Konvertering fra kul til biomasse

Transkript

1 Konvertering fra kul til biomasse Boiler Technology Conference Scandic Copenhagen Hotel, 6 th of December 2018 CARSTEN ERSKOV HENDRIKSEN NOVEMBER 2018

2 Ørsted 1 develops energy systems that are green, independent and economically viable Revenue (2017): EUR 8.0bn EBITDA (2016): EUR 3.0bn ~5,900 employees Major Shareholders: Danish State 50.1% Seas NVE 9.5% Capital Group >5% Active in Scandinavia, United Kingdom, Germany, The Netherlands, USA and Taiwan Wind Power Distribution & Customer Solutions Bioenergy Global leader in offshore wind with 3.8GW installed Active in all parts of the value chain - develop, construct, own and operate offshore wind farms Significant and attractive build-out plan of 5GW towards 2022 Ambition of 11-12GW installed offshore wind capacity by 2025 Largest power distributor in Denmark with 1 mill. customers Largest energy solutions provider in Denmark with 900,000 residential and industrial customers Developing green, innovative and cost efficient customer solutions #1 in Danish heat and power generation with 25% of market Converting heat and power plants from coal and gas to biomass Innovative waste-to-energy technology (Renescience) Energy storage solutions Note 1 Ørsted was named DONG Energy A/S until DONG Energy A/S was a merger in 2006 of six Danish production and distribution companies of power, heat, oil and gas 2

3 Ørsteds termiske kraftværker Kraftvarmeværker (Bio masse) Kraftvarmeværker (Fossile brændsler) Varmeværker Reserve/spidslast anlæg Herning Studstrup Kyndby Svanemøllen Asnæs H.C. Ørsted Esbjerg Skærbæk Avedøre 3

4 Historisk baggrund for biomassekonvertering af kraftvarmeværker i Danmark CO 2 -reduktion i Danmark kan opnås ved at erstatte kulbaseret kraftvarme med vind, biomasse og naturgas Politisk aftale fra 1993 med pålæg om at anvende 1.4 million tons biomasse (hovedsagelig halm) til kraftvarmeproduktion i år 2000 Begrænset national og international erfaring med biomasseforbrænding i stor skala i 1993 Stort program for udvikling og demonstration af halmfyring blev iværksat Måldato

5 Ørsted Bioenergi vil stoppe anvendelse af kul i 2023 Biomassekonvertering muliggør stop for anvendelse af kul fra 2023 Ørsted brændselsforbrug: Første større kraftværksselskab som stopper med anvendelse af kul Sætter yderligere handling bag Ørsteds vision om at lede den grønne omstilling 3% 1% 7% 26% 27% 18% 6% 24% 26% 42% Varmekunderne støtter en tidlig udfasning af kul 1% 1% 27% 95% 66% 48% 46% 1% 30% % Waste Biomass Natural gas Oil Coal Kul kan blive anvendt i force majeure situationer 5

6 PJ Anvendelse af vedvarende energi i Danmark 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0, Heat Pumps Waste Biogas Wood Straw Solar Wind Biomasse (halm og træ) udgjorde 11% af det samlede energiforbrug i 2016 Vedvarende energi udgjorde i alt 25% af det samlede energiforbrug i

7 Hvilke parametre er af betydning for valg af løsning for biomassekonvertering Alder Størrelsen af anlægget i forhold til varmegrundlag Kedelteknologi og fyringsanlæg Brændsel 7

8 MWh/h Hvad betyder størrelsen af anlægget i forhold til varmegrundlag 1? Fiktiv varmevarighedskurve maksimal effektbehov 300 MJ/s Time Eksempler fra Ørsteds kraftvarmeværker: AVV2, Avedøreværket blok 2 HEV, Herningværket SSV3, Studstrupværket blok 3 AVV1, Avedøreværket blok 1 SKV3, Skærbækværket blok 3 ASV2, Asnæsværket blok 2 ESV3, Esbjegværket blok 3 Minimum last er afgørende for hvor stor dækning, der kan opnås: 8 Noter: Min. effekt Timer MJ/s timer/år Forudsætter at anlæggets hovedsagelig drives i modtryksdrift og designes til varmegrundlaget, som det er tilfældet med de regulatoriske rammer, som er gældende i Danmark

9 Kedelteknologi og fyringsanlæg 1 Tvangsgennemløbskedler (Benson kedler) Beholderkedler Typisk støvfyrede => Støvfyring med træpiller med genbrug af eksisterende valsemøller 2 => (Støvfyring med tørring og formaling af træflis) => Tilsatsfyring med halm Støvfyrede samme muligheder som tvangsgennemløbskedler => Alternativt at ombygge helt eller delvist til ristefyring Fluid bed => Tilsatsfyring med halm => Fyring med træflis => (Fyring med træpiller) Ristefyring => Fyring med træflis => Fyring med halm => Tilsatsfyring med træpiller 9 Noter: 1 Mulige teknologier og brændselskombinationer. Dertil kommer en række andre krav, f.eks. materialer, tilsætningsstoffer og denox-teknologier 2 Ørsted har ingen erfaringer med anvendelse af tromlemøller til biomassefyring

10 Oversigt over danske biomassefyrede kraftvarmeværker Anlæg Teknologi Idriftsat Noter på biomasse Køge kraftvarmeværk blok 7 Ristefyring og støvfyring af træflis 1987 Haslev kraftvarmeværk Ristefyring af halm 1989 Rudkøbing kraftvarmeværk Ristefyring af halm 1990 Slagelse kraftvarmeværk Ristefyring af halm 1990 Grenå kraftvarmeværk Cirkulerende fluid-bed kul og halm 1992 Taget ud af drift Måbjerg biokedel Ristefyring af halm og træflis 1993 Masnedø kraftvarmeværk Ristefyring af halm og træflis 1996 Ensted biokedel Ristefyring af halm og træflis 1998 Skrottet Køge kraftvarmeværk blok 8 Ristefyring og støvfyring af træflis og støv 1999 Assens kraftvarmeværk Ristefyring af træflis 1999 Maribo-Sakskøbing kraftvarmeværk Ristefyring af halm 2000 Avedøreværket blok 2 biokedel Ristefyring af halm 2002 Studstrupværket blok 4 Tilsatsfyring af halm til kul 2002 Anlæg i reserve Herningværket Ristefyring af træflis og og støvfyring af træpiller 2002 Avedøreværket blok 2 hovedkedel Støvfyring af træpiller 2002 Randers kraftvarmeværk Ristefyring af træflis 2002 Amagerværket blok 2 Støvfyring af træ- og halmpiller 2003 Anlæg i reserve Fynsværket blok 9 Ristefyring af halm 2009 Amagerværket blok 1 Støvfyring af halm- og træpiller 2009 Primært træpiller Avedøreværket blok 1 Støvfyring af træpiller 2016 Studstrupværket blok 3 Støvfyring af træpiller og halm tilsatsfyring 2016 Primært træpiller Hillerød kraftvarmeværk Ristefyring af træflis 2016 Østkraft kraftvarmeværk Ristefyring af træflis 2016 Skærbækværket blok 40 Ristefyring af træflis 2016 Affald Varme Århus Ristefyring af halm og træflis 2016 Amagerværket bio 4 Cirkulerende fluid-bed med træflis 2019 Helsingør Kraftvarmeværk Ristefyring af træflis 2019 Asnæsværket blok 6 Bubling-bed med træflis 2019 Noter Anlæg med fed text: Bygget eller drevet af Ørsted/DONG Energy A/S eller fusionerede selskaber Anlæg i kursiv: Tvangsgennemløbskedler, øvrige er beholderkedler 10

11 Biomasse er som brændsel væsentligt forskelligt fra kul Askeindholdet i kul er højere end i biomasse Emissionsgivende stoffer er lave i biomasse: N NO x S SO 2 KCl påvirker kedelkomponenterne negativt. Derfor søges K indbundet, så problemerne reduceres. Si + Al + KCl Al-Si-K-forbindelser + HCl Lavere brændværdi -> logistikudfordringer Træpiller og halm er vandsugende -> kræver lukkede lagre Kemiske forskelle mellem kul og biomasse Kul Træpiller Halm Træflis Aske 12% 1% 4,5% 1% N 1,6% 0,2% 0,7% 0,3% S 1,2% 0,015% 0,15% 0,05% K 0,1% 0,08% 1,0% 0,1% Cl 0,1% 0,015% 0,4% 0,02% Si 3,2% 0,2% 0,8% 0,1% Al 1,5% 0,02% 0,01% 0,02% Formalingsegenskaber Fysiske egenskaber finere materiale, mere støv under håndtering Eksplosionsegenskaber højere K st -værdi Biologisk aktivitet og reaktive indholdsstoffer, især for træflis 11 KKT Brændsler og Forbrænding

12 Udfordringer primært støvfyret kedel med high-dust SCR denox teknologi eksempel fra Avedøreværkets blok 2 Brændsel Støv Møller Korrosion Deaktivering denox katalysator 12

13 Biomasse på Avedøreværket Udfordringer med støv ved håndtering af træpiller

14 Biomasse på Avedøreværket CFD-modellering af støveksplosion 14

15 Biomasse på Avedøreværket Kulmøller ombygget til formaling af træpiller Sigte Bord og valser Gearkasse

16 Tilsætning af additiv indbinder Kalium Avedøre 2 Reaktioner Aluminum silicates (coal fly ash): Sulfur: Coal fly ash 2KCl+Al 2 O 3 + n SiO 2 +H 2 O K 2 O.Al 2 O 3.nSiO HCl 2KCl + SO 3 + H 2 O K 2 SO HCl

17 Tilsætning af additiv tør kulflyveaske Avedøre 2 Reducerer tilsmudsning, slaggedannelse og korrosion without coal fly ash with coal fly ash 830 MW th tower boiler Steam data 300 bar, 560/560 C Corner fired 16 burners in four levels Dry fly ash at level 3

18 Additiv reducerer deaktivering af denox katalysatoren Reaktioner

19 Sammenfatning Teknologioverblik Kulstøvfyrede tvangsgennemløbskedler kan ombygges til 100% træpiller eller træstøvfyring fra formalet flis, hvis kedlens design er egnet (f.eks. deling i overheder skot, materialevalg i overhedere). Hvis kedlen har high dust SCR denox anlæg forudsættes tilsætning af additiv (kulflyveaske el.lign) for at reducere korrosion, tilslagning og deaktivering af katalysator (denox) Kulstøvfyrede beholderkedler kan evt. ombygges til hel eller delvis ristefyring med 100% træpiller/træflis med same betingelser i øvrigt som tvangsgennemløbskedler 1 Ristefyrede kedler eller fluid-bed (BFB eller CFB) kan anvendes til 100 % træflis 1 Ristefyrede kedler er det foretrukne valg til 100 % halmfyring 1. Noter: 1 Forudsat at anlæggets design, materialevalg og denox teknologi i øvrigt er egnet til brændslet 19

20 20 Tak for opmærksomheden!