הנוף האנרגיה הגלובלי עובר טרנספורמציה עמוקה המונעת על ידי הציווי הכפול של עמידה בביקוש לחשמל וצמצום פליטות גזי החממה. Coal, ארוך העבודה של ייצור חשמל באזורים רבים, ניצבת בפני לחץ עז למודרניזציה. Integrated Gasification משולב מחזור (IGCC) הטכנולוגיה יוצאת כאחד המסלולים המבטיחים ביותר להשגת חשמל נקי יותר ויעיל יותר פחם.

מה זה IGCC טכנולוגיה?

משולב גזיפיק משולב מחזור (IGCC) הוא מערכת ייצור כוח המשלבת גזי פחם עם בלוק כוח מחזור משולב.במקום לשרוף פחם ישירות ברתיחה, הפחם המוצק מומר לראשונה לתוך גז סינתז בלתי ניתן לשילוב של גז סינפט, או סינגס, בעיקר מורכב ממטוסי מימן ופחמן פחמן חד תחמוצת הפחמן.זה זו מנקה של מטעני גז לפני שנשרף בגז כדי לייצר חשמל חם (S) מתוקף ממטרה (מתאים ל- HIV) ממטרדחן גזים (G) ממטרוניים (מתאים לכדי כוח אדים (מחץ) ממטרדנציה חשמלית (G) ממטרדנציה מלאה של גזים (מחדש) ממטרדמן (מחדש) ממטרוניים (G) ממטרדנציה חשמלית) ממטרדנציה מלאה של גזים (מחדשה) ממטרה) ממטרה) ממטרה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן,

תהליך הגז עצמו מתרחש בטמפרטורה גבוהה (בדרך כלל 1300-1600 ° C) ולחץ מתון (20–70 בר) בסביבה מכוכבת חמצן.ה הפחם מגיב עם חמצן וציטור לייצר סינגס, בעוד חומר מינרלים בפחם מתמס לסירה כספית מזיקה שניתן להשתמש בה כצטברות בנייה.

מכיוון שהסינגז נמצא תחת לחץ וניקונו לפני הבעירה, IGCC נמנעה ממספר אתגרים שגורמים לצמצום הנפיחות של גזי פחם מסורתיים (PC) – התוצאה היא מערכת כוח שיכולה להשיג יעילות גבוהה יותר עם פליטות נמוכות יותר, כל זאת תוך שמירה על היכולת ללכוד פחמן דו-חמצני לפני הפסקת אש – יתרון שקשה להתאים לטכנולוגיות פחם קונבנציונליות.

רכיבים טכניים של מפעל IGCC

יחידת הפרדה אווירית

יחידת הפרדה אווירית (ASU) מפרידה חמצן מהאוויר מאוויר מתווך לספק את המזין.מודרני ASUs להשתמש דינקייה מבועתת לייצר > 95% חמצן טהור. ASU הוא עומס טפילי גדול, צריכת 10-15% של הפלט הצמח הגולמי, אבל זה מבטל את הצורך בטיפול חנקן יקר ורגיש באנרגיה.

גז

כמה עיצובים מגזימים כבר היו מסודרים: זרימה מאומנים (למשל, GE / Texaco, Shell, Siemens), נוזל-bedded, ומעבורת-bedd. En ממריצים גזים זורמים לשלוט בצמחים המסחריים IGCC מכיוון שהם מטפלים בטווח הרחב ביותר של פחם ומייצרים גז נקי, נקי, נקי, ללא tar-מתאים.

גז נקי

סינגו יציאה מהמזין מכיל חלקיקים, תרכובות גופרית, halides, וכספית. מערכת ניקוי שני שלבים - באופן חד-משמעי רוכב ואחריו מערכת סינון רטוב או מערכת סינון יבש - מסלקים חלקיקים למטה עד פחות מ 1 מ"ג / Nm3. הסרת סלפור מושגת באמצעות ספיגה מבוססת פתרון (למשל, סלפור, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להסיר את ה-Hol) לתוך זריקות פחמן.2 מופעלת.

גז Turbine

צמחי IGCC משתמשים טורבינות גז מותנות במיוחד שנועדו להתמודד עם סינגס עשיר מימן, שיש לו ערך חימום בנפח נמוך יותר (בדרך כלל 4-6 MJ / Nm3) מאשר גז טבעי.הטורפות דורשות צינורות דלק גדולים יותר, קובוסים מתואמים כדי לנהל יציבות אש ו NOx היווצרות nox, ותכניות קירור מתקדמות. עם הזרקת דלקות (R1 או 1400) לא ניתן לטעון כי הם יכולים להיות מופעלים מתחת ל-pX C-pH.

Recovery Steam Generator ו-Steam Turbine

טורבינת הגז מתמצה, עדיין עשירה בחמצן ובאנרגיה תרמית, נכנסת ל-HRSG, שם היא מייצרת קיטור ברמות לחץ מרובות (גבוה, התחממות מחדש, נמוך) קיטור זה נשלח לטורבינה אדים מלוכדת, אשר מוסיפה 30-35% מסך הצמח הכולל.המחזור המשולב נותן IGCC את היעילות הגבוהה שלה.

יעילות וביצועים סביבתיים

מפעלי IGCC המסחריים באופן שגרתי להשיג יעילות חשמל נטו של 40-45% על בסיס חימום גבוה יותר (HV) בהשוואה ל-33-38% למפעלי מחשב תת- קריטיים ו-38-42% לצמחים במחשבים סופר קריטיים.עם טורבינות גזי-של האמנות ושיפור האינטגרציה, עיצובי IGCC מתקדמים מכוונים ל-48–50% יעילות זו, ובכך להפחית באופן ישיר את צריכת הפחם המיוצרת ל-2 שעות ביממה.

ביצועים סביבתיים הם המקום שבו IGCC באמת מאיר.על ידי ניקוי הסינגז לפני הבעירה, IGCC מסיר מעל 99% של sulfur, השגת פליטות SO2 מתחת 0.01lb /MMBtu. פליטות NOx הם נמוך באותה מידה, בדרך כלל 0.03-0.05 lb / MMBtu, בשל השימוש של הזרקת מים מלוטשים ו- commixtion מים גבוהה יותר הם סימנים של צריכת פחמן-מכסוך נמוך יותר מ- 10.

כאשר בשילוב עם לכידת פחמן, הביצועים הסביבתיים של IGCC הופכים אפילו יותר משכנעים.הסנגז לפני הבעירה עשירה ב- CO2 בלחץ גבוה, מה שהופך טרום-בעירה של יותר יעיל אנרגיה מאשר לאחר הפסקת גז פלואי.פחמן ללכוד יכול להיות מושג באמצעות פותרים פיזיים (למשל, סלקס) ל- CO2, אשר לאחר מכן יבש, דחוס, ו- 12 נקודות עבור פחמן נמוך יותר מ- 10G2.

לתפוס פחמן ותיקון תאימות

תאימות של IGCC עם לכידת פחמן ואחסון (CCS) היא כנראה התכונה החשובה ביותר שלה עבור קיימות לטווח ארוך. במפעל PC, CO2 חייב להיות נלכד מזרם גז נוזלי חדיר, נמוך בלחץ נמוך באמצעות פותרים כימיים - תהליך הדורש קיטור משמעותי ותוצאות יעילות גדולה.

מעגל משולב של גזיפיק עם פחמן לכידת (IGCC-CCS) מציע מספר יתרונות: עונש אנרגיה נמוך יותר, ציוד קטן יותר, וייצור פוטנציאלי של מימן וכוח. פרויקטים של הפגנה, כולל המפעל המטרו קמפר המנופח כיום במיסיסיפי ואת כוח פחמן מאתגר אך מאתגר מבחינה טכנית מוצלח דיוק אדוארדספורט באינדיאנה, סיפקו שיעורים חשובים.למרות ריצוף, העיקרון הבסיסי נותר עדיין קומפקטית IPCC על ידי אחסון פחמן דו"ח פחמן מיוחד על בסיס פחמן, ולכידת כוח פחמן מאובטח על בסיס טכנולוגיות אחסון פחמן מאובטח על בסיס פחמן DG הגנה מפני פחמן מאובטח על בסיס טכנית פועל פחמן DG.

מחקר מתמשך לתוך מזכרות מתקדמות, ניקוי גז חם, ופתרון חדש נועד להפחית עוד את העלות ואת יעילות עונש לכידת CO2. כאשר מנגנוני מדיניות כגון תמחור פחמן או זיכויים מס (למשל, 45Q בארצות הברית) לספק תמריץ מספיק, IGCC-CCS יכול להיות בעל יכולת מסחרית עבור בנייה חדשה.

גמישות דלק

צמחי IGCC יכולים לעבד מגוון רחב בהרבה של דלקים מאשר צמחי פחם קונבנציונליים.בעוד שרובם נועדו עבור פחם זעיר, רבים יכולים להתמודד עם תת-ביטימי, לקטיט, קטבק ואפילו ביומסה. גמישות זו מאפשרת שירותים להגיב על שוקי דלק ולקבל יתרון של דלקי הזדמנויות בעלות נמוכה יותר.

גמישות דלק זו מספקת גם גידור נגד הפרעות אספקה פוטנציאליות או תנודתיות מחירים.עבור מדינות כמו הודו וסין שמסתמך על פחם באיכות נמוכה יותר, IGCC מציעה דרך לנקות, יעיל כוח דור ללא צורך בצעדים להכנת דלק יקר כמו כביסה פחם.

שיקולים כלכליים

המחסום הגדול ביותר לפריסת IGCC הנרחבת נותר עלות ההון.תחנות IGCC המסחריות עלות היסטורית של 20-30% יותר ל- קילוואט מאשר צמחי מחשב סופר קריטיים, וזמינותם הייתה נמוכה במהלך השנים הראשונות של המבצע.העלות המדרגת של חשמל (LCOE) עבור תחנת IGCC ללא CCS עדיין בטווח של 90–120/h (ב-20 דולר), בהשוואה ל-6524 דולר ל-CC, לעומת מחזור חום ו-160 דולר, לעומת 40/R.

עלויות התפעול גבוהות גם בשל המורכבות של מערכות ASU, מזין גז וניקוי גז. שיעורי זמינות עבור צמחים מסחריים מוקדמים מרחף כ-75-85% לאחר הגדלה הראשונית, בהשוואה ל- 90% עבור צמחי מחשב בוגרים.עם זאת, ניסיון שנרכש בצמחים כמו תחנת הכוח של טמפה אלקטריק (יחידת 260 MW IGCC שהשיגה מעל 90% לזמינות שלה בשנים מאוחרות) יכול לשפר את האמינות, כלומר לשפר את החומרים של עיצוב, באמצעות חומרי הדרכה טובה יותר, עיצוב, יותר, באמצעות חומרי הדרכה טובה יותר.

ההשוואה הכלכלית חייבת גם לגרום בעלות של פחמן להימנע מפחמן.כאשר מחיר פחמן משמעותי (למשל, $ 50 / tCO2) מוחל, IGCC-CCS הופך אטרקטיבי יותר מאשר פחם לא מחוספס, יכול אפילו להתחרות עם גז טבעי משולב מחזורים. עבור תרחיש של דפליג עמוק, עלות ההון גבוהה יותר הוא מתמוסס על ידי עלות של פליטות ופוטנציאל לייצור מימן.

פרויקטים ושיעורים של IGCC Global IGCC למדו

הפיתוח של טכנולוגיית IGCC התרחש בעיקר באמצעות סדרה של הדגמה ופרויקטים מסחריים מוקדמים. 250MW טמפה Electric Polk Power Station (Florida, ארה"ב) נכנס לשירות ב-1996 ומופעל בהצלחה במשך יותר משני עשורים, והראה כי האפשרות של גזי זרימה מאומנים עם תחנת דלק מגופן 531 מגה אנרגיה אדוארדס (הודית, ארה"ב) החלה בשנת 2013 והייתה בעלת מספר אתגרים כלכליים מתקדמים, אך ורק לאחר מכן, עד היום, והיא החלה לפעול, עד היום, עד היום, עם תחנת דלק גרעיני, לאחר מכן, עם תחנת הדלק, ו-CC, לאחר מכן, עד היום, עם חברת החשמל, עד כה, עם חברת FIRD, בשנת 2013 ו-IFCC, עם תחנת הדלק הגדולה, עם תחנת הדלק IFCC, עם חברת FIRD, עם תחנת הדלק IFCC, לאחר מכן, עם תחנת הדלק IFTIFT IF, החלה לפעול, עם תחנת הדלק IFTIFT IF, עם תחנת הדלק IF, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, החלה לפעול, בשנת 2013, בשנת 2013, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, בשנת 2013, החלה לפעול, בשנת 2013, עם תחנת הדלק I

לקחים מרכזיים מפרויקטים אלה כוללים את החשיבות הקריטית של קריקטורים סינגיים אמינים (רדיאנט ו convective), הצורך במערכות טיפול slag חזקות, ואת הערך של שילוב הנדסי קפדני. פרויקטים שניסו לדרג עיצובים לא נבדקים גזים או כי מקודדים על גבי מתקני Redundancy במערכות קריטיות לעיתים קרובות סבלו ממושכים את פרויקט קמפר IGCC (Miss) ללא סיכון הולם של עיצובים וכיסוי של חומרים אלה.

אתגרים ומגבלות

מעבר לעלויות הון גבוהות, IGCC מתמודדת עם כמה אתגרים אחרים.הצמח מורכב יותר מאשר צמח PC, הדורש צוות תפעולי גדול יותר עם מיומנויות מיוחדות ב גזיפיקציה, עיבוד כימי ומערכות מדכאות גבוהה.השינוי גזי המים וקטעי הסרה sulfur נוטים להפרה וקורטוזיה אם לא תוכנן כראוי.

תנאי שוק גם השתנו נגד פחם באזורים רבים.העלייה המהירה של גז טבעי, אנרגיה מתחדשת, ואת עלויות ירידה של אחסון סוללות הפחיתו את תמריץ כלכלי עבור יכולת חדשה של פחם, בהקשר זה, IGCC הופכת לטכנולוגיה נישה המתאימה למדינות עם פחם בשפע, מחירי פחמן גבוהים, ומחויבות מדיניות ל- CCS.

תחזית וחדשנות עתידיים

עתיד IGCC שוכן בחדשנות טכנולוגית המפחיתה את העלויות ומגדילה את היעילות תוך מתן אפשרות לפעולה גמישה להשלמת אזורי מחקר מתחדשים.

  • (FLT:0) ניקוי גזי מלחמה: FLT:1 לפתח sorbents ופילטרים שיכולים להסיר sulfur ו חלקיקים בטמפרטורות מעל 500 מעלות צלזיוס, ובכך למנוע את אובדן היעילות מקירור הסינגז.זה יכול להגביר את היעילות נטו על ידי 2-3 נקודות אחוז.
  • (FLT:0) עיצובי מפיץ גז מתקדמים:FLT:1reaהובלת membranes המשולב עם המפיץ להפחית את הצורך ב-ASU Cryogenic, חיתוך הון ועומס parasitic.
  • (FLT:0) טמפרטורות טורבינות גבוהה יותר:FLT:1 Advances in גז טורבינות חומרים (למשל, קרמיקה, ציפויי מחסום תרמי) מאפשרים ירי בטמפרטורות עד 1700 מעלות צלזיוס, שיפור נוסף יעילות מחזורית משולבת.
  • (FLT:0) Polygeneration:FLT:1 צמחי IGCC יכולים להיות נועדו לייצר לא רק חשמל אלא גם מימן, methanol, אמוניה, או Fisher-Tropsch נוזלי.זה מאפשר לצמח לייצר ערך מזרמים מרובים, שיפור הכלכלה.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם מתחדשים:FreaLT:1) ניתן להשתמש בחשמל מתחדש לייצר מימן באמצעות אלקטרוליטיזה ולאחר מכן מוזרק לתוך זרם הדלק של IGCC, ביעילות אחסון אנרגיה מתחדשת בצורה של סינגס.זה מאפשר לצמח לפעול כמקור כוח פחמן נמוך.
  • (FLT:0)Modularization:FLT:1 בקנה מידה קטן, ממריצים מודולריים (20-50 MW) באמצעות עיצובים נוזליים או מזיזים מפותחים עבור יישומים מבוזרים של כוח ואנרגיה.

התמיכה במדיניות היא קריטית.ממשלות בהתחשב ב-IGCC חייבות להמשיך בתמחור פחמן עקבי, לספק תמריצים כספיים עבור מאמצים מוקדמים, ולהשקיע בתשתיות תחבורה ואחסון של CO2.משרד האנרגיה מתקדם של תוכנית הדור של כוח מתקדם של אנרגיה ממשיכה לממן מחקר IGCC.The FLT:0DOE's IGCC Factray FLT:1 מציעה סקירה מקיפה של הטכנולוגיה 3.

מסקנה

מחזור משולב של גזיפיק משולב נשאר אחד הפתרונות היעילים ביותר מבחינה טכנית לייצור חשמל נמוך פליטה פחם.היכולת שלו להשיג יעילות נטו גבוהה, להסיר כמעט את כל המזהמים הקונבנציונליים, ולשלב באופן לא יעיל עם עמדות לכידת פחמן כטכנולוגיה קריטית עבור כל עתיד אנרגיה שממשיך להשתמש בדלקים מאובנים.העלויות ההון הגבוהות והאתגרים התפעוליים הם אמיתיים אך בלתי ניתנים למדידה; הם משקפים מוקדם של טכנולוגיה קיימת של פיתוח של תוכניות לפריסה של חשמל, אך ורק לפריסה, אך לא ניתן לפריסה, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם תוכניות מבוזרות, אשר עדיין, אשר עדיין, כמו גם עבור פיתוח, כמו גם עבור פיתוח של פיתוח של מערכת ההפעלה של פיתוח של פיתוח של פיתוח של פיתוח של מערכת ההפעלה, כמו גם עבור פיתוח של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה, כמו גם עבור פרויקטים מתקדמים, אשר עדיין, אשר עדיין, אשר עדיין, אשר עדיין, אשר עדיין, כמו פיתוח של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה, כמו גם עבור פיתוח של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של פיתוח של פיתוח

עבור מדינות ההסתמכות רבות על פחם עבור חשמל - סין, הודו, גרמניה, ארצות הברית, ואחרים -IGCC מציעה גשר לעתיד פחמן נמוך ללא אספקת דלק קיימת.הגמישות של הטכנולוגיה גם עושה את זה מתאים ביומסה משותפת ייצור מימן סביר, הרחבת הרלוונטיות שלה.