Szénerőmű építés import szénre MTA Energetikai Bizottság Fosszilis Energiák Albizottság Vitanapja Fosszilis Energiák Jelen- és jövőképe 2006 november 17
Katona Zoltán
[email protected] Tel.: 06-30-415 1705
Katona Z, 2006.
1
A szén változó szerepe
Múlt/jelen: felhasználás 50 km-en belül (erőművi felhasználás 60%-a) jelen: globális felhasználás (Kína: tengeri szállítás, acél, szén) felhasználás14%-a nemzetközi kereskedelmen keresztül
Az arány intenzíven növekszik
Erőművi Technológiák fejlesztése:
Katona Z, 2006.
gazdaságosság
Gazdaságosság
Környezetvédelem megbízhatóság ízb g Me ság ó ha t
Kör nye véd zetelem
2
Az erőművi szénfelhasználás
gazdaságosság – környezetvédelem - megbízhatóság Előnyök
Katona Z, 2006.
Ellátás biztonság: Bőségesen rendelkezésre áll. Olcsóbb a gáznál. Egyenletesen oszlik el a földön, kisebb politikai kockázat.
Hátrányok
Jól működő nemzetközi szénpiac és szállítás. Szállítása biztonságos. Tárolható, a belőle termelt villamos energia megbízható. Kipróbált, megbízható erőművi technológiák. Új, „Tiszta szén technológiák” megjelenése
A kereslet dinamikusan növekszik. Növekvő ár. Egyre költségesebb (nemzetközi) szállítás Alacsonyabb erőművi hatásfok, költséges hatásfoknövelés. Magasabb O&M és CAPEX. Környezetvédelmi költségek.
CO2 kvóták
Társadalmi elfogadottság 3
Szénfelhasználás Primerenergia felhasználás részarányai forrás: IIASA/WEC 100% 90% Hagyományos megújuló
80%
Biomassza
70%
Egyéb
60%
Napenergia
50%
Vízenergia
40%
Nukleáris energia Földgáz
30%
Olaj
20%
Szén
10% 0% 1850
Katona Z, 2006.
1890
1920
1940
1957
1975
2000
2035
2080
4
A nemzetközi szénkereskedelem felfutása Nemzetközi szénkereskedelem, Millió t/év 600 500
Erőművi szén Koksz szén
M illió t/é v
400 300 200 100 0 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Katona Z, 2006.
Megjegyzés: 1985 óta a nemzetközi erőműviszén-keresekedelem kb. évi 7% mértékben bővült.
5
Széntartalékok régiónként Széntartalékok: 155 év, 70 országban
140 120
Olajtartalékok: 41 év, 68% Közelkelet és volt FÁK
Mrd. tonna
100
Földgáztartalékok: 65 év, 67% Közel-kelet és volt FÁK
80 60 40 20 0 ÉszakAmerika
Katona Z, 2006.
Dél- és Afrika és Nyugat- KözépKözép- Közel- Európa és KeletAmerika Kelet Európa, volt SU államok
Kína
Egyéb Ázsia
AusztrálÁzsia térség
6
A világ kőszéntermelése és exportja, 2001/2005 (erőművi + kokszolható szenek) 2500
termelés (2001) Mt/év 2000
ebből export (2001) Mt/év termelés (2005) Mt/év ebből export (2005) Mt/év
Mt/év
1500
1000
500
In d
on é
zia
g rs zá
sz trá lia
ye lo Le ng
Katona Z, 2006.
Au
D
él -A fri ka
* U vo lt S
ia In d
SA U
Kí na
0
7
A nemzetközi szénkereskedelem régiónként
Katona Z, 2006.
8
Villamos energia tüzelőanyagköltségének alakulása 2003-2006 9 8
E u r o c e n t/k W h
7
Gáz UK Fűtőolaj 1%, NW Eu Szén, CIF ARA
6 5 4 3 2 1 2002. 12. 10.
Katona Z, 2006.
2003. 6. 28.
2004. 1. 14.
2004. 8. 1.
2005. 2. 17.
2005. 9. 5.
2006. 3. 24.
2006. 10. 10.
2007. 4. 28.
9
Energia árak alakulása 2005-2006 70
60
50
Telephelyi szénár: 600 – 800 HUF/GJ (vízi vagy vasúti szállítás)
40
50 EUR/t szénár, 260 HUF/EUR mellett
30
20
10
Quelle: EST-TA 0 Jan. 05
Mrz. 05
Mai. 05
Jul. 05
TFS API#2 Cal 07 in EUR/t TTF Cal 07 in EUR/MWh
Katona Z, 2006.
Sep. 05
Nov. 05
Jan. 06
Mrz. 06
Power Cal 07 in EUR/MWh Oil Brent Front Month in EUR/bbl
Mai. 06
Jul. 06
Sep. 06
Nov. 06
Point Carbon CO2 Cal 07 in EUR/t
10
Új erőművek összköltsége €/MWh
Menetrend-tartó
Alaperőmű
Teljes terhelés: 4.000 h/a
teljes terhelés: 7.500 h/a CO2 költség 10 €/t CO2 Fuel O&M CAPEX
Atome. Feketeszén* CCGT
Katona Z, 2006.
Atome. Feketeszén* CCGT
* Nem tengerparti telephely Üzembe helyezés: 2010, 2004 évi árbázison, 100% CO2 kvóta vásárlás esetén. Amennyiben teljes CO2 kvótát megkapják az erőművek az első 14 évben, csökken a CCGT előnye mindkét terhelési esetben.
11
Merit order
(CO2 kvóták hatása nélkül)
Villamos energia Változó költsége
Alapterhelésű import szenes erőmű összkököltsége
Alapterhelésű import szenes erőmű változó kököltsége MW
0 0
Katona Z, 2006.
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
12
Erőművi technológiák fejlesztése USA
IGCC fejlesztés
166 üzem világszerte
Cél: 250 MW-ról 600 MW-ra, 42% hatásfokról 48%-ra.
15-20%-al magasabb CAPEX mint szénportüz (1400 USD/kW).
Cél: Zeró emisszió
Eu
Szénportüzelésű USC erőművek
Több mint 400 szuperkritikus erőmű
Jelenleg: 45 % hatásfok, cél: 50%+
Hőmérséklet növelési cél: 700/720°C, 350 bar
Nyomásnövelési cél: 649 °C, 414 bar
Szuperkritikus CFBC erőművek
Jelenleg: szubkritikus 300 MW (2002, USA)
Építés alatt: 460 MW, 43%
Katona Z, 2006. Hatásfokok: nettó, (alsó) fűtőérték bázison
13
Katona Z, 2006. Szuperkritikus kazánok
Kényszeráramlású (egycsöves) kazánok
Szénportüzelésű erőművek hatásfoka
14
50%+ erőművi fejlesztések Kazán
Nagy méretű szelepek
gőzturbina
Nickelalapú szerkezeti anyagok 600°C-os technológia hatásfoka: 45,4% 700°C-os technológia hatásfoka: 50% Katona Z, 2006.
15
• Nickel bázisú anyagok: • tűztérfal (HCM12, In 617), • túlhevítők (Ausztenit + In 617, 740), • kilépő kamrák • frissgőzvezeték (In 617, C263), • főgőzszelep (In 625, In 617), • Turbinaház (In 625, In 617), • turbinarotor (In 625, In 617) • anyagtulajdonságok (kúszás), • gyártási és hegesztési tulajdonságok, • füstgázkorrózió, • hőátadási tulajdonságok
Katona Z, 2006.
16
Hatásfoknövelés / költségnövekedés 140.0
+ 20 - 30 %
120.0
Katona Z, 2006.
43 %
P91
60.0
X20
80.0
45 %
+ 5.5 %
47 %
Ni ötvözetek
+ 2.5 %
Ausztenites acél
költség 43 % hatásfokra vetítve 100.0
51 % 17
50%+ erőmű gazdaságossága Gazdaságos
Erőművi szénár Euro/t
Nem gazdaságos
Katona Z, 2006.
Legmagasabb szénár Ny-Eu, ~2020
2000 évi átlagos szénár, Ny-Eu Legalacsonyabb szénár Ny-Eu, ~2020
18
Szuperkritikus CFBC MWe
Második Generációs kazán
Első Generációs kazán
Katona Z, 2006. Forrás: S. J. Goidich at al: Design Aspects of the Ultra-supercritical CFB Boiler, 2005
19
Szuperkritikus CFBC
Jelenleg: szénportüzeléssel akar versenyezni: erőmű méret és hatásfok
Lagisza projekt, PKE, feketeszén
Foster Wheeler típus (kompakt szilárd leválasztók)
Katona Z, 2006.
Eddigi FBC technológia: nehezen tüzelhető tüzelőanyagok
460 MWe, kényszerátáramlású (OTU) 275 bar, 560°C/580°C
Siemens Benson technológia
Függőleges tűztércsövezés:
Sima falú és belső bordázású csövek,
alacsony tömegáram (kb. 50%): kisebb nyomásesés,
egyenletes hőfluxus, kevesebb csőtúlhevülés (simafalú csövek falakon). 20
Szuperkritikus CFBC
Katona Z, 2006.
Méretnövelés: 6 db. teljes-magasságú közbülső elválasztó elgőzölögtető hőcserélőpanel. Nincs szükség közbülső víz-gőz keverék elosztó rendszerre. Konvencionális szerkezeti anyagok. Alacsonyabb CAPEX (nincs FGD és deNOx), olcsóbb szorbens (mészkő) Több szilárdhulladék. Nettó hatásfok 0,4%-al magasabb (PC hasonló gőzparaméterekkel) Rugalmas tüzelőanyagválasztás (pl. max. 30% nedves széniszap) Szerződés: 2002 december, gyártás kezdete: 2006. 21
Hőfluxus eloszlása a kazán magassága mentén Kazán magasság (%)
Katona Z, 2006. Forrás: S. J. Goidich at al: Design Aspects of the Ultra-supercritical CFB Boiler, 2005
Hőfluxus (szénportüz max. %ában)
22
CFBC hőátadó felületek
Katona Z, 2006. Forrás: S. J. Goidich at al: Design Aspects of the Ultra-supercritical CFB Boiler, 2005
23
Következtetések
Katona Z, 2006.
Erőművi szénfelhasználás reneszánszát éli. Magyarországon alaperőműként van realitása az import szénbázisú erőműveknek. Technológia fejlesztés hajtómotorja az emelkedő primerenergia ár és a környezetvédelem. Elsősorban az új szerkezeti anyagok gyártása és alkalmazása jelent kihívást.
24
Köszönöm a figyelmet!
Katona Zoltán
[email protected] Tel.: 06-30-415 1705 Katona Z, 2006.
25
