Omistajan/ylläpitäjän nimi: Prairie State Generating Co., LLC
1 600 MW:n Prairie State Energy Campus käyttää uusinta kivihiiliteknologiaa polttaakseen Illinois’n kivihiiltä Lively Groven kaivoksesta, joka sijaitsee laitoksen vieressä. Vuodesta 2001 lähtien suunnitteilla olleen, 4,93 miljardin dollarin arvoisen, kaksi yksikköä käsittävän voimalan toinen yksikkö otettiin kaupalliseen käyttöön marraskuussa 2012, ja näin saatiin valmiiksi suurin Yhdysvaltoihin rakennettu hiilivoimalayksikkö 30 vuoteen.
Prairie State Energy Campus (PSEC) on todennäköisesti viimeinen usean yksikön hiilivoimaloista, joita rakennetaan Yhdysvaltoihin lähitulevaisuudessa. Viimeisimmät käyttöönotetut hiilivoimalat (SWEPCO:n 600 MW:n John W. Turk, Jr. ja Duke Energyn 825 MW:n Cliffside Unit 6) ovat yhden yksikön voimaloita, joilla ei ole varmoja suunnitelmia tulevista laajennuksista. Viimeisimmät kaksiyksikköiset hiilivoimalat, jotka valmistuivat yhtenä hankkeena, olivat Luminantin Oak Groven voimalaitos (2 x 800 MW) ja We Energiesin Elm Roadin voimalaitos (2 x 615), jotka valmistuivat molemmat vuonna 2010, mutta siihen yhtäläisyydet loppuvat.
Peabody Energy Corp., maailman suurin yksityinen hiiliyritys, laati alun perin PSEC:n kehittämissuunnitelman 2000-luvun alussa. Suunnitelmassa edellytettiin voimalaitoksen strategista sijoittamista sen Illinois Basinin hiilivarantojen läheisyyteen keinona varmistaa polttoaineen saanti tulevaisuudessa ja minimoida toimitetun kivihiilen markkinahinnan vaihtelujen aiheuttamat vaikutukset tariffeihin, kuljetukset mukaan luettuina. Sähköasiakkaat hyötyvät tasaisista ja kohtuuhintaisista hinnoista tulevina vuosikymmeninä, koska hankkeella varmistettiin myös yli 30 vuoden hiilivarannot, jotka sijaitsevat PSEC:n läheisyydessä.
PSEC:n omistajaryhmästä 95 prosenttia on julkisia energialaitoksia ja yhteisomistuksessa olevia sähkölaitoksia kahdeksassa osavaltiossa. Prairie State Energy Campuksen omistajat ovat voittoa tavoittelemattomia, julkisia sähkölaitoksia, kuten 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 %) ja Peabody Energy (5,06 %) Lively Grove Energyn tytäryhtiönsä kautta. Kukin omistajaryhmän jäsen saa voimalaitokselta sähköä suhteessa omistusosuuteensa ja maksaa vastaavan prosenttiosuuden voimalaitoksen omistus- ja käyttökustannuksista.
Keskeinen sijainti
PSEC sijaitsee 1200 hehtaarin suuruisella alueella, joka käsittää sekä Prairie Staten Lively Groven maanalaisen kaivoksen että voimalaitoksen. Noin 50 mailia St. Louisista kaakkoon sijaitseva kaivos-suu-voimalaitos kuluttaa vuosittain ~7 miljoonaa tonnia Illinois Basinin kivihiiltä.
4,93 miljardin dollarin arvoisen voimalaitoksen rakentaminen aloitettiin toukokuussa 2007 työmaan valmisteluilla sen jälkeen, kun voimalaitoksen ilmanlaatulupaan liittyviä oikeudenkäyntejä ja oikeudellisia haasteita oli vireillä useita vuosia ja ne ratkaistiin lopulta PSEC:n eduksi. Höyrygeneraattoreiden, höyryturbiinien ja ilmanlaadunvalvontalaitteiden hankintasopimukset tehtiin kesä-heinäkuussa 2007. Maanalainen hiilikaivos otettiin käyttöön vuonna 2010. Yksikkö 1 otettiin käyttöön 6. kesäkuuta 2012 ja yksikkö 2 3. marraskuuta 2012.
PSEC koostuu kahdesta ylikriittisestä hiilikäyttöisestä höyrygeneraattorista, jotka on valmistanut The Babcock & Wilcox Co. Kumpikin höyrygeneraattori tuottaa päähöyryä ~3 800 psia:n paineella ja 1 055 F:n lämpötilassa ylikuumentimen ja jälkilämmittimen ulostulossa. Höyrynkehittimet ovat liukupaineisia, tasapainotetun vedon yksiköitä, joissa on spiraalimaisesti kierretty uunin seinärakenne. Putkimateriaalit valittiin siten, että ne soveltuvat korkearikkisten Illinois Basinin hiilien käyttöön. Siemens Power Generation Inc. suunnitteli ja toimitti nykyaikaiset päästöjenvalvontalaitteet, jotka poistavat 98 prosenttia SO2:sta, 90 prosenttia NOx:sta ja yli 99 prosenttia hiukkasista, jotka ovat yleisimpiä päästöjä. PSEC käyttää alkuperäistä Illinoisin hiiltä, joka sisältää yli 9 puntaa SO2:ta miljoonaa Btu:ta kohti, ja vähentää päästöt vain 0,182 kiloon SO2:ta miljoonaa Btu:ta kohti. Tämä johtaa päästöihin, jotka ovat alle viidenneksen nykyisten hiilipolttoaineita käyttävien laitosten kansallisesta keskiarvosta.
Ilmansäätölaitteiston järjestely alkaa matalan NOx-pitoisuuden polttimilla, jonka jälkeen on selektiivinen katalyyttinen pelkistysjärjestelmä NOx:n hallintaan, aktiivihiilen ruiskutusjärjestelmä elohopean hallintaan, hydratoidun kalkin ruiskutusjärjestelmä fluorivetyhapon poistoon, kuiva sähkösuodatin hiukkasten hallintaan, märkä savukaasujen rikinpoisto rikkidioksidin hallintaan SO2:n hallintaan ja märkä sähkösuodatin ilmakehän aerosolien hallintaan. PSEC:n kerrotaan käyttäneen noin miljardi dollaria pelkästään ilmanlaadunvalvontajärjestelmiinsä.
Toshiba International Corp. toimitti höyryturbiinigeneraattorit, joiden nimellinen nimellisteho on 877 MW ja pakokaasun paine 3,0 tuuman elohopeaa. Kukin höyryturbiini on 3 600 kierrosta minuutissa pyörivä, uuttolauhdutteinen, uudelleenlämmitystyyppinen yksikkö, jossa on kahdeksan höyrynpoistovaihetta syöttöveden lämmitystä ja syöttövesipumpun syöttöä varten. Sähkögeneraattoreiden nimellisteho on 1020 kVA, ja ne ovat suoravetoisia, kaksinapaisia, vetyjäähdytteisiä koneistoja, joissa on toissijainen vesijäähdytys.
1. Kätevä hiili. Kaivoksesta kuljetettu hiili sijoitetaan hiilivarastokasaan 2 600 tonnin tuntivauhdilla. Kohteliaisuus: Prairie State Generating Co., Oy.
Höyryturbiinin pakokaasuhöyry lauhdutetaan ruostumattomasta teräksestä valmistetuilla putkilla varustetussa kaksikuorisessa, yksipaineisessa, vesijäähdytteisessä pintalauhduttimessa. Jäähdytysvesi kierrätetään lauhduttimien läpi ja jäähdytetään mekaanisen vedon jäähdytystorneilla. Kunkin yksikön kiertovesijärjestelmässä käytetään kolmea 33 prosentin kapasiteetin kiertovesipumppua ja yhtä ylimääräistä 100 prosentin kapasiteetin jäähdytysvesipumppua. Täydennysvesi saadaan Kaskaskia-joesta, joka sijaitsee noin 15 mailia laitoksesta länteen. Varastolammikossa on 30 päivän varavesivarasto.
Pikatoimitus
Hiili kuljetetaan kaivoksesta PSEC:lle ja sijoitetaan hiilivarastokasalle 2 600 tonnin tuntivauhdilla kuljettimen avulla. Normaalissa toiminnassa laitokselle toimitetaan 10 tunnissa niin paljon hiiltä, että se riittää käyttämään laitosta 24 tunnin ajan. Kivihiiltä nostetaan hiilikasasta 2 600 tonnia tunnissa kunkin höyrygeneraattorin lähellä sijaitseviin ylivuotosäiliöihin. Aktiiviseen hiilikasaan mahtuu noin 10 päivän polttoainemäärä normaaleissa käyttöolosuhteissa. Laitosalueella on varattu tilaa myös passiiviselle hiilikasalle, johon voidaan varastoida polttoainetta jopa 60 päivän ajan täydellä kuormituksella. Rautatieyhteys laitokselle on järjestetty siten, että laitoksen ilmaluvassa määritellyn laatuista kivihiiltä voidaan hankkia ulkopuolelta, jos kaivoksen kivihiilitoimitukset keskeytyvät pitkäksi aikaa.
Kattiloista ja ilmanlaadunvalvontajärjestelmistä peräisin oleva pohja- ja lentotuhka kerätään ja yhdistetään savukaasujen rikinpoistojärjestelmissä syntyviin jätteisiin, jotka kuljetetaan hiilenpolton jäännösjäännöksen varastointialueelle (CCR). Laitoksen tuottamat jätevedet, kuten kattilan ja jäähdytystornin huuhteluvedet, käytetään uudelleen tuhkankäsittely- ja savukaasujen rikinpoistojärjestelmissä. Rautatieyhteyttä käytetään myös kalkkikiven toimittamiseen ja CCR-jätteiden hävittämiseen. PSEC sijoittaa CCR-jätteensä äskettäin rakennettuun Near Fieldiin, joka on Illinoisin ympäristönsuojeluviraston standardien mukaisesti rakennettu monofill, joka sijaitsee suoraan voimalaitoksen vieressä. CCR:t kuljetetaan Near Fieldiin kuljettimella, mikä vähentää rautatiekuljetusten tarvetta entisestään. PSGC ylläpitää myös Jordan Grovea, täysin vuorattua ja hallinnoitua monofilliä, joka sijaitsee 12 mailia kampuksen eteläpuolella.
Tarkistettu ja muutettu
PSEC:n, kuten minkä tahansa kiistanalaisen sähköntuotantohankkeen, kohdalla ilmeni viivästyksiä, jotka johtuivat lupien myöntämiseen liittyvistä oikeudellisista haasteista ja rakentamisen viivästymisestä. Bechtel Power Corp. ja Prairie State Generating Co., LLC tekivät alun perin aika- ja materiaalisopimuksen, johon sisältyi suunniteltu valmistumisajankohta, hinta ja muut suoritusvaatimukset. Heinäkuussa 2010 päästiin tarkistettuun ja muutettuun EPC-sopimukseen, johon sisältyi taattu valmistumisaikataulu ja jossa hankkeen kokonaiskustannuksiksi PSEC:lle vahvistettiin 3,999 miljardia dollaria, lukuun ottamatta kaivoksen kehittämiskustannuksia. Omistajaryhmän enemmistön luottoluokituslaitoksen Fitchin mukaan hankkeen lisäkustannuksia pienensi muutetun rakennussopimuksen tarjoama lisäsuoja.
Hankkeen kustannukset ovat varmasti korkeammat kuin mitä alun perin suunniteltiin 2000-luvun alussa tämän kokoluokan kivihiilivoimalaitokselle, mutta ne ovat silti paljon halvemmat kuin integroituun kaasutukseen perustuvassa yhdistetyssä kierrossa, joka on ainoa toinen vaihtoehto käytettävissä olevan Illinoisin altaan kivihiilen polttamiseksi.
Nyt kun laitos on toiminnassa, voimalaitoksen omistajat voivat kuitenkin nauttia luotettavasta sähköstä, johon ei liity juurikaan polttoaineen hintariskiä seuraavien 30 vuoden aikana. Lisäksi voimalaitoksen omistus vähentää kunkin omistajan altistumista arvaamattomille sähkön spot-markkinoille ja pitkäaikaisten sähkön ostojen nouseville hinnoille.
Omistajaryhmä suhtautuu investointiinsa pitkäjänteisesti – maakaasun, hiilen ja hiilen kuljetuskustannusten hinta nousee tasaisesti tulevaisuudessa, kun taas PSEC:n kustannukset ovat omistajan hallinnassa, toisin kuin useimpien voimaloiden kustannukset. Odotan, että omistajien sijoitus PSEC:hen tuottaa komeaa osinkoa monien tulevien vuosien ajan.
Kummankin yksikön suorituskyky on testattu, ja kumpikin yksikkö lähetetään nyt nimelliskapasiteettiaan suuremmalla teholla: Yksikkö 1 812 MW ja yksikkö 2 yli 809 MW. PSEC:n mukaan laitoksen testattu nettolämpöteho oli ~1 % parempi kuin takuuarvo. ■
– Tohtori Robert Peltier, PE on POWERin konsultoiva toimittaja.