Станция Nakoso - проект по производству электроэнергии в японской префектуре Фукусима с интегрированным комбинированным циклом газификации угля (IGCC).
16 апреля Nakoso была передана владельцу Nakoso IGCC Power GK компанией Nakoso IGCC Power GK консорциумом под руководством Mitsubishi Power и вступила в коммерческую эксплуатацию.
1. Станция Nakoso мощностью 543 МВт с интегрированным комбинированным циклом газификации угля (IGCC) в префектуре Фукусима начала работу 16 апреля 2021 года.
Как и все электростанции IGCC, установка Nakoso IGCC мощностью 543 МВт (фото 1) сочетает в себе газификацию угля в печи для получения синтез-газа, смеси, состоящей в из водорода и монооксида углерода; а также газовые и паровые турбины для выработки электроэнергии. На Nakoso IGCC в газификаторе используется технология продувки воздухом, которая основывается на реакции между углем и воздухом для получения горючего синтез-газа.
2. Газогенератор в конструкции IGCC с воздушной продувкой имеет двухкамерную двухступенчатую конструкцию, состоящую из горелки в нижней (первой) ступени и редуктора в верхней (второй) ступени.
По данным компании Mitsubishi Power, изготовившей систему IGCC с воздушным наддувом, газификатор основан на двухступенчатом захваченном слое, который состоит из горелки в нижней камере и редуктора в верхней камере (рис. 2). «В камере сгорания сжигается уголь и полукокс, и образуется высокотемпературный газ», - поясняет компания. «В редукторе уголь газифицируется в высокотемпературный газ. Обеспечивая калорийность синтез-газа, необходимую для сжигания в газовой турбине, газификатор плавит золу и плавно сбрасывает ее на этапе сжигания, тем самым выполняя две функции одновременно.
По словам представителей компании, которая является дочерней компанией японского технологического гиганта Mitsubishi Heavy Industries, технология Mitsubishi Power - результат четырех десятилетий разработки, эксплуатации и проверки. В 2013 году компания Mitsubishi Power завершила успешную демонстрацию технологии нагнетания воздуха на блоке IGCC мощностью 250 МВт на 10-м энергоблоке электростанции Накасо компании Joban Joint Power Co. около Иваки (Фукусима), и объявила его коммерчески работоспособным. Nakoso Unit 10 «установил рекорд непрерывной работы продолжительностью 3917 часов», - сообщила компания Mitsubishi Power.
В сентябре 2014 года компания и партнеры Mitsubishi Heavy Industries Engineering Ltd., Mitsubishi Electric Corp. и Mitsubishi Power Environmental Solutions получили крупный заказ от Tokyo Electric Power Co. (TEPCO) на две установки IGCC класса 500 МВт на станцию Nakoso компании Joban Joint Power, а также на собственную электростанцию Hirono компании TEPCO в Футаба-гун. Эти проекты, по словам TEPCO, помогут префектуре Фукусима в восстановлении местной промышленности после землетрясения, цунами и аварии на АЭС в 2011 году.
Mitsubishi Power заявила в апреле, что по сравнению с меньшим блоком №10 станции Nakoso, эффективность Nakoso IGCC была «существенно увеличена» и достигла 48% чистого теплового КПД на основе низшей теплотворной способности. На станции принята конфигурация, аналогичная той, которая используется на станции Hirono, где «газовая турбина объединена с паровой турбиной, использующей пар, вырабатываемый котлом-утилизатором, работающим на отработанном газе», - отмечает компания.
Для Mitsubishi Power коммерческий запуск Nakoso IGCC знаменует собой новый этап «эффективного использования ресурсов, сохранения окружающей среды и декарбонизации». Например, компания сообщила, что ее усовершенствованная система IGCC на 10–15% более эффективна, чем ультрасверхкритическая (USC) угольная установка класса 600C.
Такое повышение эффективности способствует сокращению выбросов углекислого газа. «В то время как средний мировой показатель выбросов CO2 на угольных электростанциях составляет 950 г CO2 / кВтч на генераторном терминале, на IGCC уровень выбросов от терминала генератора составит 650 г CO2 / кВтч», - говорится в сообщении. Для удовлетворения растущих потребностей в гибкости топлива, процесс газификации также более приспособлен к различным видам угля, в том числе при высоком содержании золы с низкой точкой плавления, чем в пылеугольных котлах.
Nakoso IGCC (и блок Hirono, который планируется запустить в конце этого года) войдут в число угольных электростанций промышленного масштаба IGCC, работающих по всему миру. Наряду с блоком Nakoso IGCC и блоком Nakoso 10 Duke Energy продолжает эксплуатировать построенную в 2013 году станцию Edwardsport IGCC мощностью 618 МВт в Индиане. В связи с ценовым давлением и неопределенностью в отношении выбросов углерода несколько станций IGCC были закрыты за последнее десятилетие. К ним относятся блок Пуэртоллано мощностью 300 МВт в Испании и блок 250 МВт в Буггенуме в Нидерландах.
Как отметил Тоби Локвуд, старший аналитик и руководитель Центра чистого угля Международного энергетического агентства (IEA CCC) в феврале 2021 года: «Интерес к технологии IGCC то рос, то ослабевал. В 1990-х и начале 2000-х годов в США, Европе и Японии было развернуто несколько демонстрационных установок IGCC, которые в дальнейшем не использовались из-за «высокой стоимости установок, сложности их эксплуатации, а также в связи с повышением эффективности пылеугольных установок».
Интерес к этой технологии возобновился в конце 2000-х годов в связи возможностью ее потенциального применения для улавливания двуокиси углерода до процесса сжигания, а также нескольких демонстрационных проектов перед сжиганием. Но несколько демонстрационных проектов, таких как FutureGen Министерства энергетики США (DOE), Zerogen в Австралии и IGCC-проект Kemper County компании Southern Co. были отменены или перепрофилированы.
В Китае проект GreenGen IGCC мощностью 250 МВт был завершен в 2015 году, однако «запланированные этапы внедрения CCUS [улавливания, утилизации и хранения углерода] и строительства более крупной установки, в настоящее время приостановлены», - сказал Локвуд.
В Японии продолжаются исследования, разработки и демонстрации (НИОКР) передовых угольных технологий с целью дальнейшего повышения экономических и экологических показателей угольной энергетики. По словам Локвуда: «Более 80% угольного парка энергетических предприятий страны мощностью 43 ГВт в настоящее время используют сверхкритические условия пара (более половины из них относятся к классу USC), и они по-прежнему тесно связаны с высокоэффективными угольными технологиями с низким уровнем выбросов (HELE).
Лидерство Японии в разработке и внедрении технологий HELE изначально было мотивировано экономикой и безопасностью поставок после того, как страна закрыла большую часть АЭС после аварии на Фукусиме. Но в последние годы технология USC «стала ключевым элементом стратегии Японии по сокращению выбросов CO2», - сказал он. Например, пересмотренный в 2013 году в стране Закон об энергосбережении требует, чтобы новые угольные установки работали при КПД более 42% и при общей более высокой теплопроводности (HHV - или более 44% при более низкой теплотворной способности [LHV]), с некоторыми исключениями.
Между тем, в начале 2020-х годов правительство приняло решение добиться практического использования передовых установок USC и IGCC, которые, способны достигать эффективности более 46%.
Примечательно, что Япония возглавляет демонстрацию технологии интегрированного топливного элемента с газификацией (IGFC), которую Локвуд описывает как «инновационный вариант установки IGCC», когда в качестве топливного элемента используется водород, полученный из угля.
При поддержке Японской организации по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO) в проекте Osaki CoolGen мощностью 166 МВт будет интегрирована технология кислородно-дутьевого IGCC с улавливанием углерода, а затем эта система будет интегрирована с твердооксидными топливными элементами. По словам Осаки CoolGen, IGCC с кислородной продувкой - это, по сути, процесс газификации угля и выработки синтез-газа с монооксидом углерода и водородом в качестве основных компонентов. «Демонстрация в 2018 году показала, что этот процесс может достичь «чистого теплового КПД примерно 46% на коммерческой установке, и сокращения выбросов CO2 на 15% по сравнению с проектом USC», - сказал Osaki CoolGen. В настоящее время проект находится на стадии детального проектирования и строительства, демонстрация IGFC состоится в 2022 финансовом году.
Япония стремится экспортировать свои технологии в страны с развивающейся экономикой, поэтому успешная эксплуатация новых установок Nakoso и Hirono «может привести к новой волне развертывания IGCC по всему миру», - сказал Локвуд. Параллельно растет интерес к газификации угля с использованием CCUS в качестве недорогого источника водорода, что также способствует глобальному продвижению других проектов IGCC. «Два проекта, финансируемых в рамках последнего раунда инициативы Coal FIRST Министерства энергетики США, связаны с газификацией угля для производства как энергии с низким содержанием углерода, так и водорода. IGCC также планирует работать совместно с Индией по расширению возможностей газификации угля, так называемой, «экономики метанола», - сказал он.