En vei til -fri gasskraft Foredrag på SINTEFs seminar om En fremtidsrettet energistrategi for Norge 1. februar 2000 Olav Bolland NTNU Institutt for Termisk energi og vannkraft SINTEF Internett: http://www.maskin.ntnu.no/tev/olavbolland/co2frigasskraft.pdf
Ståstedsbetraktning - 1 Motstridende synspunkter på konvensjonell og ny teknologi teknologisk nivå og tidsperspektiv for utvikling av ny teknologi Aktivitet på norsk forskning/utvikling av -fri gasskrafttteknologi på et lavmål for tiden (i motsetning til offentlig debatt) Usikkerhet om rammebetingelser fremover? Vil Kyoto-protokollen bli gjeldende? Er det mulig i 2008-2012 å nå målsettingene i Kyoto-protokollen? Er det realistisk å tro på et internasjonalt kvotesystem? Vil en kvoteordning hindre teknologiutvikling Ingen overordnet styring på at fra et gasskraftverk skal benyttes til økt oljeutvinning usikkerhet om mulig -inntekt
Ståstedsbetraktning - 2 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 import Nei til gasskraft kan paradoksalt føre til økte -utslipp
Kilde: Naturressurser og miljø 1999, SSB
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! -fjerning ikke på listen Norsk markedsnisje?
Finnes -fri gasskraftteknologi? Teknologien for -fri gasskraft er i prinsippet tilgjengelig, men er: umoden teknologi, dvs. teknologiforbedring og tilhørende kostnadsreduksjon er påkrevd kommersielt sett ikke akseptabel Årsak: Standard gasskraft: 16-18 øre /kwh (uten -avgift) -fri gasskraft: 16-18 øre /kwh + ca. 10-15 øre/kwh = 26-33 øre/kwh (uten - inntekt ) Manglende driftserfaringer (demo-anlegg nødvendig?) Utvikling av -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 -fri gasskraft blir kommersielt vanlig å benytte Det må satses for at denne teknologien skal kunne realiseres
Tre kraftverkskonsept (naturgass) med fjerning av A NG B C NG Kombinert prosess separasjon N 2 Autoterm reformering MT damp O 2 NG H 2 + CO ++ Eksos med LT damp Kombinert prosess med støkiometrisk forbrenning CO/H 2 vann-shift fjerning H 2 O + H 2 + ++ H 2 ++ HT damp fjerning Eksos med redusert H 2 O fjerning H 2 O Kombinert prosess kompresjon og transport kompresjon og transport kompresjon og transport Eksos med redusert L a g r i n g A: Kværner, Statoil B: Aker Maritime C: Norsk Hydro
Etter-rensing av, amin-vasking A NG Kombinert prosess Eksos med LT damp fjerning Eksos med redusert kompresjon og transport Baserer seg på kjent teknologi (mindre skala) Ingen * påvirkning eller endring av gassturbin Kan etterinstalleres, griper lite inn teknisk på kraftverket Avfall: 2000-4000 tonn/år @400 MW Virkningsgrad: 47-52% (høyest av kjente konsepter) Teknologien har et forbedringspotensiale (membraner, nye løsningsmiddel) Hva må til for å nå frem: Bedre løsningsmidler (enn MEA) - redusert energiforbruk og avfallsmengde Bruk av membraner i kombinasjon med absorpsjon? Tidsperspektiv Kan teknisk sett bygges nå, men teknologien er umoden
Oppstrøms separasjon av luft, støkiometrisk forbrenning med O 2 B separasjon N 2 O 2 NG Kombinert prosess med støkiometrisk forbrenning H 2 O + H 2 O fjerning H 2 O kompresjon og transport Utskilling av fra eksos meget enkel (kjøling) separasjon (>97% O 2 ) - velkjent teknologi (Linde) Virkningsgrad: 42-48% for GT-basert konsept, 30-37% DT-basert konsept Null utslipp (både for og NO X ) Kostnadsbildet noe uklart pga. delvis ikke-eksisterende teknologi Hva må til for å nå frem: Et marked for spesialtilpassede gassturbiner for - produksjon Forbedringer på teknologi for luftseparasjon (eks. membraner) Utnytte nitrogen fra luftseparasjon? Tidsperspektiv Dampturbinprosess kan bygges om kort tid, lite utvikling Gassturbinbasert løsning trenger tid (5-7 år, tung innsats) utvikling av ny type gassturbin (kompressor, brennere og turbin) en slik gassturbinutvikling pågår ikke nå
Dekarbonisering av naturgass - for-rensing C NG Autoterm reformering MT damp H 2 + CO ++ CO/H 2 vann-shift H 2 + ++ H 2 ++ HT damp fjerning Kombinert prosess kompresjon og transport Eksos med redusert H 2 -produksjon - velkjent teknologi - norsk kompetanse Komplisert og sammensatt prosess Virkningsgrad: 44-47% Kostnadsbildet noe uklart - sannsynligvis dyrere enn eksosgassrensning Forbrenning av hydrogenrik gass - verifisiering av gassturbiner Teknologistøtte fra utvikling av kullgassifiseringsanlegg Hva må til for å nå frem: Reduksjon i kostnader Marked for brensler - produsert med utgangspunkt i reformeringsanlegg Tidsperspektiv Kan teknisk sett bygges nå Mest moden komponentteknologi av alle konsepter
En vei til -fri gasskraft FoU-program på 60-100 millioner pr.. år (1 øre/kwh, 6 TWh = 60 mill.) Finansiert statlig og av evt. konvensjonelle gasskraftverk Skaper grunnlag for å bygge -fri gasskraft innen 10 år 1 øre/kwh = 34 kr/tonn fjernet (85% av 350 g /kwh) Forbrenningsteknologi Kraftprosesser Deponering av karbon Separasjonsteknologi Integrerte produksjonsprosesser G G G El.-overføring EFI
Forskningprogram, 60-100 millioner Nkr/år i»8 år Betydelige utfordringer Grunnleggende forskning bør få sin andel - høyrisikoforskning Internasjonalt samarbeid (både innen forskning og i JIP) Målsettinger: Senke merkostnader til 2/3 av 10-15 øre/kwh Senke merforbruk av gass fra 18% til under 10% Redusere avfallsmengde med 90% Mer kunnskap og erfaring med -lagring inkl. EOR Tidsperspektiv for en kommersiell akseptabel -fri gasskraft bør ikke være mindre enn 10 år
-fri gasskraft / FoU-finansiering 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Mill. kr/år Industri 2000 2008 Myndigheter
NEI! Er vellykket F&U nok for å kunne realisere -fri gasskraft F&U kan redusere merkostnaden for -fjerning, men ikke tilstrekkelig bør ha en verdi (salg til trykkstøtte i oljeproduksjon) Endring i holdning internasjonalt til utslipp av, og at dette reflekteres i høye kvotepriser
Kullkraft-import mens vi venter på -fri gasskraft? 400 MW 3.2 TWh CO2-utslipp, mill. tonn, akkumulert 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Antall år 0 5 10 15 20 25 30 Konvensjonell gasskraft 350 gr. CO2/kWh Kullkraft, import 850 gr. CO2/kWh Kullkraft 10 år + CO2-fri gasskraft 850 gr. CO2/kWh + 50 gr. CO2/kWh Konvensjonell gasskraft 10 år + CO2-fri gasskraft 350 gr. CO2/kWh + 50 gr. CO2/kWh