, 115 % för Biobränsle 6

7 Fysisk jämförelse TopCycle GT Combi 100 MWel 210 kg/s 100 MW 80 kg/s 70 MW 480 m3/s Combined Cycle TopCycle 310 m3/s 7

8 TopSpool Turbinkoncept Bas Gasturbn Base Gas Turbine Brännkammare TopSpool TopSpool Gear Växel Generator 8

9 TopSpool ger unikt servicekoncept Gasturbiners heta delar har begränsad livslängd, vanligen tim. Alla heta delar (skovlar, brännkammare etc) måste kylas, vanligen med dyr kylluft från kompressorn Dessa heta delar finns nu i TopSpoolens turbin och brännkammare och kyls av ånga i stället för luft. (Bas Gasturbinen får lägre temperatur än normalt) Ånga är ett betydligt bättre kylmedium än luft TopSpoolen är en liten kompakt gasturbin med få delar som lätt kan bytas ut mot en reservmaskin. Service och underhåll kan sedan göras på verkstad. Anläggningen får därigenom korta avbrott för underhåll dvs Hög tillgänglighet och bra driftekonomi

10 Jämförelse TopCycle Gasturbin kombi 60% mindre luftmängd ger kompaktare anläggning Hela ångcykeln utom kokardelen i ångpannan försvinner Väsentligt lägre kostnader Samma nivå på elverkningsgrad, bättre vid lyftkylda kondensorer Kondensering av vattnet i avgaserna ger 25 % högre totalverkningsgrad (40MW extra värme vid 100 MW el) 10% högre elproduktion tillsammans med förgasning Flexibel brännkammare som kan klara vätgasrika bränslen med låg NOx genom det höga fuktinnehållet 10

11 TopCycle en enkel, kompakt anläggning med hög verkningsgrad Bygger i huvudsak på välkända komponenter Förbränning utan luftöverskott ger hög totalverkningsgrad Ånga i stället för kompressorluft som kylmedium ger hög effekt och totalverkningsgrad samt fördelar vid integration med förgasare Högre tryck genom TopSpoolen ger ännu högre verkningsgrad och en kompaktare anläggning Överskottsvärmet från kondensering av vattenångan i rökgaserna kan användas till: Fjärrvärme Torkning av t.ex biobränsle Koldioxidabsorption Carbon Capture & Storage (CCS) Avsaltning av havsvatten To Air Coolers or District Heating Air Inlet Generator Base GT Top Spool Exhaust Water Recovery Condenser Steam Generator Inter Cooler 11

12 TopCycle potentiella användningsområden Naturgas Kraftvårme Naturgas CCS Naturgas Vattenavsaltning Biobränsle TopCycle 20-40% lägre kostnad 3-70% högre eta el 25% högre eta total Inget vattenbehov Solkraft Kol Kol med CCS Torv 12

13 TopCycle med koldioxidavskiljning CCS 13

14 TopCycle Biobränsle kraftverk lönsam elgenerering ute i skogen MW eleffekt Integrerad förgasare för biobränsle Integrerad bränsletork med upp till 300% kapacitet Elverkningsgrad 55% ( LHV) mot 32% för dagens teknik Kan ge lönsam elgenerering som fristående kraftverk - världsunikt 14

15 TopCycle - Var står vi idag Ånginjicering i Gasturbiner är beprövad teknik EvGT-provanläggningen i Lund år 2000 (600kW) verifierade grundkonceptet våta gasturbiner dvs gasturbiner med hög vattenhalt i gaserna Utvärdering av TopSpool-processen och olika applikationer har pågått sedan 2003 tillsammans med Vattenfall och ledande turbintillverkare. Demoprojekt för 100MW kraftvärme tillsammans med Vattenfall med målsättningen att ha en anläggning i provdrift Just nu genomförs en Feasibility study. Konstruktion av TopSpool-turbinen pågår vid MTU i München; utlägget är klart, detaljerade beräkningar av termiska spänningar pågår. No show stoppers so far. Brännkammarprov vid atmosfärstryck tidigare i Lund och för närvarande vid TU Berlin ger mycket lovande resultat. Högtrycksprov förbereds. TopCycle har patenterats i Europa och USA EvGT provanläggning i Lund Brännkammarprov i Berlin 15

16 TopCycle Roadmaps Turbine development Roadmap Concept Design Tests Detail Design Build Proto Tests Plant Tests CHP CHP plant demonstration Roadmap Plant concept Select Demo site Plant design Build Test Biofuel plant demonstration Roadmap Plant concept Select demo site Concept tests Plant design Build Test

17 TopCycle nytt, enkelt kraftverkskoncept som ger: 30-40% lägre kostnad vs CC 25% högre total verkningsgrad vs CC Combined Cycle Plant Klarar naturgas och gas från förgasning av biobränsle och kol 55% elverkningsgrad vid biobränsleförgasning Extra kondensvärme ger unika fördelar vid: Kraftvärme (mer fjärrvärme) Biobränsle (torkning) Koldioxidavskiljning TopCycle Plant Vattenavsaltning 17

18 Hans-Erik Hansson TopCycles uppfinnare

19 Vision TopCycle kan bli basen för en ny svensk energiindustri med global marknad 19