Ansaldo – Tecnologie innovative la generazione

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ANSALDO
Ansaldo Ricerche S.p.A.
Tecnologie Innovative
per la Generazione Elettrica
F. Rosatelli, D. Zito
A. Di Meglio
F. Bonzani, R. Rubino, A. Torre
Ansaldo Ricerche
Ansaldo Caldaie
Ansaldo Energia
L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004
ANSALDO
L’utilizzo del carbone nella generazione di energia elettrica
rappresenterà ancora per molti anni un fattore importante
di sviluppo
In particolare, i paesi ad elevato tasso di crescita economica
dell’Estremo Oriente si basano largamente sul carbone per la
loro nuova capacità produttiva, che sta aumentando ad un tasso
di crescita impressionante.
ANSALDO
Anche nei paesi industrializzati l’aumento dei costi dei prodotti
petroliferi, e in particolare del gas naturale, sta producendo un
rinnovato interesse sulle centrali a carbone, dovuto alla
maggiore stabilità di costo di tale combustibile.
Tale rinnovato interesse è testimoniato anche dai finanziamenti
erogati dall’amministrazione USA nell’ambito della “Clean Coal
Power Initiative”.
Negli USA 70000 MW di nuovi impianti a carbone sono in vari
stadi di sviluppo.
Più in generale, a livello mondiale, sono stati commissionati nel
2003 nuovi ordini per 153800 MWe , di cui 45000 per centrali
supercritiche.
ANSALDO
Il mercato delle caldaie per la generazione elettrica
UTILITY BOILERS
2003 ORDERS
% of the TOTAL (153,800 MWe)
CFB coal,
anthracite, lignite
1.5
Other fuels 2.6
Anthracite &
Lignite, Sub-critical
7.7
Coal, Supercritical 29.3
Coal, Sub-critical
58.9
ANSALDO
La tecnologia per la produzione di energia elettrica in
impianti a vapore alimentati a polverino di carbone è
rimasta praticamente bloccata per molti anni al limite
tradizionale dei 1000 °F
(538 °C di temperatura del vapore surriscaldato),
principalmente per i limiti imposti dall’utilizzo di acciai
della classe P22/T22, salvo alcune eccezioni quali quella
della centrale 2x600 MW di La Spezia negli anni ’60.
ANSALDO
L’esperienza ANSALDO negli impianti supercritici
Plant
Units
MW
Year
Fuel
Brindisi Sud
Porto Tolle
Torvaldaliga Nord
Montalto di Castro
La Spezia
Gioia Tauro
Bahia Blanca
Esbjerg
Avedore 2
4
4
4
4
2
4
2
1
1
660
660
660
660
600
660
310
430
430
1992
1980
1984
1995
1967
Del.
1987
1992
1999
C
O
O
O/G
C
C
O/C
C
C
ANSALDO
Brindisi Sud Main Features
Gross Output
660 MW
Net Output
627 MW
Coal Consumption
235 t/h
SH Steam Pressure
260 bar
Steam Temperature
540°C/540°C
Fuel Capability
Multifuel
ANSALDO
BRINDISI SOUTH BOILER - VIEW OF PENDANT REHEATER COILS
( Supercritical 660 MWe unit, 1993)
ANSALDO
BRINDISI SOUTH BOILER - LIFTING OF SECONDARY SH OUTLET HEADER
( Supercritical 660 MWe unit, 1993)
ANSALDO
Il processo di privatizzazione dell’industria elettrica, in
corso in tutto il mondo, unito a requisiti ambientali sempre
più stringenti (limitazione delle emissioni di CO2, controllo
delle piogge acide,….), pongono nuovi vincoli alla
realizzazione di impianti alimentati a carbone, mettendo
pertanto in luce l’esigenza di sistemi che siano in grado di
produrre energia elettrica a costi per kWh sempre più bassi
e nel rispetto dei parametri ambientali.
ANSALDO
La tecnologia UltraSuperCritica
• L’elevata incidenza del costo del combustibile sulla gestione
operativa delle centrali a vapore giustifica ancora
maggiormente oggi l’opzione SuperCritica
(5-8 punti d’incremento di rendimento);
• L’affidabilità degli impianti SuperCritici è, oggi, estremamente
elevata (tasso di disponibilità degli impianti SuperCritici
superiore al 95%);
• La disponibilità di materiali innovativi sia per le caldaie che per le
turbine ha favorito lo sviluppo di impianti a prestazioni
sempre più spinte (Supercritici Avanzati/UltraSuperCritici);
ANSALDO
Confronto prestazioni per gli impianti SC/USC
Cyc
Cyclele
SSteteam
amPre
Pressss. .
SSteteam
amTe
Temp.
mp.
Re
he
at
Te
mp.
Re he at Te mp.
No
No. .oof fRe
Rehe
heatat
FW
FWTe
Temp.
mp.
Ne
t
Effic
Ne t Efficieienc
ncyy
Co
Conv.S
nv.SubCrit.
ubCrit.
170
bar
170 bar
540°C
540°C
540°C
540°C
SSing
inglele
250°C
250°C
39%
39%
Co
Conv.S
nv.Supe
uperCrit
rCrit
250
bar
250 bar
540°C
540°C
540°C
540°C
SSing
inglele
290°C
290°C
42%
42%
Adv.
Adv.SSupe
uperCrit.
rCrit.
300
bar
300 bar
600°C
600°C
610°C
610°C
SSing
le
ing leoorrDo
Double
uble
310°C
310°C
47%
47%
UltraS
UltraSupe
uperCrit.
rCrit.
350
bar
350 bar
650°C
650°C
650°C
650°C
SSing
le
ing leoorrDo
Double
uble
350°C
350°C
50%
50%
ANSALDO
Modifiche dei componenti principali
• Le modifiche richieste sono dovute principalmente al cambio di
materiali
• Acciai resistenti alle alte temperature di tipo ferritico-martensitico
• Tali modifiche coinvolgono solo parti limitate dell’impianto
ANSALDO
Impianti Supercritici Avanzati di recente realizzazione
Centrale
Potenza
[MW]
Fuel
Matsuura 2
1000
PC
Condizioni di
vapore
[bar/°C/°C/°C]
255/600/593
Skaerbaek 3
400
NG
290/579/579/579
1997
Haramachi 2
Nordjylland 3
1000
400
PC
PC
258/604/604
290/579/579/579
1998
1998
Nanaoota 2
Misumi 1
700
1000
PC
PC
255/600/593
258/604/604
1998
1998
Lippendorf
Boxberg
934
915
Lignite
Lignite
267/554/582
267/554/579
1999
2000
Tsuruga 2
700
Lignite
255/600/593
2000
Tachibanawan 2 1050
Avedore 2
430
PC
NG
264/604/612
300/583/600
2001
2001
Niederaussem
975
Lignite
265/565/600
2002
Isogo 1
600
PC
280/604/612
2002
Anno di
avvio
1997
NG = Gas Naturale; PC = polverino di carbone
ANSALDO
Impianto AVEDORE 2 (CHP)
• Uno degli impianti SuperCritici più avanzati al mondo
è in esercizio a Copenhagen
• Rendimento netto: 47.2%
• Parametri di vapore:
- Steam Pressure: 300 bar
- SH Steam Temperature: 583 °C
- RH Steam Temperature: 600 °C
ANSALDO
AVEDORE
AVEDORE 22 Steam
Steam Turbine
Turbine
•
•
•
•
Plant
Customer
Country
Order year / Start-up year
: AVEDOERE 2
: SK ENERGI
: DENMARK
: 1995 / 2001
MAIN FEATURES
MAIN OPERATING DATA
HP section
Single flow
Inlet steam pressure
300 bar
IP1 section
Single flow
IP2 section
Double flow asymmetric
Inlet steam temperature
580 °C
LP1 section
Double flow ( 4 stages )
Max. inlet steam flow
336 Kg/s
LP2 section
Double flow ( 6 stages )
Reheat inlet temperature
600 °C
High temperature special alloy steel material for HP - IP Inner casing,
rotors and valve bodies
Rated condenser pressure
Rotors welded type
Max electrical output
535 MW
Butterfly valves on the cross-over pipes for steam control extractions
Max. heat output
620 MJ/s
Fully 3Dhigh performance blading
Sliding pressure operation
0.023 bar
ANSALDO
SUPERCRITICAL POWER PLANTS
Avedore USC Steam Turbine
Avedore - Denmark (Second Unit)
ANSALDO
Repowering di centrali esistenti
L’elevato livello tecnologico raggiunto permette già oggi il repowering
di centrali esistenti in unità a ciclo supercritico avanzato (con un
incremento del 15 - 20% rispetto alla potenza originale);
La soluzione prevede:
• La completa sostituzione della caldaia originale con una caldaia
supercritica;
• L’inserimento di una ulteriore sezione di espansione ad elevata
pressione.
Il repowering permette il rinnovamento del parco centrali esistenti,
senza snaturare l’impiantistica presente, con costi d’investimento
nettamente inferiori a quelli richiesti dalla costruzione di nuove unità.
ANSALDO
La Gassificazione del carbone
• Eccezionali prestazioni dal punto di vista ambientale
• Alto potenziale di cattura della CO2 a costi più bassi
• Produzione di H2
• Vari impianti dimostrativi (Elcogas, Wabash River,
Cool Water, Buggenum) ne hanno dimostrato la fattibilità;
• Dopo una fase di stasi durata alcuni anni, stanno avviandosi
nuovi progetti di gassificazione del carbone
Global Energy Inc. (Lima – OH) : 540 MW IGCC;
ANSALDO
Impianti pilota IGCC a carbone
Impianto
Anno
Tecnologia di
gassificazione
Cool Water
1984
Chevron-Texaco
Plaquemine
1987
Dow
Demkolec/Buggenum
1993
Shell
Wabash River
1995
Destec
Tampa Electric Co.
1996
Texaco
ELCOGAS/Puertollano
1997
Prenflo
ANSALDO
Elcogas 300 MWe gasification combined cycle power plant.
ANSALDO
Benchè in Italia non esistano impianti IGGC a carbone,
è stata già accumulata una notevolissima
esperienza nella realizzazione e gestione sia
di impianti IGCC per gassificazione di TAR che di
impianti turbogas utilizzanti altri gas di sintesi ad
alto contenuto di H2
ANSALDO
Ansaldo/Siemens Technology
Nuon Power Buggenum/NL
V94.2
> 70,000 OH in total
> 42,500 OH on CG
Longest continuous CG run of 2,900 OH
ELCOGAS, Puertollano/E
V94.3
> 21,800 OH on CG
300 MW
PRENFLO coal gasification
start-up 1996 NG, 97/98 CG
ISAB Energy, Priolo Gargallo/I
2 x V94.2K
> 67,000 OH on SG
V94.2K
253 MW
SHELL coal gasification
start-up 1993 NG, 94/95 CG
> 27,000 OH on design gas
521 MW
TEXACO heavy-oil gasification
start-up 1998 FO, 1999 SG
ELETTRA GLT, Servola/I
180 MW
CC with steel-making recovery gas
start-up 2000
ANSALDO
V94.2K: A GT FOR LOW BTU FUEL OPERATION
Modello
Frequenza [Hz]
V94.2K
50
Temperatura ingresso
turbina [°C]
Potenza erogata [MW]
1060
Rapporto di compressione
11
Portata di scarico [kg/s]
510
170
Temperatura di scarico [°C] 539
Efficienza [%]
36.8
Emissioni [ppm]
25
ANSALDO
GAS
GAS TURBINES
TURBINES OPERATING
OPERATING WITH
WITH LOW
LOW BTU
BTU FUEL:
FUEL: THE
THE EXPERIENCE
EXPERIENCE ANSALDO
ANSALDO ENERGIA
ENERGIA
Low
Low BTU
BTU Fuels
Fuels Projects
Projects
GT Engine by Ansaldo
Energia
Main Fuel [as Fuel
Thermal Input ratio to
the total ]
ISAB Priolo
2 x V94.2K
Elettra Servola
1 x V94.2K
EniPower Ferrera
1 x V94.2K
100% tar
syngas
51% steel mill
gas - 49%
natural gas
77% tar syngas23% natural gas
Fuel Oil
Natural Gas
Back up Fuel
Net Power
516 MW
180 MW
First Firing on Low
August, 1999 November, 2000
BTU fuel
EOH on low BTU Fuels Unit1:44500
35450
Unit2:36100
34,5
32
GT efficiency [%]
Cycle efficiency [%]
44
43
NOx emissions guarant.
75
35
[ppmv ISO]
NOx emissions meas.
[ppmv ISO]
30
26
Natural Gas
255 MW
November, 2005
36
25
23
ANSALDO
COMPARISON ON FUEL GAS
COMPOSITION
Composition Sannazzaro
%Vol.
Burgundi
H2
22.2
CO
26.4
CO 2
3.9
H 2O
43.3
CH 4
4
N 2 & others
1
LHV
8490
[kJ/kg]
ISAB
Buggenum
24.5
34.5
4.7
34.6
0.3
2.2
8430
12
25
0.8
19
0
43.2
4300
Puertollano SERVOLA
10.7
29.2
0
4.2
0
55.8
4400
9
16.3
13.6
5.5
14.6
41
7570
ANSALDO
ANSALDO
UEL.
ANSALDO ENERGIA
ENERGIA GAS
GAS TURBINES
TURBINES OPERATING
OPERATING EXPERIENCE
EXPERIENCE WITH
WITH LOW
LOW BTU
BTU FFUEL.
ENIPOWER
ENIPOWER Ferrera
Ferrera 3:
3: Test
Test Burner
Burner view
view
ANSALDO
ANSALDO
UEL.
ANSALDO ENERGIA
ENERGIA GAS
GAS TURBINES
TURBINES OPERATING
OPERATING EXPERIENCE
EXPERIENCE WITH
WITH LOW
LOW BTU
BTU FFUEL.
ENIPOWER
ENIPOWER Ferrera
Ferrera 3:
3: Burner
Burner test
test campaign
campaign
pressure test at ENEL laboratory in Sesta, Italy
ANSALDO
Conclusioni
Sono disponibili, in ambito nazionale, le tecnologie
per far fronte alle richieste del mercato energetico
nell’utilizzo del carbone e dei gas di sintesi
da esso derivati.
Ciò è valido sia per gli impianti a vapore avanzati che
per gli impianti integrati IGCC, secondo gli standard
più elevati in termini di rendimento e di emissioni.

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