Owner/operator: Prairie State Generating Co., LLC
O Prairie State Energy Campus de 1.600-MW usa a mais recente tecnologia de carvão para queimar carvão de Illinois da mina de Lively Grove, localizada ao lado da planta. No planejamento desde 2001, a segunda unidade da usina de duas unidades, $4,93 bilhões, entrou em serviço comercial em novembro de 2012, completando assim a maior usina a carvão construída nos EUA em 30 anos.
O Campus de Energia do Estado da Pradaria (PSEC) é provavelmente a última das usinas a carvão de várias unidades que serão construídas nos EUA em um futuro próximo. As mais recentes usinas a carvão comissionadas (SWEPCO’s 600-MW John W. Turk, Jr. e Duke Energy’s 825-MW Cliffside Unit 6) são usinas de uma unidade sem planos firmes de expansão futura. As últimas usinas a carvão de duas unidades concluídas como um único projeto foram a usina Luminant’s Oak Grove (2 x 800 MW) e a usina We Energies’ Elm Road (2 x 615), ambas concluídas em 2010, mas é aí que a semelhança termina.
Peabody Energy Corp., a maior empresa de carvão do setor privado do mundo, concebeu originalmente o plano de desenvolvimento da PSEC no início dos anos 2000. O plano exigia a localização estratégica de uma usina elétrica adjacente às suas reservas de carvão da Bacia de Illinois como um meio de assegurar o fornecimento futuro de combustível e minimizar o impacto nas taxas causadas pelas flutuações de preços de mercado do carvão entregue, incluindo o transporte. Os clientes de eletricidade se beneficiam de taxas estáveis e acessíveis por décadas porque o projeto também garantiu mais de 30 anos de reservas de carvão localizadas adjacentes ao PSEC.
Ninenta e cinco por cento do grupo proprietário do PSEC são agências públicas de energia e empresas de eletricidade de propriedade da comunidade, espalhadas por oito estados. Os proprietários do Campus de Energia do Estado da Pradaria são entidades públicas sem fins lucrativos, incluindo 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%), e Peabody Energy (5,06%) através de sua subsidiária Lively Grove Energy. Cada membro do grupo de propriedade recebe electricidade da central proporcionalmente à sua percentagem de propriedade e paga uma percentagem semelhante dos custos de propriedade e operação da central.
Localização Central
PSEC está localizada num local de 1.200 acres que inclui tanto a mina subterrânea de Lively Grove State como a central eléctrica. A central mineira, localizada a cerca de 50 milhas a sudeste de St. Louis, consome ~7 milhões de toneladas por ano de carvão da Bacia de Illinois.
A construção da central de 4,93 bilhões de dólares começou em maio de 2007 com a preparação do local após vários anos de processos judiciais e desafios legais relacionados com a licença aérea da central que foram finalmente resolvidos em favor do PSEC. Os contratos de compra dos geradores de vapor, turbinas a vapor e equipamentos de controle de qualidade do ar foram concluídos em junho-julho de 2007. A mina subterrânea de carvão entrou em operação em 2010. A Unidade 1 entrou em operação em 6 de junho de 2012, seguida pela Unidade 2 em 3 de novembro de 2012.
PSEC consiste de dois geradores de vapor supercríticos a carvão fabricados pela The Babcock & Wilcox Co. Cada gerador de vapor fornece vapor principal a ~3.800 psia e 1.055F nas saídas do superaquecedor e do reaquecedor. Os geradores de vapor são unidades de pressão deslizante, de tiragem balanceada com construção de parede do forno enrolada em espiral. Os materiais dos tubos foram selecionados para acomodar o uso de carvões de alto teor de enxofre da Bacia de Illinois. Os controles de emissões de última geração foram projetados e fornecidos pela Siemens Power Generation Inc. para remover 98% de SO2, 90% de NOx e mais de 99% de material particulado, as emissões mais comuns. O PSEC utiliza carvão nativo de Illinois que contém mais de 9 libras de SO2 por milhão de Btu e reduz as emissões para apenas 0,182 libras de SO2 por milhão de Btu. Isto resulta em emissões que são menos de um quinto da média nacional para usinas existentes alimentadas a carvão.
O arranjo do equipamento de controle de qualidade do ar começa com queimadores de baixo NOx, seguido por um sistema seletivo de redução catalítica para controle de NOx, um sistema de injeção de carvão ativado para controle de mercúrio, um sistema de injeção de cal hidratada para remoção de ácido fluorídrico, um precipitador eletrostático seco (ESP) para controle de partículas, dessulfurização de gás de combustão úmido para controle de SO2, e um ESP úmido para controle de aerossóis. O PSEC supostamente gastou ~$1 bilhão somente em seus sistemas de controle de qualidade do ar.
Toshiba International Corp. forneceu os geradores de turbinas a vapor, nominalmente avaliados em 877 MW a uma pressão de exaustão de 3,0 polegadas de mercúrio. Cada turbina de vapor é uma unidade de 3.600 rpm, condensação de extração, tipo reaquecimento com oito estágios de extração de vapor para aquecimento de água de alimentação e fornecimento de bomba de água de alimentação. Os geradores elétricos são classificados em 1.020 kVA e são de acionamento direto, de dois pólos, refrigerados a hidrogênio com resfriamento secundário da água.
1. Carvão conveniente. O carvão transportado da mina é colocado sobre a pilha de armazenamento de carvão a uma taxa de 2.600 toneladas por hora. Cortesia: Prairie State Generating Co., Ltd.
Vapor de escape da turbina é condensado num condensador de superfície de duas conchas, de uma só pressão, arrefecido a água com tubos de aço inoxidável. A água de resfriamento é circulada através dos condensadores e resfriada por torres de resfriamento por tiragem mecânica. O sistema de água de circulação para cada unidade utiliza três bombas de água de circulação de 33% de capacidade, e uma bomba auxiliar de água de refrigeração de 100% de capacidade. A água de maquiagem é fornecida a partir do rio Kaskaskia, localizado a cerca de 15 milhas a oeste da fábrica. Uma lagoa de armazenamento tem um suprimento de água de reserva de 30 dias no local.
Express Delivery
Carvão da mina é transportado para PSEC e colocado na pilha de armazenamento de carvão a uma taxa de 2.600 toneladas por hora através do sistema de transporte. No curso normal do negócio, carvão suficiente para operar a usina por 24 horas é entregue à usina em 10 horas. O carvão é recuperado da pilha de carvão a uma taxa de 2.600 toneladas por hora para tremonhas de surto localizadas perto de cada gerador de vapor. A pilha de carvão ativa contém aproximadamente 10 dias de combustível em condições normais de operação. Também foi alocado espaço no local da usina para uma pilha de carvão inativa que pode armazenar combustível por até 60 dias sob operação de carga completa. O serviço ferroviário para a usina foi configurado para que os fornecimentos externos de carvão, de uma qualidade especificada na licença de ar da usina, pudessem ser adquiridos caso houvesse uma interrupção prolongada no fornecimento de carvão da mina.
As cinzas volantes e de fundo da caldeira e dos sistemas de controle de qualidade do ar são coletadas e combinadas com os resíduos produzidos pelos sistemas de dessulfuração de gases de combustão e transportadas para a área de armazenamento de resíduos de combustão de carvão (CCRs). As águas residuais produzidas pela usina, tais como a caldeira e a torre de resfriamento, são reutilizadas nos sistemas de manuseio de cinzas e dessulfuração de gases de combustão. O serviço ferroviário também é utilizado para a entrega de calcário e eliminação de CCRs. O PSEC descarta seus CCRs no recém-construído Near Field, um monofilme construído de acordo com os padrões da Illinois Environmental Protection Agency, que fica diretamente adjacente à usina elétrica. Os CCRs são transportados para Near Field via transportador, reduzindo ainda mais a necessidade de transporte ferroviário. O PSGC também mantém Jordan Grove, um monofill totalmente alinhado e gerenciado 12 milhas ao sul do campus.
Revisado e Emendado
PSEC, como qualquer projeto controverso de geração de energia, sofreu atrasos causados pela permissão de desafios legais e atrasos na construção. A Bechtel Power Corp. e a Prairie State Generating Co., LLC celebraram originalmente um acordo de tempo e material de engenharia-procurement-construção (EPC) com uma data de conclusão específica, preço e outros requisitos de desempenho. Em Julho de 2010, foi celebrado um acordo EPC revisto e alterado com um calendário de conclusão garantido que fixou o custo total do projecto para a PSEC em 3,999 mil milhões de dólares, não incluindo o custo do desenvolvimento da mina. De acordo com a Fitch, a agência de classificação da maioria do grupo proprietário, o custo adicional do projeto foi mitigado pela proteção adicional proporcionada pelo contrato de construção alterado.
O custo do projeto é certamente mais alto do que o inicialmente previsto no início dos anos 2000 para uma usina de carvão desta magnitude, mas ainda muito mais barato do que para o ciclo combinado de gaseificação integrada – a única outra opção para a combustão do carvão disponível na Bacia de Illinois – a mangueira U.S. projetos agora em construção sofreram enormes aumentos de custo e falharam cronogramas.
No entanto, agora que a usina está operacional, os proprietários estão desfrutando de eletricidade confiável com pouco risco de preço do combustível para os próximos 30 anos. Além disso, a propriedade do ativo diminui a exposição de cada proprietário ao imprevisível mercado spot de eletricidade e ao aumento dos preços para compras de energia a granel a longo prazo.
O grupo proprietário está tendo a visão de longo prazo de seu investimento – o preço do gás natural, do carvão e o custo para transportar o carvão subirão constantemente no futuro, enquanto os custos do PSEC estão sob o controle do proprietário, ao contrário da maioria das usinas. Espero que o investimento dos proprietários no PSEC pague dividendos bonitos durante muitos anos.
Algumas unidades foram testadas em termos de desempenho e cada unidade está agora a ser despachada a um nível superior à sua capacidade de placa de identificação: Unidade 1 a 812 MW e Unidade 2 a mais de 809 MW. A taxa líquida de calor da planta testada foi reportada pelo PSEC como ~1% melhor do que a garantia. ■
– Dr. Robert Peltier, PE é o editor consultor da POWER.