Forurensningsfrie gasskraftverk en illusjon?

Transkript

1 Forurensningsfrie gasskraftverk en illusjon? Fokus på CO 2 Foredrag i DKNVS' populærvitenskapelige serie Byen, bygdene og kunnskapen 11. Oktober 2000 Olav Førsteamanuensis NTNU Institutt for Termisk energi og vannkraft SINTEF

2 Energibalanse i det norske el.-systemet Total consumption losses included [GWh/year] Production capacity

3 Norske drivhusgass-utslipp Drivhusgasser: CO 2, metan (CH 4 ), lystgass (N 2 O)

4 Utslipp av klimagasser fra 1990 til 1998 og framskrivninger til 2010 uten nye vedtatte tiltak til Med og uten planlagte gasskraftverk. Prosent i forhold til Kilde: SFT og Finansdepartementet.

5 Forurensning: mer enn bare teknologi! Forurensing Forurensing Energiforbruk BNP = Energiforbruk BNP Befolkning Befolkning Teknologi Energiintensitet i økonomien Levestandard

6 Energi- og el.-forbruk vs. BNP (EC /2000) Etterspørsel [%] El 160 BNP Energi = År Kilde: Unipede; Statistical panorama 1997

7 Kilde: Naturressurser og miljø 1999, SSB

8 Hvordan forholde seg til mulig menneskeskapt endring av drivhuseffekten? Redusere drivhuseffekten Tilpassing Mottiltak Redusere behov Direkte reduksjon Fjerne CO2 fra Dempe Forbedret Rensing Overgang til andre atmosfæren virkning virkningsgrad punktutslipp energikilder Biologisk Gjødsling Spre støv For- Kraft-& Under- Hav- Lavere Kjerne- Fornyfiksering, av havene i atmos- bruk energi- jordisk depon- C/H- kraft bar biomasse færen forsyning lagring ering forhold energi Akviferer Oljefelt Gassfelt

9 Gasskraftverk - prinsipp Kombinasjon av gassturbin og dampturbin Til skorstein Kjelpumpe Avgasskjel eller dampkjel Dampturbinprosess Kjølevann Kondensator Luft Gassturbin Brensel Eksos Dampavtapning Generator Kompressor Turbin Brennkammer Generator Dampturbin

10 Hvordan og hvorfor dannes CO 2 Karbon/kull Naturgass C + O2 CH4 + O2 CO2 CO2? H = H2O MJ/kmol CO2 Varme fra forbrenning CO 2 må dannes for å frigjøre varme i en forbrenningsprosess med karbonholdig brensel for et gitt brensel så er mengden av CO 2 som dannes proporsjonal med energimengden som omdannes til varme

11 Forbrenningsgasser - mer enn CO 2 C m H Naturgass Luftoverskudd Oksygen Luft m CO n 2 +Φ m + n + H 2 2 n ( O N O + ( Φ 1) m + Nitrogen 2 ) n O Φ m + Vanndamp n 3.77 N 4 2 Gassturbin med naturgass: Φ=2.2-3 Eksos: volum-% CO 2 Moderne kullkraftverk: Φ 1.2 Eksos: volum-% CO 2 Gasser må adskilles for å ta hånd om CO 2

12 Virkningsgrad? Beskriver utnyttelsen av energien i brenslet Brensel: gass, olje, kull Effekt E [MW] kun kraft η = P E Tap Kraft Effekt P [MW] kraft & varme Brensel: gass, olje, kull P + Q η = Effekt E [MW] E Tap Kraft P [MW] Varme Q [MW]

13 Virkningsgrader for el.produksjon i termiske kraftverk (EU) Virkningsgrad for termiske kraftverk Gjennomsnitt for europeiske kraftverk Norsk gasskraftverk Avansert kullkraftverk Dagens gjennomsnittlige europeiske kullkraftverk Kina & India

14 Utslipp av CO 2 fra fossile brensler Utslipp av gram CO 2 per kwhe Kullkraftverk Gasskraftverk Metan (H/C=4) Destillatolje (H/C=2) Lignitt (brunkull) Bituminøst kull Antrasitt Virkningsgrad [%]

15 Teknologier for å fange CO 2 fra forbrenning av fossile brensler Kull Olje Naturgass Biomasse Avfall Kraftverksprosess med forbrenning Gassifisering Reformering Kraftverksprosess med forbrenning C H4 + O2 C O2 + H2O CO 2 - fjerning Hydrokraft H 2 + C O H 2 + C O 2 CO 2 - fjerning Oksygen fra luft-separasjon Vannshift Vannfjerning Eksosgassrensing: Kværner, Statoil Aker Maritime Kraftverksprosess med forbrenning 2 H2 + O2 2 H2 O CO 2 lagring

16 Gasskraftverk - gammeldags teknologi Gasskraftverk, slik som planlagt av Naturkraft, Industrikraft Midt-Norge o.a., er teknisk sett det beste som finnes kommersielt tilgjengelig Gassturbinene i et gasskraftverk er høyteknologiske produkter i enhver sammenligning materialteknologi (single-krystall kompliserte geometrier, kjølte skovler) coating-teknikk (TBC) beregningsmetodikk, strømning og varmetransport Hva er trender i avansert gasskraft - Hva er viktig i bransjen? Lavere kostnad [kr/kw] og lavere livsløps-kost Høyere virkningsgrad Lavere NO X -utslipp Høyere pålitelighet/tilgjengelighet Kortere byggetid NB! CO 2 -fjerning ikke på listen Norsk markedsnisje?

17 Ståstedsbetraktning - behov for gasskraft? Norges utvikling i el.forbruk på linje med andre vest-europeiske land, dvs. 1-2% økning per år (1-2 TWh per år) Tilgang på ny produksjonskapasitet fra vannkraft er ikke tilstrekkelig Rammebetingelser for enøk er åpenbart ikke tilstrekkelige for å dempe forbruksvekst Det er usannsynlig at tilstrekkelig økt produksjonskapasitet kan komme fra nye fornybare energikilder, med dagens rammebetingelser Manglende produksjonskapasitet dekkes gjennom økende import Nei til gasskraft kan paradoksalt føre til økte CO 2 -utslipp

18 CO 2 -fri kraftoppdekning i Skandinavia Nedleggelse av kjernekraft i Sverige og Tyskland CO 2 Lite ny kullkraft, eller nedleggelse av kullkraft Deponering i bergarter Ingen ny vannkraftutbygging CO 2 CO 2 El CO 2 Deponering i oljereservoar EFI

19 Finnes CO 2 -fri gasskraftteknologi? Teknologien for CO 2 -fri gasskraft er i prinsippet tilgjengelig, men er: umoden teknologi, dvs. teknologiforbedring og tilhørende kostnadsreduksjon er påkrevd kommersielt sett ikke akseptabel Årsak: Standard gasskraft: øre /kwh (uten CO 2 -avgift) CO 2 -fri gasskraft: øre /kwh + ca øre/kwh = øre/kwh (uten CO 2 - inntekt ) Utvikling av CO 2 -frie kraftverk har liten fokus internasjonalt Kyoto-protokoll: ingen klare incentiver for teknologiutvikling men: det er en stigende trend i aktivitet (f.eks. DOE) Det er ikke kun et tidsspørsmål om når CO 2 -fri gasskraft blir kommersielt vanlig å benytte Det må satses for at denne teknologien skal kunne realiseres Internasjonale rammebetingelser - politisk/økonomisk - må på plass Norge 2001: ca mill. kr på CO 2 - fri gasskraftteknologi

20 Takk for oppmerksomheten!