G I J Ó N - F I D M A
9 D E A G O S T O D E 2 0 0 2
Jornada sobreTecnologías de usolimpio del carbónGIJÓN - FIDMA
9 DE AGOSTO DE 2002
CONTENIDO
PATROCINAN:
Fundación Asturiana de la Energía
Consejería de Industria, Comercio yTurismo del Principado de Asturias
COLABORAN:
HidroCantábricoFoster Wheeler IberiaElcogasAlstom PowerENDESAD.G.Transporte y Energía U.E.
DISEÑO: Arrontes & BarreraFILMACIÓN: Fotomecánica PrincipadoIMPRIME: Gráficas La Morgal
D.L.: AS-3553-02
Presentación 3
Uso limpio del carbón 4JOAQUÍN GONZÁLEZ BLAS
La planta GICC de Puertollano 8MANUEL TREVIÑO
Generadores de vapor de lecho fluido 18RAFAEL NAVAZO RIVERO
Centrales supercríticas con DeSOX y DeNOX 30JEAN PIERRE FOUILLOUX
Tratamiento de las emisiones de CO2 40M. ALONSO DÍAZ / S. SABUGAL
El papel de las tecnologías limpias del carbón en el contexto de la seguridad del aprovisionamiento en Europa 46VICENTE LUQUE CABAL
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PRESENTACIÓN
PRESENTACIÓN
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Para el Principado de Asturias, que en el año 2000generó 18.500 GWh en centrales térmicas cuyocombustible base es el carbón, el mantenimientode esta actividad, tanto en lo referente a la indus-tria extractora como transformadora, es de vitalimportancia.
No sólo lo es desde un punto de vista regional,dada la creación de riqueza que estos procesosgeneran, sino también europeo, puesto que comose recoge por la Comisión Europea en el libroverde “Hacia una estrategia Europea de seguridadde abastecimiento energético”, el papel del carbóntiene una importancia capital en el futuroEnergético Comunitario.
Conjugar esta utilización con los compromisosadquiridos al suscribir el Protocolo de Kioto es elobjetivo del foro que el pasado día 9 de agostoorganizó la Fundación Asturiana de la Energía yque nos hemos propuesto recoger en este docu-mento para ampliar la divulgación de las ideas queen él se expusieron.
Como señalaba el Sr. Director de Industria yMinería, D. Luis María García en la inauguracióndel acto, las empresas eléctricas se hallan ante unreto de adaptación a la normativa medioambientaly es urgente la adopción de decisiones en materiade inversiones que permitan la continuidad de suactividad, y por ende el de la industria extractiva,
más allá de 2010. Y ello es aún más importante sise considera que en breve plazo se decidirán lasunidades extractivas de carbón que la UniónEuropea considerará como estratégicas.
La apuesta por el gas natural, en tanto que com-bustible fósil más respetuoso con el MedioAmbiente, nos parece correcta, pero un desarrollodel parque de generación únicamente basado eneste combustible, con un precio en exceso volátil,nos parece una temeridad, tal como D. JesúsUrrutia, Consejero de Industria, Comercio yTurismo señalaba durante la clausura del acto.
Por ello esta publicación, esperamos colabore aldebate en positivo de esta fuente de energía.
Manuel Penche García
DIRECTOR-GERENTE DE LA FUNDACIÓN ASTURIANA
DE LA ENERGÍA.
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Uso limpiodel carbónJOAQUÍN GONZÁLEZ BLAS
HidroCantábrico
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JOAQUÍN GONZÁLEZ BLAS
USO LIMPIO DEL CARBÓN
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
En la producción de una energía elaborada o trans-formada, como es la energía eléctrica, las diferen-tes energías primarias y las diversas tecnologíascompiten para obtener un mismo e indiferenciadoproducto final: el kWh. La elección de una u otraenergía primaria de partida, y de la tecnología másapropiada para su conversión en energía eléctrica,está sujeta, en el escenario actual, entre otros a loscondicionantes siguientes:
- Aspectos ecológicos, restricciones medioam-bientales y criterios de seguridad, objeto de unaevolución cada día más apretada.
- Economía en los costes de generación: inver-sión, operación y mantenimiento, y combusti-ble, de modo de conduzcan a un precio compe-titivo de kWh generado. En este aspecto sondeterminantes la eficiencia o rendimiento delproceso transformador, con su fuerte impactoen la incidencia medioambiental, la disponibili-dad, y la flexibilidad del equipo generador.
- Y, finalmente, la disponibilidad de los recur-sos primarios, tanto a nivel del país como mun-dial y, consecuentemente, las posibilidades deun aprovisionamiento seguro de los mismos encantidades, calidades y precios adecuados.
De entre las diferentes fuentes disponibles deenergía primaria, utilizadas en la generación deelectricidad, tienen especial y destacada relevan-cia, por su contribución actual: los combustiblesfósiles (carbón, petróleo y gas natural), la energíahidráulica y la energía nuclear.
Refiriéndome a la primera de ellas, el término“Tecnologías de Uso Limpio de Carbón”, entró enel vocabulario energético en los años 80, para des-cribir una nueva generación de tecnologías avan-zadas de producción de energía eléctrica a partirdel carbón, ambientalmente más limpias, y en lamayor parte de los casos más eficientes y menoscostosas, que los procesos de combustión conven-cionales. Su aparición, como digo, en los 80, hizopresagiar una nueva y prometedora etapa de creci-miento para el carbón, que justo es reconocer, nose vió posteriormente muy correspondida con laevolución real de su utilización.
El carbón es el combustible fósil más abundanteen el mundo y con una ubicación de sus reservasmejor distribuida, ya que están menos concentra-das que las de otros combustibles fósiles.
El carbón, sin embargo, tiene otras servidumbresque lo comparan con desventaja respecto al restode los combustibles fósiles, líquidos y gaseosos, yque provienen de su origen: me refiero al azufre y ala materia mineral que le acompañan, y que obli-gan a actuar sobre el mismo en las diferentes eta-pas que van desde el momento de su extracción,hasta la evacuación y destino de los productosfinales de su combustión. Estas etapas son las de:Precombustión/Combustión/Postcombustión o laConversión en Gas o en Líquido.
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JOAQUÍN GONZÁLEZ BLAS
USO LIMPIO DEL CARBÓN
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Dejando aparte el tratamiento en la Precom-bustión, o lavado del carbón, la “limpieza“ puedeefectuarse:
- Durante la Combustión, utilizando lechos flui-dos atmosféricos o presurizados (aunque hoyespecialmente los primeros), o empleandohogares ciclón avanzados de cenizas fundidas,y usando quemadores de bajo NOx.
- En la Postcombustión, eliminando el SO2
mediante scrubbing (seco o húmedo), los óxi-dos de N2, por reducción catalítica selectiva ylas partículas sólidas (polvo) mediante filtradode los gases, (eléctrico o con filtros de tela).
- Y, finalmente, la “limpieza” también puede efec-tuarse mediante la Conversión del carbón engas: e integrando la gasificación en un ciclocombinado.
En el horizonte aparecen otras tecnologías: pilasde combustible o generación MagnetoHidro-Dinámica (MHD). No es de esperar, sin embargo,que hasta pasadas varias décadas, puedan estarcomercialmente disponibles las mismas.
No he citado, hasta ahora, al contaminante quemayoritaria e indefectiblemente se produce engrandes proporciones: me refiero al CO2, paracuya reducción efectiva no existe actualmente unatecnología comercial aplicable que no sea elaumento del rendimiento del ciclo de generación,para así reducir el consumo unitario de combusti-ble por kWh producido. Pero de la situación actualde las tecnologías relativas a la eliminación ydepósito del CO2, trataremos también aquí.
Tampoco he entrado en el tratamiento de los ele-mentos-traza en los productos de combustión, esdecir, de aquellos elementos, más de quince, quecontiene el carbón en concentraciones de ppm yque en el proceso de combustión se adsorben alos efluentes principales –sólidos o gaseosos–,según sus características, especialmente puntosde fusión y volatilización. Las tecnologías de lim-pieza más prometedoras en este aspecto están enel lado de las llamadas multi-pollutant technolo-gies (MPT), entre las cuales destaca la deOxidación Electro-Catalítica (ECO) con sorpren-dentes excelentes resultados en la reducción delNOx, SO2, partículas menores de 2,5 micras yHg, elemento este que es de esperar sea objeto deserias restricciones, al final de la presente décadao comienzo de la próxima.
Desde un punto de vista económico y de seguri-dad de abastecimiento energético, el carbón esimportante. Con la adopción por la Comisión
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JOAQUÍN GONZÁLEZ BLAS
USO LIMPIO DEL CARBÓN
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Europea del Libro Verde “Hacia una estrategiaeuropea de seguridad de abastecimiento energéti-co” en marzo del año 2000, la Unión Europea con-sidera que el mantenimiento de la producción decarbón y la perfección de las tecnologías existen-tes constituirán en el futuro, un arma de protec-ción frente a la posibilidad de crisis grave en elacceso a los recursos energéticos.En este aspecto vuelve a insistir la Comisión alaprobar en el Consejo de Ministros de Energía, delpasado 7 de junio, el Reglamento de Ayudas a laindustria del carbón.En cuanto a la producción de electricidad, se correel riesgo de que la opción tomada, mayoritaria-mente por el gas natural, ponga en peligro la segu-ridad de abastecimiento futura, a precios razona-bles. A medio y largo plazo, no se discute que elcarbón se seguirá utilizando para la producción de
electricidad ya que esto permitirá garantizar unamayor diversidad energética y seguridad de abas-tecimiento. Además, incluso podría aumentar supresencia en el balance energético de la UniónEuropea si se cumplen las expectativas en cuantoal desarrollo de nuevas tecnologías que reduzcanlas emisiones y aumenten su eficiencia.Hoy por hoy, y en el caso de que examinados todoslos aspectos citados, se decidiese la instalación deuna central generadora que utilice carbón comocombustible, las alternativas disponibles para laselección se concretan a su vez en las siguientes:
- Unidades con ciclo de vapor de alto rendimiento,utilizando carbón pulverizado, con desulfuración,reducción de los óxidos de nitrógeno y, natural-mente, eliminación de las partículas sólidas.
- Ciclos Combinados con gasificación integradadel carbón.
- Combustión del carbón en lechos fluídos.
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
La planta GICCde Puertollano
MANUEL TREVIÑO
Elcogas, S.A.
ÍNDICE
• Introducción 9
• Descripción de ELCOGAS- Datos de combustible y gas limpio 10- Ventajas medio ambientales 11- Equipos principales. Gasificador 19
• Hitos 14
• Datos de operación 14
• Mejoras para futuras GICC 15
• Futuro de la tecnología GICC de Puertollano 16
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MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Introducción
La planta de Puertollano es una Central GICC de317,7 MW, que se encuentra en operación comer-cial funcionando con gas natural (GNCC) desde1996 y como GICC desde 1998. Gracias al apoyode la Comisión Europea a través del ProgramaThermie y basada en la tecnología europea, laplanta se ha consolidado como productor eléctricoy ofrece su experiencia operacional para desarro-llos futuros.
Descripción de ELCOGAS
La sociedad ELCOGAS se constituyó el 8 de Abrilde 1992, para llevar a cabo la construcción, explo-tación y comercialización de la planta GICC dePuertollano.
Los socios fundadores fueron seis empresas eléc-tricas europeas: Endesa, Iberdrola, Sevillana eHidrocantábrico de España, EDF de Francia y EDP
de Portugal. Posteriormente se incorporarían alproyecto las compañías eléctricas, National Powerde Gran Bretaña y ENEL de Italia, junto con los prin-cipales suministradores de ciclo combinado y gasi-ficación Siemens y Krupp Koppers de Alemania,en colaboración con Babcock Wilcox Española, deEspaña como fabricante. Los socios actuales,(incluyendo Sevillana del Grupo Endesa), y su por-centaje en acciones se muestran a continuación:
ENDESA 37,93
KRUPP UHD 1SIEMENS 2,34
BWE 2,50N-POWER 4 ENEL 4
EDP 4
HC 4
IBERDROLA 11,1
EDF 29,13
Figura2. Diagrama de flujo de la planta de Puertollano simplificado.
Figura 1. Capital Social de ELCOGAS.
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MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Descripción del proceso
La planta GICC de Puertollano utiliza el proceso degasificación de lecho arrastrado a presión denomi-nado PRENFLO (PRessurised ENtrained FLOw). Elgas de síntesis obtenido, resultado de la reacciónentre la mezcla de carbón y coque de petróleo conoxígeno a temperaturas de hasta 1600o C, se lim-pia y quema como combustible en una planta deciclo combinado. El oxígeno necesario para el pro-ceso de gasificación se produce en la unidad inte-grada de Fraccionamiento de Aire, la cual produceademás nitrógeno para secado y transporte delcombustible pulverizado y para la inertizaciónsegura de los diferentes circuitos.
El gas de síntesis que se obtiene, compuesto bási-camente de CO e H2, es objeto de un exhaustivoproceso de limpieza para eliminar los agentes con-taminantes. El gas, una vez limpio, se satura yquema, con un alto nivel de eficiencia, en una tur-bina de gas dentro de una unidad de ciclo combi-nado generadora de electricidad. La turbina de gaspuede operar tanto con gas sintético como congas natural. Los gases de escape de la turbina degas con calor residual alimentan una caldera derecuperación de calor, produciendo vapor que,junto con el vapor producido en el proceso de gasi-ficación, genera electricidad adicional en una tur-bina de vapor convencional con ciclo de conden-sación. La eficiencia bruta de la planta es del 47%,condiciones ISO.
El diseño de la batería de intercambiadores decalor es particularmente destacable en términosde eficiencia, básicamente en lo que se refiere aproducción y consumo de vapor, al incorporar doscalderas de recuperación de calor, una para el gascrudo producido en el gasificador y la otra para losgases de escape de la turbina. Además, el vaporactúa como conductor de calor para diversos usos
Datos de combustible y gas limpio
Los principales parámetros de los combustibles deplanta: carbón, coque y su mezcla se muestran enla siguiente tabla
Tabla 1. Carbón y coque (mezcla al 50%)
en los procesos de preparación de carbón, gasifi-cación, recuperación de azufre y fraccionamientode aire.
Figura 3. Perspectiva de la planta GICC de Puertollano.
Humedad (%)
Ceniza (%)
Carbono (%)
Hidrógeno (%)
Nitrógeno (%)
Oxígeno (%)
Azufre (%)
PCI (MJ/Kg)
PCS (MJ/Kg)
Carbón
11,8
41,1
36,27
2,48
0,81
6,62
0,93
13,1
13,58
Coque
7,00
0,26
82,21
3,11
1,90
0,02
5,50
31,99
32,65
Mezcla
9,40
20,68
59,21
2,80
1,36
3,32
3,21
22,55
23,12
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MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
La composición del gas antes (crudo) y después(limpio) de la limpieza, lavado y recuperación deazufre se muestra en la tabla 2.
Ventajas medio ambientales
La Central Térmica GICC de ELCOGAS cumple contoda legislación medio ambiental, solucionandolos problemas inherentes a la generación de elec-tricidad. Debido a que la central de ELCOGASopera con niveles de eficiencia mayores que los delas centrales convencionales, emite menos CO2
por unidad de energía, contribuyendo así a alcan-zar los objetivos del Protocolo de Kyoto, relaciona-do con la reducción mundial de emisiones de CO2 ala atmosfera. Las emisiones gaseosas de ELCO-GAS (SO2, NOX) suponen sólo una pequeña frac-ción de los límites permitidos (Legislación euro-pea, figura 4). Las emisiones de NOX en operaciónGICC son inferiores que en GNCC.
Además, las emisiones gaseosas de ELCOGAS soninferiores a las de cualquier planta convencional,como se indica en la figura 5. Para operar se nece-sita menos de la mitad de agua que necesitan lasplantas de carbón pulverizado con sistema de lava-do de gas. Adicionalmente, la compleja planta detratamiento de agua residual cumple completa-mente con los requisitos legislativos europeos yespañoles. Los residuos sólidos obtenidos son, ensu mayoría, vitrificados (no lixiviables), pudiéndo-se utilizar en la industria de la construcción. Larecuperación de azufre es aproximadamente un99,9% debido a la recirculación del gas de cola.
CO (%)
H2 (%)
CO2 (%)
N2 (%)
Ar (%)
SH2 (%)
COS (%)
HCN (ppmv)
Media actual
29,26
21,44
2,84
14,32
0,90
083
0,31
23
Diseño
61,25
22,33
3,70
10,50
1,02
1,01
0,17
38
GAS CRUDO
CO (%)
H2 (%)
CO2 (%)
N2 (%)
Ar (%)
SH2 (%)
COS (%)
HCN (ppmv)
Media actual
59,30
21,95
2,41
14,76
1,18
3
9
LDO
Diseño
60,51
22,08
3,87
12,5
1,03
6
6
3
GAS LIMPIO
Tabla 2. Composición del gas de síntesis.
850
150
650
25
400
0
100
200
300
400
500
600
700
CEE 88/609
Valores de diseñode ELCOGAS
SO2 NOX Emisiónde partículas
Figura 4. Niveles de emisión.
Figura 5. Comparación de emisiones.
g/kWh
Polvo 0.1 NOx 0.4Polvo 0.02
BASE
Combustible (3.2 % S, 20.7 % ceniza y PCS = 23.12 MJ/kg)Producción bruta 320 MWEficiencia bruta (PCS) 37.5 % (CP and AFBC), 46% (GICC)
CP CP
SO2 25.3
NOx 4.5
Polvo > 40 Polvo 0.3
SO2 1.4NOx 0.8
AFBC GICC
SO2 0.07
SO2 2.5NOx 2.3
Quemadores de bajo NOx(50%)
Filtros electrost. (99.2%)
AFBCFiltros ciclónicos (96%)
CARBÓN PULVERIZADOSin tratamiento de gases DeSOx (90%)
PUERTOLLANO GICCRecuperación de azufre
(99.9%)
CARBÓN PULVERIZADO
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MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Equipos principales. Gasificador
Valores de diseño a capacidad nominal
Entrada
2,600 t/d alimentación (combustible pulverizado)Oxígeno (85%) sobre proporción C/O
Vapor a media presión sobre proporción C/H2O
Salida
180,000 m3/h gas crudo230 t/h vapor de alta presión
23 t/h de media presión
El carbón pulverizado se introduce en el gasifica-dor a través de cuatro quemadores dispuestos
horizontalmente a 90º. El oxígeno, con una purezadel 85%, entra en el gasificador, procedente de laUnidad de Fraccionamiento de Aire (ASU, AirSeparation Unit), a través de una línea separada,donde se mezcla con el vapor producido por elmismo gasificador. El proceso se realiza en unacámara cilíndrica de 3,8m de diámetro a una pre-sión de 25bar y 1200-1600o C de temperatura. Lamayor parte de la ceniza producida (85%) se retira,en forma líquida, por la parte inferior del gasifica-dor, fluyendo a un pozo de inmersión donde serompe y solidifica en contacto con el agua. La cali-za (2-3%) , utilizada como aditivo, hace disminuir elpunto de fusión de las cenizas. Una pequeña partees arrastrada por el gas (ceniza volante).
GASIFIER
BOTTOM CONE
TOPCONE
REVERSAL CHAMBER(8 m 2)
QUENCH
PIPE
Water level
SLAG IMMERSION SHAFT
BURNERS
SLAG RUNOUT
HP EVAPORATOR 2(972 m 2)
slag(24,3 t/h,dry)
476º C
820º C
1500º C
800º C
IP MEMBRANE WALL(115 m 2 )
HP EVAPORATOR 1(972 m 2 )
HP MEMBRANE WALL(297 m 2)
raw gas(413770m
3n /h)
rawgas TRANSFER LINES
380º C
raw gasCANDLE TOFILTER (413770
3n/h)
HP RAW GAS EXIT & ELBOWS TOTRANSFER LINES
230º C
3,8 m
2 m
quenchfrom QUENCH
COMPRESSO
IP EVAPORATOR 1(565 m 2)
IP EVAPORATOR 2(565 m 2)
IP ECONOMIZER(382 m 2)
IP MEMBRANE WALL(190 m 2)
º C
Note:
gas temperature
raw gas
Figura 6. Gasificador y caldera de recuperación de calor
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MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Los gases que resultan de la reacción entre el car-bón y los agentes gasificantes se enfrían inmedia-tamente con un flujo de gas frío reciclado y filtradoa 235o C, reduciendo así la temperatura a 800o C.
El calor del gas se recupera en una caldera de con-vección a alta presión, donde el gas se enfría a380o C y se produce vapor a alta presión (127bar).Esta operación se realiza en una vasija a presión de60m de alto por 5 de diámetro.
El gas pasa a una segunda caldera de convección,donde se enfría a 235o C, generando vapor demedia presión (35bar). Ambos vapores, de alta ymedia presión, en condiciones de saturación, seenvían a la caldera de recuperación de calor delCiclo combinado. Después de ser recalentado, elvapor se expande en la turbina de vapor.
Equipos principales. Turbina de Gas.
La turbina de Puertollano es el modelo V94.3 deSiemens. Esta turbina posee dos cámaras de com-bustión externas, que pueden quemar tanto gasnatural como gas de síntesis manteniendo indivi-dualmente un alto nivel de funcionamiento en tér-minos de producción, eficiencia y baja contamina-ción. La potencia bruta de la turbina de gas es de200MW, en condiciones ISO.
El compresor de 17 etapas alcanza un factor decompresión de 15.6:1. Los álabes fijos de las pri-meras 4 etapas son direccionables. Durante ope-raciones con carga parcial, estos álabes guía secierran para reducir el caudal de aire del compre-sor a un 80% del valor de carga base, lo que permi-te mantener constante la temperatura de escapede turbina hasta aproximadamente el 65% decarga. Este control permite lograr un rendimientoalto del ciclo combinado, incluso a carga parcial.
Antes de que se lleve a cabo la combustión en laTurbina de Gas, el gas de carbón limpio se somete aun proceso de saturación con agua para reducir laformación de óxidos de nitrógeno (NOX) durante la
combustión. El gas posteriormente se calienta a unatemperatura de 260o C con agua de la caldera dealta presión, y finalmente se mezcla con nitrógenoresidual de la Unidad de Fraccionamiento de Aire, elcual actúa como diluente inerte con el propósito dereducir aún más la formación de NOX durante lacombustión. Como resultado de estas dos operacio-nes (saturación y dilución), junto con el uso de que-madores de bajo NOX, se obtienen niveles de emi-sión inferiores a 60mg/Nm3 (15% O2).
Cada cámara de combustión está equipada con 8quemadores capaces de quemar gas natural y gasde carbón, independientemente. Cuando la turbinaopera con gas natural, no hay posibilidad, previa asu combustión, de saturar el gas o de mezclarlo connitrógeno para reducir la formación de NOX. Por lotanto, el vapor de media presión, procedente del sis-tema de recuperación de calor, se mezcla con el gasnatural antes de entrar en las cámaras de combus-tión para controlar la formación de NOX.
Figura 7. Turbina de Gas V94.3 de Siemens.
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MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Hitos
Desde el pedido de los contratos principales, losmás importantes hitos han sido los siguientes:
1992 Principales contratos1993 Comienzo de trabajos civiles en obra
Sept 1995 Puesta en marcha del sistema de distribución de control (DCS)
Dic 1995 Conexión a la red de alto voltajeEne 1996 Limpieza química de la caldera
de cicloAbr 1996 Primer encendido de la turbina
de gasJun 1996 Primera sincronización de la turbina
de gasSept 1996 Primera sincronización de la
turbina de vaporOct 1996 Operación comercial del Ciclo
Combinado con gas naturalEne 1997 Primera extracción de aire de la
turbina de gas a la Unidad deFraccionamiento de Aire (ASU)
Feb 1997 Limpieza química de la caldera derecuperación de calor de la isla de gasificación
Jun 1997 Pruebas de funcionamiento de la ASU
Jul-Ago 97 Sustitución de los quemadores de la TG
Ago 1997 Primera molienda de carbón-coquede petróleo
Dic 1997 Primer encendido del gasificador y producción de gas limpio
Mar 1998 Primer cambio de gas natural a gas de síntesis en la turbina de gas. “Switch over”
Jun-Sept 98 Sustitución de los quemadores de la TG
Nov 1998 1ª carga base de la TG con gas de síntesis
Mar-Jun 99 Reparación del rotor de la turbina de gas
Ago 1999 Primeras 100h de operación continua GICC y primera producción sólida de azufre
Feb 2000 Encendido del compresor de reciclocon gas de cola
Mar 2000 Pruebas de aceptación de la garantía de la turbina de gas con gas de carbón
Abr-jun 00 Inspección de la TG después de25.000 horas equivalentes de operación
Nov 2000 Primer 1.000.000 MWh con gas de carbón como GICC
Ago 2001 2.000.000 MWh con gas de carbón como GICC
Mar 2002 3.000.000 MWh con gas de carbón como GICC
Datos de operación
En la figura 8 se presenta un resumen históricográfico de los datos de producción hasta Junio de2002.
1998 1999 2000 2001 20020
GNCC GWh
GICC GWh
AÑOS
GWh
400
800
1.200
1.600
2.000
2.400
2.800
Figura 8. Producción Anual GICC y Total.
15
MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
La figura 9 muestra la evolución de la producciónGICC acumulada a 12 meses desde la primera ope-ración como GICC con gas de carbón procedentede gasificación.
La diferencia en costes de producción es bastantenotable, dependiendo del combustible utilizado,como se observa en la tabla 3 (considerando losprecios del primer trimestre del año 2001).
Mejoras para futuras GICC
De lo expuesto con anterioridad, se deduce que esde vital importancia mantener las condicionespara operar con gas de carbón. Para conseguirlo,el principal objetivo es mantener el gasificador enoperación.
Hemos resumido las mejoras más importantesque se deberían incorporar a una potencial nuevaplanta de similar tecnología a la actual de ELCO-GAS, basándonos en la experiencia adquirida conla puesta en marcha y operación.
12 MESES DE PRODUCCIÓN GICC ACUMULADA
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
1.400.000
1.600.000
1.800.000
1 Au
g 00
- 31
Jul
y 01
1 Se
pt 0
0 - 3
1 Au
g 01
1 Oc
t 00
- 30
Sept
01
1 No
v 00
- 31
Oct
01
1 De
c 00
- 30
Nov
01
1 Ja
n 01
- 31
Dec
01
1 Fe
b 01
- 31
Jan
02
1 M
ar 0
1 - 2
8 Fe
b 02
1 Ap
r 01
- 31
Mar
02
1 M
ay 0
1 - 3
0 Ap
r 02
1 Ju
n 01
- 31
May
02
1 Ju
l 01
- 30
Jun
02
MWh
Figura 9. Producción GICC acumulada durante 12 meses.
Gas Natural
Carbón y Coquede petróleo
Costesvariables deproducción(e/MWh)
54
47,2
52,4
42
Modelo decombustible
Rendimientobruto (%)
Rendimientoneto (%)
39,50
12,50
Tabla 3. Producción variable y rendimientos.
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MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
La consideración de las mejoras señaladas, juntocon la instalación de un ciclo combinado máspotente (entre 400 y 500 Mwe), nos encaminarí-an a unos costes de proyecto competitivos.Además, y de acuerdo con la regulación medioambiental vigente, el uso de la tecnología GICCsería competitivo en su estado actual, si se apoya-ra la diferenciación legal con otras tecnologíasmenos limpias.
Futuro de la tecnología GICC dePuertollano
La central GICC de Puertollano de 330 Mwe haalcanzado un nivel de fiabilidad en operación quedemuestra la madurez alcanzada en esta tecnolo-gía de uso limpio del carbón.
En la numerosa literatura tanto europea como nor-teamericana se estima que en breve se impondránseveras restricciones en la emisión de mercurio almedio ambiente así como más adelante la necesi-dad –si se prescinde de la energía nuclear–, derecurrir al secuestro del CO2 para su posterioralmacenamiento.
Esta tecnología, de acuerdo con nuestros actualesconocimientos, será la mejor, con diferencia paralograr estos objetivos entre todas las que utilicencombustibles fósiles. El dominio de esta tecnolo-gía resulta por ello importante.
Sistema / Equipo
Preparación de carbón
Transporte, presurizacióny alimentación de carbón
Gasificador
Sistema de recuperaciónde calor
Manejo de escorias
Filtración en seco
Lavado húmedo yseparación de gas
Sistema de desulfurización
Unidad de Fraccionamientode Aire
Turbina de gas
Sistemas auxiliares
Sistemas de control
Disposiciones generales
Mejora del rendimientopotencial
Reducción costes defabricación / Izado y
operación
Consumo auxiliar
Ahorro de N2
Reciclado torta de filtro
Mejora del sistema delimpieza. Incremento de lassuperficies de alta presión
Sustitución del sistema defiltrado por un sistema dedecantación
Mejora del sistema delimpieza de filtro de velas.Mejora del material ydiseño del filtro.
-
Evaluación de una SuperPlanta Claus
Eliminación del tanque deoxígeno
Instalación de un enfriadorde aire. Mejor rendimientode las nuevas TG
División del sistema derefrigeración de agua
Integración en el DCS desistemas de control localcon una “caja negra”
Emplazamiento de laUnidad de Recuperación deAzufre.
Eliminación del equipo demezclado
Eliminación del edificio dehormigón, almacenaje decarbón y depósitos deesclusas Lock hoppers.
Eliminación quemadoresauxiliares
Reducción de lassuperficies de recuperaciónde calor y de lasdimensiones del equipo
Simplificación del circuitode escorias. Eliminación deuno de los depósitos deesclusas lock hopper y delextractor
Eliminación del depósito decenizas, depósitos dedistribución y descarga(sistema de reciclado)
Control de la retirada defiltros
-
Incremento de la capacidadde almacenamiento de N2
líquido
17
MANUEL TREVIÑO
LA PLANTA GICC DE PUERTOLLANO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Además de sus ventajas medioambientales, reco-nocidas en los medios tecnológicos, podemosanalizar brevemente cual es su futuro económico.
Costo de una central GICC en la actualidad
Sin avanzar por ahora hasta esta necesidad futuray atendiéndonos a las circunstancias de un merca-do como el actual, en el que no se primen desarro-llos tecnológicos, Elcogas ha analizado su centralcon sus ventajas e inconvenientes derivados deser una planta de demostración escalada de unapequeña planta piloto.
Así se ha llegado a concluir que una central comola actual, con modificaciones y especialmente sim-plificaciones en su concepción podría hoy hacersea un costo en un rango comprendido entre 422 y450 Millones de Euros, es decir entre 1.280 y1.365 Euros por kW instalado.
Comparación con los actuales Ciclos Combinados
Para fijar ideas utilizaremos los valores y la metodolo-gía utilizada por EPRI y el DOE norteamericanos en eldocumento “Analysis of Innovative Fossil Fuel CyclesIncorporating CO2 Removal” presentado en la
Conferencia sobre Tecnologías de Gasificación deOctubre de 2000 en San Francisco – California.
Comparando nuestra central con un CicloCombinado estandar DE 384,4 Mw de potencianeta, que utiliza una turbina General Electric tipoH, factor de carga de 80% con un coste de 496 US$ por kW instalada se llega a la conclusión que unaCentral GICC con igual factor de carga y un costede combustible de 0,55 cts Euro/termia (0,91pesetas/term.) (Ambos factores semejantes a losque se alcanzan en Elcogas en el presente) seríacompetitiva en funcionamiento base si el precio dela termia de gas natural fuera igual o mayor a 2,17cts. Euro/termia, precio que recientemente se hapagado en el mercado nacional. Fig. 12.
Debe recordarse además que una central GICC denueva generación tendría una potencia unitariasuperior (aprox. 400 MW netos) lo que permitecontemplar otros ahorros de escala. Puede decirseque se está en condiciones de alcanzar el umbralde la rentabilidad, comparada con los ciclos com-binados actuales, para una futura central de estatecnología, en nuestro mercado.
Comparación de Competitividad entre un CC estandar de 496US$ por kW instalado y una central GICC, quemandocombustible de 0,55 cts. Euro/th. (Según EPRI / DOE)
Límite de Competitividad GICC/CCGN
0
500
1000
1500
2000
2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Precio del Gas Natural Eu./GJ
Cost
o To
tal d
e la
Cen
tral
GICC
Eu.
/kW
1.300 Eu/kW
5,18 Eu /GJ(2,17cts. E/th.)
Figura 12. Comparación de la Competitividad GICC/CC
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Generadores de Vaporde Lecho FluidoRAFAEL NAVAZO RIVERO
Foster Wheeler Iberia, S.A.
19
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
Why CFB Technology?
• Fuel flexibility• Multi-fuel capability• Simple and less expensive emission control• Good turn down ratio• Good load following capability• Proven mature and reliable technology
Why Select CFB?
The 3 E’s
• Efficiency- High Carbon Burnup Efficiency
• Economics- Utilization of Economic Fuels- Ease of Operation- Repowering - Cost Competitiveness
• Environment- Low Emissions, SO2 NOX
Foster Wheeler CFB Technology OffersFuel Flexibility
FB Classification of Solid Fuels
LHV,
MJ/
kg
20
35
FUEL RANK
BARK
MULTIPLE CHALLENGES SOME CHALLENGES NO CHALLENGE
0 0,1 0,5 1
WOOD BIOMASSWOOD
FIBER RESIDUE
RDFINDUSTRIAL
RDFCOMMERCIAL
CHIP-BOARD
POLYOLEFINPLASTICS(PE, PP, PC...)
COLOREDOR PRINTEDPLASTICS,CLEAN
COLOREDOR PRINTEDMIXEDPLASTICS
RFPELLETS
PLY-WOOD
5
10
PVC
RDF
MSW
PVC
CONSUMER RDFWOOD ANDPLASTICS
CONSUMER PDFMIXED PLASTICS
CONSUMER RDFPAPER AND WOOD
10
BITUMINOUSCOALS
STANDARDDESIGN
PETROLEUM COKE
BROWNCOALS,LIGNITE
PEAT
DEMOLITION
• CoalAnthraciteBituminousSub-BituminousLignite
• Waste CoalBituminous GobAnthracite Culm
• Petroleum CokeDelayedFluid
• Oil Shale
• Oil• Refinery Bottoms• Natural Gas• Peat• Agricultural Waste
WoodwasteRice HusksBagasse Pith
• Tires• Sludge• Refuse Derived Fuel
20
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Fuel Impacts CFB Boiler Design
ITEM IMPACT
Volatiles Fuel SizingNumber of Fuel Feed PointsCarbon Burnup Efficiency
Moisture Content Furnace/Cyclone/Backpass Plan Area Fuel Feed Capacity
Ash Content Fuel SizingFuel Feed CapacityAsh Cooler Capacity
Sulfur Content Limestone Feed CapacityAsh Cooler Capacity
Variability Material Handling EquipmentDesigned For “Worst Case”
800 - 900 C
800 - 900 C4.0 - 6.0 m/s
Air
Fuel
Limestone
Air
- Thorough Mixing- Solids Circulation- Long Residence Time- Staged Combustion- Isometric Thermal Profile
Foster WheelerCFB Process
1/2O 2
CaO SO 2
CaSO 4
CaCO 3CaO
CO 2
Sulfur Capture in the CFB Process
TemperatureOptimum CombustionTemperatureIdeal for Sulfur CaptureReduced NO x ProductionBelow Ash DeformationTemperature Turbulence
Turbulent LowerFurnaceInternal RecycleCyclone Recycle
TimeSolids Residence TimeMultiple RecycleVelocities
CFB Process
The 3 T´s
21
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GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
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BackpassFurnaceCyclone
Foster WheelerCFB System is Simple
FW CFB Design
• Standard Mechanical Design- Top-supported- Waterwall enclosure
• Natural Circulation• Conventional HRA• Standard Auxiliary Equipment
Unique Process of CFB is Furnace Combustion &Cyclone Performance
Steam
Water
Steam Drum
Fuel Limestone
Steam Outlet
Superheater
Economizer
Feed Water Inlet
Ash Cooler
Loop Seal
Bottom Ash
To AshStorage
Fly Ash
Primary Air Fan
Secondary Air Fan
InducedDraftFan
Dust Collector
HotCyclone
Air Heater
Water Wall
Fluidized BedCombustionChamber
Exhaust Gas
CFB System Flow Chart
CFB System22
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Steam drum
Downcomer
Fuel Limestone
Water
Steam Steam outlet
Superheater
Economizer
Feed water inlet
Dust collector
Induced
draft
fan
Primary air fan
Secondary air fan
Loop seal
Fluidizedbed
combustion
chamber
Hot
cyclone
Water wall
Air heater Exhaust gas
Bottom ashAsh cooler
To ash silo
Fly ash
0 2.5 5 7.5 10 12.5
Bed Pressure - kPa
33
30
27
24
21
18
15
12
9
6
3
0
Height AboveGrid - m
Majority of Bed Material in LowerPart of Combustion Chamber
23
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
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Compact CFB
Fuel
Steam Drum
SteamWater
Steam Outlet
To Ash Silos
Fly Ash
Feed Water Inlet
Dust Collector
Induced DraftFan
Primary Air Fan
Secondary Air Fan
Economizer
Downcomer
CombustionChamber
BottomAsh
Limestone
WaterWall
Airheater
CompactSeparator
24
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
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Foster Wheeler CFB Desing
Utility CFB Boiler Key Design Features
1. Duct Burner2. Water-Cooled Plenum3. Directional Air Nozzles, single grid floor4. Fluidized Ash Cooler5. Fuel/Sorbent Feed Systems6. Refractory System7. INTREXTM Heat Exchanger8. Parallel Pass Heat Recovery Area9. Regenerative or Tubular Airheaters10. Optimized Cyclone Design
1
7
10
2
34
56
8
9
Compact design - small footprint
Single drum design
Centrifugal square compact separator
Water cooled furnace andseparator with natural circulation
No expansion joints
Thermal insulation minimizeradiation loss
Nonmechanical gillsealNo tubes immersed in densefluidized bed
Advanced erosion protection
Infurnace superheaters speciallydesigned for CFB conditions
Heat surfaces optimizedfor each application
Minimum amount of refractories
25
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GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Most Aspects of Large CFB BoilersProven on PC Boilers
• Furnace- Mechanical Design
• Backpass- Sizing, Mechanical Design
• Material Handling- Feeders, Conveyors, etc.
• Auxiliary Equipment- Sootblowers, Burners, etc.
Algunos ejemplos
TUROW: UTILITY CFB REPOWER
LocationBogatynia, Poland
Unique Features- Replaces 200 MWe PC Boilers with 235 MWe
CFB Boilers (Units 1,2,3) and with 262 MWeCFB Boilers (Units 4,5,6)
- Utilizes Existing Parts of Existing Plant- Boiler Capacity Increased to 235/262 MWe in
the Same Space Available in the Old Units- Fuel is Local Brown Coal- Environmental Clean-Up of Industrial Area
CFB35x50
Precip.128 m
PC45x72
Wet FGD150x60
Precip.
200 m
Typical 2 x 300 MWe PC (‘W’Flame)
Typical 2 x 300 MWe CFB
CFB Requires SmallerPlan Area
Turow Rehabilitation Project, Bogatynia, Poland
26
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GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
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TUROW STATUS: UNITS 1, 2 AND 3 IN OPERATION
Units 1 & 2- Fired solid fuel late ‘98 and after that in commer-
cial operation.
Unit 3- In commercial operation since 05/00.
Units 4, 5 & 6- Erection of Unit # 5 in progress To be commis-
sioned in 2002, 2003 and 2004.
TUROW POWER STATION, UNITS 1-6 BOGATY-NIA, POLAND
TUROW STATUS UNITS # 1,2&3:PERFORMANCE GUARANTEES MET
Guarantees Design TestOutput (net), MW 216 218.3Heat Rate (net-LHV),KJ/Kw-hr 9798 9689
Emissions- NOX, (ppm) 210 171- SO2, (ppm) 140 113- Ca/S Ratio 2.6 2.17- SO2 Retention, % 90 90.5Availability(30 day test), % 85 95
Predicted PerformanceOutput (gross), MW 235 237.9Aux. Power, % Gross Output 7.8 7.9Boiler Capacity, t/hr 667 662Boiler Efficiency, % 90 90.1Steam Temp.(60 - 100% MCR), °C- SH 540 ± 5 538- RH 540 ± 5 541
datasheet/turow1-6.ds4/1100/tra
UTILITY SCALE CFB BOILER DESIGN DATA
Thermal OutputSteam FlowSteam PressureSteam Temperature
MWthkg/s (sh/rh)bar (sh/rh)°C (sh/rh)
3 x 520185.4/165.5131.7/24.5540/540
FUELS
SulphurAshMoistureLHV
% wt
kJ/kg
0.622.544.08250
% wt% wt
Polish Brown Coal
NOx347371
Polish Brown Coal
MAJOR DIMENSIONSFurnace HeightFurnace DepthFurnace WidthCyclone Diameter
mmmm
42.59.921.12 x 9.9
DELIVERY SCHEDULE OF BOILERCommercial Operation 1998
19982000
SOxmg/Nm3
mg/Nm3
EMISSIONS GUARANTEES, O2 6 % in dry gases 2
195.5/180.7169.7/39.4565/565
3 x 557
347371
42.010.122.04 x 5.5 x 11
Unit 1Unit 2Unit 3
Units 1-3
0.4 - 0,86.5 - 31.540 - 487100 - 10200
Dust 50mg/Nm3 50
Units 4-6
Units 1-3 Units 4-6
200220032004
Unit 5Unit 4Unit 6
Performance Range
27
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Turow CFB Boilers 1,2 & 3
Turow Power Station
BOILER 5.554 MWth, 195.5/180.7 kg/s, 169.7/39.4 bar,568/568°C
JEA: Utility CFB Repower
LocationJacksonville, Florida
Unique Features- Replaces Two 300 MWe Oil/Gas-Fired Boilers
With Coal/Coke Fired CFB Boilers (NorthsideUnits 1 and 2)
- World’s Largest CFB Boilers- DOE Cost Sharing For Unit 2 (Part of Clean
Coal I)- Fuel Includes Coal and/or Petroleum Coke- FWUSA Provides Boiler Island EPC, FWEC
Provides CFB- Polishing Scrubber Provides 98% SO2 Removal- Northside Emissions (Units 1 - 5) Will Be 10%
Lower Than Current After Repower (EvenThough Unit 2 Currently Out of Service)
- In operation Spring 2002
860°C
850°C
840°C
157°C
310°C
470°C
574°C
670°C
890°C
28
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Conclusions
CFB technology is a mature technology that isavailable in various size ranges up to utility sizesfor various kinds of fuels and can meet emissionrequirements set by authorities in a cost-effectiveway.
CFB Once Through Unit (OTU)Technology
Once-thru (OTU) boiler designallows increased cycle efficiency
Foster Wheeler has significant experience withsupercritical otu technology
• 36,000 MWe Worldwide
• Boiler Sizes to 880 MWe
• Fuels Include Coal, Oil, Gas
Foster Wheeler offers several supercritical otutechnologies
• Foster Wheeler Multipass
• Benson Spiral Tube*
• Benson Vertical Tube**License From Siemens
Cost of supercritical otu CFB similar to subcritical CFB
Design Differencesfor Supercritical OTU versus Subcritical CFB Cost ImpactBoiler ProperSmaller Diameter Tube –More, Thicker Tubes +No Drum –Separator/Collecting Vessels +Recirculation Pump +
Auxiliary EquipmentLower Fuel Flow –Lower Air/Gas Flow –Lower Ash Flow –
PRINCIPLE NATURAL CIRCULATION (DRUM) ONCE-THRU
SUPERHEATER
EVAPORATOR
ECONOMIZER
OPERATING PRESSURE 10...180 BAR 20...400 BARWATER WALL TUBING VERTICAL SPIRAL OR VERTICAL
29
RAFAEL NAVAZO RIVERO
GENERADORES DE VAPOR DE LECHO FLUIDO
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Otu CFB design key design features
• Supercritical Pressure- High Thermal Efficiency
• Benson Vertical Tube OTU Technology- Vertical Tube Furnace Walls 33 mm O.D. on 63
mm Centers Smooth Tubing- Once Thru Operation Above 40% MCR
• Compact Separators- Simple Construction Minimizes Cost
• INTREX Heat Exchanger- High Heat Transfer Rates Minimize Surface- Compact Layout
• Regenerative Air Heater- Maximum Boiler Efficiency- Compact Layout
350 MWe compact CFB Benson Vertical Boiler
Conclusions
• Higher plant efficiency than conventional natural circulation units, > 2 %-units or higher
• Lower emissions of harmful pollutants (SOx,NOx, CO, particulates etc.)
• Lower CO2 emissions• Investment cost vs. benefit advantageous
CCT’SCFB Boilers development potential
CURRENT 2020 FORECAST
• Proven up to • 316 kg/cm2 / 650 / over 250 MWe 650 / 650o C, Double
Reheat• NC Subcritical
• 45% HHV Plant• 35-37% HHV EfficiencyPlant Efficiency
• > 95% Sulphur Capture with no FGD
JEAN PIERRE FOUILLOUX
Alston Power
Centrales Supercríticascon DeSOx y DeNOx
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
ÍNDICE
• Supercritical cycle- Efficiency evolution
& Overall benefits 31- Design issues 31- Plant availability 34
• Environmental aspects:Flue Gas cleaning 35
• Power plants arrangement and design concepts 38
• Recent references 39
• Conclusion 39
JEAN PIERRE FOUILLOUX
Supercritical cycle
Efficiency evolution & Overall benefits
Overall Benefits
• Achieve a lowest cost of electricity by increasingefficiency.
• Maximise the efficient use of energy ressources.
• Reduce CO2 emissions.
Design Issues
Process and components influenced by transi-tion from subcritical to supercritical process.
• Boiler type and high (pressure,temperature) parts• Steam turbine modules and valves• Steam water cycle :
- Feedheating Plant & HP pipes- Feedwater pumps & drives- Condensate polishing plant - Water chemistry
50's 60's 70's 80's 90's 00's 10's Time
Subcritical167/540/540
Supercritical250/540/565
350b/700 °C/720 °C
Mature Technology
Mature Technology
World market
Europ Jpn, US,
Currentmarketintrod .
Jpn , Europe
R&D nearlyfinished(COST)in Europe
Some plantsin Japan
R&D ongoingin Europe(AD700, THERMIE)
[%]
5
Dh h
0
Target 50%
h = 40%
10
15
20
25
30
270/
580/
600
290/
600/
620
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
31
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Once-Through Boiler type
- No thick walled drum.
- The Feedwater is «pushed» in the evaporator bythe FW Pumps.
- The water & steam separator is used at start-ups& low loads (Wet separator).
- Steam temperature controlled throughFeedwater flow monitoring (Dry separator).
- Sliding pressure operation.
NATURAL CIRCULATION
Superheater
Evaporator
Economizer
ONCE THROUGH
CONTROLLED CIRCULATION
ONCE THROUGHWith superimposed recirculation
Efficiency Evolution.
32
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
• Power Station Niederaußem• 1,000 MW• World-Wide Largest Supercritical Boiler
• Technology Once Through• Fuel Brown Coal• Capacity 2,662 t/h• Design Pressure 290 bar• Temperature 580/600°C• Commissioning 2002• Country Germany• Customer RWE Energie
Once-Through Boiler type & HP pipes
Higher parameters will lead to other Advancedmaterials with tougher creep properties &/orlong term fatique strength
- Super alloys Ni based for long term operationabove 700°C, so for superheater & reheatertubes, headers.
- New austenitic &/or ferritic martensitic materi-als for tubes operating in the range 600 to700°C.
- Weldability properties.
HP & IP Turbines for Advanced Cycles
•High chromium % material for inner casing &steam inlet section of rotor
•Shrink rings•Welded rotor •Additional steam extraction for top heater
Optimal design ensuring long-term reliability with superior operational flexibility
33
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
No cooling steam required
Typical process for advanced supercritical cycle
Boiler
HP bypass
63 bar600 °C
2 flows
HP10 HP9 HP8
270 bar580 °C
HPT IPT
Glandsteam
condenser
LP1
LP bypass
Main condenser
LPT
LP4 LP3 LP2
G
Feedwaterpumps
2 x 70 %
CPP
TOP8
LP6 LP5
FWT - deaerator
34
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Feedwater Pumps & Drives
• Investment costCriteria of • Efficiency & ReliabilityChoice ➜ • Operating flexibility &
• Operating costs
Water chemistry: Combined water treatment
Combined water treatment:• Volatile (NH4OH) treatment during the starting
phases• Oxygenated treatment (for FW cationic conduc-
tivity low enough for a continuous operation)
Polishing plant for 100 % of the condensate flow➜ A stable protective layer inside the boiler tubes ➜ Higher steam generator cleanliness and avail-
ability➜ Simplified unit lay-up operation➜ Longer period between two regeneration of
the mixed bed filter➜ Reduced chemical consumption (ammonia &
regeneration products for CPP )➜ Reduced corrosion product transport
Plant Availability
2x70% Motor driven FWP
Good efficiency even at part loads
Not depending of LP exhaust area
Lot of referencesHigh value of MTBF
Short Mean Time to Repair
Low Operating costs
Skaerbaeck & Nordjylland
1x100% Turbine driven FWPand 2x40% Motor driven FWP
Poorer efficiency at part loads
Good efficiency at high LPexhaust flow
Lot of referencesLower value of MTBF
Higher Mean Time to Repair
Higher operating costs (2 systems)
Lippendorf, NiederaussemExperience:
0
1
2
3
4
5
6
Subcritical Supercritical
Equi
valen
t For
ced
Outa
ge Fa
ctor
EFO
F/%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Early Subcritical Latest Subcritical Early Supercritical Latest Supercritical
boile
r tub
e un
avai
labi
lity
NERC (1989)
Boiler Unavailability
VGB-Statistics 88-97
Total Plant Forced Outages
Today’s latest units havethe same availabilitythanks to use of Usualequipment technologiesand to Materials knownand already implemented
35
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Environmental aspects: Flue Gas cleaning
SOx, NOx and Dust(EU regulations going resp. to 200, 200 &30mg/Nm3)Limits on levels of emissions can be achievedthrough careful plant design, but emission valuesdecrease proportionally to efficiency improve-ment, which also implies cost savings due toreduced component design.
ALSTOM answers
• Wet Limestone FGD (WFGD): Counter flow lime-stone washing
• Seawater FGD (SWFGD): Counter flow seawater washing
• Dry FGD (DFGD): lime in Spray Dryer (SDA) orFlash Dryer (FDA)
• Selective Catalytic Reduction (SCR): Ammoniacinjection
• Solid Particulate Emission Control: Filters
Wet FGD – Spray Tower
Ca(HSO3)2 + O2 →CaSO4 + H2SO4
H2SO4 + CaCO3 →CaSO4 + H2O + CO2
DFGD – SDA and FDA
CaO + H2O →Ca(OH)2
Ca (OH)2 + SO2 + 1/2O2 + H2O →(CaSO4)2H2O
Seawater FGD
Gas SO2 + Sea Water →SO-3 soluble in waterSO-3 + aeration →SO-4 soluble & stable
36
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Wet FGD - Flowpac
Ca(HSO3)2 + O2 →CaSO4 + H2SO4
H2SO4 + CaCO3 →CaSO4 + H2O + CO2
Solutions for SOX: FGD Choices
Solutions for NOX
Optimised combustion process:
• Low NOX Burners• Staging of Combustion air
Selective Catalytic Reduction (SCR)NH4OH + NOX →H2O + N2
• Fuel Types- Coal, Oil, Gas, Waste to Energy- Sludge, Bio Fuel
• Broad SCR Design Experience- High, Medium, Low Dust- Tail End- Design Experience with many worldwide
suppliers- Ongoing testing of Catalyst Designs
• Ammonia Handling- Aquaeous, Anhydrous, Urea Ammonia
SystemsInstalled Capacity
First Installation
Reagent
Byproduct
Sulfur
Removal Efficiency
Footprint
Pros
Cons
Spray Tower (WFGD)
32,000 MW
1968
Limestone
Salable gypsum or landfill
<6%
>98%
Small in power island area;large overall
• Low cost reagent• Marketable byproduct
• Large reference list• Fuel flexibility
• High capital cost• High power consumption
• SO3 mist generation
FLOWPAC (WFGD)
340 MW
1998
Limestone
Salable gypsum or landfill
<6%
>98%
Moderate in power islandarea; large overall
• Low cost reagent• Marketable byproduct
• No spray pumps• Lower SO3 mist emission
• Fuel flexibility
• High capital cost• High pressure drop
• Limited reference list
Dry FGD
15,000 MW
1980
Lime
Landfill
<2.5%
90-95%
Large in power island area;small overall
• Low capital cost• High inherent SO3/Hg
capture• Low power consumption
• Large reference list
• High cost reagent• Byproduct use very limited
Sea Water FGD
4,000 MW
1968
Seawater
Treated Seawater
<6%
>95%
Small in power island area;moderate overall
• No reagent• No byproduct• Fuel flexibility
• Moderate capital cost• Effluent discharge
• SO3 mist generation• Limited applicability
37
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Solutions for Particles
Electrostatic Precipitator (ESP) Wet & DryDesigns
- Over 70 years of technical expertise- High Efficiency in high resistivity applications
with Advanced Control algorithms. - High cleaning efficiency with unique Hammer
Rapping technology
Fabric Filters (FF) Pulse Jet & Reverse GasCleaned
- Over 18,000 MW of installed base- Online or offline cleaning options- Choice of longer bags with Opti Pulse Design
Environmental Aspects
CO2
Emissions can be reduced only by changing fromSUB to SUP, and emission value decreases propor-tionally to efficiency improvement, which alsoimplies cost savings due to reduced componentdesign.
CO2 taxes and upcoming trading will supportsupercritical design.
The level of emissions is currently influencingthe financeability of projects due to require-ments of the Export Credit Agencies (ECA)and/or Multi-Lateral Development Banks(MDB).
Solutions for CO2
Influence of Thermal cycle on Fuel consump-tion & CO2 production
Annual Savings Cycle (t/year)
Coal CO2
Subcritical 180 - 540 - 540 base baseSupercritical 250 - 540 - 565 51 000 120 000Ultra supercritical 270 - 580 - 600 115 000 270 000Thermie 350 - 700 - 720 335 000 780 000
International coalOutput size 650 MWEquivalent full load hours - 7500 h/year
38
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Emission levels: which Technology?
Lifecycle cost and reliability are critical. Key driversare…
• Fuel sulfur• Unit size, capacity factor, service life• Redundancy• Emission limits
- Criteria pollutants- Multi-pollutant considerations
• Site issues• Other
- Reagent cost, quality, availability- Byproduct sale/disposal
Emission levels: what to do with byproducts?
Lifecycle cost and re-use are critical →ECOBA wasfounded in 1990 by European producers.
“Coal ashes & FGD byproducts are valuable raw &building materials”
ALSTOM Solutions for a cleaner Environment
• Flexibility: To Solve the Customer’s EmissionRequirements- Electrostatic Precipitator (ESP) Wet & Dry
Designs.- Fabric Filters (FF) Pulse Jet & Reverse Gas
Cleaned.- Wet Flue Gas Desulphurization (WFGD).- Dry Flue Gas Desulphurization (DFGD).- Selective Catalytic Reduction (SCR).
• Sustainable, Global Commitment to AirPollution Control- Extensive On-Going Research & Development
of Products.- World-wide Operation for Over 50 Years,
through 50,000 MW + experience in AirPollution control equipment (WFGD, SCR,etc.).
- Company Committed to Cleaner Environment& Air Pollution Control.
Power plants arrangement and design concepts
700-800 MW Supercritical Reference Plant
Full power plant supplier
Turbine hall - Overall view
39
JEAN PIERRE FOUILLOUX
CENTRALES SUPERCRÍTICAS CON DESOX Y DENOX
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Turbine hall - Longitudinal view
Recent references
Advanced Steam Power Plants
Advanced Steam Power Plants
Conclusions
• The association of Supercritical cycles & avail-able flue gas systems offer a wide variety of pos-sibilities in order to meet stringent level of emis-sions in SoX, NoX, and CO2 levels compared to aconventional subcritical cycle, and for the samelevel of availability.
• The fuel savings associated to the low emissionlevels allow coal to remain an important con-tributor for Power generation.
• Technology trend w/w is to go for increasedsteam parameters; it is state of the art in Europe,& many countries in RoW. The supercriticalcycle technology demonstrates high potentialsfor customers in regard of environmentalaspects, and investment coupled to lifecyclecosts.
• For countries with a wide variety of Power gener-ation equipment, it is an important step to keeppace with Steam Power Plant development as italso shows potential for further improvement(AD 700).
• Remaining concerns/doubts about this technol-ogy shall be overcome by cooperation with firstclass full equipment suppliers and experiencedoperators.
Gavin 2
Mainz
Cardinal 3
Mountainer
Mannheim 18
GKM-M
Studstrup 3&4
Leininger 5
Rockport 1-2
Amager 3
Avedore 1
Zimmer
Staudinger 5
Shidongkou 1&2
Esjberg 3
Meri Pori
AMER 11 (9)
AEP
KMW
AEP
AEP
GKM
GKM
I/SM
IAW
AEP
ELKRAFT
ELKRAFT
Cin. G&E
PREAG
HIPDC
VESTKRAFT
IVO
EPZ
Gross Output MW
1300
330
640
1300
480
199
2 x 375
450
2 x 1300
262
262
1300
550
2 x 627
417
588
600
Cycle (turbine intel) bar ºC
242 - 538/538
255 - 545/545
242 - 538/538
242 - 538/538
248 - 530/540/540
245 - 530/540
240 - 535/540
250 - 535/535
242 - 538/538
240 - 540/540
240 - 540/540
254 - 538/538
250 - 540/560
242 - 538/566
246 - 538/538
235 - 538/538
250 - 535/563
Scope
Turbine
Boiler
Turbine
Turbine
Boiler
Turbine
Turbine
Turbine
Turbine
Turbine
Turbine
Turbine
Turbine
Turbine-Boiler
Turbine-Boiler
Turbine
Turbine-Boiler
Commissioning
1975
1976
1977
1980
1982
1982
1984
1985
1986
1989
1990
1991
1992
1992
1992
1993
1993
Customer
(USA)
(D)
(USA)
(USA)
(D)
(D)
(DK)
(D)
(USA)
(DK)
(DK)
(USA)
(D)
(CN)
(DK)
(SF)
(NL)
HEMWEG 8
ROSTOCK
Schkopau A&B
Schwarze Pumpe
SKAERBAEK
NORDJYLLAND
PORYONG
LIPPENDORF
AVEDORE 2
NIEDERAUSSEM
FLORINA
WAI GAO QIAO
PATNOW
N.V.E. UNA
ENAG
VKR
VEAG
SKERBAEK - VAERKET
NORDJYL. - VAERKET
KEPCO / KHIC
VEAG
ELKRAFT
RWE
PPC
SMEPC
PAK
Gross Output MW
680
550
383/387
2 x 800
400
400
2 x 930
1 x 534
1000
330
980
460
Cycle (turbine intel) bar ºC
250 - 535/563
250 - 540/560
253 - 544/560
260 - 547/565
285 - 580/580/580
285 - 580/580/580
247 - 538/538
253 -547/580
300 - 580/600
268 - 580/600
235 - 540/540
250 - 538/566
266 - 540/565
Scope
Turbine
Turbine
Turbine
Boiler - FWPT
Turbine - hall
Turbine - hall
Boiler
Turbine-engineering
Turbine
Boiler & engineering
Boiler
Boiler
Boiler & Turbine island
Commissioning
1994
1994
1995/1996
1997
1997
1998
In oper.
2000
2000
2000
2001
2002
2004
Customer
(NL)
(D)
(D)
(D)
(DK)
(DK)
(KR)
(D)
(DK)
(D)
(GB)
(CN)
(POL)
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
M. ALONSO DÍAZ
S. SABUGAL
Endesa
“El cambio del clima directa o indirectamenteatribuible a la actividad humana que altera lacomposición global de la atmósfera y que seproduce, además de las variaciones climáticasnaturales observadas en espacios de tiempocomparables”.
U.N.F.C.C.C.
Tratamiento de las emisionesde CO2
41
M. ALONSO DÍAZ / S. SABUGAL
TRATAMIENTO DE LAS EMISIONES DE CO2
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Anomalías en las temperaturas
Concentraciones de gases
Ajuste del modelo climático
Gases de efecto invernadero
GAS
CO2 (ppm)
CH4 (ppb)
N2O (ppb)
CFC-11 (ppt)
CFC-12 (ppt)
CFC-1113 (ppt)
CCl4 (ppt)
CH3CCl3 (ppt)
HCFC-22 (ppt)
SF6 (ppt)
SF5CF3 (ppt)
HFC-23 (ppt)
C2F6 (ppt)
O3 (superficial ppb)
Concentración preindustrial(1860)
288
848
285
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
25
Concentración actual(2001)
369,4
1839
315
263
544
82
98
56
152,5
4
0,12
11
4
24
PGC
1
23
296
3800
8100
4800
1400
360
1500
22200
18000
12000
11900
20
vida en la atmósfera(años)
120
12
114
50
102
85
42
5
12
3200
1000
260
10000
horas
ppm: partes por millón (106), ppb: por billón am (109); ppt: partes por trillón am. (1012)
42
M. ALONSO DÍAZ / S. SABUGAL
TRATAMIENTO DE LAS EMISIONES DE CO2
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Evolución de las emisiones
Ciclo del carbono
Efectos del cambio climático
• Aumento de las temperaturas medias.• Aumento de los valores medios de las precipita-
ciones.• Aumento de la frecuencia y gravedad de fenó-
menos meteorológicos extremos.• Escasez de agua en muchas zonas.• Disminución de las masas de hielo.• Aumento de nivel del mar por fusión de hielo y
expansión térmica.• Influencia en la salud humana (cambios en vec-
tores de plagas, calidad de agua, alimentos…).• Impacto sobre la biodiversidad (desaparición de
especies…).
Cambio climático
5
10
15
20
25
01990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Visión for carbon sequestration
IS92aWRE 550
YEAR
GtC/
Yr
4 GtC
1 GtC
CAMBIO CLIMÁTICOAumento de la temperaturaElevación del nivel del marCambio en el régimen de precipitacionesSequías e inundaciones
EMISIONES Y CONCENTRACIONESGases de efecto invernaderoAerosoles
IMPACTO EN LOS SISTEMASHUMANO Y NATURALAgua y alimentosEcosistemas y biodiversidadAsentamientos humanosSalud
DESARROLLO SOCIO-ECONÓMICOCrecimiento económicoTecnologíaPoblaciónGobiernos
43
M. ALONSO DÍAZ / S. SABUGAL
TRATAMIENTO DE LAS EMISIONES DE CO2
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Medidas ante el cambio climático
Medidas paliativas: que se centran en la limita-ción de las fuentes de emisión de los gases deefecto invernadero y en la mejora de los sumiderosde los mismos.
Medidas adaptativas: consisten tanto en medi-das tecnológicas como estructuras económicas ycomportamientos tendentes a limitar la vulnerabi-lidad de los hábitats humanos, sistemas sociales,ecosistemas, etc.
Medidas indirectas: son un elevado número deacciones que tienen una vinculación indirecta conel cambio climático y que actúan sobre mecanis-mos de mercado a través de regulaciones legisla-ción y acciones política.
Medidas paliativas
Medidas de Industriaeficiencia energética Transporte
Sector residencial
Secuestro de CO2
Sustitución de Renovablesfuentes energéticas Gas natural
Tecnología nuclearCeldas de combustibleUso limpio de carbón
Tecnologías mixtas Turbinas avanzadas de gasCiclos combinadosElectrónica de potencia, controles…
Secuestro de CO2
Captura y almacenamiento estable a largo plazodel CO2 que de otra forma sería liberado a laatmósfera.
Sera viable si:
• Suficiente capacidad de almacenamiento.• Económicamente aceptable.• Medioambientalmente benigno.• Estable a largo plazo.
44
M. ALONSO DÍAZ / S. SABUGAL
TRATAMIENTO DE LAS EMISIONES DE CO2
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Métodos de secuestro
• Secuestro en océanos.• Ecosistemas terrestres.
- Suelo.- Vegetación.
• Formaciones geológicas.• Sistemas biológicos avanzados.• Sistemas químicos avanzados.
Separacion y purificación de CO2.
Sistemas Químicos-I
PRODUCTOS SIN VALOR COMERCIAL.Reacciones termodinámicamente viables.
Producción de carbonato cálcico o magnésico.
(Mg,Ca)XSiyOX+2y + x CO2 → x(Mg,Ca)CO3 + ySiO2
(15km3 para toda el CO2 producido en 1990)
Formación de bicarbonatos.En disolución acuosa (océanos).
CO2 + 2H2O →H3O+ + HCO3–
Hidratos sólidos de CO2.Almacenamiento en océanos a elevada profundi-dad.
CO2 + 6H2O →CO2 6H2O
Oxalatos.
CO2 + CO + CaSiO3 →CaC2O4 + SiO2
Sistemas Químicos-II
PRODUCTOS CON VALOR COMERCIAL.
• Productos estables.Para su empleo en Construcción (composites).
• Plásticos.
• Fabricación de policarbonatos.
45
M. ALONSO DÍAZ / S. SABUGAL
TRATAMIENTO DE LAS EMISIONES DE CO2
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Conclusión
• El cambio climático se percibe como un proble-ma de graves consecuencias.
• El dióxido de carbono es responsable de unabuena parte (>50%) del efecto invernadero.
• No parece fácil compatibilizar el desarrollo eco-nómico con la reducción de emisiones.
• Debe abordarse el problema desde multiplesenfoques: social, político, tecnológico, etc.
• El desarrollo tecnológico puede contribuir engran medida a reducir el impacto de la produc-ción de energía.
• Se considera que la captura de CO2 es un grupode tecnologías con un importante potencial.
• Las vías químicas sobre todo en combinacióncon sistemas avanzados de combustión, y parti-cularmente la obtención de materiales estructu-rales se consideran de especial interes.
• Es necesario un esfuerzo I+D sobre tecnologíasde secuestro.
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
El papel de las tecnologías limpias del carbón en el contexto de la seguridad delaprovisionamiento en Europa
VICENTE LUQUE CABAL
D.G. Transporte y Energía U.E.
47
VICENTE LUQUE CABAL
EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Sistemas energéticos globales
Un tema fundamental en el aprovisionamientoenergético es como conciliar los ambiciosos obje-tivos medioambientales con los servicios energéti-cos seguros y competitivos. En este contexto esmuy importante analizar el papel de las tecnologí-as innovadoras.
El tema propuesto en estas Jornadas: “Tecnologías de uso limpio del carbón” es de una importancia fundamental para el sumi-nistro competitivo y la protección del medioambiente, y por lo tanto para que el mercado de laenergía en Europa disponga de una oferta de com-bustibles diversificados y tales que, por medio dela tecnología, puedan ser limpios.
El carbón es abundante, diversificado geográfica-mente, fácilmente accesible y, además, con pre-cios estables en un mercado competitivo carbón-carbón.El carbón contribuye además a moderar los pre-cios de otros combustibles.El reto es mejorar su imagen y demostrar el eslo-gan COAL CAN BE GREENLA RESPUESTA ES TECNOLÓGICA
En Europa, las reflexiones sobre la política energé-tica fueron fomentadas recientemente por elamplio debate provocado por el Libro Verde“Hacia una Estrategia Europea de la Seguridad delAprovechamiento energético”
EL LIBRO VERDE tuvo una amplísima respuesta yla Comisión europea aprobó el 26 de junio de2002 un informe final sobre las conclusiones deldebate.Con relación a la pregunta nº 9 (cumplir las obliga-ciones del Protocolo de Kioto), se dice:“LAS INVERSIONES EN TECNOLOGÍAS LIMPIASson recomendadas por casi todo el mundo, tantopara las energías renovables como para los COM-BUSTIBLES FÓSILES, tanto para aplicar las tecno-logías disponibles como para investigar y poner apunto las nuevas”.
Production, imports and inland deliveries of hard coal
253254256253
284274270
280268
288
324
341
329324321331
341343
0
50
100
150
200
250
300
350
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001* 2002*
PRODUCTION IMPORTS INLAND DELIVERIES
Million tonnes
33%
67%
70%
30%
48
VICENTE LUQUE CABAL
EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
La Resolución del Parlamento europeo: el infor-me Chichester
(17) Pide a todas las instituciones de la UE quefomenten la utilización de combustibles que pro-duzcan cero emisiones de carbono al generarenergía, en particular la producción de electrici-dad a partir de la energía nuclear y de hidrógenogenerado con biomasa, de energía hidroeléctrica,solar y eólica, en los combustibles utilizados parael transporte, tanto eliminando los obstáculoslegislativos existentes como creando para ellosuna excepción específica aplicable en toda la UEa todos los impuestos especiales, impuestossobre la energía o impuestos especiales sobre elclima, así como concediendo incentivos parafomentar la creación de plantas eficaces de pro-ducción de energía incluida la cogeneración decalor y electricidad;
(31) Destaca que la tecnología limpia del car-bón ofrece un potencial considerable de benefi-cios de eficacia energética, de reducciones deemisiones contaminantes y de creación de unmercado mundial de nuevos equipos y sistemas einvita al sector, así como al Fondo de reciente cre-ación establecido sobre la base de la CECA, a quelleven a cabo una demostración relativa a los sis-temas de energía generada con carbón limpio;considera, por lo tanto, que es esencial salvaguar-dar la producción de carbón autóctona viable,reconociendo la necesidad de incrementar su efi-cacia y de reducir las subvenciones;
(32) Considera que deben dirigirse más recursosde los previstos, en el Sexto Programa Marco, a lainvestigación y al desarrollo de tecnologías quemejoren el rendimiento y la compatibilidadambiental de la combustión del carbón y de
otros combustibles tradicionales para la genera-ción de electricidad; desea que los programas decooperación con los terceros países, especial-mente con los países en desarrollo, fomenten ladifusión de los resultados de estas investigacio-nes, con el objetivo de garantizar la sostenibilidadambiental del crecimiento de la demanda energé-tica prevista para estos países;
(33) Exige una iniciativa europea para desarro-llar una central termoeléctrica de carbón sinemisiones;
(40) Considera esencial que la UE dé el ejemplodestinando gastos de investigación en el SextoPrograma Marco sobre las futuras tecnologíasenergéticas, y acoge con satisfacción el apoyo dela propuesta de la Comisión sobre el manteni-miento de un conjunto equilibrado de las energíasen la Unión Europea;
(41) Destaca que la transición a una economíacon pocas emisiones de C02 requiere muchainvestigación e innovación; pide a la Comisión y alos Estados miembros que aúnen sus esfuerzos yelaboren una agenda común de investigación;pide que se preste mucha atención a ello en elSexto Programa Marco de investigación y reco-mienda el artículo 169 como instrumento;
49
VICENTE LUQUE CABAL
EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Existe tecnología de uso limpio de carbón para darhoy en día un gran salto cualitativo y cuantitativoen la reducción de la emisión de contaminantes(SO2, NOX) y de gases de efecto invernadero (CO2).
Mejorando la eficacia energéticaCO2 abatement & efficiency
• Mezclando biomasa y residuos con carbón• “Repowering” con gas natural
Tecnología limpia del carbón en Europa
¿Cuál es la situación de la Tecnología limpia delcarbón en Europa y cuáles son las perspectivaspara su comercialización industrial?
The ELCOGAS Integrated GasificationCombined Cycle (IGCC) in Puertullano (Spain)
The AFBC at Gardanne (France)
The Combined Heat and Power (CHP) Plant inCottbus, incorporating Pressurised FluidisedBed Combustion (PFBC) (Germany)
The BioCoComb (Austria)
The 2 x 800 MWe Super Critical Lignite-firingPower Plant of Schwarze Pumpe (Germany)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60%
Efficiency
Carbon Intensity: Kg CO2 / Kw-h
Coal Used: Kg/Kw-h
Efficiency%202530354045505560
Carbon IntensitykgCO2/Kw-h
1.7341.3871.1560.9910.8670.7710.6940.6310.578
Kg Coal/Kw-h
0.6760.5410.4500.3880.3380.3000.2700.2460.225
50
VICENTE LUQUE CABAL
EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
El tipo y tamaño de la capacidad exis-tente de generación de electricidad enla Unión Europea
Producción de electricidad con lignito en centrales térmicas modernas
30
35
40
45
50
55
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Comienzo de los trabajos
Net e
fficie
ncy
[%]
Neurath E600 MW
Schkopau2x450 MW
SchwarzePumpe2x800 MW
Lippendorf2x930 MW
Boxberg IV900 MW
Niederaußem K960 MW
BoA Plus~1000 MW
30
35
40
45
50
55
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Comienzo de los trabajos
Net e
fficie
ncy
% (L
HV)
250MW Ensted 3 (660 Mwe)
Studstrup 3/4 (350 Mwe)
Fynsvaerket 7 (400 Mwe)
Esbjerg 3 (400 Mwe)
Nordjyllandsvaerket 3 (411 Mwe)
Avedore 2 (460 Mwt)
Germany
Schkopau
Schwarze Pumpe
Lippendorf
Boxberg IV
Niederaussen
Cottbus
Hessler
Knepper
Neckar
Bexbach
Lübeck
Scholven (A)
Hemweg
Denmark
Studstrup 3/4
Fynsværket 7
Esbjerg 3
Nordjyllands-værket 3
Avedøre
France
Emile Huchet
Gardanne
Spain
Elcogas (Puertollano)
Escatron
Netherlands
Buggenum
Sweden
Vartan
Capacity
2 x 450 MWe
2 x 800 MWe
2 x 930 MWe
900 MWe
960 MWe
74 MWe + 220 MWth
350 MWe
400 MWe
400 MWe
411 MWe
460 MWe & 480 MWe
125 MWe
255 MWe
315 MWe
75 MWe
280 MWe
Net eff.
40%
41%
43%
42%
46%
40%
42.3%
42%
44%
45%
47%
48%
45%
43%
Status
1994
1998
1998
2000
2003
1999
2003/5
2003/5
Oper.
2000
2002
2003/6
Oper.
1988
1992
1993
1998
2000
1998
1996
Technology
SCPF w/FGD
SCPF w/FGD
SCPF w/FGD
Advanced SCPF w/FGD
PFBC
USCPF
USCPF
USCPF
USCPF
USCPF
USCPF
USCPF
SCPF
SCPF
SCPF
Advanced SCPF
Advanced SCPF
AFBC
AFBC
IGCC
PFBC
IGCC
PFBC
02
46
810
12
1416
1820
2224
26
0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 >40
Years
Perc
enta
ge o
f tot
al c
apac
ity
of E
U co
al-fi
red
pow
er p
lant
s
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200No
of u
nits
Percentage of capacity (%) Number of units
51
VICENTE LUQUE CABAL
EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
El tipo y dimensión de la capacidad degeneración de electricidad en los paísesde la adhesión
Promoción de tecnologías limpias avan-zadas
La promoción de tecnologías limpias avanzadasdebe realizarse a través de mecanismos o incenti-vos orientados al mercado. En este momento sediscuten en la UE propuestas para la reestructura-ción del marco de la fiscalidad de la energía y paraestablecer un sistema de venta de permisos deemisión de CO2 en la UE. Sería importante queestos instrumentos fiscales o económicos incenti-ven la aplicación de tecnologías avanzadas quereduzcan las emisiones de CO2, en lugar de penali-zar los combustibles con alto contenido en carbo-no.Es importante que estos instrumentos internalizencostes medioambientales, pero que premien a lavez la seguridad del aprovisionamiento.
Incentivos para el carbón limpio
Por ejemplo, el gobierno USA propone utilizar “cré-ditos fiscales” para:
• Reducciones de las emisiones y mejoras de laeficacia en centrales térmicas existentes; y
• Primeras aplicaciones comerciales de tecnologí-as avanzadas de generación con carbón.
En sus comentarios al Libro Verde, la Asociaciónde Productores de carbón del Reino Unido (Coal-Pro), propone la introducción de un “Clean CoalObligation”.Este mecanismo consistiría, por ejemplo, en unaobligación de compra de la electricidad producidacon tecnologías limpias de carbón. Otra posibili-dad sería un incentivo económico a la electricidadproducida con tecnologías limpias, que reconozcasus ventajas medio-ambientales.
Los mecanismos de flexibilidad del Protocolode Kioto ofrecen un potencial importante parala trasferencia de tecnología del carbón limpioa los países en vías de desarrollo.
Tecnologías con cero emisiones
La AIE ha lanzado una propuesta sobre un planestratégico de “Tecnologías con emisión cero parala Seguridad energética, la protección del medioambiente y el desarrollo económico”.
02
46
810
12
1416
1820
2224
26
0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 >40
Years
Perc
enta
ge o
f tot
al c
apac
ityof
EU
coal
-fire
d po
wer
pla
nts
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
No o
f uni
ts
Percentage of capacity (%) Number of units
Suministro mundial de energía primaria 1997-2020
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
1997 2010 2020
RenewablesNuclearGas
OilCoal
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VICENTE LUQUE CABAL
EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Tecnologías de emisión cero para loscombustibles sólidos
Las tecnologías de emisión cero para los combus-tibles fósiles son fundamentales para simultánea-mente :
• Proporcionar electricidad abundante y limpiapara satisfacer la expansión de la demanda deenergía;
• Resolver problemas críticos del medio ambiente(reducir el CO2 y la emisión de contaminantes);
• Atacar temas relativos a la seguridad energéticamediante el uso de los distintos combustiblesfósiles; y
• Facilitar el coste económico del desarrollo soste-nible
Las tecnologías con cero emisiones para los com-bustibles sólidos pueden ofrecer solución a unnúmero de problemas que pueden reducir los ries-gos –“físicos, económicos, sociales o medioambientales”– asociados con el suministro deenergía. A partir de este concepto pueden encon-trarse soluciones para otros problemas energéti-cos, tales como la recuperación reforzada depetróleo-reinyectando el CO2–, la generación deelectricidad e incluso las aplicaciones en el trans-porte (H2).
CO2 Re-injection in the Sleipner Field
La alimentación energética de la economía librede carbono requiere una gran colaboración entrelas autoridades públicas, el mundo de la investiga-ción y la industria. Como dicen algunos, “será unmaratón y no un sprint”.
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EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
“The economist”, 5 July 2002CO2ALEnvironmental enemy nº 1
El sexto programa marco de I+DLa Unión Europea está totalmente implicada enestas nuevas tecnologías. El 6º Programa marcode I+D prevé un programa específico sobre la crea-ción y la integración del espacio europeo de lainvestigación, que incluye una prioridad temáticasobre los “sistemas energéticos durables” a la quedestinará 810 M. euros en el período 2003-2006.
Más precisamente, las prioridades de la investiga-ción en este campo serán:
• Las pilas de combustible, incluyendo sus aplica-ciones en la industria, los edificios y el transpor-te por carretera;
• Nuevas tecnologías para usos energéticos,incluyendo el transporte y el almacenamiento.En particular para el Hidrógeno;
• Conceptos nuevos y avanzados en tecnologíassobre renovables;
• Captura y secuestro del CO2 asociado con insta-laciones limpias de conversión de combustibles.
1. Focussing and integrating Community research1.1 Thematic priorities :1.1.1 Life sciences, genomics and biotechnology for health1.1.2 Information society technologies1.1.3 Nanotechnologies and nanosciences, knowledge-based multi-functional materials
and new production processes and devices1.1.4 Aeronautics and space1.1.5 Food quality and safety1.1.6 Sustainable development, global change and ecosystems
- Sustainable energy systems- Sustainable surface transport- Global change and ecosystems
1.1.7 Citizens and governance in a knowledge-based society1.2 Specific activities covering a wider field of research1.3 Non-nuclear activities of the Joint Research Centre2. Structuring the European Research Area3. Strengthening the foundations of the European Research AreaTOTAL
1. Priority thematic areas of research1.1 Controlled thermonuclear fusion1.2 Management of radioactive waste1.3 Radiation protection2. Other activities in the field of nuclear technologies and safety3. Nuclear activities of the Joint Research Centre (JRC)TOTAL
OVERALL TOTAL
Million Euros133451128512255236253
1300107568521208106107002251300760
2605320
16270
890750905050
2901230
17500
Framework programme budget
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Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
El fondo de investigación del carbón ydel acero
La CECA ha dejado en herencia el Fondo deInvestigación del Carbón y del Acero.La futura investigación sobre el carbón debe aco-meter los retos para que este combustible contri-buya al desarrollo sostenible.La primera convocatoria de proyectos se cierra el15 de septiembre de 2002.
Programa energía inteligente paraEuropa (2003-2006)
• Facilitar la aplicación de las grandes líneas deacción identificadas con el Libro Verde,
- Reforzar la seguridad del aprovisionamientoenergético
- Luchar contra el cambio climático- Estimular la competitividad de las empresas
europeas
• Apoyar iniciativas locales, regionales y naciona-les en el campo de:
- las energías renovables (refuerza ALTENER)- la eficacia energética (refuerza SAVE)- los aspectos energéticos del transporte
(STEER)- la promoción internacional (COOPENER)
Bajo el programa CARNOT, la Unión Europeaapoya un estudio viable sobre «Energía verde delcarbón», en cooperación con Progressive EnergyLtd (United Kingdom), el Netherlands Institute ofApplied Geoscience - TNO (Netherlands) y elBritish Geological Survey (United Kingdom).
Underground CO2 Sequestration
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EL PAPEL DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS DEL CARBÓN EN EL CONTEXTO DE LA SEGURIDAD DEL APROVISIONAMIENTO EN EUROPA
Jornada sobre Tecnologías de uso limpio del carbón
Cooperación con los países en desarrollo
La Unión Europea está cooperando con la indus-tria de bienes de equipo para promocionar unaplanta IGCC en China (400 Mwe en Yantai,Shangdong) y para promocionar las Tecnologíaslimpias del carbón en la Federación Rusa, en elmarco del diálogo energético UE-Rusia.
Conclusiones
Estas Jornadas sobre “Tecnologías de uso limpiodel Carbón” tienen lugar en un momento crucial enel que la Unión Europea considera necesarias polí-ticas y estrategias energéticas con planteamientosglobales y con visión a largo plazo.
La industria de la energía de algunos Estadosmiembros, como es España, solicita que este plan-teamiento global y esta visión a largo plazo redun-de en una estabilidad regulatoria que permitatomar decisiones y acometer inversiones que sonfundamentales para la aplicación industrial de lasTecnologías de uso limpio del carbón.
La tecnología del uso limpio del carbón es funda-mental para garantizar el aprovisionamiento ener-gético, en Europa y en el mundo, en condicionescompatibles con la protección del medio ambientey el desarrollo económico.
¡Hay que decirlo en la cumbre sobre el desarrollosostenible que se celebra este mes en Johannes-burgo!
F R A Y P A U L I N O , S / N . 3 3 6 0 0 M I E R E S ( A S T U R I A S ) .
T F N O : 9 8 5 4 6 7 1 8 0 . F A X : 9 8 5 4 5 3 8 8 8 .
w w w . f a e n . i n f o
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