Ejer/operatør: Prairie State Generating Co., LLC
Prairie State Energy Campus på 1.600 MW bruger den nyeste kulteknologi til at brænde Illinois-kul fra Lively Grove-minen, der ligger ved siden af anlægget. Den anden enhed af det to-enhedsanlæg til 4,93 mia. dollars, der har været under planlægning siden 2001, blev taget i kommerciel drift i november 2012, og dermed blev det største kulfyrede kraftværk, der er bygget i USA i 30 år, færdiggjort.
Prairie State Energy Campus (PSEC) er sandsynligvis det sidste af de kulfyrede kraftværker med flere enheder, der vil blive bygget i USA inden for en overskuelig fremtid. De senest idriftsatte kulkraftværker (SWEPCO’s 600 MW John W. Turk, Jr. og Duke Energy’s 825 MW Cliffside Unit 6) er enkeltanlæg uden faste planer for fremtidig udvidelse. De sidste kulfyrede anlæg med to enheder, der blev færdiggjort som et enkelt projekt, var Luminants Oak Grove-kraftværk (2 x 800 MW) og We Energies’ Elm Road-anlæg (2 x 615), der begge blev færdiggjort i 2010, men der stopper ligheden.
Peabody Energy Corp., verdens største private kulselskab, udtænkte oprindeligt udviklingsplanen for PSEC i begyndelsen af 2000’erne. Planen gik ud på strategisk at placere et kraftværk ved siden af sine kulreserver i Illinois Basin som et middel til at sikre fremtidige brændselsforsyninger og minimere virkningen på taksterne som følge af udsving i markedsprisen på leveret kul, herunder transport. Elkunderne nyder godt af stabile, overkommelige priser i årtier fremover, fordi projektet også sikrede mere end 30 års kulreserver i nærheden af PSEC.
95% af PSEC’s ejerkreds er offentlige kraftværker og kommunalt ejede elforsyningsvirksomheder, der er fordelt på otte stater. Ejerne af Prairie State Energy Campus er almennyttige, offentlige energienheder uden gevinst for øje, herunder American Municipal Power (23,36 %), Illinois Municipal Electric Agency (15,17 %), Indiana Municipal Power Agency (12,64 %), Kentucky Municipal Power Agency (7,82 %), Missouri Joint Municipal Electric Utility Commission (12,33 %), Northern Illinois Municipal Power Agency (7,60 %), Prairie State Power Inc. (8,22 %), Southern Illinois Power Cooperative (7,90 %) og Peabody Energy (5,06 %) gennem sit datterselskab Lively Grove Energy. Hvert medlem af ejerkredsen modtager elektricitet fra værket i forhold til sin ejerandel og betaler en tilsvarende procentdel af værkets ejer- og driftsomkostninger.
Central beliggenhed
PSEC er beliggende på et 1.200 acre stort område, der omfatter både Prairie States Lively Grove-undergrundsminen og kraftværket. Minen- og mundingsværket, der ligger ca. 80 km sydøst for St. Louis, forbruger ~7 mio. tons Illinois Basin-kul om året.
Byggeriet af værket til 4,93 mia. dollars begyndte i maj 2007 med forberedelse af stedet efter flere års retssager og juridiske udfordringer i forbindelse med værkets lufttilladelse, som til sidst blev løst til fordel for PSEC. Købskontrakterne for dampgeneratorer, dampturbiner og udstyr til kontrol af luftkvaliteten blev indgået i juni-juli 2007. Den underjordiske kulmine blev taget i brug i 2010. Enhed 1 gik i drift den 6. juni 2012, efterfulgt af enhed 2 den 3. november 2012.
PSEC består af to superkritiske kulfyrede dampgeneratorer, der er fremstillet af The Babcock & Wilcox Co. Hver dampgenerator leverer hoveddamp ved ~3 800 psia og 1 055 F ved over- og genopvarmerens udløb. Dampgeneratorerne er glidende tryk, med afbalanceret træk og med spiralformet ovnvægkonstruktion. Rørmaterialerne blev udvalgt med henblik på anvendelse af Illinois Basin-kul med højt svovlindhold. Den avancerede emissionskontrol er designet og leveret af Siemens Power Generation Inc. til at fjerne 98 % af SO2, 90 % af NOx og mere end 99 % af partikler, som er de mest almindelige emissioner. PSEC tager naturligt Illinois-kul, der indeholder mere end 9 pund SO2 pr. million Btu, og reducerer emissionerne til kun 0,182 pund SO2 pr. million Btu. Dette resulterer i emissioner, der er mindre end en femtedel af det nationale gennemsnit for eksisterende kulfyrede anlæg.
Luftkvalitetsstyringsudstyret begynder med brændere med lavt NOx-indhold, efterfulgt af et selektivt katalytisk reduktionssystem til NOx-kontrol, et aktivt kulinjektionssystem til kviksølvkontrol, et kalkhydratinjektionssystem til fjernelse af flussyre, en tør elektrofilter (ESP) til partikelkontrol, våd røggasafsvovling til SO2-kontrol og et vådt ESP til aerosolkontrol. PSEC har angiveligt brugt ~ 1 mia. dollar alene på sine systemer til kontrol af luftkvaliteten.
Toshiba International Corp. leverede dampturbinegeneratorerne, der nominelt er normeret til 877 MW ved et udstødningstryk på 3,0 tommer kviksølv. Hver dampturbine er en enhed af typen med 3 600 omdrejninger pr. minut, ekstraktionskondensering og genopvarmning med otte trin af dampudvinding til opvarmning af fødevand og forsyning af fødevandspumpen. De elektriske generatorer er normeret til 1 020 kVA og er direkte drevne, topolede, brintkølede maskiner med sekundær vandkøling.
1. Bekvem kul. Kul, der transporteres fra minen, placeres på kullageret med en hastighed på 2.600 tons i timen. Høflighed: Prairie State Generating Co., Ltd.
Dampturbinens udstødningsdamp kondenseres i en vandkølet overfladekondensator med to skaller, enkelttryk og vandkøling med rør af rustfrit stål. Kølevand cirkuleres gennem kondensatorerne og afkøles af køletårne med mekanisk træk. I cirkulationsvandssystemet for hver enhed anvendes tre cirkulationsvandpumper med en kapacitet på 33 % og en ekstra kølevandspumpe med en kapacitet på 100 %. Forsyningsvandet kommer fra Kaskaskaskia-floden, der ligger ca. 15 miles vest for anlægget. En lagerdam har en 30-dages reservevandforsyning på stedet.
Expresslevering
Kul fra minen transporteres til PSEC og placeres på kullageret med en hastighed på 2.600 tons i timen via et transportsystem. Under normale driftsforhold leveres der på 10 timer tilstrækkeligt kul til at drive anlægget i 24 timer til anlægget på 10 timer. Kul genindvindes fra kulbunken med en hastighed på 2 600 tons i timen til de store tragte, der er placeret i nærheden af hver dampgenerator. Den aktive kulbunke rummer ca. 10 dages brændsel under normale driftsbetingelser. Der er også blevet afsat plads på værkets område til en inaktiv kulbunke, som kan lagre brændsel i op til 60 dage ved fuldlastdrift. Jernbanetjenesten til anlægget blev konfigureret således, at der kan skaffes eksterne forsyninger af kul af en kvalitet, der er specificeret i anlæggets lufttilladelse, hvis der skulle opstå en længere afbrydelse af kulleverancerne fra minen.
Bund- og flyveaske fra kedel- og luftkvalitetskontrolsystemerne opsamles og kombineres med affald fra røggasafsvovlingssystemerne og transporteres til lagerområdet for restprodukter fra kulforbrænding (CCRs). Det spildevand, der produceres af anlægget, f.eks. kedel- og køletårnsafstrømning, genanvendes i askebehandlings- og røggasafsvovlingsanlæggene. Der anvendes også jernbanetransport til levering af kalksten og bortskaffelse af CCR’er. PSEC bortskaffer sine CCR i det nybyggede Near Field, en monofill, der er bygget i overensstemmelse med standarderne fra Illinois Environmental Protection Agency, og som ligger lige ved siden af kraftværket. CCR’erne transporteres til Near Field via transportbånd, hvilket yderligere reducerer behovet for jernbanetransport. PSGC vedligeholder også Jordan Grove, en fuldt udbygget og forvaltet monofill 12 miles syd for campus.
Revideret og ændret
PSEC har som ethvert kontroversielt elproduktionsprojekt været udsat for forsinkelser som følge af juridiske udfordringer i forbindelse med tilladelser og forsinkelser i forbindelse med opførelsen. Bechtel Power Corp. og Prairie State Generating Co., LLC indgik oprindeligt en tids- og materialeaftale om engineering-procurement-construction (EPC) med en målrettet færdiggørelsesdato, pris og andre præstationskrav. I juli 2010 blev der indgået en revideret og ændret EPC-aftale med en garanteret færdiggørelsesplan, som fastsatte projektets samlede omkostninger til PSEC til 3,999 mia. Ifølge Fitch, der er kreditvurderingsbureau for et flertal af ejergruppen, blev de ekstra projektomkostninger afbødet af den ekstra beskyttelse, som den ændrede byggekontrakt gav.
Projektomkostningerne er bestemt højere end oprindeligt planlagt i begyndelsen af 2000’erne for et kulkraftværk af denne størrelsesorden, men stadig meget billigere end for integreret forgasning kombineret cyklus – den eneste anden mulighed for forbrænding af det tilgængelige Illinois Basin-kul – hvis U.USA-projekter, der nu er under opførelse, har oplevet massive omkostningsoverskridelser og overskredne tidsplaner.
Men nu, hvor værket er i drift, kan værksejerne nyde godt af pålidelig elektricitet med ringe risiko for brændstofpriserne i de næste 30 år. Desuden mindsker ejerskabet af aktivet den enkelte ejers eksponering for det uforudsigelige spotmarked for elektricitet og for stigende priser på langfristede køb af bulkstrøm.
Ejergruppen ser langsigtet på sin investering – prisen på naturgas, kul og omkostningerne til transport af kul vil stige støt i fremtiden, mens PSEC’s omkostninger er under ejerens kontrol, i modsætning til de fleste anlæg. Jeg forventer, at ejernes investering i PSEC vil give et flot udbytte i mange år fremover.
Både enheder er blevet testet for deres ydeevne, og hver enkelt enhed bliver nu sendt af sted med en kapacitet, der er højere end dens nominelle kapacitet: Enhed 1 på 812 MW og enhed 2 på over 809 MW. PSEC rapporterede, at den testede nettovarmelast på værket var ~1% bedre end garantien. ■
– Dr. Robert Peltier, PE er POWER’s konsulentredaktør.