Har vist at gassturbin kan brukes i en oxyfuel-prosess

project-news; oxyfuel Claude R. Olsen
Etter tre års utvikling og testing har SINTEF og Siemens med partnere kommet frem til en velfungerende oxyfuel-prosess med en gassturbin. Underveis har de utviklet og testet en gassturbinbrenner som Siemens har søkt patent på.
​​​​(Testriggen HIPROX)

​​​​Testriggen HIPROX har bidratt til ny kunnskap om oxyfuel. 

Foto: Thor Nielsen/SINTEF

Kraftproduksjon basert på oxyfuel er en av veiene mot effektiv fangst av CO2. Når hydrokarboner brenner i ren oksygen, blir avgassene CO2 og vanndamp. Vanndampen kondenseres og ut kommer så godt som ren CO2.

Teknologien er utviklet og demonstrert for kullbasert kraftproduksjon, men for gassbaserte sykluser har man per i dag ikke demonstrert en komplett oxyfuel syklus. Forbrenningsprosessen i seg selv er utfordrende med CO2 som arbeidsmedium i stedet for luft, men hele prosessen med kondensering av vanndamp og resirkulering av CO2 er også en svært kompleks utfordring. (Se også faktaboks om oxyfuel nederst i artikkelen)

OXYGT-prosjektet

Med utspring i FME BIGCCS og med støtte fra CLIMIT-programmet, har SINTEF, Siemens, Lunds Universitet og Nebb Engineering jobbet i flere år med oxyfuel og gassturbiner. Målsettingen da prosjektet OXYGT ble startet 2011, var å etablere et tilstrekkelig grunnlag for å gå videre mot en kommersiell gassturbinsyklus med oxyfuel.

Hoveddelen av prosjektet har vært å teste ulike konsepter for brennere utviklet av Siemens og SINTEF. Brennerne ble testet under reelle betingelser for en oxyfuel-prosess i en gassturbin. Partnerne vet nå hvordan de skal drifte brennkammeret, hvordan brenselet skal injiseres, hvor store driftsmarginer de har og hvilke blandingsforhold mellom brensel og CO2 som er optimalt for å få mest effektiv forbrenning og minst mulig utslipp.

Testingen er gjort i SINTEFs rigg HIPROX som er bygd med midler fra BIGCCS og Forskningsrådet.

– I løpet av prosjektet har vi gjennomført testprogrammer for forbrenningsprosessen, selve brenneren og materialene i komponentene. I tillegg har vi lagt en plan for å bygge et pilotanlegg for å demonstrere OXYGT-konseptet. Resultatene har vært gode. Vi har kartlagt og testet et komplett operasjonskart for en oxyfuel gassturbin med hovedvekt på forbenningsprosessen, sier prosjektleder Petter Røkke ved SINTEF.

Konkurransedyktig prosess

Forskerne har også undersøkt hvordan utslipp, slik som CO og NOx, påvirkes når prosessen bruker CO2 som arbeidsmedium. Siden CO2 har andre egenskaper enn luft vil også design av prosessen (f.eks. intern kjøling) påvirkes. Dette har også blitt studert og kartlagt i prosjektet.

– Våre beregninger viser at CO2-fangst fra gassbasert kraftproduksjon ved oxyfuel er konkurransedyktig med pre- og postcombustion-teknologirutene. Men vi trenger erfaring fra en reell gassturbin syklus med oxyfuel-teknologi for å få presise tall, sier Røkke.

Det største tapet ligger likevel ikke i selve kraftprosessen, men i produksjon av oksygen. Mye energi går med til å skille oksygen fra lufta.

Mål for et oxyfuel gasskraftverk: Temperatur i brennkammeret mellom 1225 og 1400 °C, netto levert effekt mellom 100 og 120 MWe og elektrisk effektpotensial høyere enn 45 %.

Neste steg


Etter at prosjektet ble avsluttet i februar i år, skrev Siemens at prosjektdeltakerne har nå all den ekspertise og de ressursene som trengs for å ta oxyfuel-teknologien til neste fase, som er et pilotanlegg. Allikevel har Siemens foreløpig satt videre utvikling av denne teknologien for CO2 fangst på hold med bakgrunn i at markedet per i dag ikke er til stede.

SINTEF planlegger uansett å bygge et pilotanlegg i Trondheim. Prosjektet viste at det i første omgang er tilstrekkelig med en 100 kW gassturbin.​

– Detaljer om designet på brenneren tilhører Siemens, men kompetansen som er utviklet hos SINTEF og erfaringene fra drifting av brennekammer i en oxyfuel-syklus vil vi kunne bruke videre. Pilotanlegget vil bli unikt i verden og kan bli en del av det europeiske samarbeidet om forskningsinfrastrukturen ECCSEL, sier Røkke.

Planen er å utvikle oxyfuel-turbin finansiert med infrastrukturmidler fra Forskningsrådet.

Faktaark om OXYGT

​Oxyfuel-kraftverk

I et oxyfuel-kraftverk er luft byttet ut med ren oksygen, noe som krever en viss ombygging av forbrenningssystemet. Ved vanlig forbrenning med luft blir oksygenet i luften brukt til forbrenning mens nitrogenet følger med og reduserer forbrenningstem​​​​​​​​​​​peraturen. Når hydrokarboner forbrenner i ren oksygen, blir temperaturen svært høy, mye høyere enn det materialene i brennkammeret tåler. I et oxyfuel-anlegg blir derfor deler av røkgassen ført tilbake inn i brennkammeret for å senke forbrenningstemperaturen fra flere tusen grader Celcius til nær samme temperaturen som ved forbrenning med luft.

Mer om oxyfuel-kraftverk


 

 

project-news; oxyfuel


CLIMIT © 2017