Modelowanie procesu ograniczania emisji CO2 z układów energetycznych

• Autorzy: Sztekler K. , Komorowski M. , Wal K.

Warianty tytułu

EN

Modeling of reduction process of CO2 emission from power plants

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) w 2013 roku emisja dwutlenku węgla na świecie wyniosła 35,1 mld ton, czyli o 670 mln ton CO2 więcej niż w 2012 r. Na podstawie udostępnionych danych nadal największym emitentem CO2 na świecie są Chiny z 9,5 mld ton CO2, dalej Stany Zjednoczone z emisją 5,9 mld ton CO2 oraz Indie 1,9 mld ton i Rosja 1,7 mld ton CO2. Polska odpowiedzialna jest za wyemitowanie w roku 2013 około 290 mln ton CO2, co jest o 0,3% więcej w porównaniu z rokiem 2012. Agencja IEA prognozuje, że do roku 2030 światowa emisja CO2 może wzrosnąć o 45 proc. Jest to spowodowane przede wszystkim zwiększeniem konsumpcji energii elektrycznej przez kraje rozwijające się chcące gospodarczo dogonić państwa najbardziej rozwinięte. Należy zwrócić uwagę, że procesy związane z wytwarzaniem energii elektrycznej są odpowiedzialne za aż 40% światowej emisji dwutlenku węgla. W Polsce energetyka oparta jest na węglu i tak w 2013 roku 84% wyprodukowanej energii pochodziło ze spalania węgla, natomiast 3,2% z paliw gazowych. W chwili obecnej nie pracują instalacje do wychwytu dwutlenku węgla w skali pełnowymiarowej. Jednym ze sposobów zbadania wpływu układu wychwytu CO2 na pracę siłowni węglowych przed wykonaniem instalacji przemysłowych jest zamodelowanie jednostki separacji w środowisku programistycznym i skonfigurowanie tak, aby pracował on najefektywniej. W analizie symulacyjnej wykorzystano oprogramowanie IPSEpro, za pomocą którego zamodelowano obieg referencyjny siłowni węglowej pracującej na parametry nadkrytyczne oraz układ separacji CO2. Jednostka separacji bazuje na metodach adsorpcyjnych (post-combustion) i w rozważanym przypadku analizowano technologię separacji PSA (Pressure Swing Adsorption) i TSA (Temperature Swing Adsorption) oraz (Pressure Temperature Swing Adsorption) wykorzystując do wychwytu adsorbenty zeolitowe: naturalne, syntetyczne i syntetyzowane z popiołów lotnych. Po opracowaniu układów włączono jednostkę separacji dwutlenku węgla oraz dokonano jej integracji wraz z urządzeniami niezbędnymi do realizacji procesu z obiegiem parowo-wodnym elektrowni. Uzyskane dane z symulacji komputerowych pozwolą na analizę wpływu jednostki separacji CO2 oraz innych urządzeń potrzebnych do realizacji samego procesu wychwytu CO2 i jego przygotowania do transportu w postaci ciekłej na prace bloku energetycznego.

EN

According to the International Energy Agency (IEA) the CO2 world’s emission in 2013 was equal to 35,1 billion tons i.e. 670 mln tons of CO2 more than in 2012. On the basis of available data China is still the largest CO2 emitter with their 9,5 billion tons, then the USA – 5,9 billion, India – 1,9 billion and Russia – 1,7 billion. Poland is responsible for emitting in the year 2013 around 290 mln tons i.e. 0,3% more in comparison with the 2012. IEA is predicting that until the year 2030 the CO2 world’s emission can increase by 45%. This is mainly caused by the growth of electric energy consumption in developing countries that want to catch up in economic terms with the most developed ones. Attention should be paid to the fact that processes connected with electric energy generation are responsible for up to 40% of the CO2 world’s emission. Power industry in Poland is also based on coal and so 84% of energy produced in the year 2013 came from coal combustion while only 3,2% from gas fuels. Currently, the CO2 capture installations are not operating at the full-scale. One of the methods to determine the impact of a CO2 capture system on the operation of coal-fired power plants before industrial installations are built is to model a separation unit in a development environment and to configure it to work as effective as possbile. For the simulation analysis the IPSEpro software was used that helped to model a reference cycle for a coal-fired power plant for supercritical parameters and the CO2 separation system. The separation unit is based on adsorbtion methods (post-combustion) and in the present case analysed were PSA (Pressure Swing Adsorption) and TSA (Temperature Swing Adsorption) as well as PTSA (Pressure Temperature Swing Adsorption) separation technologies with the use of zeolite adsorbents (natural, synthetic and synthesized from fly-ash) for the capture. After the systems had been elaborated, a CO2 separation unit was put into operation and integrated – together with appliances necessary to realize the process – with the power plant water and steam circuit. Data obtained from computer simulations would then enable the analysis of the impact of a CO2 separation unit and of other installations (needed for realization of the CO2 capture process and further preparation of the gas for transportation in the liquid form) on a power unit operation.

Słowa kluczowe

PL

emisja dwutlenku węgla; modelowanie jednostek separacji; transport CO2 w postaci ciekłej

EN

CO2 emission; modeling of separation units; liquid CO2 transportation

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 11
• Strony: 740--747
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sztekler K.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Komorowski M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Wal K.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Bibliografia

• [1] Szczygieł Ł., Dwutlenek węgla - wróg czy przyjaciel?, „Biuletyn Urzędu Regulacji Energetyki" 2007, nr 5.
• [2| Dreszer K., Solny L. W., Obniżenie emisji C02z sektora energetycznego - możliwe ścieżki wyboru technologii, „Polityka energetyczna" 2008 , t. 11, z. 1.
• [3] Ministerstwo Gospodarki, Kierunki Rozwoju Czystych Technologii Węglowych, Warszawa 2010.
• [4| Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions - Supporting early demonstration of sustainable power generation from fossil fuels - COM(2008) 30 final.
• [5] Kotowicz J., Sposoby redukcji emisji CO., z procesów energetycznych, „Rynek Energii" 2007, nr 1.
• [6] Pandey S. N., Gupta S.K. i in., Post combustion carbon capture technology, National Conference on Eco friendly Manufacturing for Sustaniable Development, GLA University, Paper No. 56, India 2015.
• [7| Majchrzak-Kucęba I., Badania usuwania i zagospodarowania dwutlenku węgla ze spalin kotłowych przy użyciu zeolitów. Rozprawa doktorska, 2001.
• [8] Sztekler K., Kałwa W., Panowski M., Analiza integracji jednostki separacji СО2 z obiegiem cieplnym bloku energetycznego, „Polityka Energetyczna" 2014, t. 17, z. 2, s. 137-152.
• [9] Sztekler K., Kalwa W., Panowski M., Klajny R., Analiza wpływu układu separacji dwutlenku węgla ze spalin na pracę konwencjonalnej siłowni cieplnej, „Instal.: teoria i praktyka w instalacjach" 2013, nr 12, s. 17-20, s. 20.
• [10] Agencja Rynku Energii S.A.: Statystyka Elektroenergetyki Polskiej 2014, Warszawa.
• [11] Baka В., Klajny R., Sztekler K., Analiza symulacyjna pracy jednostki adsorpcyjnej PTSA do wychwytywania dwutlenku węgla ze spalin kotłowych, „Inżynieria i Ochrona Środowiska" 2013. t. 16, nr 1, s. 141-152.
• [12] Bieniek J., Błeszyński L., Majchrzak-Kucęba l., Nowak W., Srokosz K., Wawrzyńczak D., Adsorpcyjne usuwanie CO2.ze spalin kotłowych. „Energetyka" 2014, nr 1, s. 15-19.
• [13] Chmielniak Т., Obiegi cieplne nadkrytycznych bloków węglowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2010
• [14] Czakiert Т., Nowak W., Rybak W., Spalanie tlenowe dla kotłów pyłowych i fluidalnych zintegrowanych z wychwytem СO2. Kinetyka i mechanizm spalania tlenowego oraz wychwytu СО2, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2013.
• [15] Elsner W., Kowalczyk Ł., Niegodajew P., Drobniak S., Thermodynamic analysis of a thermal cycle of supercritical power plant, "Mechanics and Mechanical Engineering", T. 15, No 3, p. 217-225.
• [16] Kamiński J., Mirowski Т., Szurlej A., Analiza zmian struktury wytwarzania energii elektrycznej w kontekście założeń polityki energetycznej, „Rynek Energii" 2013, nr 1.
• [17] Majchrzak-Kucęba I., Nowak W., Wawrzyńczak D., Możliwości zastosowania metody adsorpcyjnej do usuwania CO2 ze spalin kotłowych, „Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej" 2014, RUTMech, t. XXXI, z. 86, s. 285-293.
• [18] Raport na zlecenie Polskiej Konfederacji Pracodawców Prywatnych Lewiatan, Technologia wychwytywania i geologicznego składowania dwutlenku węgla (CCS) sposobem na złagodzenie zmian klimatu, Warszawa 2010.
• [19] Szczygieł L., Dwutlenek węgla - problem dla energetyki i środowiska, „Biuletyn Techniczno-lnformacyjny OŁ SEP" 2008, nr 2.
• [20] Ściążko M., Więcław-Solny L., Absorpcyjne usuwanie CO2 ze spalin kotłowych, pobrano ze strony: www.tauron-wytwarzanie.pl [dostęp: 18.04.2015].
• [21] Wójcik K., Modelowanie procesów absorpcji CO2, ze spalin bloków energetycznych dużej mocy. Rozprawa doktorska, Gliwice 2010.
• [22] TAURON Wytwarzanie, Blok energetyczny 460 MW z kotłem CFB na parametry nadkrytyczne Materiały informacyjne TAURON.
• [23] Słomczyński Z., Blok 460 MW na parametry nadkrytyczne z cyrkulacyjnym kotłem fluidyzacyjnym Elektrownia Łagisza, Wysowa 2010.
• [24] Fan Z. i in., Ultra - supercritical pressure CFB boiler conceptual design study, Final Report, 2006.
• [25] Ministerstwo Gospodarki, Ocena realizacji i korekta założeń polityki energetycznej Polski do 2020 roku, Dokument przyjęty przez Radę Ministrów w dniu 2 kwietnia 2002 r.