Elektrownia oxy z jonową membraną separacyjną - analiza techniczno-ekonomiczna z oszacowaniem ryzyka inwestycyjnego

• Autorzy: Kotowicz J. , Michalski S. , Węcel D. , Ogulewicz W.

Warianty tytułu

EN

Oxy type power plant with ion transport membrane - techno-economical analysis with investment risk evaluation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy analizowano elektrownię złożoną z: tlenowego kotła pyłowego zasilanego węglem kamiennym, układu turbiny parowej, instalacji wychwytu i sprężania CO2 oraz tlenowni wyposażonej w: jonową membranę separacyjną typu four-end. W elektrowni tej założono nadkrytyczne parametry pary (para świeża - 650 °C/30 MPa; para wtórnie przegrzana - 670 °C/6 MPa). Moc elektryczna generatora sprzężonego z turbiną parową wynosi 600 MW. W artykule przedstawiono sumaryczne wyniki analizy termodynamicznej, ekonomicznej oraz ryzyka dla elektrowni oxy bez oraz z wykorzystaniem ciepła odpadowego. Pierwszą z metod wykorzystania tego ciepła jest całkowite lub częściowe zastąpienie wysokoprężnych oraz niskoprężnych regeneracyjnych podgrzewaczy wody. Dzięki takiemu rozwiązaniu likwidowane są upusty pary z turbiny parowej, a tym samym rośnie moc elektryczna generatora sprzężonego z tą turbiną. Drugą analizowaną metodą wykorzystania ciepła odpadowego jest zastosowanie organicznego obiegu Rankine`a (ORC). W artykule dla wszystkich analizowanych przypadków przedstawiono wykresy izoliniowe sprawności wytwarzania energii elektrycznej netto oraz granicznej ceny sprzedaży energii elektrycznej w funkcji stopnia odzysku tlenu oraz sprężu sprężarki powietrza w tlenowni. Optymalne wartości tych wielkości porównano z analogicznie wyznaczonymi wielkościami dla bloku referencyjnego, który to składa się z klasycznego kotła pyłowego (powietrze jako utleniacz) oraz układu turbiny parowej. Ostatecznie zestawiono ze sobą wyniki analizy ryzyka dla bloku oxy i referencyjnego pod postacią wykresów prawdopodobieństwa skumulowanego w funkcji granicznej ceny sprzedaży energii elektrycznej.

EN

The power plant that contains: a hard coal-fired oxy-type pulverized fuel boiler, a steam turbine unit, a carbon dioxide capture unit and an air separation unit with a four-end type ion transport membrane was analyzed in this paper. The supercritical parameters were assumed for this power plant (live steam at 650 °C/30 MPa; reheated steam at 670 °C/6 MPa). Gross electric power of the generator driven by steam turbine is equal to 600 MW. The main results of thermodynamic, economic and risk analysis for the oxy type power plant with and without the use of waste heat are presented. First method of the use of this heat is the total or partial replacement of high and low pressure regenerative water heaters. The steam bleeds from steam turbine are eliminated and the power of the generator driven by this turbine increases. Second method of use of waste heat is implementation of an Organic Rankine Cycle (ORC). For all analyzed cases the isolines diagrams of the net efficiency of electricity generation and break-even price of electricity as a function of oxygen recovery rate and air compressor pressure ratio were presented in this paper. Optimal values of this quantities were compared with analogous quantities calculated for the reference power plant. The reference power plant contains: a classical pulverized fuel boiler (air as oxidant) and a steam turbine unit. Finally, the results of risk analysis for the oxy type and the reference power plant were presented as a diagram of a cumulative distribution as a function of break-even price of electricity.

Słowa kluczowe

PL

niskoemisyjny blok energetyczny; jonowa membrana separacyjna; membrana typu four-end

EN

low-emission power plant; ion transport membrane; four-end type membrane

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 3
• Strony: 72--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kotowicz J.

• Zakład Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych w Instytucie Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Michalski S.

• Zakład Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych w Instytucie Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Węcel D.

• Zakład Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych w Instytucie Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Ogulewicz W.

• Zakład Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych w Instytucie Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Statystyka elektroenergetyki polskiej. Agencja Rynku Energii, Warszawa 2013, ISSN 1232-2415.
• [2] Pipitone G, Bolland O.: Power generation with CO2 capture: technology for CO2 purification. International Journal of Greenhouse Gas Control 2009;3:528-534.
• [3] Kotowicz J., Sobolewski A., Iluk T.: Energetic analysis of a system integrated with biomass gasification. Energy 2013, 52, 265-278.
• [4] Skorek-Osikowska A, Bartela Ł, Kotowicz J, Sobolewski A, Iluk T. Remiorz L.: The influence of the size of the CHP system integrated with a biomass fuelled gas generator and piston engine on the thermodynamic and economic effectiveness of electricity and heat generation. Energy 2014;67:328-340.
• [5] Bartela Ł., Skorek-Osikowska A., Kotowicz J.: Thermodynamic, ecological and economic aspects of the use of the gas turbine for heat supply to the stripping process in a supercritical CHP plant integrated with a carbon capture installation. Energy Conversion and Management 2014;85:750-763
• [6] Skorek-Osikowska A, Kotowicz J, Janusz-Szymańska K.: Comparsion of the energy intensivity of the selected CO2-capture methods applied in the ultra-supercritical coal power plants. Energy and Fuels 2012;26(11):6509-6517.
• [7] Kotowicz J., Chmielniak T., Janusz-Szymańska K.: The influence of membrane CO2 separation on the efficiency of a coal-fired power plant. Energy 2010;35:841-850.
• [8] Daarde A, Prabhakar R, Trainier J-P, Perrin N.: Air separation and flue gas compression and purification units for oxy-coal combustion systems. Energy Procedia 2009;1:527-534.
• [9] Liszka M, Ziębik A.: Coal-fired oxy-fuel power unit - Process and system analysis. Energy 2010;35:943-951.
• [10] Engels S, Beggel F, Modigell M, Stadler H.: Simulation of a membrane unit for oxyfuel power plant under consideration of realistic BSCF membrane properties. Journal of Membrane Science 2010;359:93-101.
• [11] Marco G, Vellini M.: Oxygen transport membranes for ultra-supercritical (USC) power plants with very low CO2 emissions. Journal of Engeenering for Gas Turbines and Power 2012; 134:081801-081801-10.
• [12] Kotowicz J., Łukowicz H., Bartela Ł., Michalski S.: Validation of a program for supercritical power plant calculations. Archives of Thermodynamic, 2011;32(4):81-89.
• [13] Kotowicz J., Michalski S.: Efficiency analysis of a hard-coal-fired supercritical power plant with a four-end high-temperature membrane for air separation. Energy 2014;64:109-119.
• [14] Kotowicz J., Michalski S.: Influence of four-end HTM parameters on the thermodynamic and economic characteristics of a supercritical power plant. Energy 2015;81:662-673.
• [15] Ziółkowski P., Mikielewicz D., Mikielewicz J.: Increase of power and efficiency of the 900 MW supercritical power plant through incorporation of the ORC. Archives of Thermodynamics 2013; 34(4):51-71.
• [16] Kotowicz J., Michalski S., Ogulewicz W., Węcel D.: Dobór optymalnych pod względem ekonomicznym parametrów pracy membranowej tlenowni zintegrowanej z nadkrytycznym blokiem węglowym. Zarządzanie energią i teleinformatyka ZET 2015 - Materiały i studia. KAPRINT 2015 :87-102.
• [17] Quoilin S.: Techno-economic survey of Organic Rankine Cycle (ORC) systems Renewable and Sustainable. Energy Reviews 2013;22:168–186.