Proprietar/operator: Prairie State Generating Co., LLC
Prairie State Energy Campus, de 1 600 MW, utilizează cea mai recentă tehnologie de ardere a cărbunelui pentru a arde cărbunele din Illinois de la mina Lively Grove, situată lângă centrală. Aflată în planificare încă din 2001, cea de-a doua unitate a centralei cu două unități, în valoare de 4,93 miliarde de dolari, a intrat în funcțiune comercială în noiembrie 2012, finalizând astfel cea mai mare centrală pe cărbune construită în SUA în ultimii 30 de ani.
Prairie State Energy Campus (PSEC) este probabil ultima dintre centralele electrice pe cărbune cu mai multe unități care vor fi construite în SUA în viitorul previzibil. Cele mai recente centrale pe cărbune puse în funcțiune (John W. Turk, Jr. de 600 MW de la SWEPCO și Cliffside Unit 6 de 825 MW de la Duke Energy) sunt centrale cu o singură unitate, fără planuri ferme de extindere viitoare. Ultimele centrale pe cărbune cu două unități finalizate ca un singur proiect au fost centrala Oak Grove a Luminant (2 x 800 MW) și centrala Elm Road a We Energies (2 x 615), ambele finalizate în 2010, dar aici se termină asemănarea.
Peabody Energy Corp, cea mai mare companie de cărbune din sectorul privat din lume, a conceput inițial planul de dezvoltare pentru PSEC la începutul anilor 2000. Planul prevedea amplasarea strategică a unei centrale electrice adiacente la rezervele sale de cărbune din Bazinul Illinois, ca mijloc de a asigura aprovizionarea viitoare cu combustibil și de a minimiza impactul asupra tarifelor cauzat de fluctuațiile prețului de piață al cărbunelui livrat, inclusiv al transportului. Clienții de electricitate beneficiază de tarife stabile și accesibile pentru decenii de acum încolo, deoarece proiectul a asigurat, de asemenea, mai mult de 30 de ani de rezerve de cărbune situate adiacent PSEC.
Nouăzeci și cinci la sută din grupul de proprietari ai PSEC sunt agenții publice de electricitate și utilități electrice deținute de comunități, răspândite în opt state. Proprietarii Prairie State Energy Campus sunt entități de energie publică fără scop lucrativ, printre care 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%) și Peabody Energy (5,06%) prin intermediul filialei sale Lively Grove Energy. Fiecare membru al grupului de proprietari primește energie electrică de la centrală proporțional cu procentul său de proprietate și plătește un procent similar din costurile de proprietate și de exploatare ale centralei.
Localizare centrală
PSEC este situată pe un teren de 1.200 de acri care include atât mina subterană Lively Grove a Prairie State, cât și centrala electrică. Centrala de la gura minei, situată la aproximativ 80 de kilometri sud-est de St. Louis, consumă ~7 milioane de tone pe an de cărbune din Bazinul Illinois.
Construcția centralei de 4,93 miliarde de dolari a început în mai 2007 cu pregătirea amplasamentului, după mai mulți ani de procese și contestații juridice legate de autorizația de aer a centralei, care au fost în cele din urmă rezolvate în favoarea PSEC. Contractele de achiziție pentru generatoarele de abur, turbinele de abur și echipamentele de control al calității aerului au fost încheiate în iunie-iulie 2007. Mina de cărbune subterană a fost operațională în 2010. Unitatea 1 a intrat în funcțiune la 6 iunie 2012, urmată de unitatea 2 la 3 noiembrie 2012.
PSEC este formată din două generatoare de abur supercritice pe cărbune fabricate de The Babcock & Wilcox Co. Fiecare generator de abur livrează abur principal la ~3.800 psia și 1.055F la ieșirile supraîncălzitorului și reîncălzitorului. Generatoarele de abur sunt unități cu presiune glisantă, cu tiraj echilibrat, cu construcție cu pereți de cuptor înfășurați în spirală. Materialele tuburilor au fost selectate pentru a permite utilizarea cărbunilor cu conținut ridicat de sulf din bazinul Illinois. Sistemele de control al emisiilor de ultimă generație au fost proiectate și furnizate de Siemens Power Generation Inc. pentru a elimina 98% din SO2, 90% din NOx și peste 99% din particule, cele mai frecvente emisii. PSEC ia cărbunele nativ din Illinois care conține mai mult de 9 livre de SO2 pe milion de Btu și reduce emisiile la doar 0,182 livre de SO2 pe milion de Btu. Acest lucru duce la emisii care reprezintă mai puțin de o cincime din media națională pentru centralele existente alimentate cu cărbune.
Dispoziția echipamentelor de control al calității aerului începe cu arzătoare cu emisii reduse de NOx, urmate de un sistem de reducere catalitică selectivă pentru controlul NOx, un sistem de injecție de cărbune activ pentru controlul mercurului, un sistem de injecție de var hidratat pentru îndepărtarea acidului fluorhidric, un precipitator electrostatic (ESP) uscat pentru controlul particulelor, desulfurarea umedă a gazelor de ardere pentru controlul SO2 și un ESP umed pentru controlul aerosolilor. Se pare că PSEC a cheltuit ~1 miliard de dolari numai pentru sistemele de control al calității aerului.
Toshiba International Corp. a furnizat turbinele-generatoare cu abur, cu o putere nominală de 877 MW la o presiune de evacuare de 3,0 inci de mercur. Fiecare turbină cu abur este o unitate de 3.600 rpm, cu condensare prin extracție, de tip reîncălzire, cu opt trepte de extracție a aburului pentru încălzirea apei de alimentare și alimentarea pompei de apă de alimentare. Generatoarele electrice au o putere nominală de 1.020 kVA și sunt mașini cu acționare directă, bipolare, răcite cu hidrogen, cu răcire secundară cu apă.
1. Cărbune convenabil. Cărbunele transportat de la mină este plasat pe stiva de depozitare a cărbunelui cu o viteză de 2.600 de tone pe oră. Cu curtoazie: Prairie State Generating Co., Ltd.
Vapoarea de evacuare a turbinei cu abur este condensată într-un condensator de suprafață cu două carcase, cu o singură presiune, răcit cu apă, cu tuburi din oțel inoxidabil. Apa de răcire circulă prin condensatoare și este răcită prin turnuri de răcire cu tiraj mecanic. Sistemul de apă de circulație pentru fiecare unitate utilizează trei pompe de apă de circulație cu o capacitate de 33% și o pompă auxiliară de apă de răcire cu o capacitate de 100%. Apa de adaos este furnizată din râul Kaskaskia, situat la aproximativ 15 mile vest de centrală. Un bazin de stocare are o rezervă de apă de rezervă pentru 30 de zile.
Livrare rapidă
Cărbunele din mină este transportat la PSEC și plasat pe stiva de stocare a cărbunelui cu o viteză de 2.600 de tone pe oră prin intermediul unui sistem de transport. În cursul normal al activității, cărbunele suficient pentru a opera centrala timp de 24 de ore este livrat la centrală în 10 ore. Cărbunele este recuperat din grămada de cărbune cu 2.600 de tone pe oră în buncărele de supraîncărcare situate lângă fiecare generator de abur. Rezerva de cărbune activă conține aproximativ 10 zile de combustibil în condiții normale de funcționare. De asemenea, a fost alocat spațiu pe amplasamentul centralei pentru o grămadă de cărbune inactivă care poate stoca combustibil timp de până la 60 de zile în condiții de funcționare la sarcină maximă. Serviciul feroviar către centrală a fost configurat astfel încât să poată fi procurate rezerve externe de cărbune, de o calitate specificată în permisul de aer al centralei, în cazul unei întreruperi prelungite a livrărilor de cărbune de la mină.
Cenușa de fond și cenușa zburătoare de la cazane și de la sistemele de control al calității aerului sunt colectate și combinate cu deșeurile produse de sistemele de desulfurare a gazelor de ardere și transportate în zona de depozitare a reziduurilor de ardere a cărbunelui (CCR). Apele reziduale produse de uzină, cum ar fi apele reziduale ale cazanelor și ale turnurilor de răcire, sunt refolosite în sistemele de tratare a cenușii și de desulfurare a gazelor de ardere. De asemenea, serviciul feroviar este utilizat pentru livrarea de calcar și pentru depozitarea reziduurilor de ardere. PSEC își depozitează CCR în noul Near Field, o rampă de gunoi monostrat construită în conformitate cu standardele Agenției de Protecție a Mediului din Illinois, care se află în imediata vecinătate a centralei electrice. CCR sunt transportate la Near Field prin intermediul unei benzi transportoare, ceea ce reduce și mai mult nevoia de transport feroviar. PSGC întreține, de asemenea, Jordan Grove, un monofilament complet căptușit și gestionat la 12 mile la sud de campus.
Revizuit și modificat
PSEC, ca orice proiect controversat de producere a energiei electrice, s-a confruntat cu întârzieri cauzate de contestațiile juridice privind obținerea permiselor și de întârzierile de construcție. Bechtel Power Corp. și Prairie State Generating Co., LLC au încheiat inițial un acord de inginerie-aprovizionare-construcție (EPC) în timp și materiale, cu o dată țintă de finalizare, un preț și alte cerințe de performanță. În iulie 2010, s-a ajuns la un acord EPC revizuit și modificat, cu un calendar de finalizare garantat, care a stabilit costul total al proiectului pentru PSEC la 3,999 miliarde de dolari, fără a include costul de dezvoltare a minei. Potrivit Fitch, agenția de rating pentru majoritatea grupului de proprietari, costul suplimentar al proiectului a fost atenuat de protecția suplimentară oferită de contractul de construcție modificat.
Costul proiectului este cu siguranță mai mare decât cel prevăzut inițial, la începutul anilor 2000, pentru o centrală pe cărbune de această amploare, dar este totuși mult mai ieftin decât cel al unui ciclu combinat cu gazeificare integrată – singura altă opțiune pentru arderea cărbunelui disponibil din Bazinul Illinois – al cărui preț de achiziție a U.S.U.A. ale căror proiecte aflate acum în construcție s-au confruntat cu depășiri masive ale costurilor și cu termene nerespectate.
Cu toate acestea, acum că centrala este operațională, proprietarii de centrale se bucură de energie electrică fiabilă cu un risc redus privind prețul combustibilului pentru următorii 30 de ani. În plus, deținerea activului scade expunerea fiecărui proprietar la imprevizibila piață la vedere a energiei electrice și la creșterea prețurilor pentru achizițiile de energie electrică în vrac pe termen lung.
Grupul de proprietari are o viziune pe termen lung asupra investiției sale – prețul gazelor naturale, al cărbunelui și costul de transport al cărbunelui vor crește în mod constant în viitor, în timp ce costurile PSEC sunt sub controlul proprietarului, spre deosebire de majoritatea centralelor. Mă aștept ca investiția proprietarilor în PSEC să aducă dividende frumoase pentru mulți ani de acum încolo.
Ambele unități au fost testate din punct de vedere al performanței și fiecare unitate este acum trimisă la o capacitate mai mare decât cea nominală: Unitatea 1 la 812 MW și unitatea 2 la peste 809 MW. Rata termică netă a centralei testate a fost raportată de PSEC ca fiind cu ~1% mai bună decât garanția. ■
– Dr. Robert Peltier, PE este editorul consultant al POWER.