Modern Széntüzelésű Erőművek

Átírás

1 Modern Széntüzelésű Erőművek Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem II. félév Katona Zoltán Tel.:

2 Tematika, jellemzői Széntüzelés, szén égése Szén tüzelés környezeti hatásai Erőművi széntüzelésű technológiák Szénportüzelés Fluidágyas technológiák I. Fluidágyas technológiák II. Szénelgázosítás Egyéb szénbázisú technológiák 2

3 Múlt-jelen-jövő? Változó szerep, múlt: helyi felh., jelen: globális (Kína: tengeri szállítás, acél, szén), jövő:??? Múlt/jelen: felhasználás 50 km-en belül (erőművi felhasználás 60%-a) Jelen/jövő: felh. 20%-a nemzetközi kereskedelmen keresztül és az arány intenzíven növekszik Technológiák/környezetvédelem harca 3

4 A szén ill. más energiahordozók szerepét befolyásoló tényezők fejlesztési cél: profit max.: olcsó energiaforrásból minél több vill. energia (hatásfok) alacsony költséggel (Capex, O&M) Szén ill. más en. hordozók felh.-nak alakulása (kereslet) Van-e, lesz-e szén/olaj/gáz/hasadó anyag? (tartalékok) Hozzáférés az energia hordozó vagyonhoz (eloszlás) Az energiahordozók eljuttatása a felhasználóhoz (kereskedelem, szállítás) Felhasználás gazdaságossága (energia termelés) energiahordozó ára szállítási költség átalakítás hatásfoka CAPEX (környezetvédelem is befolyásolja) O&M költség egyéb költség: pl. CO2 quóta kereskedelem, technológia váltás költsége Szénfelh. problémái (pl. társadalmi elfogadottság) Technológiai fejlesztési irányok 4

5 Energiahordozók összehasonlítása Villamos energia termelés szempontjából Olcsó energia források: nap, szél, víz, (bio) stb. Korlátlanul rendelkezésre állnak Energia átalakítás hatásfoka alacsony (rendelkezésre állás stb.) O&M költs.: alacsony Rugalmatlan (nehezen idomul az igényekhez) Beruházási költség magas (fotov.: 3,000 10,000 USD/kW) Környezetvédelmi költség: általában alacsony Drága energia források: olaj, gáz. Korlátozott tartalékok. Energia átalakítás hatásfoka magas (50-70%) O&M költs.: 3-3,5% Capex CCGT Nagyon rugalmas (gyors igényváltozást is tud követni) Beruházási költség: rel. alacsony (xxx USD/kW) Környezetvédelmi költség: viszonylag alacsony Közepes árú energia források: szén, hasadó anyag. Bőségesen rendelkezésre állnak Energia átalakítás hatásfoka mérsékelt vagy magas (35-50%) O&M költs.: 4,5-5% Capex PC Tárolással viszonylag rugalmas (periodikus szállítás) Beruházási költség: magas vagy nagyon magas (környezetvédelem!) ( USD/kW PC, USD/kW IGCC,??? Atome.) Környezetvédelmi költség: magas vagy elfogadhatatlan (atomerőmű?) Energiahordozó árát nem tudjuk befolyásolni, ezért az energiaátalakítás hatásfokát jobban kell növelni, mint a beruházási költséget, O&M költséget úgy, hogy a környezetvédelmi előírásoknak is eleget tegyünk. 5

6 Szénfelhasználás Primerenergia felhasználás részarányai 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Hagyományos megújuló Biomassza Egyéb Napenergia Vízenergia Nukleáris energia Földgáz Olaj Szén 10% 0%

7 Millió toe Szénfelhasználás 1400 A világ szénfelhasználása 6,9%-al bővült 2003-ban! Az között átlag 1,7%-al nőtt, ebből Távol-Kelet: 3,7%/év M toe 2003 M toe A világ szénfelhasználása Észak-Amerika Dél- és Közép- Amerika Európa és Eurázsia Afrika és Közel- Kelet Távol-Kelet 7

8 Szénfelhasználás 8

9 Szénfelhasználás 9

10 Szénfelhasználás Szénfelhasználás a villamosenergia iparban % 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Lengyelország Dél-Afrika Ausztrália Kína Csehország Görögország India USA Dánia Németország Hollandia Eu15 Magyarország 10

11 Szénfelhasználás Energiaforrások részaránya a világ villamos energia termelésében Forrás: EIA % 30% 20% % 0% Szén Olaj Földgáz Nukleáris energia Megújuló energia 11

12 Szénfelhasználás Szénfelhasználás kategóriánként Acélipar 16% Egyéb ipar acél ipar nélk. (beleértve cement ipart) 5% Egyéb 2% Kereskedelem, szállítás, mezőgazdaság és egyéb iparágak 10% Háztartási 5% Erőművek és fűtőművek (beleértve vill. en. termelés és CHP) 62% 12

13 TJ primerenergia Szénfelhasználás Villamos energia termelés és hőszolgáltatás Magyarországon közcélú erőművekben, hasadóanyag TJ földgáz TJ olaj TJ feketeszén TJ barnaszén TJ lignit TJ 13

14 Szénfelhasználás 14

15 Szénfelhasználás Erőművek energiahordozófelhasználása(2010: TJ) (MEH/MAVIR: VER 2010 évi statisztikai adatai) 15

16 Szénfelhasználás Magyarországi erőművi szénfelhasználás, 2002 MJ/kg 7,2 Mátrai Lignit MJ/kg MJ/kg 9,7 8,3 Borsodi szén Nógrádi szén MJ/kg 13,3 Dorogi szén MJ/kg 10,7 Tatabánya környéki szén MJ/kg 10,7 Oroszlány környéki szén MJ/kg 23,4 Egyéb szén MJ/kg 7,2 Középdunántúli szén MJ/kg 11,9 Mecseki szén 16

17 Szénfelhasználás A hálózatra adott villamos energgia forrásszerkezete (Stróbl) hasadóanyagból földgázból importból lignitből szénből megújulókból olajból 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 17

18 Szénfelhasználás 18

19 Széntartalékok eloszlása Széntartalom/fűtőérték Nedvesség tartalom Alacsony fűőértékű szenek 48% Kőszenek 52% Lignit 20% Barnaszenek 20% Feketeszenek 51% Antracit ~1% Hőtermelésre erőművi szenek Fémfeldolgozás kokszolható szenek Főleg villamos energia termelés Vill. en. term. Cement ipar Ipari felhasználás Acél gyártás Lakossági és ipari felhasználás 19

20 Primerenergia tartalékok Regionális Földgáz-tartalékok (kb. 65 év), % Regionális széntartalékok (több mint 200 év), % Közel Kelet 34% Dél- és Közép- Amerika 4% Ausztrália és Ázsia 7% Észak-Amerika 6% Afrika 7% Európa 4% Egyéb Ázsia 9% Kína 12% Ausztrál-Ázsia térség 9% Észak-Amerika 27% Dél- és Közép- Amerika 2% volt SU államok 38% volt SU államok 23% Afrika és Közel-Kelet 6% Európa 12% Regionális Olajtartalékok (kb. 45 év), % Dél- és Közép- Amerika 9% Ausztrália és Ázsia 4% Észak-Amerika 8% Afrika 7% Közel Kelet 64% Európa 2% volt SU államok 6% 20

21 Széntartalékok régiónként Széntartalékok, Mrd tonna Észak- Amerika Dél- és Közép- Amerika Afrika és Közel- Kelet Nyugat- Európa Középés Kelet- Európa, volt SU államok Kína Egyéb Ázsia Ausztrál- Ázsia térség 21

22 Széntartalékok régiónként 22

23 Mt Energiahordozó vagyon Magyarországon Termelés 2002-ben Mt Földtani vagyon Mt Ipari vagyon Mt Kitermelhető Mt Fekete kőszén Barna kőszén Lignit Kőolaj Földgáz Termelés 2002-ben Mt 0,66 4,57 7,57 1,05 3,13 Földtani vagyon Mt , Ipari vagyon Mt ,2 67 Kitermelhető Mt ,

24 Mt/év A világ kőszéntermelése és exportja, 2001/2005 (erőművi + kokszolható szenek) termelés (2001) Mt/év ebből export (2001) Mt/év termelés (2005) Mt/év 1500 ebből export (2005) Mt/év Kína USA India volt SU* Dél-Afrika Ausztrália Lengyelország Indonézia 24

25 millió t/év A világ legnagyobb kőszénimportőrei (erőművi + kokszolható szenek) Japán Dél-Korea Taipei Nagy- Britannia India Eu15 Köszénimport (erőművi + koksz szén) Mt/év 25

26 Mtce A világ legnagyobb kőszénimportőrei Dr. Fatih Birol IEA 2011 Major coal net importers India China Japan European Union

27 Millió t/év A nemzetközi szénkereskedelem felfutása Erőművi szén Koksz szén Megjegyzés: az elmúlt 25 évben nemzetközi erőműviszén-keresekedelem évi 7%-nál nagyobb mértékben bővült. 27

28 A nemzetközi szénkereskedelem felfutása 28

29 A nemzetközi szénkereskedelem régiónként 29

30 Tenegeri szállítású szénkereskedelem 30

31 Euro cent/kwh Villamos energia változó tüzelőanyag-költségéenk alakulása Villamos energia tüzelőanyag költségei, 2003 április november Gáz UK 9 8 Fűtőolaj 1%, NW Eu Szén, CIF ARA

32 energia árak alakulása forrás: WCI report 2006 Olajár USD/toe földgázár USD/toe szénár USD/toe 32

33 Energia árak alakulása Telephelyi szénár: HUF/GJ (vízi vagy vasúti szállítás) 50 EUR/t szénár, 260 HUF/EUR mellett Quelle: EST-TA Jan. 05 Mrz. 05 Mai. 05 Jul. 05 Sep. 05 Nov. 05 Jan. 06 Mrz. 06 Mai. 06 Jul. 06 Sep. 06 Nov. 06 TFS API#2 Cal 07 in EUR/t Power Cal 07 in EUR/MWh Point Carbon CO2 Cal 07 in EUR/t TTF Cal 07 in EUR/MWh Oil Brent Front Month in EUR/bbl 33

34 Brent típusú olaj árának alakulása 34

35 Orosz földgáz árának alakulása 35

36 Ausztrál szén árának alakulása 36

37 Co2 kvóták árának alakulása

38 Új erőművek összköltsége /MWh Menetrend-tartó Teljes terhelés: h/a CO 2 költség 10 /t CO 2 Fuel O&M CAPEX Alaperőmű teljes terhelés: h/a Atome. Feketeszén* CCGT Atome. Feketeszén* CCGT * Nem tengerparti telephely Üzembe helyezés: 2010, 2004 évi árbázison, 100% CO 2 kvóta vásárlás esetén. Amennyiben teljes CO2 kvótát megkapják az erőművek az első 14 évben, csökken a CCGT előnye mindkét terhelési esetben. 38

39 Merit order (CO2 kvóták hatása nélkül) Villamos energia Változó költsége Alapterhelésű import szenes erőmű összkököltsége Alapterhelésű import szenes erőmű változó kököltsége MW 39

40 VER tartamdiagramja (MEH/MAVIR: VER 2010 évi statisztikai adatai) 40

41 Energetikai szénfelhasználás kihívásai Eredetileg olcsó energiahordozó alacsony beruházási költséggel! Szállítási költségek növekednek Magasabb hatásfokú berendezések miatt CAPEX növ. Környezetvédelmi problémák miatt CAPEX növ. és hatásfok csökk. (FGD) Bonyolultabb berendezések: megbízhatóság csökkenés. Extra költségek: körny. terh. Díj, CO2 kvóták. O&M magas költségek (több személyzet, salakosodás, erózió, zagyelhelyezés stb.) 41

42 Fejlesztési irányok Feladat: olcsón növelni hatásfokot, olcsón csökkenteni a környezetszennyezést. Még olcsóbb szénfajták (szénhulladékok hasznosítása) Magasabb hatásfokú körfolyamatok (gőzparaméterek növelése, kombinált ciklusú erőművek) Tüzelés közbeni légszennyező anyag csökkentés (nem kell füstgáz tisztító) Technológia fejlesztés: Energiatermelésre már használt technológiák továbbfejlesztése (szénportüzelés- PC) Máshol használt technológiák adaptálása (CCGT, FC) Teljesen új technológia kifejlesztése (Magnetohidrodinamikus erőmű) 42