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Studie zur Auslegung und Optimierung eines Ein-Druck-/Mehr-Druck-Dampf-Wasserkreislaufs fuer ein Kohle-Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung

Das Projekt "Studie zur Auslegung und Optimierung eines Ein-Druck-/Mehr-Druck-Dampf-Wasserkreislaufs fuer ein Kohle-Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik durchgeführt. Es wurden Untersuchungen und Berechnungen zur exergetischen Bewertung und Optimierung von Ein- und Mehrdruck-Abhitzedampferzeugern als verbindendes Glied im gekoppelten Gas- und Dampfturbinenprozess durchgefuehrt. Fuer einen Ein-Druck-Abhitzekessel wurden dabei auch ueberkritische Dampfzustaende analysiert. Das Ziel der Betrachtungen bestand in der Ermittlung optimaler Dampfparameter fuer ein Kohle-Kombi-Kraftwerk mit integrierter Kohlevergasung. Vorgestellt wird ein dafuer verwendetes mathematisches Verfahren, das zur Optimierung nahezu beliebiger Zielfunktionen nutzbar ist. Neben der Auswertung der Optimierungsergebnisse wird auf die Realisierbarkeit der Ergebnisse eingegangen. Sie kann durch eine Zwischenueberhitzung wesentlich erleichtert werden, deren Einfluss ebenfalls beschrieben wird.

Teilprojekt: System- und Phasenverhalten CO2-reicher Ströme aus Kraftwerken unter Einfluss von Feuchte

Das Projekt "Teilprojekt: System- und Phasenverhalten CO2-reicher Ströme aus Kraftwerken unter Einfluss von Feuchte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Thermische Verfahrenstechnik V-8 durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes COORAL sollen die Verunreinigungen, die sich beim Oxyfuel- und Oxycoal-Prozess, beim IGCC mit CO2-Abtrennung und beim DKW-Prozess mit chemischer Absorption ergeben können, in Abhängigkeit von der Betriebsweise und anderer Randbedingungen betrachtet und deren Auswirkungen auf Transport, Injektion und Lagerung bewertet werden, um so eine energetisch und ökonomische Optimierung der CO2-Abscheidung und Reinigung zu ermöglichen. In diesem Teilprojekt sollen offene Fragestellungen zu den thermophysikalischen Systemdaten und den Zustandsgrößen der verschiedenen Stoffgemische untersucht werden. Die Zusammensetzung der Gasgemische wird durch die Projektpartner vorgegeben. Mittels Quarz- und Kapillarviskosimeter werden Fluidviskositäten unter Druck bestimmt. Zur Bestimmung der Gemischdichte unter realen Bedingungen soll eine Hochdruckmagnetschwebewaage, erweitert mit einer Dichtemesszelle, zur Anwendung kommen. Zur Untersuchung des Taupunktes und der Hydratbildung werden Versuche mit einem Feuchtesensor unter Förder- und Lagerbedingungen in Hochdrucksichtzellen durchgeführt. In Zusammenhang mit der erweiterten Anlage zur Festbettdurchströmung werden Grenzphasenverhalten der Mischung und Porenwasser untersucht. Grenzwerte für Begleitkomponenten im CO2 sollen erarbeitet werden. Zusammen mit den Systemdatenwerden prinzipielle Aussagen zur Umsetzung der geplanten großindustriellen CO2-Sequestrierung möglich.

COORIVA: Baubarkeitsuntersuchungen für ein IGCC-Referenzkraftwerk ab 2015 für Braun- und Steinkohle mit CO2-Rückhaltung

Das Projekt "COORIVA: Baubarkeitsuntersuchungen für ein IGCC-Referenzkraftwerk ab 2015 für Braun- und Steinkohle mit CO2-Rückhaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes COORIVA: Untersuchungen zur Baubarkeit für ein IGCC-Referenzkraftwerk ab 2015 für Braun- und Steinkohle mit CO2-Rückhaltung Im Focus der Weiterentwicklung der Kohlekraftwerkstechnik steht die Reduzierung der CO2-Emissionen. Der IGCC-Prozess bietet die vergleichsweise günstigen Voraussetzungen für die CO2-Minderung und -Abtrennung. Das Ziel des Vorhabens besteht darin, technisch verbesserte und CO2-freie IGCC-Konzepte für Stein- und Braunkohle zu entwickeln, die den Anforderungen des Marktes genügen, wobei Betreibererfahrungen und neue Ansätze zum Prozessdesign berücksichtigt werden. Das IEC wird ein fortschrittliches IGCC-Referenzkraftwerk mit CO2-Abtrennung in 2015 auf der Basis kommerziell verfügbarer und weiterentwickelter Vergasertechnologie (PHTW) entwickeln. Außerdem wird die prozess- und wärmetechnische Integration des Kraftwerkvergasers im IGCC-Prozess durchgeführt und in Begleituntersuchungen ein entsprechendes Potenzial für zukünftige Entwicklungen abgeleitet. Die industrielle Verwertung erfolgt mit dem Ziel der Vorbereitung einer großtechnischen Demonstration in 2015. Es wird ein wichtiger Beitrag zum Erreichen der energiepolitischen Ziele Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit, und Versorgungssicherheit bei der Stromerzeugung geleistet.

Verbesserung von Kombikraftwerken mit integrierter Kohlevergasung ausgehend vom Stand der Technik (Puertollano)

Das Projekt "Verbesserung von Kombikraftwerken mit integrierter Kohlevergasung ausgehend vom Stand der Technik (Puertollano)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Essen, Fachbereich 12 Maschinenwesen, Lehrstuhl für Technik der Energieversorgung und Energieanlagen durchgeführt. OBJECTIVES: Power plants based on the integrated combined cycle (IGCC) already in operation (Buggenum, 250 MW) or under construction (Puertollano, 300 MW) are generally characterized as demonstration facilities. The same applies to the development status of such plants in the US. The most attractive features of IGCC power plants are the extremely low environmental pollution and their capability to utilize various fuels such as coal, oil refinery residues, biomass, waste, etc., if the gasifiers are adequately adapted. Moreover, it is to be expected that such plants will attain higher efficiencies than conventional coal-fired power plants, thereby also reducing CO2 emissions effectively. Despite these advantages, further efforts are still necessary to achieve competitiveness with respect to the conventional steam power plant. There are three factors determining electricity generating costs, which can be influenced by design, process engineering and manufacture, namely the investment, fuel consumption and availability. Even if first-of-its-kind costs are neglected, it is to be expected that the specific investment of IGCC power plants based on the present design still turns out to be slightly above those of the conventional ones. As both the conventional steam power plant employing supercritical live steam and the IGCC of current design (Puertollano type) attain net efficiencies of 45 Prozent, an IGCC successor plant must show better performance to be competitive. As a consequence, investigations aiming at design improvements have to be carried out in order to accelerate market penetration and to benefit in this way from the environmental advantages of an IGCC in the near future. For this reason this Joule project 'Advanced Cycle Technologies' was set up by five partners from several countries of the European Union with the objective to study measures of cost reduction and efficiency enhancement and to jointly provide a basis for an advanced design. The studies also include co-gasification of coal and biomass in an entrained-flow gasifier suitable for IGCCs. The investigations comprise experiments on laboratory scale as well as computations, theoretical elaborations and design studies. Since two of the project partners are manufacturer and supplier companies of main components of the European IGCC demonstration power plants, the design studies also include the assessment of potential improvements with respect to feasibility and availability. The project work is subdivided into four task areas. Since most of the measures for efficiency enhancement influence costs and availability, the task areas are strongly interrelated. As any change in design and performance parameters influences the performance of other subsystems, repeated thermodynamic and economy analyses are performed. Therefore, close cooperation of the project partners is imperative.

Entfernung von Schwefelwasserstoff und Ammoniak aus dem Kombi-Kraftwerks-System

Das Projekt "Entfernung von Schwefelwasserstoff und Ammoniak aus dem Kombi-Kraftwerks-System" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinbraun durchgeführt. Moderne Kombi-Kraftwerksprozesse mit integrierter Kohlevergasung z.B. Hochtemperatur-Winkler-Vergaser, HTW, koennen in der Verstromungstechnologie einen wichtigen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz leisten. In einem solchen Anlagenkonzept sind daher Verbesserungspotentiale der verschiedensten Kraftwerkskomponenten zu betrachten. Ein wesentlicher Faktor ist die Gasreinigung von Brenngasen aus der Kohlevergasung. Im Rahmen von Technikumsversuchen, wurden unter Zugabe verschiedener Sorbentien Basisdaten fuer die trockene Entschwefelung von HTW-Rohgas in einem Temperaturbereich von 200 - 500 Grad C ermittelt. Unter Zugrundelegung der im Technikumsmassstab erzielten Entschwefelungsgrade, wurden/werden im Rahmen dieses Projektes weitere Entwicklungsschritte mit realem Kohlegas im Pilotmassstab durchgefuehrt. Eine abschliessende Bewertung der Versuchsergebnisse erfolgt zum Projektende.

Teilprojekt: Reinheitsanforderungen an CO2-Gemische nach der Abscheidung am Kraftwerk auf Basis thermodynamischer und technischer Untersuchungen

Das Projekt "Teilprojekt: Reinheitsanforderungen an CO2-Gemische nach der Abscheidung am Kraftwerk auf Basis thermodynamischer und technischer Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes COORAL sollen die Verunreinigungen, die sich beim Oxyfuel- und Oxycoal-Prozess, beim IGCC mit CO2-Abtrennung und beim DKW-Prozess mit chemischer Absorption ergeben können, in Abhängigkeit von der Betriebsweise und anderer Randbedingungen betrachtet und deren Auswirkungen auf Transport, Injektion und Lagerung bewertet werden, um so eine energetisch und ökonomische Optimierung der CO2-Abscheidung und Reinigung zu ermöglichen. Ziel des Projektes ist die Abschätzung zulässiger Konzentrationen von Begleitstoffen im CO2 nach dem Aufbereitungsprozess im Kraftwerk durch Bewertung der Auswirkungen auf Transport, Injektion und unterirdische Speicherung. In den 3 Teilgebieten Transport, Injektion und Lagerung werden material- und sicherheitstechnische Anforderungen an die CO2 -Qualität ermittelt (Thermodynamische Untersuchungen, Korrosion) und die Erkenntnisse in Korrelation mit den technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten bei Erzeugung und Abtrennung gebracht. Die Ergebnisse fließen in die Durchführung einer sicheren und wirtschaftlicheren unterirdischen Speicherung von CO2 ein. Das Interesse von Seitens der Kraftwerks- und Speicherbetreiber ist gegeben, sie sind in das Projekt eingebunden.

Transsonisch-CO2 - Transsonischer Prozessverdichter axialer Bauart zur Verdichtung von Kohlendioxid

Das Projekt "Transsonisch-CO2 - Transsonischer Prozessverdichter axialer Bauart zur Verdichtung von Kohlendioxid" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Diesel & Turbo SE durchgeführt. MAN Energy Solutions entwickelt in dem hier vorliegenden Projekt einen Verdichter axialer Bauweise für die Eigenschaften von CO2, also einem molekular schweren Gas. Dieser Verdichter muss hohe Volumenströme verarbeiten, wie sie insbesondere in Kraftwerksanlagen entstehen. Zu den wichtigsten Optionen bei der Vermeidung von Umweltbelastungen durch den weltweit ansteigenden CO2-Ausstoss gehört die CCS-Technologie; diese unterscheidet verschiedene Verfahren zur CO2-Abscheidung wie die Abtrennung nach Kohlevergasung (Pre-Combustion / IGCC) oder die Abscheidung nach dem Verbrennungsprozess (Post Combustion). Eines jedoch eint diese Verfahren: die Notwendigkeit von CO2-Verdichtern für den Transport des Treibhausgases vom Kraftwerk zum Speicherort und zum Verpressen der entstandenen CO2-Massen. Eine intelligente Lösung zur Förderung großer CO2-Volumina liegt in der Vorverdichtung mittels eines geeigneten Axialverdichters und der damit einhergehenden Reduktion des Volumenstroms sowie anschließender Verdichtung auf den Enddruck mittels eines Radialverdichters. Die Vorteile eines Axialverdichters für CO2 sind dabei die sehr hohen Wirkungsgrade, die Möglichkeit der Verdichtung großer Volumenströme in einem einzigen Verdichtergehäuse, die Wärmenutzung aus der Kompression in Kraftwerksprozessen und die mechanische Zuverlässigkeit des Kompressors. Die Kombination von hohen Wirkungsgraden, Zwischenkühlungen und dem Eintrag von Abwärme in den Prozess resultiert in einem geringstmöglichen Energieverbrauch für die Verdichtung. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden die Grundlagen der Axialverdichterauslegung für CO2 erarbeitet, auf deren Basis transsonische Prozessverdichter zur Förderung großer CO2-Volumina ausgelegt werden können. Da mit der CO2-Verdichtung mittels eines Axialverdichters Neuland betreten wird, ist sowohl eine Verifikation der numerischen Werkzeuge als auch eine Validierung der angewandten Modelle zwingend erforderlich. Zu diesem Zweck wird ein Versuchsverdichter entwickelt, welcher durch eine umfangreiche Instrumentierung und ein intelligentes Messprogramm alle erforderlichen Messdaten bereitstellt. Die hier weiterentwickelte Technologie zur Verdichtung schwerer Gase mittels eines großen Axialverdichters eignet sich daneben auch für den Einsatz in großskaligen Produktionsanlagen zur Kompression von Kohlenwasserstoffen, Erdgas sowie Stickoxiden oder Wasserstoff. Diese Grundstoffe sind vor dem Hintergrund eines globalen Bevölkerungswachstums ebenso essentieller Bestandteil wirtschaftlichen Wachstums und sozialen Wohlstandes wie eine stabile und ausreichend dimensionierte Energieversorgung. Für die vornehmlichen Standorte dieser Anlagen im asiatischen, afrikanischen und südamerikanischen Raum spielt die Verfügbarkeit der hier entwickelten Technologien also eine nicht unbedeutende Rolle bei der langfristigen Entwicklung von Schwellen- zu Industrienationen.

Teilprojekt: Geochemische Reaktionen von CO2-Gasgemischen mit Speichergesteinen und Deckschichten

Das Projekt "Teilprojekt: Geochemische Reaktionen von CO2-Gasgemischen mit Speichergesteinen und Deckschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes COORAL sollen die Verunreinigungen, die sich beim Oxyfuel- und Oxycoal-Prozess, beim IGCC mit CO2-Abtrennung und beim DKW-Prozess mit chemischer Absorption ergeben können, in Abhängigkeit von der Betriebsweise und anderer Randbedingungen betrachtet und deren Auswirkungen auf Transport, Injektion und Lagerung bewertet werden, um so eine energetisch und ökonomische Optimierung der CO2-Abscheidung und Reinigung zu ermöglichen. Ziel des Vorhabens ist die Untersuchung der Einflüsse von Verunreinigungen auf geochemische Reaktionen mit Speichergesteinen und Deckschichten. Sie dient der Prognose von Änderungen der hydraulischen und mineralogischen Gesteinseigenschaften im Speicher. Numerische Simulationsrechnungen sollen zur Steuerung und Ergänzung der Experimente vorgenommen werden. Der Vergleich von Experimenten und Simulationsrechnungen dient insbesondere der verlässlicheren Vorhersage langsamer geochemischer Reaktionen. Es werden verschiedene, hochauflösende Langzeit-Laborexperimente an statischen- und an Durchflussreaktoren ausgeführt. Zur Steuerung und Ergänzung der Laborexperimente werden begleitende Simulationsrechnungen durchgeführt. Die Ergebnisse des Vorhabens werden nicht direkt wirtschaftlich vermarktbar sein. Sie sollen aber eine Optimierung der Abgasqualität für die gesamte Prozesskette liefern und so zu einer erheblichen Kosteneinsparung bei der Auslegung der technischen Anlagen führen. Im Rahmen dieses Projektes werden Methoden entwickelt, die mittelfristig routinemäßig zum Einsatz kommen könnten.

Teilprojekt: Risikominimierung korrosionsbedingter Schäden bei CO2-Abscheidung, Transport und Speicherung

Das Projekt "Teilprojekt: Risikominimierung korrosionsbedingter Schäden bei CO2-Abscheidung, Transport und Speicherung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Abteilung 5 Werkstofftechnik, Fachgruppe 5.1 Materialographie, Fraktographie und Alterung technischer Werkstoffe durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes COORAL sollen die Verunreinigungen, die sich beim Oxyfuel- und Oxycoal-Prozess, beim IGCC mit CO2-Abtrennung und beim DKW-Prozess mit chemischer Absorption ergeben können, in Abhängigkeit von der Betriebsweise und anderer Randbedingungen betrachtet und deren Auswirkungen auf Transport, Injektion und Lagerung bewertet werden, um so eine energetisch und ökonomische Optimierung der CO2-Abscheidung und Reinigung zu ermöglichen. In COORETEC werden Kraftwerksprozesse entwickelt, die die Trennung des CO2 von den Rauchgasen bzw. im Fall des IGCC von den Prozessgasen ermöglichen. Dieses mit Verunreinigungen aus dem Verbrennungsprozess vermischte CO2 und der vorhandene Wasserdampf erhöhten die Korrosivität des Gases. Ziel dieses Vorhabens im Verbundprojekt COORAL ist die Klärung der Frage, wie mit höchster Sicherheit und Zuverlässigkeit bei geringsten Investitionskosten CO2 von den Quellen zu den Senken transportiert werden kann. Zum Arbeitsplan gehört die Werkstoffauswahl und Zusammensetzung der Gasgemische (Stähle), der Ausbau der vorhandenen Laboranlagen, die Durchführung von bis 4000 Std. (0,5 Jahre) Korrosionsversuche unter Druck und Gasströmung, Lebensdauerabschätzungen aus den Korrosionsuntersuchungen sowie eine Werkstoffbewertung. Die gewonnenen Ergebnisse dienen zur Auswahl optimaler Werkstoffe unter den gegebenen Bedingungen und somit dem sicheren Betrieb von Kraftwerken zur allgemeinen Energieversorgung.

Konzeption eines effizienteren und umweltfreundlicheren Kohlekraftwerkes durch Integration fortschrittlicher Waermetauschertechnik

Das Projekt "Konzeption eines effizienteren und umweltfreundlicheren Kohlekraftwerkes durch Integration fortschrittlicher Waermetauschertechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fichtner Beratende Ingenieure durchgeführt. Herkoemmliche Kohlekraftwerke sind hinsichtlich ihrer Wirkungsgradsteigerung weitgehend ausgereizt. Eine echte Weiterentwicklung stellen die GUD-Kraftwerke und hier insbesondere die mit integrierter Kohlevergasung dar. Von einer Steigerung der Prozesswirkungsgrade profitiert zum einen durch Emissionsminderung die Umwelt, zum anderen werden Primaerenergietraeger rationeller eingesetzt, wobei bei Importbrennstoffen auch ein volkswirtschaftliches Interesse an der Einfuhrminderung existiert. Diese fortschrittliche Technik erlaubte auch den Einsatz ballastreicher und geringwertigerer Kohle, wie sie in vielen Teilen dieser Welt vorkommt und diente somit einer Verbreiterung der Ressourcenbasis. Durch diese Zielvorgaben werden an bestimmte Kraftwerkskomponenten, wie z.B. Waermetauscher, allerdings erhoehte Forderungen gestellt. Die Arbeit soll sich deshalb konkret befassen mit - Einfuehrung neuer Werkstoffe im Kraftwerk, so dass hoehere Prozesstemperaturen erzielbar werden. Hierbei ist besonderes Augenmerk der Kostenseite zu schenken. - Verbesserung der Waermetauscherregelungstechnik, um den Lebensdauerverschleiss und somit provozierte Stillstandsperioden durch Temperaturueberschwinger zu reduzieren. - In-situ-Reinigungstechnik fuer Waermetauscher, um besonders die einem hohen Verschmutzungspotential ausgesetzten Rohgaswaermetauscher effizient zu halten. - Analyse der moeglichen gegenseitigen Komponentenbeeinflussung.

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