Станція Nakoso - проект з виробництва електроенергії в японській префектурі Фукусіма з інтегрованим комбінованим циклом газифікації вугілля (IGCC).
16 квітня Nakoso була передана власнику Nakoso IGCC Power GK компанією Nakoso IGCC Power GK консорціумом під керівництвом Mitsubishi Power і вступила в комерційну експлуатацію.
1. Станція Nakoso потужністю 543 МВт з інтегрованим комбінованим циклом газифікації вугілля (IGCC) в префектурі Фукусіма почала роботу 16 квітня 2021 року.
Як і всі електростанції IGCC, установка Nakoso IGCC потужністю 543 МВт (фото 1) поєднує в собі газифікацію вугілля в печі для отримання синтез-газу, суміші, що складається в з водню і монооксиду вуглецю; а також газові і парові турбіни для вироблення електроенергії. На Nakoso IGCC в газифікаторі використовується технологія продувки повітрям, яка грунтується на реакції між вугіллям і повітрям для отримання пального синтез-газу.
2. Газогенератор в конструкції IGCC з струменем повiтря має двокамерну двоступеневу конструкцію, що складається з пальника в нижній (першої) ступені і редуктора у верхній (другий) ступені.
За даними компанії Mitsubishi Power, що виготовила систему IGCC з повітряним наддувом, газифікатор заснований на двухступенчатом захопленому шарі, який складається з пальника в нижній камері і редуктора у верхній камері (рис. 2). «У камері згоряння спалюється вугілля і напівкокс, і утворюється високотемпературний газ», - пояснює компанія. «У редукторі вугілля газифіковане в високотемпературний газ. Забезпечуючи калорійність синтез-газу, необхідну для спалювання в газовій турбіні, газифікатор плавить золу і плавно скидає її на етапі спалювання, тим самим виконуючи дві функції одночасно.
За словами представників компанії, яка є дочірньою компанією японського технологічного гіганта Mitsubishi Heavy Industries, технологія Mitsubishi Power - результат чотирьох десятиліть розробки, експлуатації і перевірки. У 2013 році компанія Mitsubishi Power завершила успішну демонстрацію технології нагнітання повітря на блоці IGCC потужністю 250 МВт на 10-му енергоблоці електростанції Накасо компанії Joban Joint Power Co. близько Івакі (Фукусіма), і оголосила його комерційно працездатним. Nakoso Unit 10 «встановив рекорд безперервної роботи тривалістю 3917 годин», - повідомила компанія Mitsubishi Power.
У вересні 2014 року компанія і партнери Mitsubishi Heavy Industries Engineering Ltd., Mitsubishi Electric Corp. і Mitsubishi Power Environmental Solutions отримали велике замовлення від Tokyo Electric Power Co. (TEPCO) на дві установки IGCC класу 500 МВт на станцію Nakoso компанії Joban Joint Power, а також на власну електростанцію Hirono компанії TEPCO в Футаба-гун. Ці проекти, за словами TEPCO, допоможуть префектурі Фукусіма в відновленні місцевої промисловості після землетрусу, цунамі і аварії на АЕС в 2011 році.
Mitsubishi Power заявила в квітні, що в порівнянні з меншим блоком №10 станції Nakoso, ефективність Nakoso IGCC була «істотно збільшена» і досягла 48% чистого теплового ККД на основі нижчої теплотворної здатності. На станції прийнята конфігурація, аналогічна тій, яка використовується на станції Hirono, де «газова турбіна об'єднана з паровою турбіною, що використовує пар, що виробляється котлом-утилізатором, які працюють на відпрацьованому газі», - зазначає компанія.
Для Mitsubishi Power комерційний запуск Nakoso IGCC знаменує собою новий етап «ефективного використання ресурсів, збереження навколишнього середовища і декарбонізації». Наприклад, компанія повідомила, що її вдосконалена система IGCC на 10-15% більш ефективна, ніж ультрасверхкрітіческая (USC) вугільна установка класу 600C.
Таке підвищення ефективності сприяє скороченню викидів вуглекислого газу. «У той час як середній світовий показник викидів CO2 на вугільних електростанціях становить 950 г CO2 / кВтг на генераторному терміналі, на IGCC рівень викидів від терміналу генератора складе 650 г CO2 / кВтг», - йдеться в повідомленні. Для задоволення зростаючих потреб в гнучкості палива, процес газифікації також більш пристосований до різних видів вугілля, в тому числі при високому вмісті золи з низькою точкою плавлення, ніж в пиловугільних котлах.
Nakoso IGCC (і блок Hirono, який планується запустити в кінці цього року) увійдуть до числа вугільних електростанцій промислового масштабу IGCC, що працюють по всьому світу. Поряд з блоком Nakoso IGCC і блоком Nakoso 10 Duke Energy продовжує експлуатувати побудовану в 2013 році станцію Edwardsport IGCC потужністю 618 МВт в Індіані. У зв'язку з ціновим тиском і невизначеністю щодо викидів вуглецю кілька станцій IGCC були закриті за останнє десятиліття. До них відносяться блок Пуертоллано потужністю 300 МВт в Іспанії і блок 250 МВт в Буггенуме в Нідерландах.
Як зазначив Тобі Локвуд, старший аналітик і керівник Центру чистого вугілля Міжнародного енергетичного агентства (IEA CCC) в лютому 2021 року: «Інтерес до технології IGCC то зростав, то слабшав. У 1990-х і початку 2000-х років в США, Європі і Японії було розгорнуто кілька демонстраційних установок IGCC, які в подальшому не використовувалися через «високу вартість установок, складності їх експлуатації, а також у зв'язку з підвищенням ефективності пиловугільних установок» .
Інтерес до цієї технології відновився в кінці 2000-х років в зв'язку можливістю її потенційного застосування для уловлювання двоокису вуглецю до процесу спалювання, а також кількох демонстраційних проектів перед спалюванням. Але кілька демонстраційних проектів, таких як FutureGen Міністерства енергетики США (DOE), Zerogen в Австралії і IGCC-проект Kemper County компанії Southern Co. були скасовані або перепрофільовані.
У Китаї проект GreenGen IGCC потужністю 250 МВт був завершений в 2015 році, проте «заплановані етапи впровадження CCUS [уловлювання, утилізації та зберігання вуглецю] та будівництва більшої установки, в даний час припинені», - сказав Локвуд.
В Японії тривають дослідження, розробки і демонстрації (НДДКР) передових вугільних технологій з метою подальшого підвищення економічних і екологічних показників вугільної енергетики. За словами Локвуда: «Більше 80% вугільного парку енергетичних підприємств країни потужністю 43 ГВт в даний час використовують сверхкритические умови пара (більше половини з них відносяться до класу USC), і вони як і раніше тісно пов'язані з високоефективними вугільними технологіями з низьким рівнем викидів ( HELE).
Лідерство Японії в розробці і впровадженні технологій HELE спочатку було мотивовано економікою і безпекою поставок після того, як країна закрила більшу частину АЕС після аварії на Фукусімі. Але в останні роки технологія USC «стала ключовим елементом стратегії Японії щодо скорочення викидів CO2», - сказав він. Наприклад, переглянутий в 2013 році в країні Закон про енергозбереження вимагає, щоб нові вугільні установки працювали при ККД більше 42% і при загальній більш високій теплопровідності (HHV - або понад 44% при більш низькій теплотворної здатності [LHV]), з деякими винятками.
Тим часом, на початку 2020-х років уряд прийняв рішення домогтися практичного використання передових установок USC і IGCC, які, здатні досягати ефективності більше 46%.
Примітно, що Японія очолює демонстрацію технології інтегрованого паливного елемента з газифікацією (IGFC), яку Локвуд описує як «інноваційний варіант установки IGCC», коли в якості паливного елемента використовується водень, отриманий з вугілля.
За підтримки Японської організації з розвитку нових енергетичних та промислових технологій (NEDO) в проекті Osaki CoolGen потужністю 166 МВт буде інтегрована технологія киснево-дутьевого IGCC з улавливанием вуглецю, а потім ця система буде інтегрована з твердооксидних паливними елементами. За словами Осаки CoolGen, IGCC з кисневою продувкою - це, по суті, процес газифікації вугілля і вироблення синтез-газу з монооксидом вуглецю і воднем в якості основних компонентів. «Демонстрація в 2018 році показала, що цей процес може досягти« чистого теплового ККД приблизно 46% на комерційній установці, і скорочення викидів CO2 на 15% в порівнянні з проектом USC », - сказав Osaki CoolGen. В даний час проект знаходиться на стадії детального проектування і будівництва, демонстрація IGFC відбудеться у 2022 фінансовому році.
Японія прагне експортувати свої технології в країни з економікою, що розвивається, тому успішна експлуатація нових установок Nakoso і Hirono «може привести до нової хвилі розгортання IGCC по всьому світу», - сказав Локвуд. Паралельно зростає інтерес до газифікації вугілля з використанням CCUS як недорогого джерела водню, що також сприяє глобальному просуванню інших проектів IGCC. «Два проекти, що фінансуються в рамках останнього раунду ініціативи Coal FIRST Міністерства енергетики США, пов'язані з газифікацією вугілля для виробництва як енергії з низьким вмістом вуглецю, так і водню. IGCC також планує працювати спільно з Індією щодо розширення можливостей газифікації вугілля, так званої, «економіки метанолу», - сказав він.