Analiza termodynamiczna i ekonomiczna nadkrytycznej elektrowni na węgiel kamienny z jonową membraną do separacji powietrza

Analizowana w pracy elektrownia składa się z następujących instalacji: turbiny parowej, kotła pyłowego typu oxy zasilanego węglem kamiennym, tlenowni z zastosowaną wysokotemperaturową membraną separacyjną typu four-end oraz instalacją przygotowania do transportu i sprężania dwutlenku węgla. Moc bloku brutto jest równa 600 MW, parametry pary świeżej to 650 °C/30 MPa, pary wtórnie przegrzanej to 670 °C/6 MPa. Przy założeniu stałej mocy brutto analizowanej elektrowni wyznaczono sprawność termiczną kotła oraz zapotrzebowanie na moc urządzeń w wyżej wymienionych instalacjach. Pozwoliło to wyznaczyć sprawności wytwarzania energii elektrycznej bloku netto dla dwóch stopni odzysku tlenu w membranie. Tak wyznaczona sprawność jest niższa o 8,3÷9,4 punktu procentowego od układu referencyjnego. Zasadni-cze znaczenie dla wzrostu sprawności ma integracja cieplna wszystkich instalacji z obiegiem turbiny parowej. Umożliwia ona zastąpienie paru podgrzewaczy regeneracyjnych przez podgrzewacze gazowe i wzrost mocy układu nawet o 49 MW. W konsekwencji sprawność analizowanej elektrowni jest niższa o 6,4÷7,4 punktu procentowego od sprawności elektrowni referencyjnej (spalanie w powietrzu). Przeprowadzona analiza ekonomiczna wskazuje na to, że bloki oxy z zastosowaną integracją cieplną instalacji są opłacalne w budowie, ponieważ graniczna cena energii elektrycznej wyznaczona dla nich jest o 9,53÷12,53 zł/MWh niższa od granicznej ceny wyznaczonej dla elektrowni referencyjnej.

---

Supercritical power plant analyzed in this paper, contains the following elements: steam turbine, hard coal fired oxy-type pulverized fuel boiler, air separation unit with four-end type high-temperature membrane and carbon dioxide capture unit. Gross electric power of the power plant is equal to 600 MW. Live steam thermodynamic parameters are 650 °C/30 MPa and reheated steam parameters are 670 °C/6 MPa. Under assumption of constant gross power of the analyzed power plant, a thermal boiler efficiency and auxiliary powers of mentioned above installations were designated as a function of oxygen recovery rate. They allowed to determine a net efficiency of the power plant for two oxygen recovery rates. This efficiency is lower by 8.3÷9.4 percentage point than the reference power plant efficiency. Integration of all installation with steam turbine is crucial for the net efficiency increase. This operation allows to replace steam regenerative heat exchangers by gas-water heat exchangers. It allows to increase gross electrical power by up to 49 MW. As a result, the net efficiency of the analyzed power plant is 6.4÷7.4 percentage points lower than the efficiency of the reference power plant. The economic analysis indicate that the oxy type power plants with integration of all installations with a steam turbine are profitable, because break-even price of electricity is lower by 9.53÷12.53 PLN/MWh than the price for the reference power plant.