Eigenaar/exploitant: Prairie State Generating Co, LLC
De 1.600 MW Prairie State Energy Campus maakt gebruik van de nieuwste kolentechnologie om Illinois-kolen te verbranden uit de Lively Grove-mijn, die naast de centrale ligt. In planning sinds 2001, kwam de tweede eenheid van de twee-eenheid, $ 4,93 miljard centrale in commerciële dienst in november 2012, waarmee de grootste kolengestookte centrale werd voltooid die in de VS in 30 jaar is gebouwd.
De Prairie State Energy Campus (PSEC) is waarschijnlijk de laatste van de multi-unit kolengestookte elektriciteitscentrales die in de nabije toekomst in de VS zullen worden gebouwd. De meest recent in bedrijf genomen kolencentrales (SWEPCO’s 600-MW John W. Turk, Jr. en Duke Energy’s 825-MW Cliffside Unit 6) zijn single-unit centrales zonder vaste plannen voor toekomstige uitbreiding. De laatste kolengestookte centrales met twee eenheden die als één project zijn voltooid, waren de Oak Grove-centrale van Luminant (2 x 800 MW) en de Elm Road-centrale van We Energies (2 x 615), beide voltooid in 2010, maar daar houdt de gelijkenis op.
Peabody Energy Corp., ’s werelds grootste particuliere kolenbedrijf, bedacht het ontwikkelingsplan voor PSEC oorspronkelijk in het begin van de jaren 2000. Het plan riep op tot het strategisch situeren van een elektriciteitscentrale in de buurt van zijn steenkoolreserves in het Illinois Basin als een middel om toekomstige brandstofleveringen te verzekeren en de impact op tarieven te minimaliseren veroorzaakt door marktprijsschommelingen van geleverde steenkool, inclusief transport. Elektriciteitsklanten profiteren de komende decennia van stabiele, betaalbare tarieven omdat het project ook meer dan 30 jaar steenkoolreserves heeft veiliggesteld die zich in de buurt van PSEC bevinden.
Vijfennegentig procent van de eigendomsgroep van PSEC bestaat uit openbare elektriciteitsagentschappen en elektriciteitsbedrijven die eigendom zijn van de gemeenschap, verspreid over acht staten. De eigenaren van Prairie State Energy Campus zijn openbare elektriciteitsbedrijven zonder winstoogmerk, waaronder 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%), en Peabody Energy (5,06%) via haar dochteronderneming Lively Grove Energy. Elk lid van de eigendomsgroep ontvangt elektriciteit van de centrale naar rato van zijn eigendomspercentage en betaalt een gelijk percentage van de eigendoms- en exploitatiekosten van de centrale.
Centrale locatie
PSEC is gevestigd op een terrein van 1.200 acre dat zowel de ondergrondse mijn van Lively Grove van Prairie State als de centrale omvat. De mijn-mondcentrale, gelegen op ongeveer 50 mijl ten zuidoosten van St. Louis, verbruikt ~ 7 miljoen ton per jaar Illinois Basin-kolen.
De bouw van de centrale van $ 4,93 miljard begon in mei 2007 met de voorbereiding van het terrein na verscheidene jaren van rechtszaken en juridische uitdagingen in verband met de luchtvergunning van de centrale die uiteindelijk in het voordeel van PSEC werden opgelost. De aankoopcontracten voor de stoomgeneratoren, stoomturbines en apparatuur voor luchtkwaliteitscontrole werden in juni-juli 2007 gesloten. De ondergrondse kolenmijn is in 2010 operationeel geworden. Eenheid 1 ging online op 6 juni 2012, gevolgd door eenheid 2 op 3 november 2012.
PSEC bestaat uit twee superkritische kolengestookte stoomgeneratoren gefabriceerd door The Babcock & Wilcox Co. Elke stoomgenerator levert hoofdstoom bij ~3.800 psia en 1.055F aan de oververhitter en reheater uitlaten. De stoomgeneratoren zijn eenheden met schuifdruk en gebalanceerde trek met spiraalgewonden ovenwandconstructie. De buismaterialen werden geselecteerd voor het gebruik van hoogzwavelige kolen uit het Illinois-bekken. De state-of-the-art emissiecontroles zijn ontworpen en geleverd door Siemens Power Generation Inc. om 98% van de SO2, 90% van de NOx en meer dan 99% van de deeltjes, de meest voorkomende emissies, te verwijderen. PSEC gebruikt inheemse steenkool uit Illinois die meer dan 9 pond SO2 per miljoen Btu bevat en vermindert de uitstoot tot slechts 0,182 pond SO2 per miljoen Btu. Dit resulteert in emissies die minder dan een vijfde zijn van het nationale gemiddelde voor bestaande kolengestookte centrales.
De opstelling van apparatuur voor luchtkwaliteitsbeheersing begint met low-NOx-branders, gevolgd door een selectief katalytisch reductiesysteem voor NOx-beheersing, een actiefkoolinjectiesysteem voor kwikbeheersing, een gehydrateerd kalkinjectiesysteem voor fluorwaterstofzuurverwijdering, een droge elektrostatische precipitator (ESP) voor deeltjesbeheersing, natte rookgasontzwaveling voor SO2-beheersing, en een natte ESP voor aërosolbeheersing. PSEC heeft naar verluidt alleen al aan de luchtkwaliteitsbeheersingssystemen ~$1 miljard uitgegeven.
Toshiba International Corp. leverde de stoomturbine-generatoren, nominaal beoordeeld op 877 MW bij een uitlaatdruk van 3,0 inch kwik. Elke stoomturbine is een eenheid van het type met 3.600 toeren per minuut, extractiecondensatie en heropwarming, met acht stadia van stoomextractie voor de verwarming van het voedingswater en de voeding van de voedingswaterpomp. De elektrische generatoren hebben een vermogen van 1.020 kVA en zijn direct aangedreven, tweepolige, waterstofgekoelde machines met secundaire waterkoeling.
1. Handige kolen. De uit de mijn aangevoerde kolen worden met een snelheid van 2.600 ton per uur op de kolenopslagplaats geplaatst. Met dank aan: Prairie State Generating Co, Ltd.
De uitlaatstoom van de stoomturbine wordt gecondenseerd in een tweeschalige, enkelvoudige druk, watergekoelde oppervlaktecondensor met roestvrijstalen buizen. Koelwater wordt door de condensors gecirculeerd en gekoeld door middel van mechanisch aangedreven koeltorens. Het circulatiewatersysteem voor elke eenheid maakt gebruik van drie circulatiewaterpompen met een capaciteit van 33%, en een extra koelwaterpomp met een capaciteit van 100%. Aanvoerwater wordt geleverd door de rivier Kaskaskia, die ongeveer 15 mijl ten westen van de centrale ligt. Een opslagbekken heeft ter plaatse een reserve watervoorraad voor 30 dagen.
Express Delivery
De kolen uit de mijn worden naar PSEC vervoerd en via een transportsysteem met een snelheid van 2.600 ton per uur op de kolenopslagplaats geplaatst. Bij een normale bedrijfsvoering wordt in 10 uur voldoende steenkool aan de centrale geleverd om de centrale 24 uur te laten draaien. De kolen worden met een snelheid van 2.600 ton per uur uit de kolenberg gehaald en overgebracht naar hoppers die zich bij elke stoomgenerator bevinden. De actieve kolenstapel bevat onder normale bedrijfsomstandigheden ongeveer 10 dagen brandstof. Op het terrein van de centrale is ook ruimte gereserveerd voor een inactieve kolenstapel, die tot 60 dagen brandstof kan opslaan bij vollastbedrijf. De spoordienst naar de centrale is zo geconfigureerd dat externe leveringen van steenkool, van een in de luchtvergunning van de centrale gespecificeerde kwaliteit, kunnen worden aangekocht in geval van een langdurige onderbreking van de steenkoolleveringen uit de mijn.
Bodem- en vliegas van de ketel- en luchtkwaliteitscontrolesystemen worden verzameld en gecombineerd met het door de rookgasontzwavelingssystemen geproduceerde afval en naar de opslagruimte voor koolverbrandingsresiduen (CCR’s) getransporteerd. Afvalwater van de centrale, zoals ketel- en koeltorenuitstroom, wordt hergebruikt in de asbehandelings- en rookgasontzwavelingssystemen. Er wordt ook gebruik gemaakt van spoordiensten voor de levering van kalksteen en de verwijdering van CCR’s. PSEC verwijdert haar CCR in het nieuw aangelegde Near Field, een monofill die is aangelegd volgens de normen van het Illinois Environmental Protection Agency en direct naast de energiecentrale ligt. De CCR’s worden via een transportband naar Near Field vervoerd, waardoor de noodzaak van vervoer per spoor verder afneemt. PSGC onderhoudt ook Jordan Grove, een volledig beklede en beheerde monofill, 12 mijl ten zuiden van de campus.
Revised and Amended
PSEC heeft, zoals elk controversieel energieopwekkingsproject, te maken gehad met vertragingen als gevolg van juridische uitdagingen bij de vergunningverlening en vertragingen bij de bouw. Bechtel Power Corp. en Prairie State Generating Co., LLC sloten oorspronkelijk een tijd en materiaal engineering-procurement-construction (EPC) overeenkomst met een beoogde voltooiingsdatum, prijs en andere prestatie-eisen. In juli 2010 werd een herziene en gewijzigde EPC-overeenkomst met een gegarandeerd tijdschema voor de voltooiing bereikt, waarbij de totale kosten van het project voor PSEC werden vastgesteld op 3,999 miljard dollar, exclusief de kosten voor de ontwikkeling van de mijn. Volgens Fitch, het ratingbureau voor een meerderheid van de eigendomsgroep, werden de extra projectkosten afgezwakt door de extra bescherming die het gewijzigde bouwcontract bood.
De projectkosten zijn zeker hoger dan oorspronkelijk in het begin van de jaren 2000 was gepland voor een kolencentrale van deze omvang, maar nog steeds veel goedkoper dan voor geïntegreerde gecombineerde-vergassingscyclus – de enige andere optie voor de verbranding van de beschikbare steenkool uit het Illinois-bekken – waarvan de Amerikaanse projecten die nu in aanbouw zijn, te kampen hebben met een aanzienlijke kostenstijging.Nu de centrale operationeel is, kunnen de eigenaars van de centrale echter genieten van betrouwbare elektriciteit met weinig brandstofprijsrisico’s voor de komende 30 jaar. Bovendien vermindert de eigendom van de activa de blootstelling van elke eigenaar aan de onvoorspelbare spotmarkt voor elektriciteit en aan de stijgende prijzen voor bulkaankopen van elektriciteit op lange termijn.
De eigendomsgroep neemt een langetermijnvisie op zijn investering – de prijs van aardgas, steenkool en de kosten voor het vervoer van steenkool zullen in de toekomst gestaag stijgen, terwijl de kosten van PSEC, in tegenstelling tot de meeste centrales, onder controle van de eigenaar staan. Ik verwacht dat de investering van de eigenaars in PSEC nog vele jaren een mooi dividend zal opleveren.
Beide eenheden zijn op hun prestaties getest en elke eenheid wordt nu ingezet op meer dan haar nominale capaciteit: Eenheid 1 met 812 MW en eenheid 2 met meer dan 809 MW. De geteste nettowarmtecapaciteit van de centrale was volgens PSEC ~1% beter dan de garantie. ■
– Dr. Robert Peltier, PE is de adviserend redacteur van POWER.