Küresel enerji peyzajı, yükselen elektrik talebinin iki katı tarafından yönlendirilen derin bir dönüşüme maruz kalıyor ve sera gazı emisyonlarını azaltmayı hedefliyor.Demir, birçok bölgede enerji üretimine karşı yoğun baskı, katı yakıt ve yanmaya yönelik baskı, Entegre Gazification Kombine (IGCC) teknolojisi, karbon yakalama ile eşleştirilen en umut verici yollardan biri olarak duruyor.Bu makale, gelecekteki bir sentetik gaz yakmaya dönüştürmekle, IGCC, sağlam yakıt ve yanma arasındaki geleneksel bağlantıyı kırıyor.
IGCC Teknolojisi Nedir?
Entegre Gazification Kombine (IGCC), birleştirilmiş bir gaz türbiniyle kömür gazlaştırmayı birleştiren bir enerji kaynağıdır. Katı kömür, ilk olarak buhar jeneratörü (HRSG) üretmek için buharlı bir sıvıya dönüşür, veya singas, öncelikle bir enerji kaynağı oluşturmak için, daha sonra "temiz" terimi, gaz türbininde yakılan gaz döngüsünde elektrik üretmeden önce, ısıtılır.
Gazizasyon süreci yüksek sıcaklıkta (tipik olarak 1300-1600 °C) ve orta basınç (20-70 bar) oksijenli bir ortamda meydana gelir. Kömür, genellikle bir inşaat malzemesine kadar sıvı yağdırır ve diğer bir deyişlerleyici ve çevresel olarak inert.
Çünkü singas yanmadan önce baskı altında ve temizlenmiş, IGCC, geleneksel pulverize kömür (PC) bitkilerini rahatsız eden birçok karttan kaçınır. Sonuç, daha düşük emisyonlarla daha yüksek efficiliğe sahip olan bir güç sistemidir, tüm karbon dioksit pre-büsleme yeteneği korurken - geleneksel kömür teknolojileri ile eşleştirmenin zor olduğu avantajlardır.
Bir IGCC Plantinin Teknik Bileşenleri
Hava Ayrılığı Birimi
Hava ayrılık ünitesi (ASU) gazlı azot kullanımı için havadan oksijen ayırmaktadır. Modern ASUs, bu cezayı azaltmak için kriyojenik distillasyon kullanmaktadır. ASU, büyük bir parasitik yük, brüt bitki çıkışının% 10-15'ini tüketmek, ancak pahalı ve enerji yoğun azot kullanımı ihtiyacını ortadan kaldırır. Bazı tasarımları oksijen taşıma membranlarını azaltır.
Gaz
Birkaç gazlı tasarımlar dağıtıldı: entrained-flow (örneğin, GE/Texaco, Shell, Siemens), sıvılaştırılmış gaz kompozisyonu ve hareket eden gazlar, daha yüksek bir sıcaklıkta işletmek ve temiz bir su aralığına sahip olduklarından dolayı, GE-style gazı kullanımı doğrudan su buharı kullanıyor.
Gaz Temizliği
Gazlandırıcının çıkışı, partiküller, sulfur bileşikler, halhaller ve paracury. İki aşamalı temizleme sistemi –tip olarak bir kist veya kuru filtre sistemi tarafından takip edilen bir sefilli veya kuru bir filtre sistemi – 1 mg/Nm3'ten daha azına kadar geri çekilme yapılır.Su bazlı absorbap (örneğin, Selexol, MDEA) H2S'yi yakalamak ve o zaman elemental sulfurt işlemi ile yapılır.
Gaz Türbini
IGCC bitkileri, hidrojen zengin singas'ı işlemek için tasarlanmış özel olarak değiştirilmiş gaz türbinlerini kullanıyor ve daha düşük bir hacimsel ısıtma değeri (tipik olarak 4-6 MJ/Nm3) doğal gazdan daha fazla ısıtılabilir.Kaynaklar, yüksek yakıt nozulları, yüksek ısıtımı ve NOx formasyonlarını yönetmek için tasarlanmış ve gelişmiş soğutma şemaları ile, NOx emisyonlarının altında tutabilir.
Heat Recovery Buhar Jeneratör ve Steam Türbin
Gaz türbini egzoz, hala oksijen ve termal enerjide zengin, HRSG'ye girer, birden fazla basınç seviyesinde buhar üretir (yüksek, tekrar ısı, düşük). Bu buhar, toplam bitki çıkışının% 30-35'ini ekler.
Verimlilik ve Çevre Performansı
Ticari IGCC bitkileri rutin olarak 40-45% daha yüksek ısıtma değeri (HHV) temelinde, düşük kritik PC santralleri ve% 38-42'lik süper kritik PC santralleri için kıyasla %94 oranında net elektriksel efficiliğe ulaşır.
Çevre performansı IGCC gerçekten ışık tutuyor. Yanmadan önce singas temizlemekle, IGCC sulfur'un% 99'unu çıkarır, 0.03'ün altında COBtu. NOx emisyonları benzer derecede düşük, tipik olarak 0.03-0.05 lb/MMBtu, su tüketimi ile daha düşük, ancak daha düşük bir su tasarrufu sağlar.
Karbon yakalama ile çiftleştiğinde, IGCC'nin çevresel performansı daha da zorlayıcı hale gelir. Yanmadan önce singas CO2'de yüksek basınçta zengindir, önceden yapılanbustion yakalama işlemine ek olarak, bir IGCC'nin havalesinden elde edilen enerji cezası, fiziksel çözücüler (örneğin, Selexol) daha düşük maliyetli bir PC tesisi için 10-12 puan kullanarak elde edilebilir.
Karbon Yakalama ve Depolama Uyumluluk
IGCC'nin karbon yakalama ve depolama ile uyumluluğu, büyük verimlilik cezalarında önemli bir buhar ve sonuçları gerektiren bir işlemdir.In a PC bitkisinde, CO2 ve hidrojene, düşük basınçlı flue gaz akışından elde edilmelidir - geri kalan hidrojen-zengin yakıtın büyük verimlilik cezalarında önemli bir şekilde şarj edilmesi gerekir.
Karbon Yakası ile Kombine Entegre Gazification Kombinasyon (IGCC-CCS) birkaç avantaj sunuyor: düşük enerji cezası, daha küçük ekipman ve potansiyel co-projektif hidrojen ve güç üretimi.Şu anda karbon Dioksitle birlikte, Mississippi'de ve operasyonel olarak zorlanan bir teknoloji olarak kabul ediyor, ancak teknik olarak başarılı Duke Energysport tesisi Indiana'da değerli dersler verdi.
İleri membranlara, sıcak-gas temizlenme ve yeni çözücüler CO2 yakalama maliyetini ve verimliliğini daha da azaltmayı amaçlamaktadır. Karbon fiyat veya vergi kredisi gibi politika mekanizmaları (örneğin ABD'de 45Q) yeterli teşvik sağlarken, IGCC-CCS yeni inşalar için ticari olarak uygulanabilir hale gelebilir.
Yakıt Flexability
IGCC bitkileri geleneksel kömür santrallerinden çok daha geniş bir yakıt yelpazesini yönetebilir. Çoğu insan biraz kömür için tasarlanmıştır, birçok kişi subbituminous, ligni, petcoke ve hatta biyokütleleri yönetebilir. Bu esneklik, yakıt piyasalarına cevap vermek ve daha düşük maliyetli bir gaz türbinini tek başına şarj edebilir.
Bu yakıt çevikliği ayrıca potansiyel tedarik kesintilerine veya fiyat dalgalanmalarına karşı bir koruma sağlar. Hindistan ve Çin gibi ülkeler için daha düşük kaliteli kömürlere güvenen ülkeler için IGCC, kömür yıkama gibi pahalı yakıt hazırlama adımlarına ihtiyaç duymadan temiz ve verimli bir enerji üretimi sunar.
Ekonomik Tahminler
IGCC dağıtımını yaygınlaştırmanın en büyük engel, CCS olmadan IGCC bitkilerinin yıllık maliyeti% 20-30 daha düşük ve ilk birkaç yıl boyunca kullanım kolaylığı daha düşüktü.BOSCC'nin eklediği elektrik miktarı (LCOE) genellikle 90-120 / MWh ( 2023 USD) aralığındadır.
İşletim maliyetleri, ASU, gazlandırıcı ve gaz temizleme sistemlerinin karmaşıklığı nedeniyle daha yüksektir. erken ticari tesisler için% 75-85, ilk rampadan sonra, olgun PC bitkilerine kıyasla% 90 oranında daha iyi performans gösterir. Ancak, Tampa Electric'in Polk Power İstasyonu gibi bitkilerde deneyim kazandı (daha sonraki yıllarda% 260 MW IGCC ünitesi) güvenilirliklerin tasarım optimizasyonu, daha iyi malzemeler ve operatör eğitimi ile geliştirilebileceğini gösteriyor.
Ekonomik karşılaştırmalar da kaçınılan karbon maliyetine faktör olmalıdır. Önemli bir karbon fiyat (örneğin, 50/tCO2) uygulanır, IGCC-CCS, unabated kömürden daha cazip hale gelir ve hatta doğal bir karbonizasyon senaryosu ile rekabet edebilir, daha yüksek sermaye maliyeti, hidrojen üretimi için ön planda yer alır.
Global IGCC Projeleri ve Dersler Öğrenildi
IGCC teknolojisinin gelişimi öncelikle bir GE gazlandırıcısı ile bir dizi gösteri ve erken ticari projeyle gerçekleşti. 250 MW Tampa Electric Polk Power İstasyonu (Florida, ABD) 1996 yılında hizmete girdi ve iki on yıl boyunca başarıyla çalıştı, büyük ölçekli entegrasyon anlayışına yardımcı oldu. Avrupa'da, 335 MW'lık bir Nuon (şimdi Vatten) 2013 yılında Hollanda'da çok sayıda petrol üretimine başladı ve bu konuda çok daha sonra önemli bir teknik ve finansal zorluklarla karşılaştı.
Bu projelerden gelen temel dersler güvenilir singas soğutucularının kritik önemini içerir (radiant ve konvektif), sağlam kesme sistemleri için ihtiyaç ve titiz bir mühendislik entegrasyonunun değerini vurgular. Etkili olmayan bir gaza dayalı tasarımları veya bu kayaksızlığı kritik sistemlerde ölçeklendirmeye çalışan projeler genellikle genişletilmiştir.
Meydanlar ve Sınırlar
Yüksek sermaye maliyetlerinin ötesinde, IGCC diğer birçok zorlukla karşı karşıyadır. Bitki, düzgün bir şekilde tasarlanmamışsa, gazlı rerakter personele sahip olmak için son derece karmaşıktır (2-5 yıl) ve singas-basın sistemlerinden atık su-gaz değişimi ve sulfur kaldırma bölümleri de bozulmamış ve su geçirmez kaldırma bölümleri, aksi takdirde buharlı metaller ile karşı karşıya kalmalıdır.
Piyasa koşulları da birçok bölgede kömüre karşı değişti. Doğal gaz, yenilenebilir enerji ve pil depolama maliyetlerinin düşmesi, yeni kömür tedarik kapasitesi için ekonomik teşviki azalttı. Bu bağlamda, IGCC, yüksek karbon fiyatlarına uygun bir ekonomi haline gelir ve CCS'ye bir politika taahhüdü haline gelir.
Future Outlook ve Innovation
IGCC'nin geleceği, maliyetleri azaltan ve yenilenebilirleri tamamlamak için esnek operasyon sağlayan teknolojik yeniliklerde yatıyor. Araştırmanın temel alanları şunları içerir:
- [FONT:0)Warm gaz temizlenme: [Döneticiler ve filtreler, sulfur'u kaldırabilecek ve 500 °C'nin üzerindeki sıcaklık kaybını ortadan kaldırabilecektir. Bu, 2-3 yüzde puana net verimliliğini artırabilir.
- [FONT:0) İleri gazlandırıcı tasarımları: [Dönetici: [Dönetici:0] Oksijen taşıma membranları, ağojenik ASU, kesim sermayesi ve parasitik yük ihtiyacını azaltır.
- [FONT=0) Yüksek Türlü Türlü Türlü Türlü Türlü Dönüşümler: [Dönetici:0] Yüksek Türlü Türlü Türlü Türlü Türlü Türlü Türlü Sıcaklıklar:[Düzeyler:0)[Düzeyler: [DüzDüzücüler: 0,4,0) Gaz Türbin Malzemelerdeki İleriler (örneğin, seramikler, termal bariyer kaplamaları), 1700 °C'ye kadar ısıtılış sıcaklıklarını artırmasına izin verir.
- [FONT:0)Polyjenerasyonu: [Dönetici: [Dönesel Olarak IGCC bitkilerinin sadece elektrik değil, aynı zamanda hidrojen, mol, amonyak veya Fischer-Tropsch sıvıları da üretebilmeleri için bitkinin birden fazla gelir akışından değer üretmesi, ekonomiyi geliştirmesi mümkündür.
- [FONT:0) Yenilenebilir Enerji ile entegrasyon: Aşırı yenilenebilir elektrik, elektroliz aracılığıyla hidrojen üretmek ve sonra IGCC yakıt akışına enjekte etmek, singas şeklinde yenilenebilir enerji depolamak için kullanılabilir.
- [FONT:0)Modularizasyon: [Dönetici: [Dönetici:0] Küçük ölçekli, modüler gazlandırıcılar (20–50 MW) Akışkanize edilmiş veya hareketli tasarımlar dağıtık güç ve atık-enerji uygulamaları için geliştiriliyor. Bunlar giriş maliyetinin daha düşük ve faza izin verebilir.
Politika desteği kritik. IGCC'nin tutarlı karbon fiyatlarını takip etmesi gerektiğini düşünüyor, finansal teşvikler tedarik ediyor ve CO2 taşımacılık ve depolama altyapısına yatırım yapıyor. ABD Enerji Gelişmiş kömür Enerjisi Üretim programı IGCC'yi finanse etmeye devam ediyor. [FONTD:0DOE'nun IGCC'nin IGCC'nin
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Entegre Gazification Kombine Çevrim, düşük emisyonlu elektrik üretmek için en teknik olarak etkili çözümlerden biri olarak kalır. Yüksek net efficilere ulaşma yeteneği, henüz tüm geleneksel kirleticileri ortadan kaldırmak ve maliyetle uygun bir şekilde karbon yakalama pozisyonlarıyla, CCS artışları için devam eden herhangi bir enerji için kritik bir teknolojiyle birlikte kalır; IGCC, bir niş teknolojiden yararlanamaz bir şekilde temiz bir şekilde, kitlesel dağıtımdan yararlanamaz.Mevcut projelerden yararlanamayan derslerle birlikte, CCS artış için teşvikler ile birlikte, bir kömürün erken aşamasını yansıtabilir;
Ülkeler elektrik için kömüre yoğun bir şekilde bağımlıdır - Çin, Hindistan, Almanya, Birleşik Devletler ve diğerleri –IGCC, mevcut yakıt malzemeleri olmadan düşük karbonlu bir geleceğe köprü sunar.(0Dünya kömür Birliği[Döneticileri ortaktır ve hidrojen üretimi için uygun hale getirir), sürdürülebilir yatırım ve inovasyonun temel bir bileşeni olarak IGCC'nin yalnızca devam etmesi halinde, güvenilir avantajlarının elde edebileceği bir politikaya bağlıdır.