Capitolul 2

20

2. CENTRALE ELECTRICE CU ARDERE A CĂRBUNELUI ÎN STARE PULVERIZATĂ

2.1 Descriere Arderea în stare pulverizată a cărbunelui a fost dezvoltată începând cu anii

`20 şi reprezintă la ora actuală filiera dominantă de utilizare a cărbunelui în centralele

electrice.

Principiul constă din măcinarea fină a cărbunelui (în mod uzual cu granulaţii

ajungând la dimensiuni mai mici de 75 µm) şi pulverizarea acestuia împreună cu o

parte a aerului de ardere (numit aer primar) în partea inferioară a unui focar.

Particulele de cărbune ard, temperatura flăcării putând atinge 1500 ºC. Restul

aerului de ardere (aer secundar) este introdus direct în focar pentru a asigura

arderea completă a cărbunelui.

Centralele electrice cu arderea cărbunelui în stare pulverizată (PCC) au la

bază un ciclu termodinamic cu abur supraîncălzit de tip Hirn. Una din principalele

componente ale circuitului termic al centralei este cazanul de abur (care înglobează

şi focarul). Cazanul de abur este format din canale de dimensiuni relativ mari în care

sunt imersate sisteme de ţevi. Gazele de ardere provenite din arderea combustibililor

circulă prin canale, pe la exteriorul ţevile, cedând căldură către agentul termic (apă şi

abur) care este vehiculat prin interiorul acestora. Pereţii canalelor pot fi realizaţi fie

din materiale ceramice rezistente la temperaturi înalte (cărămizi refractare), fie din

membrane metalice răcite la interior cu apă şi/sau abur. In figura 2.1 sunt prezentate

elementele menţionate mai sus [8]. Aerul necesar arderii şi gazele de ardere sunt

vehiculate cu ajutorul unor ventilatoare. Gazele de ardere sunt apoi dispersate în

atmosferă prin intermediul unui coş, sau a unui turn de răcire (vezi Fig. 2.3)

Din punct de vedere al circulaţiei apei şi aburului în sistemul vaporizator se

disting următoarele tipuri de cazane:

- Cu circulaţie naturală

- Cu circulaţie forţată multiplă

- Cu circulaţie forţată unică

Capitolul 2

21

Tipul circulaţiei în sistemul vaporizator influenţează decisiv caracteristicile

constructive şi funcţionale ale cazanului [9]. În acest sens se amintesc presiunile

maxime pe care poate să le atingă aburul produs de cazan: 140 bar pentru cele cu

circulaţie naturală, respectiv 180 bar pentru cele cu circulaţie forţată multiplă.

Fig. 2.1 Secţiune printr-un cazan de abur din cadrul unei PCC

Aburul produs de cazan este destins într-o turbină, producând lucru mecanic

utilizat pentru antrenarea unui generator electric. La eşaparea din turbină este

amplasat un condensator care reprezintă sursa rece a ciclului termodinamic. Răcirea

condensatorului se face cu o sursă exterioară, în majoritatea covârşitoare a cazurilor

fiind preferată apa. Condensul rezultat este pompat spre cazan, după ce în prealabil

temperatura acestuia este ridicată cu ajutorul unor preîncălzitoare regenerative care

utilizează abur extras de la prizele turbinei (vezi Figura 2.2).

Necesitatea de a diminua impactul produs asupra mediului de arderea

cărbunelui a condus la scheme relativ complicate ale PCC. În Figura 2.3 este

prezentată o astfel de schemă în care pot fi evidenţiate prezenţa unor filtre pentru

pulberi, oxizi de azot, respectiv oxizi de sulf. Aceste filtre trebuie să asigure nivele

deosebit de scăzute pentru concentraţiile de poluanţi evacuaţi în atmosferă (vezi

Tabelul 2.1 [10]).

canal gaze de ardere

focar

sisteme de ţevi

structură de rezistenţă

alimentare combustibil

Capitolul 2

22

Fig. 2.2 Structura unei PCC

Fig. 2.3 Secţiune prin circuitul aer – gaze de ardere al unei PCC 1 – sistem apă – abur; 2 – sistem preparare combustibil; 3 – sala turbinelor; 4 – filtru oxizi de azot;

5 – preîncălzitor de aer; 6 – ventilator de aer; 7 – filtru de pulberi; 8 – ventilator gaze de ardere; 9 – filtru oxizi de sulf; 10 – evacuare gaze de ardere în atmosferă (turn de răcire)

3

4

5

1

2

8 10

7 6 9

Capitolul 2

23

Tabelul 2.1 Limite ale concentraţiilor în gazele de ardere evacuate în atmosferă

(pentru cazane cu o putere termică nominală > 500 MWth) [10] Poluant Limită, mg/m3N

Centrale care au obţinut licenţa de operare înainte de 27.11.2002 SO2 400 NOX 500 (*)

Pulberi 50 Centrale care au obţinut licenţa de operare după 27.11.2002

SO2 200 NOX 200

Pulberi 30 (*) – După 01.01.2016: 200 mg/Nm3

Necesitatea unor astfel de filtre conduce la creşterea semnificativă a costurilor

de capital pentru o PCC, şi implicit a costurilor energiei electrice produse. În Figura

2.4 sunt prezentate diferite opţiuni privind dispunerea acestor filtre pe traseul de gaze

de ardere, iar în Tabelul 2.2 o serie de realizări pe plan mondial [11].

Fig. 2.4 Modalităţi de dispunere a filtrelor SCR – filtru catalitic de NOX ; FF – filtre de pulberi de tip textil ; ESP – filtre electrostatice de pulberi ;

FGD – filtre umede de SO2 ; Low-NOX burners – arzătoare cu NOX redus ; GGH – schimbător de căldură gaze de ardere ‘curate’/gaze de ardere ‘murdare’ ; WESP – reîncălzire gaze de ardere

SCRFF o

ESP(*) FGD

Low-NOxburners SCR

COLD ESP FGD

a)

b)

c)Low-NOxburners SCR

FF oCOLD ESP FGD WESP

Low-NOxburners

GGH GGH

SCRFF o

ESP(*) FGD

Low-NOxburners SCR

COLD ESP FGD

a)

b)

c)Low-NOxburners SCR

FF oCOLD ESP FGD WESP

Low-NOxburners

GGH GGH

Capitolul 2

24

Tabelul 2.2 Nivele de emisii atinse pe plan mondial

2.2 Performanţe ale PCC Creşterea performanţelor PCC este direct legată de creşterea performanţelor

ciclului termodinamic care stă la baza funcţionării acesteia. În acest sens se amintesc

următoarele metode principale:

- Creşterea parametrilor iniţiali

- Introducerea supraîncălzirii intermediare

- Preîncălzirea regenerativă a apei de alimentare a cazanului

- Scăderea presiunii de condensaţie

În condiţiile în care presiunea de condensaţie este dictată de nivelul termic al

sursei de răcire a condensatorului, principalele eforturi în ceea ce priveşte creşterea

performanţelor PCC s-au îndreptat înspre creşterea parametrilor iniţiali ai ciclului.

Bineînţeles, în acelaşi timp au fost luate în consideraţie efectele pozitive aduse de

supraîncălzirea intermediară şi de preîncălzirea regenerativă. În Tabelul 2.3 se face

o trecere în revistă a performanţelor istorice obţinute de centralele convenţionale pe

abur, inclusiv a PCC [12], iar în Figurile 2.5 şi 2.6 sunt prezentate evoluţiile presiunii

şi temperaturii iniţiale [11].

Comb. MWe NO x SO 2 Pulberi An

Mellach (A) Huilăl (< 1% S) 250 180 110 10 1986

Hawthorne (USA) Huilăl (< 1% S) 550 65 150 22 2001

Boxberg (D) Lignit 907 150 350 10 2002

Haramachi (J) Huilă (< 1% S) 2x1000 120 200 25 1997

Tomatoh-Atsuma (J) Huilă (< 1% S) 2x700 100 143 10 2000

Tachibana-Wan (J) Huilă (< 1% S) 2x1050 90 143 10 2002

Hekinan (J) Huilă (< 1% S) 2x1000 30 75 5 2001

Huilă (< 1% S) 700÷1000 50 75 5 - Unităţi noi (Japonia)

Capitolul 2

25

Tabelul 2.3 Evoluţia caracteristicilor centralelor convenţionale cu abur

An 1950 1958 1959 1966 1973 Putere unitară, MW 60 120 200 500 660 Presiune iniţială, bar 62 103 162 159 159 Temperatură iniţială, °C 482 538 566 566 565 Temperatură de supraîncălzire intermediară, °C - 538 538 566 565 Randament electric net, % 30,5 35,6 37,5 39,8 39,5

Fig. 2.5 Evoluţia istorică a presiunii iniţiale [11]

Fig. 2.6 Evoluţia istorică a temperaturii iniţiale [11]

Pentru creşterea randamentelor ciclului de abur, prin creşterea parametrilor

aburului supraîncălzit, în anii ′70 - ′80 existau următoarele opţiuni:

Capitolul 2

26

- creşterea temperaturii la 570 ºC, cu păstrarea nivelului presiunii, în cadrul

unor cicluri subcritice;

- realizarea unui ciclu supracritic, prin ridicarea presiunii până la 240 bar, cu

limitarea temperaturii la o valoare de 540 ºC.

Ambele metode permit realizarea unor randamente echivalente. În cazul

utilizării cărbunelui aceste randamente nu au depăşit în general 38 – 39 %. Se

menţionează faptul că unităţile cu parametrii supracritici dezvoltate în anii `70 – `80

(îndeosebi în SUA şi URSS) au dovedit o fiabilitate relativ coborâtă, în principal

datorită materialelor din care erau confecţionate părţile sub presiune.

În ceea ce privesc puterile unitare, acestea nu au depăşit în general limita de

800 MWe.

După anul 1990, progresele înregistrate îndeosebi în domeniul materialelor au

permis dezvoltarea unor centrale electrice cu parametrii supracritici caracterizate prin

randamente înalte şi o disponibilitate ridicată.

2.3 Centrale cu parametrii supracritici 2.3.1. Descriere

Există foarte puţine diferenţe între o centrală cu parametri subcritici şi una cu

parametri supracritici. Ambele tipuri de centrale au la bază ciclul termodinamic

Rankine – Hirn.

În cazul ciclurilor subcritice, presiunea este limitată la aproximativ 180 bar,

pentru cazanele cu circulaţie forţată multiplă, prevăzute cu tambur, şi aproximativ 190

bar pentru cazanele cu circulaţie forţată. În aceste centrale la nivelul vaporizatorului

cazanului există un amestec lichid / vapori în stare de saturaţie.

Într-un ciclul supracritic nu există apă sau vapori în stare de saturaţie. Apa

încălzită la 375 ºC şi la 221 bar trece direct din faza lichidă în cea de vapori

supraîncălziţi. În figura 2.7 este prezentată evoluţia ciclului termodinamic pentru o

unitate cu parametrii supracritici.

Capitolul 2

27

Fig. 2.7 Ciclul termodinamic pentru o unitate convenţională

cu abur cu parametrii supracritici

În mod convenţional centrale sunt cu parametrii supracritici când presiunea

aburului supraîncălzit atinge şi depăşeşte 250 bar şi 565 ºC şi cu parametrii ultra-

supracritici, dacă aceşti parametrii ating şi depăşesc 300 bar, respectiv 585 ºC.

2.3.2 Particularităţi ale centralelor cu parametrii supracritici

2.3.2.1 Cazanul de abur

Dispariţia evaporării impune modificarea cazanului, care nu mai poate conţine

tambur. Aceasta conduce la necesitatea utilizării, pentru ciclurile supracritice, doar a

cazanelor cu circulatie forţată unică.

Fluidul de lucru trece direct din starea lichidă în cea gazoasă în sisteme de

ţevi care îmbracă peretele cazanului. Nu mai există, deci, un punct unic de

convergenţă, ci o zonă de convergenţă. Acest lucru are o influenţă directă asupra

suprafeţei de schimb care va fi, în general, mai mare decît cazul cazanelor cu

parametrii subcritici. Pe ansamblu, inerţia termică a unui astfel de cazan este relativ

scăzută, permiţând variaţii de sarcină până la 5 % pe minut. Aceste centrale sunt

adaptate deci pentru porniri rapide şi schimbări frecvente de sarcină.

2.3.2.2 Materialele

Centralele cu parametrii supracritici implică creşterea atât a temperaturii, cât şi

presiunii aburului, având ca restricţie limitele de rezistenţă ale materialelor

disponibile.

punct critic

Capitolul 2

28

Faţă de centralele cu parametrii subcritici sunt necesare noi materiale, cu o

rezistenţă mare la temperatură şi coroziune, îndeosebi la:

- Componentele cu pereţi groşi ale cazanului, cum ar fi colectoarele

supraîncălzitorului, colectoarele supraîncălzitorului intermediar;

- Ţevile supraîncălzitorului şi supraîncălzitorului intermediar;

- Rotorul şi mantaua turbinei de înaltă presiune.

Parametrii aburului pentru centralele supercritice generează temperaturi înalte

în ţevile supraîncălzitorului şi măresc ratele potenţiale de coroziune pe parte atât de

gaze de ardere, cât şi de abur. Oţelurile cu crom, ca X20, pot fi utilizate în acest caz

sau, ca alternativă pentru cărbuni corozivi sau temperaturi ridicate, se pot folosi

oţeluri austenitice mai scumpe, ca T316 şi T347. În aceste condiţii temperatura

maximă a aburului la ieşirea din cazan poate atinge 610 ºC.

În centralele proiectate la parametrii 250 bar/560 ºC, pentru colectoare şi ţevile

de abur s-au utilizat oţeluri feritice cu un conţinut de crom de până la 12 %, de tipul

X20Cr.Mo.V121. Pentru centrale cu parametrii de până la 300 bar/600 ºC sunt

necesare materiale mult mai rezistente, cum ar fi P91/T91/F91.

Rezumând, la ora actuală parametrii reprezentativi pentru un cazan pot ajunge

până la 300 bar/ 600 – 610 ºC.

2.3.2.3 Turbina

Concepţia unei turbine utilizată într-o centrală cu parametrii supracitici nu

diferă fundamental de aceea a turbinei destinată unei centrale cu parametrii

subcritici. Totuşi, datorită nivelului de presiune şi temperatură ridicat, trebuie

reconsiderate grosimea şi materialele pentru partea de înaltă presiune a turbinei.

Turbinele moderne din cadrul centralelor cu parametrii supracritici se

caracterizează prin puteri unitare mari, cuprinse în intervalul 300 – 1200 MW. Faţă de

cazul unei centrale cu parametrii subcritici, nivelul ridicat al presiunii iniţiale şi apariţia

celei de-a doua supraîncălziri intermediare, va conduce la complicarea turbinei cu

abur şi apariţia unui număr sporit de corpuri. În Figura 2.8 este prezentat un exemplu

de astfel de turbină [13].

Capitolul 2

29

Fig. 2.8 Turbină cu abur cu parametrii supracritici şi dublă

supraîncălzire intermediară [13]

2.3.2.4 Tratarea apei

Cazanele cu parametrii supracritici sunt foarte sensibile la calitatea apei de

alimentare. În consecinţă este necesară prezenţa unei instalaţii de demineralizare

totală, pe de-o parte, şi o bună degazare a apei de alimentare, pe de altă parte.

Cazanele de acest tip nu au nevoie de purjă, ceea ce are un efect pozitiv

asupra balanţei de apă a centralei.

2.3.2.5 Alte echipamente ale centralei

Comparaţiile efectuate privind echipamentele din ciclul apă – abur ale celor

două tipuri de centrale - cu parametrii supracritici, respectiv subcritici – au arătat că

diferenţele sunt limitate la un număr relativ mic de componente şi anume:

- pompele de apă de alimentare;

- echipamentele din zona de înaltă presiune a circuitului de apă de

alimentare (în aval de pompele de apă de alimentare).

Aceste echipamente reprezintă mai puţin de 6 % din costul unei centrale pe

cărbune.

2.3.3 Situaţia actuală a centralelor cu parametrii supracritici

Centralele cu parametrii supracritici s-au dezvoltat în deosebi în 4 ţări:

Germania, Danemarca, Japonia şi SUA. În Tabelele 2.4 şi 2.5 sunt prezentate o serie

de realizări [11].

Capitolul 2

30

Tabelul 2.4 Centrale cu parametrii supracritici din Germania [11]

Amplasament Niederhaussen Lippendorf Schwarze Pumpe Staudinger Boxberg Schkopau

Operator RWE Energie Vattenfall Vattenfall Preußen Elektra Vattenfall Kraftwerk

Schkopau

Furnizor principal cazan Alstom Steinmüller Alstom Deutsche

Babcock Alstom Steinmüller

Furnizor turbină Siemens PG Siemens PG Siemens PG Alstom Alstom Alstom

Combustibil Lignit Lignit Lignit Huilă Lignit Lignit

Putere netă, MWe 965 930 2x800 509 907 2x450

Presiune abur viu, bar 275 267 267 262 266 285

Temp. abur viu (°C) 580 554 547 545 545 545

Temp. abur intermediar,°C 600 583 560 562 581 560

Randament net, % 45.2 42,3 41 43 41,8 40

An de punere în funcţiune 2002 2000 1997-98 1992 2001 1995

Tabelul 2.5 Centrale cu parametrii supracritici din Danemarca [11]

Amplasament Esbjerg 3 Skaerbaek 3 Nordjyllands 3 Averdore 2

Operator Elsam Elsam Elsam Energy E2

Furnizor principal cazan Alstom BWE BWE BWE/FLS Miljo

Furnizor turbină - MAN/Alsthom Alsthom Ansaldo Energia

Combustibil Huilă Gaz natural Huilă Huilă

Putere netă, MWe 411 411 411 390

Presiune abur viu, bar 250 290 290 300

Temp. abur viu (°C) 560 582 582 580

Temp. abur intermediar,°C 560 580/580 580/580 600

Randament net, % 45 49 47 48.3

An de punere în funcţiune 1992 1997 1998 2001

Costurile actuale de investiţie ale centralelor cu parametrii supracritici cu puteri

unitare mari sunt doar cu cca. 2 % mai mari decât ale centralelor cu parametri

subcitici. Cheltuielile cu combustibilul sunt considerabil mai mici datorită

Capitolul 2

31

randamentelor superioare ale ciclurilor supracritice, iar cheltuielile de exploatare sunt

de acelaşi nivel cu cele din centralele cu parametrii subcritici.

Alegerea unei puteri unitare mari este condiţionată de caracteristicile

sistemului electroenergetic. Pentru ţări cu sisteme electroenergetice puternice sunt

posibile puteri unitare de 500 – 900 MW. În schimb, în cazul unor sisteme

electroenergetice mai modeste mărimea posibilă a grupurilor este la nivelul de 300

MW, ceea ce implică însă un cost specific al investiţiei mai ridicat.

Construcţia unei centrale noi, pe cărbune pulverizat, durează între 38 – 58

luni, în funcţie de echipamentele instalate (numărul grupurilor, tratarea gazelor arse).

În cele ce urmează sunt pezentate detalii privind o serie de centrale cu

parametrii supracritici.

a. Blocul 3 din centrala Nordjyllandsvaerket – Danemarca, este

demonstrativ la acest nivel de parametrii (285 bar, 580 oC / 580 oC), care au condus

la un randament termic de 47 %.

• Combustibil utilizat: - bază: cărbune bituminos - rezervă: păcură

• cazan de abur: - debit nominal: 954 t/h - parametri abur: 290 bar, 582 oC - tip cazan: Benson, tip turn, configurat pentru dublă

supraîncălzire - arzătoare: 16 arzătoare duale cărbune/păcură - consum combustibil: 117 t/h la funcţionare pe cărbune

68 t/h la funcţionare pe păcură - randament: 95,2 % - înălţime cazan: 70 m

• turbină cu abur: - tip: dublă supraîncălzire - putere: 411 MW

• electrofiltre: - eficienţă: 99,9 %

• instalaţia de desulfurare: - tip: umed - grad de reţinere: 96 %

• instalaţie reducere NOx - grad de reţinere: > 80 %

Capitolul 2

32

b. Centrala Avedore din Danemarca este una din cele care au concepţia cea

mai avansată din Europa, cu parametrii de 305 bar, 582 /600 oC şi cu un randament

termic de 49 %.

c. La centrala Waigaoqiao din China au fost instalate 2 blocuri de 900 MW

cu parametrii supracritici. La acest nivel de putere există doar 27 de centrale în

exploatare şi 11 în construcţie, toate în SUA, Japonia sau Germania. Instalarea

acestor blocuri la centrala Waigaoqiao a avut ca scop reducerea deficitului acut de

putere din regiunea Shanghai şi a condus totodată şi la reducerea însemnată a

emisiilor poluante în zonă.

Cazanele de la Waigaoqiao ard cărbune cu Pci = 5445 kcal/kg, cu 0,43 % S,

11 – 15 % cenuşă şi sunt prevăzute cu arzătoare cu NOx redus şi cu electrofiltre de

mare performanţă.

d. Centrala Suijun – China este cea mai mare centrală pe cărbune cu

parametri supracritici din această ţară, fiind realizată cu echipamente livrate de Rusia

(cel mai mare export complex de echipament rusesc).

Puterea centralei este de 3200 MW, din care, prima etapă de 2 x 800 MW, a

fost deja pusă în funcţiune.

• cazan de abur: - tip cazan: cu străbatere forţată cu supraîncălzire intermediară - debit de abur: 2650 t/h - combustibil: cărbune bituminos cu umiditate 9,6 %,

cenuşă 19,8 % şi Pci = 22,4 MJ/kg - parametrii abur viu: 250 bar, 545 oC - parametrii abur supraîncălzit: 39 bar, 545 oC - randament: 92,3 %

• turbină cu abur: - putere: 800 MW - structură : un corp de IP şi 3 corpuri de JP

e. Unitatea 5 de la centrala Staudinger – Germania, cu funcţionare pe

lignit, este un proiect important, ce poate fi folosit ca model din punct de vedere al

soluţiilor şi performanţelor.

Date caracteristice principale:

Capitolul 2

33

- putere: 500 MW - parametrii aburului la intrarea în turbină: 250 bar, 540 oC - parametrii aburului la ieşirea din cazan: 262 bar, 545 oC - temperatura aburului supraîncălzit

intermediar la intrarea în turbină: 560 oC - combustibil: cărbune - temperatura de calcul la ieşire din focar: 1250 oC - temperatura apei de alimentare: 270 oC - temperatura gazelor de ardere la coş: 125 oC - este prevăzut cu instalaţie de desulfurare umedă, unde gazele se spală într-un scruber cu calcar şi se produce gips (SO2 < 200 mg/Nm3) - NO2 < 200 mg/Nm3 (arzătoare cu NOx redus şi SCR) - consumul serviciilor proprii: 8,1 % - randament global pe bloc: 43 %

f. Centrala Schwarze Pumpe – Germania, cea mai mare centrală pe lignit

construită în această ţară:

- echipare: 2 unităţi de 800 MW - parametrii aburului la turbină: 250 bar, 544 oC / 562 oC - debit de abur: 638 kg/s - alimentare cu apă a cazanului: 320 bar, 270 oC - randament global net pe bloc: 41 %

2.3.4 Perspective de dezvoltare ale centralelor cu parametrii supracritici

La nivelul Uniunii Europene centralele electrice pe cărbune se caracterizează

printr-o medie de vârstă relativ ridicată (vezi Fig. 2.9 [11]). Aceeaşi situaţie poate fi

întâlnită şi pentru celelelate ţări ale Europei în care aproximativ 66 % din capacitatea

instalată în acest tip de centrale au o vechime de peste 20 de ani. Pe termen mediu

şi lung aceste capacităţi vor trebui înlocuite. După cum s-a precizat în Capitolul 1

cărbunele va reprezenta în continuare o sursă de bază pentru sectorul energiei

electrice. În consecinţă, este de aşteptat continuarea cercetărilor în domeniul

centralelor cu parametrii supracritici care să funcţioneze pe acest tip de combustibil.

Se estimează o creştere a randamentelor PCC la valori care să depăşească

50 % (vezi Figura 2.10 [14]).

Capitolul 2

34

Fig. 2.9 Vârsta unităţilor pe cărbune din Uniunea Europeană

Fig. 2.10 Eevoluţia probabilă a eficienţei PCC

În primul rând este necesară dezvoltarea viitoare a materialelor care să reziste

la parametrii supracritici ai aburului. În Figura 2.11 este prezentată o situaţie a

materialelor utilizate din punct de vedere al limitărilor de presiune şi temperatură.

Majoritatea acestor lucrări de cercetare - dezvoltare sunt acoperite de proiectul de

dezvoltare a tehnologiilor AD700 (finanţat de Comisia Europeană) la care participă

38 de parteneri industriali şi universitari din Uniunea Europeană. Obiectivul

Effi

cien

cy (%

lhv)

35

40

45

50

1970 1980 1990 2000 2010

Ultra - supercritical Nordjylland Denmark 413 MW

EC AD700

Capitolul 2

35

proiectului AD700 este de a demonstra fezabilitatea tehnică a unei unităţi cu

parametrii ultra-supracritici (700/720 °C, 375 bar) care să atingă o eficienţă de 52 -

55 %. Cercetări similare se întreprind atât în SUA, cât şi în Japonia.

Dezvoltarea şi proprietăţile materialelor presupun:

§ Noi super-aliaje bazate pe nichel pentru operare pe termen lung la

temperaturi ale aburului de 700 - 720ºC.

§ Metode perfecţionate de fabricare ale componentelor din super-aliaje;

§ Utilizarea de noi oţeluri austenitice care să reziste la temperaturi de 600 -

700ºC, în scopul minimizării utilizării de super-aliaje scumpe.

§ Metode noi pentru sudarea materialelor similare şi diferite;

§ Investigarea rezistenţei la coroziune a noilor aliaje, care operează la 700 -

750ºC în cazane ce utilizează drept combustibil numai cărbune sau

cărbune şi biomasă;

§ Turbinele cu abur vor fi reproiectate şi revizuite sau vor fi elaborate noi

metode pentru economisirea super-aliajelor.

§ Vor fi dezvoltate noi structuri ale cazanelor, care vor permite scurtarea

liniilor de abur dintre cazan şi turbină, reducându-se substanţial costurile.

§ Structura generală a PCC va fi revizuită pentru a economisi super-aliajele

şi pentru a reduce impactul vizual al centralei.

Fig. 2.11 Limitări de presiune şi temperatură ale materialelor

Capitolul 2

36

2.3.5 Bariere de piaţă pentru centralele cu parametrii supracritici

Tehnologiile energetice sunt supuse unor bariere de piaţă specifice, acestea

fiind discutate pe module individuale de tehnologii. Există însă şi bariere generale

care se aplică tuturor tehnologiilor de generare a energiei electrice şi termice, şi

anume:

- Centralele electrice au costuri de investiţie iniţiale foarte ridicate, iar

dezvoltarea lor este de asemenea costisitoare. Deoarece principalele pieţe

de desfacere pentru noile centrale electrice se găsesc în ţările în curs de

dezvoltare, acest lucru fiind valabil pentru mulţi ani de acum înainte,

atenţia trebuie concentrată asupra unor scheme financiare şi de

dezvoltare a centralelor potrivite pentru asemenea pieţe.

- Riscurile actuale asociate tehnologiilor inovatoare şi impacturile lor

potenţiale asupra mediului pot împiedica investitorii şi pot face dificilă

colectarea fondurilor.

- Un aspect important al investiţiilor în centrale electrice mai eficiente este

presiunea preţului de vânzare a energiei electrice. Costurile actuale ale

producţiei de energie din centralele electrice pe cărbune se ridică la 3

Eurocenţi/kWh. Costurile specifice pentru centralele cu eficienţă ridicată

pot fi diminuate, dar riscul pe termen lung al investiţiilor mari în noi

tehnologii trebuie micşorat prin reducerea riscului unei viitoare căderi a

tarifului energiei electrice ca o consecinţă a liberalizării. Politica trebuie să

stabilească condiţii cadru care să permită o exploatare durabilă pe termen

lung a centralelor electrice pe cărbune cu grad ridicat de eficienţă ca

element cheie al producţiei sectorului energetic european. Industria

energetică nu va fi capabilă să investească în centrale avansate în condiţii

economice extreme, chiar la un cost de producţie a energiei electrice de 3

– 3,5 Eurocenţi/kWh.

Există de asemenea o competiţie între tehnologiile din cadrul sectorului

energetic, de exemplu:

- În cadrul UE, preţul gazului este scăzut, iar costul noilor centrale pe gaz

natural este de asemenea scăzut. În industria energetică a UE, care

Capitolul 2

37

evoluează rapid, noile centrale pe gaz natural au un avantaj economic

semnificativ faţă de centralele care utilizează combustibilul solid.

- Stabilitatea preţului combustibililor trebuie să fie considerat pe termen lung

în utilizarea cărbunelui la scară largă în generarea energiei electrice.

Variaţiile preţului gazului natural conduc la investiţii pe termen lung

costisitoare, în timp ce preţul cărbunelui este calculabil, stabil şi scăzut pe

termen lung;

- Există o grijă crescută pentru mediul înconjurător în cadrul UE pentru a

reduce poluarea locală şi regională, precum şi emisiile gazelor cu efect de

seră. Datorită emisiilor reduse, centralele cu gaz natural prezintă un

avantaj deosebit din punct de vedere al protecţiei mediului în comparaţie

cu centralele pe cărbune.

- În ciuda acestor argumente favorabile centralelor pe gaz natural, există

necesitatea de a menţine diversitatea în furnizarea energiei electrice şi să

se ia în considerare longevitatea resurselor respective (se estimează că

rezervele mondiale de gaz se vor diminua semnificativ, iar costurile

acestuia vor creşte, cu mult timp înainte ca acelaşi efect să se producă

asupra rezervelor de cărbune).

- Competiţia între tehnologii şi surse de energie în cadrul sectorului

energetic este necesară. Numai în acest fel, tehnologiile viabile pe termen

lung vor avea succes. Distorsiunile de piaţă, subvenţiile pe termen lung

sau alegerea surselor de energie sau a tehnologiilor pe criterii politice

constituie bariere serioase în promovarea PCC.