Эта газовая электростанция без выбросов углерода и загрязнения воздуха? Оно работает.

Игра в улавливание углерода скоро изменится.

Демонстрационная установка NET Power мощностью 50 МВт в Ла-Порте, штат Техас, сжигает природный газ без выбросов углекислого газа.

Электростанция, работающая на природном газе Net Power, в Ла-Порте, штат Техас.





Чистая мощность

Еще в апреле 2016 года я писал об интересной новой технологии, строительство которой только начиналось: Чистая мощность электростанция, работающая на природном газе. Он пообещал улавливать собственные выбросы углекислого газа не в виде отдельного, дорогостоящего и энергоемкого процесса, как традиционные установки для улавливания углерода, а как часть цикла сгорания. Компания заявила, что эта технология в конечном итоге позволит ей производить электроэнергию по ценам ниже, чем у традиционных электростанций, работающих на ископаемом топливе, - со встроенным улавливанием углерода.

Net Power только что начал работу на небольшой электростанции мощностью 50 МВт в Ла-Порте, штат Техас, чтобы продемонстрировать, что технология может работать.

По состоянию на прошлый год завод завершил строительство. И на этой неделе он достиг первый огонь и работает батарея тестов предназначен для того, чтобы все работало нормально. Если все пойдет хорошо - ведущий дизайнер и инженер-химик Родни Аллам. недавно сказал Природа , мы все еще улыбаемся - в этом году электростанция начнет полноценно вырабатывать электроэнергию. Компания планирует построить еще одну станцию ​​мощностью 300 МВт примерно в 2020 году.



Это будет очень большое дело. Природный газ с нулевым выбросом углерода и без загрязнения воздуха (я уже упоминал об отсутствии загрязнения воздуха?) Стал бы отличным дополнением к возобновляемым источникам энергии и более чистым путем для стран, которые сейчас планируют увеличить использование ископаемого топлива. Это изменит улавливание углерода из чего-то дорогого, обременительного и несущественного в нечто неотъемлемое для электростанций. Но ему все равно нужно будет найти место, чтобы закопать весь этот CO2, или найти кого-нибудь, кому его продать.

Для получения дополнительной информации о том, как работает электростанция и ее (значительных) последствиях, я даю вам свое объяснение от 2016 года, которое актуально:

Я всегда скептически относился к улавливанию и секвестрации углерода на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Дело не столько в технологических барьерах - они серьезные, хотя и не непреодолимые, - сколько в цене.



Электростанции, работающие на ископаемом топливе, постоянно становятся более эффективными, но проблема в том, насколько эффективна ваша установка, для улавливания выбросов углекислого газа требуется установка болтов на второй установке для обработки и отделения отработанных газов. Этому второму объекту требуется электроэнергия (это «паразитная нагрузка», снижающая эффективность), и это увеличивает капитальные затраты.

Уголь и природный газ уже проигрывают ветру во многих областях без секвестрации. Если вы добавите секвестрацию, даже если ветер и солнечная энергия становятся все дешевле и дешевле, как можно будет конкурировать с ископаемым топливом с CCS?

проект kemper ccs

Проект Kemper, установка для газификации угля с CCS, предпринятая в штате Миссисипи компанией Southern Company.



Википедия

Но Net Power утверждает, что может улавливать углерод без отдельной установки, как часть самого процесса сгорания, без каких-либо дополнительных затрат.

Фактически, в нем говорится, что он может генерировать электроэнергию более эффективно, чем обычные электростанции, с меньшими физическими размерами и нулевым загрязнением воздуха. а также улавливать углерод - и все это при капитальных затратах ниже, чем у традиционных электростанций.



Это опрометчивый набор утверждений. Если они подтвердятся на практике, это может быть очень важно. Давайте рассмотрим подробнее.

Электроэнергия на природном газе без выбросов

Net Power работает в сотрудничестве с некоторыми известными компаниями на своей электростанции в Техасе. Exelon Generation будет управлять заводом. CB&I , инфраструктурная компания, будет предоставлять «инжиниринговые, материально-технические и строительные услуги». Материнская компания Net Power, 8 Риверс Кэпитал , обеспечит постоянное развитие технологий. А также Toshiba будет разрабатывать ключевые компоненты (в основном турбину). Демонстрационная установка мощностью 50 МВт призвана убедить инвесторов в том, что технология работает.

чистая мощность ( Чистая мощность )

Так что это за технология? Это называется Цикл Аллама , названный в честь ведущего изобретателя Родни Аллама. Это - приготовьтесь - «кислородно-топливный сверхкритический цикл с высоким давлением с высокой степенью рекуперации и сверхкритическим циклом CO2».

Давайте посмотрим, сможем ли мы разобраться в этом, по крайней мере, достаточно, чтобы понять, почему это важно. Вот диаграмма:

цикл аллама ( Чистая мощность )

Есть техническое объяснение здесь и более удобоваримая статья Аллама здесь ; мы просто коснемся основ.

На типичных электростанциях топливо смешивается с воздухом и сжигается. «Кислородное топливо» означает, что установка Net Power смешивает топливо (в данном случае природный газ) с чистым кислородом, производимым блоком разделения воздуха (ASU).

Использование чистого кислорода, а не воздуха, практически устраняет NOx, один из наихудших загрязнителей воздуха природным газом.

В камере сгорания смесь из примерно 5% кислородного топлива и 95% диоксида углерода сжигается при 'сверхкритический' температуры и давления для привода турбины.

В отличие от большинства электрических турбин, которые работают на паре, турбина на заводе Net Power специально построена для работы на углекислом газе под давлением. Это гидротурбина, а не паровая турбина с диоксидом углерода в качестве рабочего тела. (Вы можете узнать больше о турбине в этом отличный газотурбинный мир .)

Уменьшенная версия Toshiba

Уменьшенная версия новой турбины CO2 от Toshiba.

( Газотурбинный мир )

После вращения турбины и выработки электроэнергии отработанная жидкость (диоксид углерода и вода) пропускается через теплообменник, вода конденсируется и отделяется.

Остается чистый (90 с лишним процентов) углекислый газ, который затем подвергается повторному давлению в компрессоре и готовится к отправке в трубопровод. Затем его можно использовать для увеличения нефтеотдачи (EOR) или изолировать. (Подробнее об этом через минуту.)

Но основная часть углекислого газа повторно нагревается в теплообменнике и снова используется в камере сгорания. Вот что означает «высокая степень рекуперации» - большая часть CO2 повторно используется снова и снова.

Итак, вот и мы: «кислородно-топливный сверхкритический цикл с высоким давлением с высокой степенью рекуперации и сверхкритическим циклом CO2».

Почему это имеет значение?

Грязные гадости Net Power собираются на своем демонстрационном предприятии.

Грязные гадости Net Power собираются на своем демонстрационном предприятии.

( PR Newswire )

Более эффективная мощность при меньшей занимаемой площади по более низкой цене

Сжигание топлива с чистым кислородом при высоких температурах чрезвычайно эффективно, позволяя избежать большинства выбросов в атмосферу и извлечь больше энергии из того же количества топлива. Но самый большой скачок здесь - использование углекислого газа, а не пара в качестве рабочего тела.

Когда вода кипятится для образования пара, он расширяется и приводит в движение турбину. Но для охлаждения пар необходимо выводить из системы, чтобы не потерять все давление. Это означает, что отработанное тепло, отводимое из градирен, теряет от 30 до 40 процентов энергии, создаваемой сгоранием.

На заводе Net Power тепло от отработанной жидкости рециркулируется в теплообменник, сохраняя эту энергию и существенно повышая эффективность.

Визуализация чистой мощности

Рендеринг демонстрационной установки Net Power.

( Чистая мощность )

В настоящее время наиболее эффективные станции, работающие на природном газе - современные парогазовые установки, - по прогнозам, достигнут КПД около 62 процентов. Net Power и Toshiba ожидают 59-процентной эффективности в этой первой итерации.

И помните: эти 62 процента не связаны с улавливанием углерода. Улавливание углерода означало бы установку другого блока болтами, откачивание энергии, увеличение затрат и снижение эффективности газовой установки до 48 процентов. Net Power рассчитывает на 59-процентную эффективность при 100-процентном улавливании углекислого газа в трубопроводе.

Газовые турбины с комбинированным циклом (ПГУ) эффективны, потому что они объединяют два цикла, отсюда и название. После цикла газовой турбины осталось достаточно тепла, чтобы запустить цикл паровой турбины (с меньшим энергопотреблением):

план комбинированного цикла природного газа ( Чистая мощность )

Завод Net Power исключает этот второй цикл. А из-за высокого давления его компоненты меньше, чем у обычных турбин. Оба этих преимущества сокращают площадь предприятия:

размер электростанции ( Чистая мощность )

(IGCC означает комбинированный цикл интегрированной газификации, наиболее эффективный способ сжигания угля. NGCC означает комбинированный цикл природного газа.)

Поскольку установки проще (всего один цикл) и меньше, Net Power считает, что они будут иметь более низкие капитальные затраты, чем обычные установки.

В качестве финального бонуса используется только немного воды для охлаждения. Установка может переключиться на воздушное охлаждение с небольшим (2,5%) снижением эффективности и, таким образом, превратиться в чистую воду. режиссер . Это важно в эпоху, когда вода угрожает Ахиллесова пята ТЭС США .

мощность и вода ( Институт мировых ресурсов )

Итак: более эффективная электроэнергия, с нулевым загрязнением воздуха, практически без потребления воды и встроенная система улавливания углекислого газа в трубопроводе ... по более низкой цене, чем лучшие современные электростанции, работающие на ископаемом топливе. Довольно смелое обещание.

Другие приложения Net Power

Обратите внимание, что основная технология - кислородное топливо + турбина на углекислом газе - не ограничивается природным газом.

8 Rivers также работает над установкой для угля, что будет включать добавление установки газификации угля и дополнительную очистку на стадии разделения воды.

Лучшие угольные электростанции IGCC теперь нацелены на КПД около 44%; ожидается, что производительность завода Allam Cycle достигнет 51 процента (опять же, с улавливанием углерода).

Процесс цикла Аллама с присоединенной газификацией угля.

Процесс цикла Аллама с присоединенной газификацией угля.

( 8 Риверс Кэпитал )

Техническое описание Аллама Примечания:

Другие разрабатываемые проекты включают гибридную систему, работающую на солнечном и ископаемом топливе, установку, интегрированную с регазификацией сжиженного природного газа, и систему, интегрированную непосредственно с операциями по увеличению нефтеотдачи.

Цикл Аллама теоретически может очистить любое производство энергии на ископаемом топливе, если он окажется настолько рентабельным, как ожидает Net Power. Это, конечно, большое «если».

И если технология работает, проблемы все равно остаются.

Место Net Power в общей картине климата

Самая большая проблема - что делать со всем углекислым газом. Если предприятия Net Power смогут продавать свой углекислый газ предприятиям по ПНП, это повысит их конкурентоспособность.

Но это ограниченный выход; Масштабы выработки электроэнергии на ископаемом топливе намного превышают способность МУН поглощать углекислый газ. (И в любом случае использовать предотвращенные выбросы углерода для того, чтобы выкапывать больше углерода, несколько извращенно.)

Что произойдет, если эта технология расширится, и мы начнем иметь дело с тоннами и тоннами углекислого газа? Секвестрация CCS все еще вырисовывается. Кто-то должен за это заплатить.

Если предприятиям придется платить за это самостоятельно, при отсутствии цены на углерод, это может нанести ущерб их конкурентоспособности. Если за это платит население, трудно не рассматривать это как гигантскую субсидию на ископаемое топливо.

Сторонники климатических кампаний стремятся увидеть переход на возобновляемые источники энергии. Вряд ли они будут слишком воодушевлены лучшими способами сжигания ископаемого топлива, которые, в конце концов, позволят только угольным шахтам и скважинам с гидроразрывом работать дольше, не говоря уже о сохранении на плаву самих компаний, занимающихся ископаемым топливом. Горение - это только часть ущерба, наносимого ископаемым топливом.

уголь штата Вайоминг

Все еще не идеально.

(Фото Роберта Никельсберга / Getty Images)

Но здесь лучше не быть недальновидным. Даже при самых оптимистичных сценариях в ближайшие годы по всему миру будут построены сотни электростанций, работающих на ископаемом топливе. Это особенно верно в отношении газовых заводов, которые играют важную роль в «стабилизации» колебаний переменной возобновляемой энергии (и потенциально могут быть запущены в будущем на возобновляемом биогазе).

Если бы мы могли начать делать все эти новые угольные и газовые заводы свободными от загрязнения воздуха, это было бы исторической победой общественного здравоохранения, не говоря уже о регуляторных и гражданских битвах, которых можно было бы избежать.

И улавливания всего этого углерода вместо того, чтобы выбросить его в атмосферу, могло бы быть достаточно, чтобы дать борьбе с изменением климата некую столь необходимую передышку.