Przygotowanie do wdrożenia technologii CCL w elektrowniach węglowych

Celem projektu SCARLET (Scale-up of Calcium Carbonate Looping Technology for Efficient CO2 Capture from Power and Industrial Plants) była kontynuacja prac prowadzonych przez Uniwersytet Techniczny w Darmstadt: od kwietnia 2014 roku zespół modernizował działającą elektrownię pilotażową o mocy 1 MW, pomagając jej w jak największym stopniu spełnić wymagania dotyczące instalacji przemysłowych.

Dzięki wynikom uzyskanym w ramach tego eksperymentu dr Jochen Ströhle i jego zespół mają nadzieję na zbudowanie instalacji o mocy 20 MW na terenie pilotażowej elektrowni węglowej Emile Huchet we Francji. Przemysł węglowy to obszar, w którym technologia CCL najprawdopodobniej zostanie wprowadzona w ciągu najbliższych kilku lat.

Co wyróżnia CCL na tle konkurencyjnych technologii?

Tak, jak w przypadku innych technologii wychwytywania wtórnego, dwutlenek węgla zawarty w gazach spalinowych jest absorbowany w jednym reaktorze i desorbowany w drugim.

Ważną zaletą technologii CCL jest to, że sorbentem jest wapień – naturalny, niedrogi, łatwo dostępny na całym świecie minerał, który nie ma negatywnego wpływu na środowisko. Jednakże główną zaletą CCL w porównaniu z technologiami opartymi na ciekłych sorbentach jest eksploatacja w wysokiej temperaturze powyżej 650°C. Oznacza to, że ciepło wymagane do regeneracji sorbentu może być wykorzystane w wysoce wydajnym cyklu parowym do produkcji energii elektrycznej. To sprawia, że kary za brak efektywności wychwytywania są raczej niskie – mieszczą się w zakresie 6–7 punktów procentowych (w tym dotyczące kompresji CO2) w przypadku elektrowni węglowych, czyli są znacznie niższe, niż w przypadku konkurencyjnych technologii. Ponadto koszty ograniczenia emisji CO2 są również dużo niższe.

Jakie były główne wyniki testów terenowych w elektrowni o mocy 1 MW?

Jednym z wyzwań dotyczących technologii CCL jest dezaktywacja sorbentu w procesie spiekania i siarkowania, a także rozcieńczanie z udziałem popiołu. W tym celu należy do procesu dodać pewną ilość wapienia. Jednakże dezaktywacja i rozcieńczenie to raczej wolno przebiegające procesy, przez co stabilne warunki w instalacji mogą być osiągnięte dopiero po ok. 50 godzinach ciągłej pracy.

Głównym osiągnięciem instalacji testowej w pilotażowej elektrowni o mocy 1 MW było uzyskanie kilku punktów operacyjnych o stabilnych warunkach przy różnych prędkościach dodawania wapienia, dla różnych rodzajów paliwa (węgiel kamienny i brunatny), wielkości cząstek paliwa, rodzajów wapienia itd. Udowodniono, że można osiągnąć wydajność wychwytywania CO2 na poziomie powyżej 90% dla kilku punktów operacyjnych o stabilnych warunkach.

Z jakimi głównymi problemami będzie trzeba zmierzyć się podczas wprowadzania tej technologii w instalacjach o mocy 20 MW i w jaki sposób można je rozwiązać?

Ponieważ reaktory wykorzystują dobrze znaną technologię cyrkulacyjnego złoża fluidalnego, dostosowanie ich do instalacji o większej mocy jest dosyć proste. Jednym z wyzwań jest właściwa kontrola przepływu cząstek stałych między reaktorami. Omówiono różne koncepcje z ekspertami w dziedzinie technologii złoża fluidalnego, a niektóre z nich z powodzeniem przetestowano w skalowanym modelu zimnego przepływu. Jednakże głównym problemem związanym z zastosowaniem technologii CCL na dużą skalę było określenie działania sorbentu przy uwzględnieniu procesów dezaktywacji i rozcieńczenia opisanych powyżej. Wyniki testów pilotażowych wykorzystano w celu sprawdzenia poprawności modeli do przewidywania właściwości sorbentu, które mogłyby następnie zostać użyte do zaprojektowania elektrowni o mocy 20 MW.

Jakie Pana zdaniem są najważniejsze osiągnięcia tego projektu?

Jestem dumny z faktu, iż udało nam się obsługiwać instalację pilotażową przez ponad 1000 godzin w trybie wychwytywania CO2, dzięki czemu można było wygenerować obszerną bazę danych, którą można wykorzystać do weryfikacji modeli i rzetelnej oceny procesu CCL.

Z jakimi opiniami sektora przemysłowego spotkał się Pan do tej pory?

GE Carbon Capture, główny partner zaangażowany we wdrażanie technologii CCL, współpracował z nami przy planowaniu i ewaluacji testów pilotażowej instalacji 1 MW. Jest bardzo zadowolony z wyników, a w szczególności z uzyskania przez nas stabilnych warunków dla różnych punktów operacyjnych. Teraz ma pewność, że metodologia zastosowana podczas projektowania procesu CCL jest właściwa.

Użytkownicy końcowi uczestniczący w projekcie, tj. zakłady energetyczne i cementownie byli zadowoleni z relatywnie niskich kosztów ograniczenia emisji CO2 dzięki technologii CCL.

W jaki sposób przebiegają prace nad stworzeniem elektrowni o mocy 20 MW?

Celem projektu SCARLET było zaprojektowanie podstaw konstrukcji elektrowni o mocy 20 MW. Elektrownia ta nie została jeszcze zbudowana. Jednakże układ elektrowni i szacowane koszty są zgodne z naszymi przewidywaniami.

Wasz projekt właśnie został zakończony. Jakie macie w związku z tym plany na przyszłość?

Kolejnym krokiem będzie zbudowanie i uruchomienie elektrowni pilotażowej o mocy 20 MW w celu zademonstrowania technologii CCL w praktyce. Taka budowa wymaga jednak dużych środków i wsparcia ze strony przemysłu.

Niestety, cena za certyfikaty dotyczące emisji CO2 jest raczej niewielka, więc partnerzy przemysłowi, w szczególności zakłady energetyczne, obecnie nie widzą korzyści biznesowych dla CCS w najbliższej przyszłości. Do realizacji tego przedsięwzięcia potrzebne byłoby duże dofinansowanie ze strony władz.

Technologia CCL może być ciekawym rozwiązaniem dla cementowni, ponieważ CCL i producenci cementu potrzebują mniej więcej tych samych zasobów, tj. wapienia. Technologia CCL wzbudza szczególne zainteresowanie cementowni, ponieważ duża część emisji CO2 w tego typu zakładach wynika z procesu kalcynacji wapienia, którego nie można uniknąć poprzez zastosowanie odnawialnych źródeł energii. Z tego właśnie powodu wzniesienie pilotażowego zakładu CCL o mocy 10-20 MW na terenie cementowni może być wykonalną opcją zwiększenia skali technologii CCL.

SCARLET
Dofinansowanie z FP7-ENERGY
witryna projektu