Kan vi nyttja kylvattenvärmen i framtida kärnkraftverk? - En studie av samtidig el- och värmeproduktion i ett nytt kärnkraftverk

Transkript

1 Kan vi nyttja kylvattenvärmen i framtida kärnkraftverk? - En studie av samtidig el- och värmeproduktion i ett nytt kärnkraftverk Stockholm, Daniel Welander, Vattenfall Power Consultant

2 Fjärrvärme från kärnkraftverk Inledning Beznau - ett av få kärnkraftverk med samtidig el- och värmeproduktion till fjärrvärmenät 2 x 360 MW el och max 80 MW värme En-stegsavtappning efter högtrycksturbinen Andra KKV med fjärrvärmeproduktion: Bulgarien, Indien, Kina, Ryssland, Rumänien, Tjeckien, Slovakien, Ungern Ågesta Samtliga med förhållandevis små värmeuttag Detta ingår i ett fjärrvärmesystem från KKV: Produktionsanläggning Överföringssystem Rörledningar Tunnlar för rörledningar Pump- och anslutningsstationer Fjärrvärmenät Frågeställningar Kan en stor mängd värme extraheras från turbinen med goda resultat? Vilken påverkan får det på Elproduktionskostnaden? 2

3 Principer för avtappningar från turbin Hur byggs en ny anläggning optimalt med värmeavtappningar? Referensturbin Alstoms turbin för EPR: MW el netto utan avtappningar (vid 7ºC kylvattentemp) -1 högtrycksturbin -1 mellantrycksturbin -3 lågtrycksturbiner Grundläggande princip: Ånga skall tappas av sent i processen så att så stor del av ångan driver så stor del av turbinen som möjligt. Fjärrvärmekonfiguration 3 avtappningar för god prestanda vid samtidig el- och värmeproduktion: -1 efter mellantrycksturbinen -2 från lågtrycksturbinen Så få modifieringar jmf med referensturbin som möjligt i princip används ordinarie avtappningar Fjärrvärmeanläggning FV-vatten 60ºC 3

4 Turbinstudie - Resultat Påverkan på anläggningens elproduktion vid samtidig el- och värmeproduktion 0 Elproduktionsminskning som funktion av fjärrvärmeuttag Minskad elproduktion [MW] /105=7,6 Max 1000 MW värme,t=95 C Max 1500 MW värme,t=95 C Max 1000 MW värme,t=130 C Max 1500 MW värme,t=130 C /206=7, Värmeproduktion [MW] Mer gynnsamt att ta ut fjärrvärme vid 95 C än 130 C Avtappningar ger lägre verkningsgrad vid kondensdrift Positiva resultat för varierad last Lämpliga temperatur och värmeuttag beror av optimering av hela systemet 4

5 Elproduktionskostnad Samtidig el- och värmeproduktion Jämförelse av elproduktionskostnad: ny vanlig anläggning vs ny anläggning med värmeproduktion MW El- och värmeproduktion, max 1000 MW värmeproduktion Värmelast, Storstockholm Värmeproduktion Elproduktion, T=95 C Elproduktion, T=130 C Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Månad Elproduktionskostnad [öre/kwh] Elproduktionskostnad för olika studiefall Utan värmeproduktion Max 1000 MW värme, T=95 C Max 1500 MW värme, T=95 C Max 1000 MW värme, T=130 C Max 1500 MW värme, T=130 C Kalkylränta 6 % Avskrivningstid Preliminär investeringskostnad, nytt KKV Uppskattad investeringskostnad, värmeproduktionsanläggning: MW MW 40 år 50 Mdr SEK 625 MSEK 806 MSEK Värmekreditering [öre/kwh] Positiva resultat för samtliga fall med samtidig el- och värmeproduktion jmf med fallet utan värmeproduktion För mest rimliga värmeintäkter öre/kwh stor skillnad Turbininvestering påverkar i liten mån jämfört med prestanda 5

6 Slutsatser Turbinstudien visar på fördelaktiga resultat upp till 10 ggr mer värme jmf förlorad el Goda resultat med 1500 MW värmeproduktion möjlighet till ökad produktion? Förhållandevis liten försämring i prestanda för stora värmeuttag jmf med små Fördelaktiga resultat för varierad last Stor skillnad mellan resultaten för olika framledningstemperaturer Investeringskostnaden för att möjliggöra värmeproduktion från turbinanläggningen har liten påverkan på elproduktionskostnaden Generella slutsatser kan ej dras Temperaturer och värmeuttag är beroende av systemstudie Stora kostnadsposter har ej utretts: Stora investeringar i potentiellt FV-nät förstärkning, utbyggnad och ändrad reglerbarhet Rörledningar, tunnelbyggen och pumpenergi för att kunna transportera hetvattnet till lämpligt fjärrvärmenät 6

7 Kan vi nyttja kylvattenvärmen i framtida kärnkraftverk? - En studie av samtidig el- och värmeproduktion i ett nytt kärnkraftverk Stockholm, Daniel Welander, Vattenfall Power Consultant