Energiantuotannon tehostaminen fossiilisiin ja uusiutuviin polttoaineisiin perustuvassa energiantuotannossa

Translated title of the contribution: Advanced energy production based on fossil and renewable fuels

Jouko Hepola, Esa Kurkela

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Selvityksen kohteena olivat kaasutus- ja polttotekniikat, yhdistetyt energian, polttoaineiden ja kemikaalien tuotantovaihtoehdot, korkealämpötilapolttokennot ja polttokennohybridit. Paineistetun leijukerrospolton potentiaali ja markkinanäkymät ovat heikentyneet mm. perinteisen höyryvoimalan kehityksen, maakaasukombitekniikan hyvän kilpailukyvyn, kiristyneiden päästönormien sekä kaasutuskombitekniikan kehitysnäkymien myötä. Hiilen paineistettuun pölypolttoon perustuva kombivoimalaitosprosessin kehitys on vielä alkuvaiheessa. Toistaiseksi maailmalla rakennetut happikaasutukseen perustuvat IGCC-laitokset ovat olleet luonteeltaan demonstraatiolaitoksia. IGCC-tekniikan oletetaan kaupallistuvan ensin öljynjalostamoihin integroiduissa pohjaöljyn kaasutussovelluksissa ja sitten kivihiilikäyttöisissä lauhdevoimaloissa. Ilmakaasutukseen perustuvalla, ns. yksinkertaistetulla kaasutuskombiprosessitekniikalla on toistaiseksi toteutettu vain yksi koelaitos, jonka koekäyttö saatiin päätökseen vuonna 1999. Teknisesti prosessi on valmis myös suuren kokoluokan demonstrointiin. Kehitteillä olevista mustalipeän kaasutusprosesseista teknisesti pisimmällä on Chemrec-prosessi. Ilmanpaineinen prosessi on demonstroitu ja paineistetun prosessin demonstrointi on käynnistymässä sekä Ruotsissa että Yhdysvalloissa. Mustalipeän kaasutus tarjoaisi mahdollisuuden nostaa sellutehtaiden energiantuotannon rakennusastetta huomattavasti. Katalyyttisen polton odotetaan kaupallistuvan aluksi maakaasua käyttävissä pienissä kaasuturbiineissa ja bensiiniä käyttävissä mikroturbiineissa. Katalyyttinen poltto voi olla vaihtoehto myös biomassan kaasutuskaasun poltossa syntyvän polttoaineperäisen NOx:n eliminoimisessa. Moottorivoimaloissa voidaan käyttää myös kiinteistä polttoaineista valmistettua kaasutuskaasua tai pyrolyysiöljyä. Tekniikan kaupallistumisen esteenä pienvoimalasovelluksissa ovat olleet tekniset ongelmat, erityisesti kaasun puhdistukseen ja öljyn laatuun liittyvät kysymykset. Kaasutustekniikalla tuotettua synteesikaasua voidaan käyttää erilaisten kaasumaisten tai nestemäisten polttoaineiden ja kemikaalien valmistamiseen sekä energiantuotantoon. Hyödyntämällä lähtöaineiden ja tuotteiden joustavan käytön yhteistuotanto tarjoaa huomattavasti taloudellisemman vaihtoehdon nykyisiin, pelkkää energiaa tuottaviin laitoksiin verrattuna. Yhdysvaltojen yhteistuotantoon tähtäävissä projekteissa on useita hankkeita, joiden tarkoituksena on muuntaa eri raaka-aineista peräisin oleva synteesikaasu polttoaineiksi ja kemikaaleiksi. Fischer-Tropsch-teknologialla on tarkoitus tuottaa polttonesteitä korvaamaan bensiiniä ja dieselpolttoaineita. Synteesikaasun metanointiprosesseilla pyritään monikäyttöisen teollisuuskemikaalin, metanolin, tuotantoon. Jos jo käynnistyneissä hankkeissa todetaan, että tutkitut prosessivaihtoehdot ovat sekä teknisesti että taloudellisesti toteutuskelpoisia, uusien yhteistuotantolaitosten rakentaminen ja käyttöönotto aloitettaneen. Yhteistuotantolaitosten rakentamisen seurauksena on mahdollista vähentää tehokkaasti myös kasvihuonekaasujen päästöjä, erityisesti hiilidioksidipäästöjä. Suomessa energian, polttonesteiden ja kemikaalien yhteistuotantolaitokset voisivat perustua maamme biomassavarantoihin, Happikaasutukseen perustuvasta biojalosteiden tuotannosta on kuitenkin suuressa kokoluokassa vähän kokemuksia. Puunjalostusteollisuuden ohella myös muu prosessiteollisuus voisi olla sopiva sijoituspaikka yhteistuotannolle. Korkealämpötilapolttokennot ja polttokennohybridit ovat 0,2-10 MW:n kokoluokan sähköntuotannossa ja yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa käyttökelpoisia teknologioita jo kymmenen vuoden kuluessa. Suurten polttokennovoimaloiden toteuttamisen aika on kauempana tulevaisuudessa. Kaikki merkittävimmät polttokennokehittäjät pyrkivät markkinoille aluksi maakaasukäyttöisillä tuotteilla. Tekniikoilla voidaan saavuttaa korkeampia sähköntuotannon hyötysuhteita pienemmin päästöin kuin nykyisillä tai kehitteillä olevilla kilpailevilla tekniikoilla, ts. Polttomoottoreilla ja turbiineilla. Lyhyellä aikavälillä polttokennovalmistajien tavoitteena ovat lähinnä täsmämarkkinat. Korkealämpötilakennojen ja polttokennohybridien tutkimus ja kehitys kohdistuvat polttokennomoduulien ja järjestelmän hinnan alentamiseen ja kennojen tehotiheyden nostoon. Suomessa korkealämpötilapolttokennoihin kohdistuva tutkimus ja kehitys on kotimaisen teollisuuden, Tekesin ja VTT:n kiinnostuksen seurauksena lisääntymässä. Suomen kannalta erityisen kiinnostava, hieman pitemmän aikavälin vaihtoehto on biomassan ja erilaisten jätteiden kaasutuskaasun käyttäminen korkealämpötilakennoissa ja polttokennohybrideissä. Ensimmäiset kaasutuskaasusovellukset toteutettaneen sulakarbonaattikennoilla. Näillä on jo saatu kokemuksia kaasutuskaasun käytöstä. Kennojen toimintalämpötila on myös sopivampi nykyisiin kiinteäoksidikennoihin verrattuna.
Translated title of the contributionAdvanced energy production based on fossil and renewable fuels
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages69
ISBN (Electronic)951-38-6070-1
ISBN (Print)951-38-6069-8
Publication statusPublished - 2002
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Research Notes
Number2155
ISSN1235-0605

Keywords

  • energy production
  • pressurized combustion
  • gasification
  • coal
  • black liquor
  • IGCC
  • Coproduction
  • fuel cells
  • synthesis gas
  • catalytic combustors

Fingerprint Dive into the research topics of 'Advanced energy production based on fossil and renewable fuels'. Together they form a unique fingerprint.

  • Cite this