CCS:n soveltaminen Suomessa

Transkriptio

1 CCS:n soveltaminen Suomessa Matti Nieminen, VTT ClimBus-ohjelman päätösseminaari Finlandia-talo

2 Hiilidioksidipäästöjen rajoittaminen CO2-päästöjen rajoittamiseksi tarvitaan useita eri toimenpiteitä CO 2 -neutraalit polttoaineet (biopolttoaineet) CHP lauhdelaitokset: hyötysuhteen nosto energian säästötoimenpiteet hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS) ydinvoima 2

3 Carbon Capture and Storage CCS käsittää koko ketjun: CO 2 :n talteenotto suomalaiset mukana Kuljetus suomalaiset mahdollisesti mukana Varastointi suomalaisten rooli vähäinen (?) Varastojen monitorointi 3

4 ClimBus-ohjelman tutkimushanke: CCS:n soveltaminen Suomen olosuhteissa Hankkeen kesto: Tutkimusosapuolet: VTT & GTK Osallistuvat yritykset Fortum Foster Wheeler Energia Metso Power Pohjolan Voima Ruukki Metals Vapo Suomen energiajärjestelmän kehitys (VTT) skenaariotarkastelut CO 2 :n talteenotto ja puhdistus (VTT) Eri talteenottoprosessivaihtoehdot 3 teollista case-study-kohdetta CO 2 :nkuljetus ja varastointi (VTT, GTK) varastointi ja hyötykäyttömahdollisuuksien arviointi) kuljetusvaihtoehtojen arviointi Talous- ja elinkaaritarkastelut (VTT) valittujen teknologisten ratkaisujen kasvihuonekaasu- päästöjen ja talouden arviointi Roadmap CCS:n käyttöönotolle Suomessa 4

5 Suurimmat päästölähteet -Suurimmat päästölähteet potentiaalisimpia sovelluskohteita -Energiantuotantolaitokset, terästeollisuus, öljynjalostamot -Sijaitsevat pääosin rannikolla 5

6 CCS SUOMEN ENERGIAJÄRJESTELMÄSSÄ Skenaarioita Suomen energiajärjestelmän kehityksestä vuoteen 2050 Lähtökohta: Suomen nykyinen energiajärjestelmä ja laitosten oletettu poistuma TEM:n arvio energian kulutuksen kehityksestä IEA:n arviot fossiilisten polttoaineiden tuontihinnoista Maltillinen ydinvoimaskenaario (Loviisan tilalle uusi laitos) CCS:än liittyviä oletuksia: CCS-mahdollista integroida energiantuotantoon (myös bio- CCS) tai teollisuuteen Teknologia-, kuljetus- ja loppusijoitustiedot CCS-Suomihankkeen tuottamia 6

7 Mt CO 2 captured CCS Suomen energiajärjestelmässä (alustava) CCS-teknologiaoletukset perustuvat CCS-Suomi-hankkeeseen Fuel conversion Industry Bio-CCS electricity Fossil electricity 0 7

8 CO 2 :n talteenotto ja puhdistus - Sovelluskohteet Raportti CCS:n soveltamisesta eri tekniikoilla (PC, CFB, IGCC, etc.) Raportti suunnitteilla olevista demonstraatiokohteista ja CSS-tekniikan laitetoimittajista case-studyt PC CFB IGCC/GT Terästeollisuus Teollisuuden CCS-tekniikat Post-combustion Oxyfuel Pre-combustion CLC Demonstraatiot ja suunnitelmat Mongstad, Norja Tilbury, U.K. Hazelwood, Australia Schwarze Pumpe, Saksa Callide, Australia Lighthouse, Saksa Nuon Magnum, NL Zerogen, Australia Cerchard, Ranska Chalmers, Ruotsi CSIC, Espania Evaluointi Osatehtävä 3: CO 2 :n puhtausvaatimukset Osatehtävä 4: Lähtötietoja kustannus ja päästötaselaskentaan Simulointi evaluoinnin perusteella valitut konseptit (CCS ja "ei CCS") 8

9 CCS-tekniikat ja niiden soveltamisedellytykset Tarkasteluun valittiin 3 erilaista sovelluskohdetta: - Case 1 (lauhdevoimala rannikolla), post-combustion capture - Case 2 (CHP sisämaa/rannikko), post-combustion capture, oxyfuel - Case 3 (terästeollisuus rannikolla), post-combustion capture Prosessisimulointitarkasteluja varten osamallit: - lauhdevoimalaitos, - CHP-laitos, - happitehdas (ASU) - hiilidioksidin talteenottoyksikkö savukaasuista happipoltossa - hiilidioksidin talteenottoyksikkö savukaasuista (post-combustion capture, esim. MEA) 9

10 CO 2 regenerointienergia [MW th ] CO 2 massavirta savukaasussa [t/h] Example, Post-combustion capture - Amine-Based CO 2 Capture kj/kg CO kj/kg CO kj/kg CO2 t CO2/h Case 3, Terästehdas Case 1, Lauhdevoimalaitos Case 2, CHP Yksittäisen talteenottolinjan maksimi koko ~230 t CO 2 /h Polttoaineteho [MW th ] 0 10

11 Hapentarve [TPD] Vuosikustannus [M ] Sähkön tuotannon hyötysuhde Esimerkki ASU Oletukset: hapen tarve 13.1 MWth/kgO2/s energian tarve 200 kwh/ton O2 energian hinta 0.1 /kwh Sähköntuotannon hyötysuhde CCS-lauhdelaitokset Hapen kulutus [TPD] Kustannus vuodessa [M ] % 45 % 44 % 43 % 42 % Hapen valmistuksen vaikutus sähköntuotannon hyötysuhteeseen CCS-CHP-laitokset % 40 % 39 % Suurin yksittäinen ASU ~5000 TPD % 37 % Polttoaineteho [MWth] 36 % Reference without ASU Typical ASU Advanced ASU Theoretical ASU 11

12 Case 1: Lauhdelaitos rannikolla; post-combustion (amiinipesu) CARBON DIOXIDE ELECTRICITY BOILER PARTICLE REMOVAL SULPHUR REMOVAL CO2 COMPRESSION STRIPPER CLUMN STEAM Höyryä regenerointiin COOLER AIR COAL FLY ASH SULPHUR ABSORPTION COLUMN RESTEAM CLCHNG B5 PRISTEAM 4 Boiler 3 TURBINE Case 1 (lauhdevoimala rannikolla) polttoaine hiili Case 1: Aspen malli AMINEW 12

13 Kuljetuskustannusmallien arviointi Snöhvit Melköya Malli laskee lähtöarvojen perusteella vaaditun laivojen vähimmäismäärän Paineennostoasemien määrän sekä tehontarpeet putkiosuuksilla Erikseen CAPEX & OPEX kuljetusketjun vaiheille Sleipner 13

14 Purku Laivat Lastaus Välivarasto Kuljetusketju Laiva Putki Oletukset laivakuljetukselle Välivarasto terässäiliöitä 1,5 x laivan kapasiteetin verran. Yhden laivan kapasiteetti n t. Lasti puretaan merellä. Oletukset putkilinjalle Teräsputki DN500 Paineennostot sähkökompressoreilla 15 MPa, 10 C Esikäsittely ja paineistus/nesteytys sekä loppusijoitus ovat rajattu pois. Putkilinja Väliasemat Pääte- kompressointi Olettaen 6 MtCO2/a ainevirtaa, 40 vuoden taloudellista käyttöikää, sekä 40 vuoden valvonta-aikaa injektoinnin lopettamisen jälkeen, voidaan offshore loppusijoituksen nykykustannuksina pitää /tco2 (McKinsey & Co, 2008) 14

15 Suomen kallioperän sedimenttikivimuodostumat Muodostumien kivilajit ovat tiiviitä ja sedimenttikivikerrokset matalia Pintaosa rakoileva ja ruhjeinen Manner-Suomen sedimenttikivimuodostumien CCS-soveltuvuus on heikko Hailuodon ja Muhoksen muodostumat 15

16 Itämeren kallioperä Sedimenttikivialueiden teoreettinen CCS-potentiaali kasvaa Ahvenanmereltä etelään päin mentäessä Gotlannin eteläpuolella sedimenttikerrokset syvenevät m syvyyteen Perusvaatimukset CCS:ää varten täyttyvät, mutta tiedot eivät vielä riittäviä arvioimaan todellista potentiaalia Erlström(2008): 5 Mt muutamaa sataa Mt Ruotsin talousalueen puolella 16

17 CCS:n kustannukset? käytännön kokemuksia kustannuksista rajoitetusti olemassa paljon laskelmia perustuen hieman eri lähtökohtiin edullisimpina pidetään joko happipolttoon perustuvia tai IGCC-tekniikkaan perustuvia hankkeita Laitostyyppi $/t CO2 Post-Combustion SCPC 45 Oxyfuel-combustion SCPC 35 Pre-combustion IGCC 29 -suurin kustannuserä CO2-talteenotto ( $/t CO2) -kuljetus ( $/t CO2) -varastointi ( $/t CO2) 17

18 18

19 CCS:n soveltaminen Suomen olosuhteissa Johtoryhmä Zero Emission Platform (Yritykset, VTT) 1. Energiajärjestelmät (VTT) 2. CO2:n talteenotto ja puhdistus sovelluskohteet (VTT) 3. Hiilidioksidin loppusijoitus- ja hyötykäyttöratkaisut sekä logistiikka (GTK, VTT) 4. Kustannus- ja päästötasetarkastelut (VTT) IEA GHG ExCo (VTT) Vuosittaiset seminaarit ja workshopit (Tekes, VTT) Suomalainen energiateollisuus (energian tuotanto, laitevalmistajat, viranomaiset, jne.) Roadmap CCS:n käyttöönotolle Suomessa 19

20 IEA GHG R&D -ohjelma 19 valtiojäsentä, lisäksi EU ja OPEC 21 yritysjäsentä 20

21 Vuosiseminaari Ensimmäinen seminaari järjestetään Hanasaari, Espoo CCS-tiedon levittäminen Hankkeesta ja sen tuloksista tiedottaminen Vuorovaikutus sidosryhmien kesken Suomenkieliset esitykset Kiitokset mielenkiinnosta! 21