Vergleichende Bewertung fortschrittlicher Kraftwerkskonzepte auf Kohlebasis

Abstract

Das Ziel dieser Studie ist es, vier fortschrittliche kohlebefeuerte Kraftwerkskonzepte hinsichtlich des Wirkungsgrades, der Stromgestehungskosten und der Emissionen unter vergleichbaren wirtschaftlichen und technischen Bedingungen zu bewerten. Betrachtet werden ein überkritisches Dampfkraftwerk SC 580°C, ein extern befeuertes Kombikraftwerk (HIPPS), ein Kombikraftwerk mit zirkulierender Druckwirbelschichtfeuerung mit vorgeschalteter Teilvergasung (PFBC) und ein Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung (IGCC). Ein konventionelles kohlenstaubbefeuertes Dampfkraftwerk (PCC) dient als Bezugsanlage, die den gegenwärtigen Stand der Technik von Kohlekraftwerken darstellt. Für jeden Kraftwerkstyp wurden sowohl eine Exergieanalyse als auch eine Wirtschaftsanalyse durchgeführt und der Einfluss wichtiger wirtschaftlicher und technischer Annahmen auf das Ergebnis dieser Analysen untersucht. Dadurch können der Ort, der Betrag, und die Ursachen der realen thermodynamischen Verluste bestimmt werden. Mögliche Maßnahmen zur Wirkungsgradesteigerung und Verminderung der Stromgestehungskosten werden aufgezeigt. Das extern kohlebefeuerte Kombikraftwerk erscheint aus sowohl thermodynamischer als auch wirtschaftlicher Sicht vorteilhaft. Das HIPPS-Kraftwerk weist einen exergetischen Wirkungsgrad von 48,5% auf und hat Stromgestehungskosten (LCE), die um 3,7% höher liegen als beim PCC-Kraftwerk. Wird das HIPPS-Kraftwerk ausschließlich mit Kohle befeuert, nimmt der Wirkungsgrad um 3,7% ab, ohne bemerkbare Änderungen der LCE. Das PFBC-Kraftwerk zeigt den zweithöchsten Wirkungsgrad (5,8% niedriger als beim HIPPS), und die niedrigsten LCE. Beim IGCC-Kraftwerk, dessen exergetischen Wirkungsgrad um 11,0% niedriger als der des HIPPS-Kraftwerks liegt, sind die höchsten LCE zu erwarten. Für das SC 580°C Kraftwerk ist der Wirkungsgrad um 19,3% niedriger als für HIPPS, dennoch um 9,4% höher als für das PCC. Die LCE dieses Kraftprozesses liegen zwischen denen vom HIPPS und vom IGCC-Kraftwerk. Mit einer Erhöhung der Dampfparameter auf 700°C und 365 bar kann ein weiterer Gewinn von 7,5% am Wirkungsgrad erzielt werden, ohne spürbare Einbusse an den LCE. Das HIPPS-Kraftwerk ergibt sich als die vielversprechendste langfristige Alternative für Stromerzeugung auf Kohlebasis. Während die SC-Technologie zur Deckung des kurzfristigen Strombedarfs im Vordergrund steht, stellen die PFBC und IGCC-Kraftwerk eine mögliche Lösung für den mittelfristigen Bedarf und für den Einsatz niederwertiger Brennstoffe dar