Toppväxt: Prairie State Energy Campus, Washington County, Illinois

PWR_100113_Prairie_State_SPLASH

Ägare/operatör: Prairie State Generating Co., LLC

Prairie State Energy Campus på 1 600 MW använder den senaste koltekniken för att förbränna Illinois-kol från Lively Grove-gruvan, som ligger i anslutning till anläggningen. Den andra enheten i det tvådelade kraftverket på 4,93 miljarder dollar, som planerats sedan 2001, togs i kommersiell drift i november 2012 och därmed slutfördes det största kolkraftverket som byggts i USA på 30 år.

Prairie State Energy Campus (PSEC) är troligen det sista av de kolkraftverk med flera enheter som kommer att byggas i USA inom en överskådlig framtid. De kolkraftverk som nyligen tagits i drift (SWEPCO:s 600 MW John W. Turk, Jr. och Duke Energys 825 MW Cliffside Unit 6) är enstaka kraftverk utan fasta planer på framtida expansion. De senaste kolkraftverken med två enheter som färdigställdes som ett enda projekt var Luminants Oak Grove-kraftverk (2 x 800 MW) och We Energies Elm Road-anläggning (2 x 615), som båda färdigställdes 2010, men där slutar likheterna.

Peabody Energy Corp, världens största privata kolföretag, utformade ursprungligen utvecklingsplanen för PSEC i början av 2000-talet. Enligt planen skulle man strategiskt placera ett kraftverk i anslutning till sina kolreserver i Illinois Basin som ett sätt att säkerställa framtida bränsleförsörjning och minimera den inverkan på avgifterna som orsakas av fluktuationer i marknadspriset på levererat kol, inklusive transport. Elkunderna gynnas av stabila, överkomliga priser i årtionden framöver eftersom projektet också säkrade mer än 30 års kolreserver i anslutning till PSEC.

Nyckelfem procent av PSEC:s ägargrupp utgörs av offentliga kraftverk och samhällsägda elbolag, spridda över åtta delstater. Ägarna till Prairie State Energy Campus är icke-vinstdrivande, offentliga kraftbolag, däribland 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 %) och Peabody Energy (5,06 %) genom sitt dotterbolag Lively Grove Energy. Varje medlem av ägargruppen får el från kraftverket i proportion till sin ägarandel och betalar en lika stor andel av kraftverkets ägar- och driftskostnader.

Centralt läge

PSEC ligger på ett 1 200 hektar stort område som omfattar både Prairie State’s underjordiska gruva Lively Grove och kraftverket. Kraftverket med gruva och mynning, som ligger cirka 50 mil sydost om St Louis, förbrukar ~7 miljoner ton kol från Illinois Basin per år.

Byggnationen av kraftverket, som kostar 4,93 miljarder dollar, inleddes i maj 2007 med förberedelser av platsen efter flera år av stämningar och rättsliga utmaningar i samband med kraftverkets lufttillstånd, som till slut löstes till förmån för PSEC. Inköpsavtalen för ånggeneratorer, ångturbiner och utrustning för kontroll av luftkvalitet ingicks i juni-juli 2007. Den underjordiska kolgruvan togs i drift 2010. Enhet 1 togs i drift den 6 juni 2012, följt av enhet 2 den 3 november 2012.

PSEC består av två superkritiska koleldade ånggeneratorer tillverkade av The Babcock & Wilcox Co. Varje ånggenerator levererar huvudånga vid ~3 800 psia och 1 055 F vid överhettarens och återvärmarens utlopp. Ånggeneratorerna är glidande tryck, enheter med balanserat drag och spiralformade ugnsväggar. Rörmaterialet valdes ut för att möjliggöra användning av svavelrikt kol från Illinois Basin. De toppmoderna utsläppskontrollerna konstruerades och levererades av Siemens Power Generation Inc. för att avlägsna 98 % av SO2, 90 % av NOx och mer än 99 % av partiklar, vilket är de vanligaste utsläppen. PSEC tar inhemskt Illinois-kol som innehåller mer än 9 pund SO2 per miljon Btu och minskar utsläppen till endast 0,182 pund SO2 per miljon Btu. Detta resulterar i utsläpp som är mindre än en femtedel av det nationella genomsnittet för befintliga koleldade anläggningar.

Den utrustning som används för kontroll av luftkvaliteten börjar med brännare med låga kväveoxidutsläpp, följt av ett system för selektiv katalytisk reduktion för kontroll av kväveoxider, ett system för injektion av aktivt kol för kontroll av kvicksilver, ett injektionssystem för injektion av kalkhydrat för avlägsnande av flourvätesyra, en torr elektrofilter (ESP) för kontroll av partiklar, en våt rökgasavsvavling för kontroll av SO2, och en våt ESP för kontroll av aerosol. PSEC uppges ha spenderat ~1 miljard dollar enbart på sina system för kontroll av luftkvaliteten.

Toshiba International Corp. levererade ångturbingeneratorerna, som nominellt är dimensionerade för 877 MW vid ett avgastryck på 3,0 tum kvicksilver. Varje ångturbin är en enhet med 3 600 varv per minut, extraktionskondensering och återuppvärmning med åtta steg av ångutvinning för uppvärmning av matarvatten och försörjning av matarvattenpumpar. Elgeneratorerna är dimensionerade för 1 020 kVA och är direktdrivna, tvåpoliga, vätekylda maskiner med sekundär vattenkylning.

PWR_100113_Prairie_State_Fig1

1. Bekvämt kol. Kol som transporteras från gruvan placeras på kolförrådshögen med en hastighet av 2 600 ton per timme. Tack: Prairie State Generating Co., Ltd.

Steamturbinens avgasånga kondenseras i en vattenkyld ytkondensator med två skal, enkelt tryck och vattenkylning med rör av rostfritt stål. Kylvatten cirkulerar genom kondensatorerna och kyls i kyltorn med mekaniskt drag. I cirkulationsvattensystemet för varje enhet används tre cirkulationsvattenpumpar med 33 % kapacitet och en extra kylvattenpump med 100 % kapacitet. Kompletteringsvattnet kommer från Kaskaskaskia-floden, som ligger cirka 15 miles väster om anläggningen. En lagringsdamm har en 30-dagars reservvattenförsörjning på plats.

Expressleverans

Kol från gruvan transporteras till PSEC och placeras på kolförvaringshögen med en hastighet av 2600 ton i timmen via ett transportsystem. Under normala förhållanden levereras tillräckligt med kol för att driva anläggningen i 24 timmar till anläggningen inom 10 timmar. Kolet återvinns från kolhögen med en hastighet av 2 600 ton i timmen till de tryckkammare som finns i närheten av varje ånggenerator. Den aktiva kolhögen rymmer cirka 10 dagars bränsle under normala driftsförhållanden. På anläggningen har man också avsatt utrymme för en inaktiv kolhög som kan lagra bränsle i upp till 60 dagar vid full belastning. Järnvägstrafiken till anläggningen har konfigurerats så att externa kolleveranser, av en kvalitet som specificeras i anläggningens lufttillstånd, kan anskaffas om det skulle bli ett längre avbrott i kolleveranserna från gruvan.

Botten- och flygaska från pannorna och systemen för kontroll av luftkvaliteten samlas upp och kombineras med det avfall som produceras av systemen för avsvavling av rökgaser och transporteras till lagringsutrymmet för kolförbränningsrester (CCRs). Avloppsvatten från anläggningen, t.ex. avloppsvatten från pannor och kyltorn, återanvänds i askhanterings- och rökgasavsvavlingssystemen. Järnvägstrafik används också för leverans av kalksten och bortskaffande av CCR. PSEC slutförvarar sina CCR i det nybyggda Near Field, en monodeponi som byggts enligt Illinois Environmental Protection Agency Standards och som ligger i direkt anslutning till kraftverket. CCR transporteras till Near Field via transportband, vilket ytterligare minskar behovet av järnvägstransporter. PSGC underhåller också Jordan Grove, en helt fodrad och hanterad monofill 12 miles söder om campus.

Revised and Amended

PSEC, liksom alla kontroversiella kraftproduktionsprojekt, drabbades av förseningar orsakade av juridiska utmaningar i samband med tillståndsprövning och förseningar i samband med byggandet. Bechtel Power Corp. och Prairie State Generating Co., LLC ingick ursprungligen ett EPC-avtal (Engineering-Procurement-Construction) om tid och material med ett riktat slutdatum, pris och andra prestationskrav. I juli 2010 ingicks ett reviderat och ändrat EPC-avtal med en garanterad tidsplan för färdigställande som fastställde projektets totala kostnad för PSEC till 3,999 miljarder US-dollar, exklusive kostnaden för gruvutvecklingen. Enligt Fitch, som är kreditvärderingsinstitut för en majoritet av ägargruppen, mildrades den extra projektkostnaden av det extra skydd som det ändrade entreprenadkontraktet gav.

Projektkostnaden är förvisso högre än vad som ursprungligen planerades i början av 2000-talet för ett kolkraftverk av den här storleken, men den är fortfarande mycket billigare än för en integrerad kombinerad förgasningscykel – det enda andra alternativet för att förbränna det tillgängliga kolet från Illinois Basin – vars U.USA:s projekt som nu håller på att byggas har drabbats av massiva kostnadsöverskridanden och missade tidtabeller.

Men nu när anläggningen är i drift kan anläggningsägarna njuta av tillförlitlig el med liten risk för bränslepriset under de kommande 30 åren. Dessutom minskar ägandet av tillgången varje ägares exponering för den oförutsägbara spotmarknaden för el och för stigande priser för långsiktiga inköp av bulkkraft.

Ägargruppen ser långsiktigt på sin investering – priset på naturgas, kol och kostnaden för att transportera kol kommer att stiga stadigt i framtiden, medan PSEC:s kostnader är under ägarens kontroll, till skillnad från de flesta anläggningar. Jag förväntar mig att ägarnas investering i PSEC kommer att ge en rejäl utdelning under många år framöver.

Båda enheterna har prestandatesterats och varje enhet används nu med en högre kapacitet än sin nominella kapacitet: Enhet 1 har en kapacitet på 812 MW och enhet 2 har en kapacitet på över 809 MW. PSEC rapporterade att den testade nettovärmenivån för anläggningen var ~1 % bättre än garantin. ■

– Dr Robert Peltier, PE är konsultredaktör för POWER.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.