Modern Széntüzelésű Erőművek

Modern Széntüzelésű Erőművek Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 2011-2012 II. félév Katona Zoltán zoltan.katona@eon-energie.com Tel.: 06-30-415 1705 1

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

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

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

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!) (1200 1400 USD/kW PC, 1400-2000 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

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% 1850 1890 1920 1940 1957 1975 2000 2035 2080 6

Millió toe Szénfelhasználás 1400 A világ szénfelhasználása 6,9%-al bővült 2003-ban! Az 1993-2003 között átlag 1,7%-al nőtt, ebből Távol-Kelet: 3,7%/év 1200 1000 1993 M toe 2003 M toe 800 600 400 200 A világ szénfelhasználása 1993-2003 0 Észak-Amerika Dél- és Közép- Amerika Európa és Eurázsia Afrika és Közel- Kelet Távol-Kelet 7

Szénfelhasználás 8

Szénfelhasználás 9

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

Szénfelhasználás Energiaforrások részaránya a világ villamos energia termelésében Forrás: EIA 1999 40% 30% 20% 1996 2010 10% 0% Szén Olaj Földgáz Nukleáris energia Megújuló energia 11

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

TJ primerenergia Szénfelhasználás Villamos energia termelés és hőszolgáltatás Magyarországon közcélú erőművekben, 2002 450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 1955 1965 1975 1985 1990 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 hasadóanyag TJ földgáz TJ olaj TJ feketeszén TJ barnaszén TJ lignit TJ 13

Szénfelhasználás 14

Szénfelhasználás Erőművek energiahordozófelhasználása(2010: 403 882 TJ) (MEH/MAVIR: VER 2010 évi statisztikai adatai) 15

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

Szénfelhasználás A hálózatra adott villamos energgia forrásszerkezete (Stróbl) hasadóanyagból földgázból importból lignitből szénből megújulókból 2003 2004 2005 olajból 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 17

Szénfelhasználás 18

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

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

Széntartalékok régiónként Széntartalékok, Mrd tonna 140 120 100 80 60 40 20 0 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

Széntartalékok régiónként 22

Mt Energiahordozó vagyon Magyarországon 7000 6000 5000 4000 Termelés 2002-ben Mt Földtani vagyon Mt Ipari vagyon Mt Kitermelhető Mt 3000 2000 1000 0 Fekete kőszén Barna kőszén Lignit Kőolaj Földgáz Termelés 2002-ben Mt 0,66 4,57 7,57 1,05 3,13 Földtani vagyon Mt 1594 3199,6 5820 222 173 Ipari vagyon Mt 197 194 2950 22,2 67 Kitermelhető Mt 1975 2162 4418 26,4 79 23

Mt/év A világ kőszéntermelése és exportja, 2001/2005 (erőművi + kokszolható szenek) 2500 2000 termelés (2001) Mt/év ebből export (2001) Mt/év termelés (2005) Mt/év 1500 ebből export (2005) Mt/év 1000 500 0 Kína USA India volt SU* Dél-Afrika Ausztrália Lengyelország Indonézia 24

millió t/év A világ legnagyobb kőszénimportőrei (erőművi + kokszolható szenek) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Japán Dél-Korea Taipei Nagy- Britannia India Eu15 Köszénimport (erőművi + koksz szén) Mt/év 25

Mtce A világ legnagyobb kőszénimportőrei Dr. Fatih Birol IEA 2011 Major coal net importers 400 300 200 India China Japan European Union 100 0 2009 2020 2035 2009 2020 2035 26

Millió t/év A nemzetközi szénkereskedelem felfutása 350 300 250 Erőművi szén Koksz szén 200 150 100 50 0 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 Megjegyzés: az elmúlt 25 évben nemzetközi erőműviszén-keresekedelem évi 7%-nál nagyobb mértékben bővült. 27

A nemzetközi szénkereskedelem felfutása 28

A nemzetközi szénkereskedelem régiónként 29

Tenegeri szállítású szénkereskedelem 30

Euro cent/kwh Villamos energia változó tüzelőanyag-költségéenk alakulása 2003-2009 Villamos energia tüzelőanyag költségei, 2003 április - 2006 november Gáz UK 9 8 Fűtőolaj 1%, NW Eu Szén, CIF ARA 7 6 5 4 3 2 1 2002. 12. 10. 2003. 6. 28. 2004. 1. 14. 2004. 8. 1. 2005. 2. 17. 2005. 9. 5. 2006. 3. 24. 2006. 10. 10. 2007. 4. 28. 2007. 11. 14. 2008. 6. 1. 2008. 12. 18. 2009. 7. 6. 31

energia árak alakulása 1987-2005 forrás: WCI report 2006 Olajár USD/toe földgázár USD/toe szénár USD/toe 32

Energia árak alakulása 2005-2006 70 60 50 40 30 Telephelyi szénár: 600 800 HUF/GJ (vízi vagy vasúti szállítás) 50 EUR/t szénár, 260 HUF/EUR mellett 20 10 0 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

Brent típusú olaj árának alakulása 34

Orosz földgáz árának alakulása 35

Ausztrál szén árának alakulása 36

Co2 kvóták árának alakulása

Új erőművek összköltsége /MWh 70 60 50 Menetrend-tartó Teljes terhelés: 4.000 h/a CO 2 költség 10 /t CO 2 Fuel O&M CAPEX Alaperőmű teljes terhelés: 7.500 h/a 40 30 20 10 0 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

Merit order (CO2 kvóták hatása nélkül) Villamos energia Változó költsége Alapterhelésű import szenes erőmű összkököltsége Alapterhelésű import szenes erőmű változó kököltsége 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 MW 39

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

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

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