Technologiepfade der zukünftigen Stromerzeugung bei RWE

Dr. Johannes Heithoff, Dr. Johannes Ewers, RWE Power AG

Neue Wege in der Kraftwerkstechnik

RWTH Aachen, 2. Mai 2006

RWE Power

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RWE Power • PKR-N - 2

Die von RWE verfolgten Technologiepfade stehen im Zeichen der Sicherung einer klimaverträglichen Stromerzeugung

Clean Coal Power

Kernenergie

Regenerative Energien

Dezentrale Stromerz.

Innovationen für heute, morgen und übermorgen

Sicherer Betrieb

Weiterentwicklung in ausgewählten Bereichen

Entwicklung von Versorgungskonzepten für Endkunden

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RWE Power • PKR-N - 3

Innovationslinien zu Clean Coal Power von RWE …

für heute

WTA-Prototyp

für morgen Erstes Trocken-

kohle-KW

700 °C-Testanlagen

700 °CDemo-KW

für übermorgen

ErsterCO2-freierIGCC

Neues Projekt:CO2-freies 450 MW IGCC mit Speicherung

Neues Projekt:CO2-Wäsche für konv. Kraftwerk

ErsterRetrofit/Neubaumit CO2-Wäsche

Kraftwerkspark: kontinuierliche Erneuerung

Effizienzsteigerung durch Erneuerung, aktuell BoA 2/3,SK-Doppelblock …

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RWE Power • PKR-N - 4

Das RWE-Projekt des CO2-freien450-MW-Kohlekraftwerks mit CO2-Speicherung

Basistechnologie: IGCC

El. Leistung: 450 MWbrutto

360 MWnetto

Nettowirkungsgrad: 40 %

CO2-Speicherung: 2,3 Mio. t/a

CO2-Speicher in alter Gaslager-stätte oder in salinem Aquifer

Inbetriebnahme: 2014

RWE-Budget: ca. 1 Mrd. €

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RWE Power • PKR-N - 5

Unter den Optionen CO2-freier Kraftwerkstechnik ist IGCC die belastbarste mit dem breitesten Spektrum

Konv. KW / Wäsche IGCC Oxyfuel

Stand der TechnikPilotanlage Wäsche

(Start)KW mit Abtrennung

techn. verfügbarTechnikum

Belastbarkeit der technischen und wirtschaftlichen Aussagen

gering hoch gering

Kraftwerk ohne Abtrennungeffizient betreibbar

ja ja nein

Für Nachrüstung konv. KW geeignet ja nein nein

Besondere Reserven zur Reduzierung klassischer Emissionen

nein ja nein

Brennstoffflexibilität niedrig hoch niedrig

Produktflexibilität neinja, Synthesegas,

Treibstoffenein

RWE Engagement: Pilot-/Demoanlage CO2-freies StudienIGCC-Kraftwerk

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RWE Power • PKR-N - 6

Designbasis:

Über 30-jährige RWE-eigene Vergasungserfahrungen

Lessons Learned aus bish. IGCC-Projekten (COORETEC-Projekt COORIVA, BMWi)

IGCC-Design, Entwicklung GT-Brenner für H2-reiches Gas (ENCAP-Projekt, EU 6.RP)

GT-Brennerentwicklung (HEGSA-Projekt, EU 5.RP)

Das CO2-freie IGCC-Kraftwerk

Staub

LZA

VergaserS- Abtrennungu. -Gewinnung

GT u. DT

WTA Trockner

Gaskühlung/ Entstaubung

Luft

Luft von GT

N2 zur GT

O2

Dampf

CO-Shift CO2-Wäsche

CO2

CO2Kompression

Braunkohle Pipeline

H2-reiches (90 % H2) Brenngas236.000 Nm3/h

Strom

350 t/h

450 MWel

300 t/h> 100 bar

80 t/h

GT: 290 MWDT: 160 MWGT+DT: 450 MW

Dampf DampfDampf

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RWE Power • PKR-N - 7

Die Entwicklung des CO2-Speichers muss schrittweise und auf mehreren Ebenen erfolgen

Parallel müssen in Angriff genommen werden:

Schaffung von Standards zur Bewertung von CO2-Lagerstätten und ihrer Langzeitdichtigkeit

Schaffung rechtlicher und regulatorischer Rahmenbedingungen– Rechtsnorm muss geregelt werden– Regelwerke unterhalb der Gesetzesebene müssen geschaffen werden

Erzielung öffentliche Akzeptanz

Screening:

Screening potentieller Lagerstätten

Bewertung und Feasibility Studie für 2 – 3 Standorte

Erkundung:

Erkundung(3D-Seismik)

Auswahl eines Speichers

Genehmigungen

Ausbau:

Abteufen der Bohrungen und Ausbau des Speichers

Übertageeinrichtungen

Gemeinschaftsaufgaben von Unternehmen, Politik und Behörden

2008 2010 2014Phase 1 Phase 2 Phase 3

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RWE Power • PKR-N - 8

IGCC-Kraftwerk

CO2-Speicher Screening, Erkundung, Genehmigung

Bau, Inbetriebnahme

Bau, Inbetriebnahme

Genehmigung,Bauentscheidung

Betriebsbeginn

Genehmigung Betriebsbeginn

2010 2014heute 2007

EntscheidungEnergieträger/Standort

Die im Speicher vorgefundenen geologischen Verhältnisse werden darüber entscheiden, welche CO2-Mengen zu Beginn eingebracht und wie sie gesteigert werden können.

Projektentwicklung

Die zügige Realisierung bis 2014 erfordert parallele Entwicklung von Kraftwerk und CO2-Speicher

2008

Planung,Genehmi-gung

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RWE Power • PKR-N - 9

Das parallele RWE-Programm zur Entwicklung der CO2-Wäsche für das Dampfkraftwerk

Mit RWE-Beteiligung:Erste Pilotanlage in KW Esbjerg (DK)im Rahmen EU-Projekt CASTOR für SK in Betrieb

RWE-Entwicklungen:

• RWE Power für Braunkohle:

– bis 2008: Pilotprojekt

– ab 2009: Demonstrationsanlage

• RWE npower für Steinkohle:

– Pilot-Testanlage

– Studie 1000 MW Tilbury mitCO2-Wäsche

Z. Z. Bildung von Partnerschaften mit Anlagenbauern und chem. Industrie

Budget: ca. 90 Mio. €

Absorption Regeneration CO2

Rauchgasnach REA

Rauchgaszur Atm.

Dampf

Foto: CO2-Pilotwäsche KW Esbjerg

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Effizienzsteigerung durch neue Kraftwerkstechnik

Trockenbraunkohle-Kraftwerk

η: + 4 %-Punkte

700°C-Kraftwerk (BK u. SK)

η: + 4 %-Punkte

RWE-Projekt WTA-Prototyp:

1:1-Prototyp der Trocknungsanlage im Verbund mit dem BoA-Block in Niederaußem

Budget 50 Mio. €

Verbundprojekt COMTES700 der Betreiber- und Herstellerindustrie:

Tests aller Komponenten für 700°C im Kraftwerk Scholven

20202015

Budget 24 Mio. €, RWE rd. 4 Mio. €

Eigene Entwicklung von RWE

Trockenkohleanteil rd. 300 MWel

η BoA: +1,4 %-Pkte.

Erster Spatenstichim Juni 2006

rotglühende Frischdampf-leitung

Quelle: Eon

BoA Niederaußem

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RWE Power • PKR-N - 11

Die von RWE verfolgten Technologiepfade stehen im Zeichen der Sicherung einer klimaverträglichen Stromerzeugung

Clean Coal Power

Kernenergie

Regenerative Energien

Dezentrale Stromerz.

Innovationen für heute, morgen und übermorgen

Sicherer Betrieb

Weiterentwicklung in ausgewählten Bereichen

Entwicklung von Versorgungskonzepten für Endkunden

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RWE Power • PKR-N - 12

FuE für Kernkraftwerke

Kraftwerks- und Betriebstechnologie sichern

Kompetenz erhalten

Nukleare Option offen halten

Gemeinschaftsprojekte mit den anderen deutschen Kernkraftwerksbetreibern, um für den laufenden Betrieb insbesondere

Anlagensicherheit Brennstoffeinsatz Materialwissenschaft

Kooperation mit Universitäten und wissenschaftlichen Instituten, um kontinuierliche Fortbildung von Wissenschaft- lern in angewandter nuklearer Forschung zu sichern.

Kooperation mit Herstellern/ Dienstleistern, um einen Markt für nuklearspezifische Dienstleistungen zu fördern.

Bisher Beteiligung an “Basic Design” Entwicklung von EPR und SWR 1000. Aufgrund des Neubauverbots in D derzeit keine weiteren Aktivitäten an Kernkraftwerken der so genannten III. Generation. In der Vergangenheit von RWE mit aufgebrachten Entwicklungskosten können nur durch Aktivitäten im Ausland zurückverdient werden. Zur Zeit keine aktive Beteiligung an Entwicklung der IV. Kraftwerksgeneration.

auf dem neuesten Stand der Technik zu halten.

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FuE für Erneuerbare Energien

Geothermie: Analyse von Potenzial, Chancen und Risiken der Geothermie D. Studie zur „Geothermische Stromerzeugung im Oberrheingraben“ Einbringen des Know-how von RWE Dea und RWE Power in das EU-Projekt ENGINE (ENhanced

Geothermal Innovative Network for Europe)

Biomasse: Bau eines 700kWel Biomasse-Kraftwerks in Neurath.

Anbau und Test unterschiedlicher Energiepflanzen und Substratzusammensetzungen, Einsatz von Enzymen

Optimierung der Anlagentechnik und Logistik

Windkraft: Keine eigene F&E Es existiert ein reifer Anbietermarkt, RWE entwickelt kommerziell aussichtsreiche Projekte in EU.

Beobachtung technologischer Entwicklung, insbesondere Wind offshore

Wasserkraft: F&E für Umweltverträglichkeit und Leistungssteigerung Aal-Schutzprogramm

Hydraulische und elektrische Optimierung, koordinierter Anlagensteuerung

Neben dem Engagament zur kommerzielle Nutzung in dargebotsreichen europäischen Regionen ist RWE dort in F&E aktiv, wo eigene Technologienentwicklung Wettbewerbs-differenzierung ermöglicht.

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RWE Power • PKR-N - 14

FuE für Dezentrale Energieversorgung

■ Labor- und Praxistests bei Endkunden oder mit Stadtwerken

■ Innovative Kleinst-BHKWs stehen noch am Anfang und benötigen noch deutliche Entwicklungsfortschritte, ehe sie einen interessanten Massenmarkt erschließen können.

■ Stirling-Motor, Mikro-Gasturbine, Mikro-Dampfmaschineund kleinere Fuel Cell Einheiten sind mögliche Technologien

RWE hat durch die Erprobung von Technologien für dezentale Energieversorgung, insbesondere Fuel Cells, frühzeitig eigene Bewertungskompetenz aufgebaut. Bei Erreichen der Technologiereife ist RWE damit in der Lage, zukunftsweisende Versorgungslösungen einzusetzen und anzubieten.

Kleingewerbebetriebe, Ein-/Mehrfamilienhäuser (ca. 1-10 kWel)

Gewerbe/Industrie, öffentliche Einrichtungen (ca. 250 kWel)

Lieferung und technische Betreung von Brennstoffzellen■ Industriestandort (Festo/St.Ingbert), Erdgasbasis■ Kläranlage (Ahlen), Biogas aus Faulschlamm■ Wohngebietsversorgung (Krefeld), Erdgas■ Energiegewinnung aus Bioabfall (Leonberg)HotModule MTU

Mikro-Gasturbine

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RWE Power • PKR-N - 15

Für die zukünftige Stromerzeugung gilt bei RWE

Handlungsmaximen

Entwicklungstechnische und investive Schwerpunkte bei den fossilen Energieträgern setzen mit dem Clean Coal Power-Programm.

Den Beitrag der Kernenergie zur Klimavorsorge durch Weiterentwicklung der betrieblichen Sicherheit und Erhalt der Option Kernenergie absichern.

Regenerative Energie dort zum Einsatz bringen, wo das größte Potential vorhanden ist. Für dezentrale Versorgung zukunftsweisende Lösungen entwickeln.

Informationen: johannes.ewers@rwe.com

Generelle Zielorientierung

Sicherung einer wettbewerbsfähigen und umweltverträglichen Stromerzeugung.

Ausgewogener Primärenergiemix.

Mix an Technologien, insb. im Bereich der Kohle zur Sicherung aller Optionen.

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RWE Power • PKR-N - 16

Vorteil: Ein Vergasungsverfahren für BK und SK

Flugstromvergasung Wirbelschichtvergasung

Hohe Temperatur (1500°C) Für Braunkohle und Steinkohle geeignet

Niedrige Temperatur (800-900°C) Nur für Braunkohle geeignet

Vorteil: Sehr effizientes Verfahren zur BK-Vergasung

Zwei Vergasungsprinzipien stehen zur Verfügung

Shell Future Energy HTW

Feststoffrückführung

Zyklon

Asche

Vergaser

Kohle,Sauerstoff,Dampf

Wirbelbett

Rohgas

900°C

Feststoffrückführung

Zyklon

Asche

Vergaser

Kohle,Sauerstoff,Dampf

Wirbelbett

Rohgas

900°CZyklon

Asche

Vergaser

Kohle,Sauerstoff,Dampf

Wirbelbett

Rohgas

900°C

220°C

1500°C

Rohgas

Schlacke

Quench

Kohle,Sauerstoff,Dampf

220°C

1500°C

Rohgas

Schlacke

Quench

Kohle,Sauerstoff,Dampf

1500°C

Schlacke

Kohle,Sauerstoff,Dampf

Rohgas

1500°C

Schlacke

Kohle,Sauerstoff,Dampf

Rohgas

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RWE Power • PKR-N - 17

Entwicklung der Braunkohlenvergasung bei RWE

HTW-Pilotanlage1)

1974-1985Durchsatz 1 t/h3)

HTW-Druckvergasung1)

1986-1992Durchsatz 13 t/h3)

HTW-Demonstrationsanlage1)

1980-1997Durchsatz 60 t/h3)

HKV-Versuchsanlage2)

1976-1982Durchsatz 1t/h3)

1) HTW – Hochtemperatur Winkler-Vergasungsverfahren2) HKV – Hydrierende Vergasung3) Durchsatz Rohkohle

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RWE Power • PKR-N - 18

Ein IGCC mit 450 MW elektrischer Leistung benötigt 2 HTW Vergaser mit einem Scale up-Faktor von jeweils 4.

Braunkohle-IGCC mit HTW-Vergasung, die großtechnisch erfolgreich erprobt wurde in der Demonstrationsanlage für Syngasproduktion

Betrieb: 12/85 - 12/9767.000 h

Thermische Leistung: 160 MW

Eingesetzte Braunkohle: 3,9 Mio. t

Syngasproduktion: 2,1 Mio. m3 für792.000 t Methanol

Abgetrenntes CO2 2 Mio. t

Verfügbarkeit: 85 % (im Mittel)

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RWE Power • PKR-N - 19

IGCC eröffnet zusätzliche Möglichkeiten zur Portfoliooptimierung.

CO2

Vergaser Gasauf-bereitung

CO2-Abtrennung

GuD

Erdgas

Kohle

Biomasse

Reststoffe

StromWärmeH2

Synthesegas (CO+H2)SNG (Erdgas)MethanolTreibstoffe

Brennstoffflexibilität Produktflexibilität

alternativ oder zusätzlich

Brennstoff- und Produktflexibilität des IGCC

ohne Abtrennung als “no regret”

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RWE Power • PKR-N - 20

VergasungGas- und

Dampfturbine

Wasserstoff

IGCC

CO2-freies IGCC-Kraftwerk mit CO2-Speicherung

Strom

CO2

H2O

ca. 100 – 1.500 mca. 1.000 – 3.000 m

Aquifer, alte Öl-, Gaslagerstätte(Norddeutsche Tiefebene)

450 MWbrutto

Kohle

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RWE Power • PKR-N - 21

Das IGCC-Projekt und die anderen FuE-Maßnahmen laufen parallel zur Kraftwerkserneuerung und werden sukzessive in den Kraftwerkspark eingeführt

Kra

ftw

erks

par

k

BoA 2/3

TBK Doppelblock

Zeitachse 2005 2010 2015 2020

BoA 1 CCS Retrofit

Fu

E

weitere BK/ST IGCCs

700°C Komp. Tests

CO2-Wäsche Pilotanlage

CO2-Wäsche Demoanlage

700°C Demoanlage

Rechter Rand = IBN

ST Tilbury

IGCC BK CO2 Abtr., Speicher

WTA Prototyp

CTF Wäsche

ST Doppelblock

Feasibility Study für Tilbury CCS

Retrofit

CCS Retrofit

CCS Retrofit

CCS Retrofit

CCS Retrofit

Mögliche Nachrüstung mit CO2-Wäsche

BK-Verga-sungstests für

IGCC