Ansaldo – Tecnologie innovative la generazione
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Ansaldo – Tecnologie innovative la generazione
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 Ansaldo Ricerche S.p.A. 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. L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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. L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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. L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. BRINDISI SOUTH BOILER - VIEW OF PENDANT REHEATER COILS ( Supercritical 660 MWe unit, 1993) L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. BRINDISI SOUTH BOILER - LIFTING OF SECONDARY SH OUTLET HEADER ( Supercritical 660 MWe unit, 1993) L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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. L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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); L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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% L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. SUPERCRITICAL POWER PLANTS Avedore USC Steam Turbine Avedore - Denmark (Second Unit) L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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. L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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; L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. Elcogas 300 MWe gasification combined cycle power plant. L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 > 42,900 OH in total > 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 > 70,000 OH in total > 67,000 OH on SG V94.2K 253 MW SHELL coal gasification start-up 1993 NG, 94/95 CG > 28,000 OH in total > 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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 L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004 ANSALDO Ansaldo Ricerche S.p.A. 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. L'OPZIONE CARBONE NEL SISTEMA ELETTRICO ITALIANO, MILANO 11/10/2004