PE_2_NAJ_Elektrownie gazowe OK
Transkrypt
PE_2_NAJ_Elektrownie gazowe OK
Gaz przyszłością energetyki? Autor: Grzegorz Ozaist („Polska Energia” – nr 2/2013) Gaz ziemny jako paliwo dla elektroenergetyki stosuje się od wielu lat. Ostatnio, ze względów ekologicznych i ekonomicznych, zainteresowanie tym paliwem rośnie Amerykańska „rewolucja łupkowa” zmieniła światowy rynek gazu ziemnego: Doprowadziła do zainteresowania wydobyciem gazu z łupków w wielu krajach i zwiększenia opłacalności inwestycji w elektrownie gazowe. Jeszcze kilka lat temu uważano, że światowe zasoby gazu ziemnego skończą się w ciągu 20-40 lat. Dziś wiadomo, że dzięki odkryciu nowych złóż i wprowadzeniu nowoczesnych technologii wydobycia błękitne paliwo będzie nam towarzyszyć znacznie dłużej. Budowa elektrowni zasilanych gazem ziemnym jest znacznie mniej kosztowna od inwestycji w inne źródła energii elektrycznej, krótszy jest też czas ich budowy. Jednak o opłacalności produkcji elektryczności w siłowniach gazowych w znaczącej części decyduje cena paliwa. A tu rozrzut jest duży – od około 100 dol. w Stanach Zjednoczonych do ponad 450 dolarów za tysiąc m sześc. (jak w Polsce). Od przedwojennej staruszki do arabskiego giganta Pierwszą przemysłową instalacją, w której zastosowano turbinę gazową do wytwarzania energii elektrycznej, była siłownia uruchomiona w 1939 r. w Neuchatel w Szwajcarii. Turbina napędzała generator. Urządzenie zbudowała spółka BCC Brown Boveri & Cie i działało ono od 1939 do 2002 r. Moc instalacji wynosiła 4 MW, a sprawność 17,4 proc. (współczesne elektrownie gazowo-parowe osiągają nawet 60 proc.). Jednym z ojców współczesnych turbin gazowych był Aurel Stodola, słowacki inżynier i fizyk, profesor uniwersytetu w Zurychu, który nadzorował testy prowadzone podczas montażu najstarszej turbiny energetycznej. Dziś spędza ona emeryturę w szwajcarskiej miejscowości Birr – znajduje się w nowoczesnym budynku ufundowanym przez władze koncernu Alstom, który przejął firmę Brown Boveri i właśnie w Birr ma zakłady oraz centrum badawczo-rozwojowe. Do największych współczesnych elektrowni gazowych należą obiekty w Japonii – gaz może stać się w Kraju Kwitnącej Wiśni podstawowym paliwem do produkcji elektryczności, jeśli władze w Tokio ostatecznie zrezygnują z elektrowni atomowych. Trudno jednak wskazać największą elektrownię gazową na świecie – nowe jednostki powstają szybko, wciąż powiększając zainstalowaną moc. Można przyjąć (w ujęciu geograficznym), że prawdopodobnie największą moc osiągnęła Jebel Ali Power and Desalination Station w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. To w rzeczywistości kompleks siłowni z instalacjami odsalania wody, rozbudowywany już w latach 80. ubiegłego wieku. Pod koniec roku 2011 moc zainstalowana Jebel Ali przekraczała 6600 MW, a po zakończeniu kolejnej inwestycji mocno przekroczyła 7000 MW. Wszystkie siłownie są wyposażone w instalacje odsalania wody – mogą dziennie uzdatnić 400 MIGD – milionów galonów imperialnych dziennie, (czyli ponad 1800 mln l wody). Najnowsze dziecko tego kompleksu to elektrownia parowogazowa oddana do użytku w ubiegłym roku. Ma 2000 MW zainstalowanej mocy i wydajny system odsalania. Składa się z sześciu turbozespołów. Japonia stawia na gaz O ile dla władz w Dubaju potężne inwestycje w rozbudowę systemu elektroenergetycznego w dużej mierze wiążą się z koniecznością pozyskiwania słodkiej wody, o tyle dla pozbawionej paliw kopalnych Japonii najważniejsze wyzwania to bezpieczeństwo dostaw i sprostanie zapotrzebowaniu. Przy wytwarzaniu na poziomie 1000 TWh rocznie Kraj Wschodzącego Słońca jest jednym z największych producentów elektryczności na świecie. Przez lata źródła wytwarzania były zrównoważone: elektrownie węglowe, gazowe i jądrowe miały podobne udziały w produkcji. Po trzęsieniu ziemi, tsunami i zniszczeniu reaktorów w Fukushimie w 2011 r. sytuacja się zmieniła: energetyka jądrowa prawdopodobnie pójdzie w odstawkę, a siłownie gazowe mogą stać się głównym źródłem zasilania. Już dziś japońskie obiekty okupują czołówkę listy największych elektrowni gazowych na naszym globie. W pierwszej dziesiątce poza Jebel Ali figurują jeszcze dwie siłownie: z Rosji i z Tajwanu. Pozostałe miejsca zajmują instalacje japońskie. Elektrownia Kawagoe, należąca do spółki Chubu Electric Power, ma moc 4802 MW. Gaz ziemny wykorzystywany jest w niej jako paliwo do produkcji pary napędzającej turbiny. Korporacja ma elektrownie o łącznej mocy prawie 24 GW, w tym cztery gazowe (łącznie 10758 MW) i jedną dwupaliwową, na gaz i lekki olej opałowy, o mocy 3966 MW. Po zwiększeniu dostaw w wyniku zawieszenia działalności elektrowni atomowej siłownie zużywają rocznie ok. 13 mln ton LNG (ang. Liquefied Natural Gas – gaz ziemny w postaci ciekłej). To prawie 18 mld m sześc. – znacznie więcej niż zużywa cała Polska. Dostawy zapewnia 190 statków rocznie. Głównym dostawcą jest Katar, znaczący udział mają Nigeria i Rosja. Inna wielka elektrownia, Himeji, należy do Kansai Electric Power i ma niemal 4000 MW. Koncern kilka lat temu zadecydował o przeróbce cieplnych elektrowni gazowych na elektrownie gazowo-parowe, w których działa turbina gazowa napędzana spalinami, natomiast ciepło spalin wykorzystuje się w turbinie parowej. Himeji w nowym wcieleniu rozpocznie pracę w tym roku. Elektrownie proste i złożone Współcześnie producenci oferują dwa rodzaje elektrowni gazowych: pracujące w obiegu prostym (simple cycle power plants) lub łączonym, gazowo-parowym (combined cycle power plants). W pierwszym przypadku jest to turbina gazowa z generatorem, stosunkowo prosta konstrukcja, najlepiej sprawdzająca się w roli elektrowni szczytowej, dostarczającej energię elektryczną w razie potrzeby – np. przy szybkim wzroście zapotrzebowania lub do zastąpienia innego źródła w razie awarii albo źródeł odnawialnych (np. farm wiatrowych) w czasie, kiedy nie są w stanie wytwarzać elektryczności. Są stosunkowo tanie, można je postawić w bardzo krótkim czasie. Alstom wybudował taką jednostkę w F’Kirinie w Algierii. Umowę podpisano w sierpniu 2003 r., a w październiku roku następnego siłownia o mocy 300 MW już działała. Prawdopodobnie to najszybciej zbudowana elektrownia cieplna. Podobną elektrownię postawiono w ciągu 16 miesięcy w miejscowości Braemar w Australii. Drugie rozwiązanie łączy turbinę gazową z parową, wykorzystując ciepło spalin przechodzących przez turbinę gazową. Takie rozwiązanie podnosi sprawność powyżej 50 proc. nawet do 60 – nowoczesne elektrownie cieplne osiągają ok. 45 proc. W cyklu łączonym działa australijska elektrownia Pelican Point o mocy 487 MW. Gaz ziemny spala się w mieszaninie ze sprężonym powietrzem, rozgrzane do wysokiej temperatury spaliny wprowadzają w ruch turbinę gazową, a następnie trafiają do generatora pary, która trafia na turbinę parową. Pelican Point osiągnął sprawność przekraczającą 53 proc. Gazowa przyszłość Od kilku lat pojawiają się nowe rozwiązania, jak uzupełnienie obiegu łączonego o słoneczną energię cieplną (Integrated Solar Combined Cycle – ISCC). Działają już pierwsze takie instalacje. Rozwiązanie polega na zbudowaniu tzw. wieży słonecznej, gdzie np. płaskie tafle heliostatów (specjalnych zwierciadeł) kierują promienie słoneczne na umieszczony w wieży odbiornik (kolektor) przekazujący ciepło do nośnika. Pozyskane ciepło może służyć do wstępnego ogrzewania powietrza, które wraz z paliwem trafi do komory spalania, do reformingu paliwa (procesu wpływającego na jego większą oktanowość) lub wsparcia produkcji pary dla turbiny parowej. Według firmy General Electric elektrownia gazowoparowa o mocy 510 MW i sprawności ok. 61 proc. dzięki dołączeniu instalacji solarnej mogłaby tę sprawność zwiększyć powyżej 70 proc. GE w 2009 r. uruchomiło siłownię demonstracyjną o mocy 5 MW w Kalifornii. W Hassi-R’mel w Algierii działa elektrownia ISCC osiągająca moc 150 MW, przy czym 20 MW zawdzięcza ciepłu pochodzącemu z 224 słonecznych kolektorów parabolicznych. Gaz ziemny od lat odgrywał ważną rolę w światowej energetyce, ale dopiero od niedawna staje się dla wielu inwestorów prywatnych i państw paliwem pierwszego wyboru. Przede wszystkim przyczyniły się do tego Stany Zjednoczone i upowszechnienie gazu łupkowego – wzrost produkcji i szybki spadek cen praktycznie uniezależniły Waszyngton od importu gazu ziemnego, co spowodowało spadki cen surowca na świecie, szczególnie w transakcjach spot, gdzie handluje się dostawami LNG. W źródła gazowe inwestuje Chile, by zmniejszyć zależność od zagrożonych suszami elektrowni wodnych. Chiny budują elektrownie gazowe, by zmniejszyć udział węgla w energetyce. W Polsce ruszyła budowa elektrociepłowni gazowo-parowej o mocy elektrycznej 450 MW w Stalowej Woli, wspólne przedsięwzięcie Taurona i PGNiG. Na razie największa elektrociepłownia gazowa działa w Zielonej Górze. Jej moc elektryczna wynosi 198 MW.