Može li ugalj da postane zeleno gorivo?

U svetu postoji više zanimljivih inicijativa da ugalj nastavi da se koristi, ali kao zeleni energent. Japanska firma Osaki KulGen je dovršila integraciju postrojenja sa gorivnim ćelijama sa čvrstim oksidom (SOFC) snage 1,2 MW i u aprilu ove godine započela je ispitivanja. Treća faza uključuje izgradnju postrojenja za utečnjavanje CO2. Inovacije dolaze i iz Sjedinjenih Američkih Država.

Japanska firma Osaki KulGen teži da ostvari visokoefikasnu proizvodnju električne energije iz uglja sa skoro nultim emisijama, uz kombinovanje tehnika sagorevanja uglja sa tehnikama hvatanja ugljenika i gorivnim ćelijama. Iza svega zapravo stoji jedan od najvećih japanskih proizvođača energije, firma J-Power koja se rukovodi idejom da bi pronalaženje isplativog i efikasnog poboljšanja načina upotrebe uglja u nadolazećim decenijama trebala da bude njena glavna tržišna prednost.

Priča počinje sad već davno. Još 1995. godine J-Power je u suradnji sa japanskom agencijom za razvoj nove energetike i industrijskih tehnologija NEDO, pokrenuo nacionalni projekt EAGLE za razvoj naprednih primena uglja za proizvodnju gasa, tečnih goriva i električne energije. Ključni cilj projekta bio je razviti japansko rešenje za rasplinjavanje uglja, koje bi imalo višestruke primene, uključujući proizvodnju električne energije i sintetičkih goriva, hemikalija i vodonika.

Proces za hvatanje ugljenika firme Osaki KulGen u kombinaciji sa procesima IGCC i IGFC

Dodavanje gorivnih ćelija

Koncept EAGLE je, međutim, otišao dalje od puke integracije uređaja za rasplinjavanje sa gasnim i parnim turbinama u konvencionalnoj konfiguraciji integrisanog rasplinjavanja u kombinovanom ciklusu (IGCC). Naime, bilo je predviđeno dodavanje gorivnih ćelija sistemu za IGCC kako bi se povećala produktivnost na više od 50% uz istovremeno smanjenje emisija. Time je nastao jedan od prvih integrisanih sistema za rasplinjavanje sa kombinovanim ciklusom i gorivnim ćelijama (IGFC) na svetu. Još 2001. godine su J-Power i NEDO izgradili pilot-postrojenje kapaciteta 150 t/d, a od 2002. u njemu su se istraživali sistemi rasplinjavanja, ispitivale različite sirovine, a kasnije i izdvajanje i skladištenje ugljen-dioksida.

Zatim je 2009. J-Power sa firmom Chugoku Electric Power osnovao ranije spomenutu kompaniju Osaki KulGen kao zajedničko ulaganje. Danas je glavni cilj projekta koji ona vodi postizanje proizvodnje električne energije iz uglja sa nultim emisijama, pri čemu se kombinuje vrhunska i visokoproduktivna proizvodnja električne energije iz uglja u procesu (IGFC) sa hvatanjem CO2 . Projekat je već uspešno ostvario dve od tri ključne faze, dok je plan da se poslednja faza dovrši do kraja godine.

Rasplinjavanje ugljenika čistim kiseonikom

U prvoj fazi, 2017. godine, završena je izgradnja demonstracione termoelektrane snage 166 MW, u kojoj se za rasplinjavanje uglja koristi uduvavanje kiseonika velike čistoće.

Električna energija se u postrojenju proizvodi u kombiniranom ciklusu u kojem se koristi gasna turbina na sintetički gas i parna turbina koja koristi toplotu izduvnih gasova iz gasne turbine i rasplinjača. U prvoj fazi je ostvaren neto toplotni stupanj delovanja od 40,8%, što je najviši nivo na svetu za takva postrojenja na ugalj snage 170 MW. U NEDO-u veruju da takvo rešenje može smanjiti emisije CO2 za oko 15% u odnosu na danas rasprostranjene obične termoelektrane na ugalj.

U drugoj fazi, 2016. – 2020, Osaki KulGen dodao je postrojenju za IGCC sa uduvavanjem kiseonika jedinicu za izdvajanje i hvatanje CO2 . Budući da postoji velika koncentracija ugljen-monoksida u sintetičkom gasu, i on se može efikasno izdvojiti i hvatati kao i CO2 . Do sada su rezultati premašili planirane ciljeve, tvrdi japanska kompanija, navodeći da je stopa povrata CO2 čak 90% i više. Nadalje, u drugoj fazi se sintetički gas nakon uklanjanja kiseline šalje u reaktor gde se CO pretvara u CO2 .

Sintetički gas, koji ima veliku koncentraciju vodonika, vraća se u gasnu turbinu kao gorivo. U tom postrojenju 17% ukupnog sintetičkog gasa se šalje u jedinicu za hvatanje CO2 kako bi se zahvatilo 15% ukupnog obima CO2 koji se emituje iz sastava za IGCC.

Integracija gorivnih ćelija sa čvrstim oksidom (SOFC)

Kao deo treće faze, Osaki KulGen je dovršio integraciju postrojenja sa gorivnim ćelijama sa čvrstim oksidom (SOFC) snage 1,2 MW, i u aprilu ove godine započeo je sa ispitivanjima. Treća faza takođe uključuje izgradnju postrojenja za utečnjavanje CO2. Kako se navodi, sintetički gas na izlazu iz postrojenja za rasplinjavanje se sastoji od 50% CO i 20% vodonika.

Na ulazu u pomični reaktor ubrizgava se para i u reaktoru se CO pretvara u CO2 i vodonik. Na izlazu iz reaktora sastav gasa je 40% CO2 i 55% vodonik. Ugrađena oprema zahvata emisije ugljenika i proizvodi CO2 visoke čistoće. S druge strane, ostatak gasa sadrži oko 85% vodonika. Dok je taj vodonik u drugoj fazi bio korišćen kao gorivo za gasnu turbinu, pri ispitivanju u trećoj fazi vodonik će biti usmeren u sklop gorivnih ćelija radi proizvodnje energije.

Međutim, neće se stati samo na tome. Osaki KulGen planira da deo prikupljenog CO2 pošalje u jedinicu za utečnjavanje kako bi proizveo ugljen-dioksid visoke čistoće za potrebe prehrambene industrije, uz planiranu proizvodnju oko 5 t/d. Tako utečnjeni CO2 visoke čistoće će se prevoziti kamionima do obližnjeg komercijalnog staklenika za uzgoj paradajza.

SAD ide drugim putem

Američka kompanija Holtec International, proizvođač opreme za nuklearne reaktore, ide drugim putem. Kompanija je u maju ove godine predstavila rešenje pod nazivom Green Boiler koje je razvijeno za prenamenu postojećih termoelektrana na ugalj. Green Boiler je modularni sistem za skladištenje energije velikog kapaciteta koji se sastoji od velikog toplotnog rezervoara ispunjenog solima. Svaki modul može obezbediti oko 60 MWh toplotne energije sa standardnim projektovanim ciljem od 12h. Sistem se sastoji od tri velike izolovane cilindrične posude: predgrejača, kotla i pregrejača, koji su u velikoj meri ispunjeni solima i opremljeni posebno izvedenim cevima u kojima se voda pretvara u pregrejanu paru. Svaka posuda sadrži snop cevi koji je izveden tako da dopušta značajno širenje i skupljanje materijala tokom rada postrojenja.

Ciklus termoelektrane na ugalj i primena tehnike Green Boiler

Postrojenje koristi električne grejače za zagrevanje soli, za šta se koristi višak energije iz elektroenergetske mreže. Tako dobijena toplotna energija može se zatim koristiti za pokretanje postojećeg sklopa turbine i generatora u termoelektranama na ugalj, čime se može proizvoditi električna energija. Sa ekonomske tačke gledišta, prednost je to što bi se tako proizvedena energija isporučivala kupcima kako bi se zadovoljila njihova vršna potražnja, čime bi se za proizvođače za nju postigla i povoljnija cena. Kako se navodi, Green Boiler može isporučivati paru pri istoj entalpiji i pritisku kao i postojeći sklop turbine i generatora za proizvodnju energije, kada je to potrebno.

U sadašnjem trenutku razvoja sistem Green Boiler može se lako prilagoditi postojećim termoenergetskim postrojenjima na ugalj, a posebno je usmeren na prenamenu postrojenja koja se zbog strogih ekoloških propisa povlače iz proizvodnje. Kako navodi proizvođač, iako Green Boiler još nije ispitan u pravoj elektrani, temelji se na postojećim i poznatim rešenjima, a značajno je da koristi veći deo postojeće infrastrukture termoelektrana na ugalj. Kompanija još zasebno razvija sistem koji bi mogao integrirati Green Boiler sa njenim malim modularnim nuklearnim reaktorom SMR-160 ili fotonaponskim sistemom. Uz to, tvrdi da bi se time moglao ostvariti stepen efikasnosti od 55 % (u poređenju sa oko 35 % iz Rankineovog ciklusa).

Izvor: Energetika-net

Facebook
Twitter
LinkedIn
Email
Odštampaj

Ostavite odgovor

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Neophodna polja su označena *

Logo

Newsletter

Možda će Vam se svideti:

Logo

Energija Balkana

Newsletter

Nedeljni pregled vesti