Właściciel/operator: Prairie State Generating Co., LLC
Kampus energetyczny Prairie State o mocy 1600 MW wykorzystuje najnowszą technologię węglową do spalania węgla z Illinois z kopalni Lively Grove, znajdującej się w sąsiedztwie zakładu. Planowany od 2001 roku, drugi blok tej dwunitkowej elektrowni o wartości 4,93 miliarda dolarów wszedł do eksploatacji komercyjnej w listopadzie 2012 roku, kończąc tym samym budowę największej elektrowni węglowej w USA od 30 lat.
Prairie State Energy Campus (PSEC) jest prawdopodobnie ostatnią z wielonitkowych elektrowni węglowych, które zostaną zbudowane w USA w przewidywalnej przyszłości. Ostatnio oddane do użytku elektrownie węglowe (SWEPCO’s 600-MW John W. Turk, Jr. i Duke Energy’s 825-MW Cliffside Unit 6) są jednostkami pojedynczymi i nie mają zdecydowanych planów przyszłej rozbudowy. Ostatnimi dwunitkowymi elektrowniami węglowymi ukończonymi jako jeden projekt były elektrownia Oak Grove firmy Luminant (2 x 800 MW) oraz elektrownia Elm Road firmy We Energies (2 x 615), obie ukończone w 2010 roku, ale na tym podobieństwa się kończą.
Peabody Energy Corp., największa na świecie prywatna firma węglowa, pierwotnie opracowała plan rozwoju PSEC na początku lat 2000. Plan ten zakładał strategiczną lokalizację elektrowni w sąsiedztwie rezerw węgla Illinois Basin, co miało zapewnić przyszłe dostawy paliwa i zminimalizować wpływ wahań cen rynkowych dostarczanego węgla, w tym transportu, na stawki. Odbiorcy energii elektrycznej korzystają ze stałych, przystępnych stawek przez kolejne dziesięciolecia, ponieważ projekt zabezpieczył również ponad 30-letnie rezerwy węgla znajdujące się w sąsiedztwie PSEC.
Dziewięćdziesiąt pięć procent grupy właścicielskiej PSEC stanowią publiczne agencje energetyczne i przedsiębiorstwa użyteczności publicznej będące własnością społeczności, działające na terenie ośmiu stanów. Właściciele Prairie State Energy Campus to nienastawione na zysk, publiczne podmioty energetyczne, w tym 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%) oraz Peabody Energy (5,06%) poprzez swoją spółkę zależną Lively Grove Energy. Każdy członek grupy właścicielskiej otrzymuje energię elektryczną z elektrowni proporcjonalnie do swojego udziału własnościowego i płaci podobny udział procentowy w kosztach własnościowych i operacyjnych elektrowni.
Położenie centralne
PSEC znajduje się na terenie o powierzchni 1200 akrów, który obejmuje zarówno podziemną kopalnię Lively Grove firmy Prairie State, jak i elektrownię. Louis, zużywa około 7 milionów ton węgla Illinois Basin rocznie.
Budowa elektrowni o wartości 4,93 miliarda dolarów rozpoczęła się w maju 2007 roku od przygotowania terenu po kilku latach procesów sądowych i wyzwań prawnych związanych z pozwoleniem na użytkowanie elektrowni, które zostały ostatecznie rozstrzygnięte na korzyść PSEC. Kontrakty na zakup generatorów pary, turbin parowych i urządzeń do kontroli jakości powietrza zostały zawarte w czerwcu-lipcu 2007 roku. Podziemna kopalnia węgla rozpoczęła działalność w 2010 roku. Jednostka 1 została uruchomiona 6 czerwca 2012 roku, a jednostka 2 3 listopada 2012 roku.
PSEC składa się z dwóch wytwornic pary opalanych węglem na parametry nadkrytyczne, wyprodukowanych przez The Babcock & Wilcox Co. Każda wytwornica pary dostarcza parę główną przy ciśnieniu ~3,800 psia i temperaturze 1,055F na wylotach przegrzewacza i dogrzewacza. Wytwornice pary są jednostkami o ciśnieniu ślizgowym i zrównoważonym ciągu, o spiralnie nawijanej konstrukcji ścian pieca. Materiały, z których wykonano rury, zostały dobrane tak, aby można było stosować węgle o wysokiej zawartości siarki z Illinois Basin. Najnowocześniejsze systemy kontroli emisji zostały zaprojektowane i dostarczone przez firmę Siemens Power Generation Inc. w celu usunięcia 98% SO2, 90% NOx i ponad 99% cząstek stałych, czyli najczęściej występujących emisji. PSEC wykorzystuje rodzimy węgiel z Illinois, który zawiera ponad 9 funtów SO2 na milion Btu i redukuje emisję do zaledwie 0,182 funta SO2 na milion Btu. Skutkuje to emisjami, które są mniejsze niż jedna piąta średniej krajowej dla istniejących elektrowni węglowych.
Układ urządzeń kontroli jakości powietrza rozpoczyna się od palników o niskiej zawartości NOx, a następnie systemu selektywnej redukcji katalitycznej do kontroli NOx, systemu wtrysku węgla aktywnego do kontroli rtęci, systemu wtrysku wapna hydratyzowanego do usuwania kwasu fluorowodorowego, suchego elektrofiltru (ESP) do kontroli cząstek stałych, mokrego odsiarczania spalin do kontroli SO2 oraz mokrego ESP do kontroli aerozoli. PSEC podobno wydał ~1 miliard USD na same systemy kontroli jakości powietrza.
Toshiba International Corp. dostarczyła turbiny parowe generatorów, nominalnie oceniane na 877 MW przy ciśnieniu wylotowym 3,0 cali rtęci. Każda turbina parowa to jednostka o prędkości obrotowej 3600 obr/min, kondensacji ekstrakcyjnej, typu reheat, z ośmioma stopniami ekstrakcji pary do podgrzewania wody zasilającej i zasilania pomp wody zasilającej. Generatory elektryczne mają moc znamionową 1 020 kVA i są maszynami o napędzie bezpośrednim, dwubiegunowymi, chłodzonymi wodorem z wtórnym chłodzeniem wodnym.
1. Wygodny węgiel. Węgiel transportowany z kopalni jest umieszczany na stosie składowania węgla z prędkością 2 600 ton na godzinę. Dzięki uprzejmości: Prairie State Generating Co., Ltd.
Para wylotowa z turbiny parowej jest skraplana w dwupłaszczowym, jednociśnieniowym, chłodzonym wodą skraplaczu powierzchniowym z rurami ze stali nierdzewnej. Woda chłodząca przepływa przez skraplacze i jest schładzana przez chłodnie kominowe z ciągiem mechanicznym. System wody obiegowej dla każdej jednostki wykorzystuje trzy pompy wody obiegowej o wydajności 33% oraz jedną pomocniczą pompę wody chłodzącej o wydajności 100%. Woda uzupełniająca jest dostarczana z rzeki Kaskaskaskia znajdującej się około 15 mil na zachód od zakładu. W stawie magazynowym znajduje się 30-dniowy zapas wody. 5865>
Ekspresowa dostawa
Węgiel z kopalni jest transportowany do PSEC i umieszczany na stosie składowania węgla w tempie 2600 ton na godzinę za pomocą systemu przenośników. W normalnym trybie pracy, ilość węgla wystarczająca do pracy zakładu przez 24 godziny jest dostarczana do zakładu w ciągu 10 godzin. Węgiel jest odbierany ze stosu węgla w tempie 2 600 ton na godzinę do lejów przepływowych zlokalizowanych w pobliżu każdej wytwornicy pary. W normalnych warunkach eksploatacyjnych na czynnym stosie węgla znajduje się paliwo na około 10 dni. Na terenie elektrowni wydzielono również miejsce na nieaktywny stos węgla, który może przechowywać paliwo przez okres do 60 dni przy pełnym obciążeniu. Obsługa kolejowa zakładu została skonfigurowana w taki sposób, aby zewnętrzne dostawy węgla, o jakości określonej w pozwoleniu na emisję elektrowni, mogły być zamówione w przypadku przedłużającej się przerwy w dostawach węgla z kopalni.
Popioły lotne i denne z kotła i systemów kontroli jakości powietrza są zbierane i łączone z odpadami wytwarzanymi przez systemy odsiarczania gazów spalinowych i transportowane do obszaru składowania pozostałości po spalaniu węgla (CCR). Ścieki produkowane przez elektrownię, takie jak spust z kotła i wieży chłodniczej, są ponownie wykorzystywane w systemach obsługi popiołu i odsiarczania gazów spalinowych. Kolej jest również wykorzystywana do dostarczania wapienia i utylizacji CCR. PSEC utylizuje CCR w nowo wybudowanym zakładzie Near Field, monofillu zbudowanym zgodnie z normami Agencji Ochrony Środowiska Stanu Illinois, który znajduje się bezpośrednio przy elektrowni. CCR są transportowane do Near Field za pomocą przenośnika, co dodatkowo zmniejsza zapotrzebowanie na transport kolejowy. PSGC utrzymuje również Jordan Grove, w pełni wyłożone i zarządzane składowisko odpadów 12 mil na południe od kampusu.
Poprawione i zmienione
PSEC, jak każdy kontrowersyjny projekt wytwarzania energii, doświadczył opóźnień spowodowanych problemami prawnymi związanymi z pozwoleniami i opóźnieniami w budowie. Bechtel Power Corp. i Prairie State Generating Co., LLC zawarły pierwotnie umowę inżynieryjno – zamówieniowo – budowlaną (EPC) na czas i materiały, z docelową datą zakończenia, ceną i innymi wymogami dotyczącymi realizacji. W lipcu 2010 roku zawarto poprawioną i zmienioną umowę EPC z gwarantowanym harmonogramem realizacji, w której ustalono, że całkowity koszt projektu dla PSEC wyniesie 3,999 mld USD, bez uwzględnienia kosztów rozwoju kopalni. Według Fitch, agencji ratingowej dla większości grupy właścicielskiej, dodatkowy koszt projektu został złagodzony dzięki dodatkowej ochronie zapewnionej przez zmienioną umowę budowlaną.
Koszt projektu jest z pewnością wyższy niż pierwotnie przewidywano na początku XXI wieku dla elektrowni węglowej tej wielkości, ale nadal znacznie tańszy niż w przypadku zintegrowanego cyklu łączonego zgazowania – jedynej innej opcji spalania dostępnego węgla z Illinois Basin – którego projekty w Stanach Zjednoczonych, będące obecnie w budowie, doświadczyły trudności w realizacji.Jednak teraz, gdy elektrownia działa, jej właściciele cieszą się niezawodną energią elektryczną przy niewielkim ryzyku związanym z ceną paliwa przez następne 30 lat. Ponadto własność aktywów zmniejsza narażenie każdego właściciela na nieprzewidywalny rynek transakcji natychmiastowych i rosnące ceny długoterminowych zakupów energii elektrycznej. Grupa właścicieli przyjmuje długą perspektywę inwestycji – ceny gazu ziemnego, węgla i koszty transportu węgla będą stale rosły w przyszłości, a koszty PSEC są pod kontrolą właściciela, w przeciwieństwie do większości elektrowni. Spodziewam się, że inwestycja właścicieli w PSEC będzie procentować przez wiele lat w przyszłości.
Oba bloki zostały przetestowane pod kątem wydajności i każdy z nich jest obecnie wykorzystywany z mocą wyższą niż jego moc znamionowa: Jednostka 1 o mocy 812 MW i Jednostka 2 o mocy przekraczającej 809 MW. PSEC podał, że testowany wskaźnik ciepła netto elektrowni jest o ~1% lepszy niż gwarantowany. Dr Robert Peltier, PE jest redaktorem konsultacyjnym POWER.