Entwicklungspotenzial der Blastfurnace-Gas-CCPP-Kraftwerstechnologie

Stärkung der Zusammenarbeit bei Energieeffizienz und CO2-Reduktion

Takahiro Kawaguchi, Vorsitzender der Mitsubishi Power Gas Turbine Engineering Technology (Nanjing) Co., Ltd., sagte in seiner Rede: „In der ersten Jahreshälfte sind aufgrund der Nachfragerückgänge, von Angebotsstörungen und des Ausbruchs der Neuen-Korona-Pneumonie die Gewinne der Stahlindustrie erheblich geschrumpft, und die Produktpreise blieben weiterhin niedrig. Weltweit haben die rasche Entwicklung der Null-Kohlenstoff-Strategien, der Wasserstoffenergienutzung und der digitalen Technologien zu dramatischen Veränderungen im Marktumfeld sowie bei den Kundenanforderungen geführt. Angesichts dieser komplexen Marktbedingungen ist Mitsubishi bereit, eng mit chinesischen Stahlunternehmen zusammenzuarbeiten, um die Zusammenarbeit im Bereich Energieeinsparung und Kohlenstoffreduktion zu stärken.“

Xu Xiufu, Geschäftsführer von Mitsubishi Power Gas Turbine Engineering Technology (Nanjing) Co., Ltd., sagte: „Mit der Eröffnung des nationalen Marktes für den Handel mit CO₂-Emissionen wird die Reduktion von Kohlenstoffemissionen durch CCPP-Stromerzeugungsanlagen (Gas-Dampf-Kombikraftwerke) neben der Eigenstromerzeugung zu einem neuen Gewinnfaktor für die Stahlindustrie und verschafft dem Unternehmen gleichzeitig weitere gesellschaftliche und ökologische Vorteile. Auf der Grundlage einer unveränderten bestehenden Produktionsprozess- und Energieversorgungsstruktur stellt die CCPP-Technologie eine wirksame Maßnahme zur Energieeinsparung und Kohlenstoffreduktion in der Stahlindustrie dar. Die inländischen Mitsubishi-CCPP-Stromerzeugungsanlagen haben bislang über 200 Milliarden kWh Strom erzeugt, wodurch die Eisen- und Stahlindustrie über 58 Millionen Tonnen Steinkohleeinheiten eingespart und die CO₂-Emissionen um über 150 Millionen Tonnen reduziert wurden. Im Vergleich zu Hochtemperatur-, Hochdruck- und Ultrahochdruck-Kessel-Generatorsätzen, die im gleichen Zeitraum errichtet wurden, liegen die CCPP-Generatorsätze bei allen Kennwerten um mehr als 30 % vor.“

Bis heute wurden 33 Mitsubishi-CCPP-Generatorsätze verschiedener Modelle in heimischen Stahlunternehmen eingesetzt, wovon 30 bereits in Betrieb genommen wurden und drei noch im Bau sind. Die kumulierte Betriebszeit der in Betrieb befindlichen Einheiten übersteigt 2,37 Millionen Stunden, wobei die Verfügbarkeit über 99 % liegt – dies hat die anfänglichen Bedenken der Stahlindustrie hinsichtlich der Betriebssicherheit von CCPP-Generatorsätzen entkräftet.

Verbesserung der Niedrig-Kohlenstoff-Technologien

Niedrig-kohlenstoffige Entwicklung ist ein wichtiges Element zur Lösung der Engpässe bei Umwelt-, Energie- und Ressourcenschranken sowie zur Förderung der hochwertigen Entwicklung der Industrie und zugleich die Schlüsselmanifestation und ultimative Zielsetzung.

Gao Xue, stellvertretender Chefingenieur des Instituts für Metallurgieplanung und -forschung, sagte: „Wichtige große und mittelgroße Eisen- und Stahlunternehmen repräsentieren das fortschrittliche Niveau der Branchenentwicklung. Laut Daten der China Iron and Steel Industry Association beträgt der gesamte Energieverbrauch pro Tonne Stahl bei wichtigen großen und mittelgroßen Eisen- und Stahlunternehmen im ganzen Land im Jahr 2021 549,24 kg Standardkohle – ein Rückgang um 0,59 kg Standardkohle gegenüber 2020 bzw. um 0,11 %. Im Vergleich zu 2015 sank der gesamte Energieverbrauch pro Tonne Stahl um 4 %.“

Gaoxue führte aus, dass die Abgasrate des Koksofen-Gases im Jahr 2021 im Vergleich zu 2020 um 0,39 Prozentpunkte bzw. 40,17 % sank; die Abgasrate des Hochofen-Gases sank um 0,08 Prozentpunkte bzw. 6,30 %; und die pro Tonne Stahl zurückgewonnene Konvertergasmenge erreichte 119,2 Kubikmeter, was einem Anstieg von 1,40 % entspricht. Die Rate der Eigenstromerzeugung aus Abwärme und sonstiger Energie – ein Indikator für das Niveau der Sekundärenergienutzung in der Branche – stieg schrittweise von 44 % im Jahr 2015 auf 54 % im Jahr 2021, also um 10 Prozentpunkte.

Laut unvollständigen Statistiken wurden im Jahr 2020 in wichtigen statistisch erfassten Stahlunternehmen Chinas 55 CCPP-Stromaggregate mit einer gesamten installierten Leistung von 6.156 MW errichtet. Im Jahr 2020 waren in wichtigen statistisch erfassten Stahlunternehmen Chinas 357 Dampfstromaggregate mit einer gesamten installierten Leistung von 2.386 MW errichtet worden. Im Jahr 2020 wurden nahezu 700 Gasdampfkessel-Stromaggregate mit einer gesamten installierten Leistung von 34.730 MW errichtet, was einem Anstieg um 3.130 MW gegenüber dem Vorjahr entspricht. Laut Statistik wird die nationale durchschnittliche Eigenstromerzeugungsquote im Jahr 2021 bei rund 54 % liegen.

Um die Anwendung von Technologien für die kohlenstoffarme Transformation zu verbessern, unterbreitete Gao Xue drei Vorschläge: Erstens soll die Automatisierung der Kohleverteilung in Koksofen energisch vorangetrieben werden; zudem sollen fortschrittliche Verfahrenstechnologien wie kohlesparende und koksmindernde Prozesse in Hochofen eingesetzt werden, um die Kohlenutzungseffizienz zu steigern und die effiziente Energietransformation zu fördern. Zweitens soll der Anteil elektrischer Energie am Endenergieverbrauch der Eisen- und Stahlindustrie erhöht werden; systematisch soll die Energienutzungseffizienz verbessert werden, und die CCPP-Hochleistungs-Stromerzeugungstechnologie soll gefördert und verbreitet werden. Drittens soll die Energiespeichertechnologie energisch ausgebaut werden – gestützt auf die Gas- und Abwärme-Kraftwerke der Eisen- und Stahlunternehmen sowie auf feste Wärmespeicher- und geschmolzenes-Salz-Wärmespeichertechnologien; mithilfe einer digitalen Energieplattform sowie multienergiesynergetischer Steuerungstechnologien in Kombination mit zeitgestaffelten Tarifen, Stromhandel usw. soll die Regelbarkeit des Energiesystems der Eisen- und Stahlunternehmen gesteigert werden, sodass diese Unternehmen wichtige Funktionen bei Lastspitzenabdeckung und Lasttiefausgleich übernehmen können, auf die Nachfrageseite reagieren und den Einsatz erneuerbarer Energien fördern können. Damit werden auch die durch den großflächigen Anschluss erneuerbarer Energien verursachten Probleme gelöst – insbesondere die regionale Diskrepanz zwischen Energieerzeugung und -verbrauch –, wird die Interaktivität zwischen Erzeugung, Netz und Verbrauch gestärkt, die regionale Energienutzung ausgeglichen und der Wert der Energie erhöht.

Verbesserung der Eigenstrom-Effizienz

Während des „14. Fünfjahresplans“ wird unter doppelter Kontrolle von Kohlenstoffreduzierung und Energieverbrauch die Produktionskapazität der Stahlindustrie streng kontrolliert, was Unternehmen weiter zwingt, ihre Effizienz zu steigern, den Kohlenstoffausstoß zu reduzieren, Kosten zu senken und Wirkungsgrade zu erhöhen.

Yong Yizheng, Direktor-Ingenieur bei Mitsubishi Power Gas Turbine Engineering Technology (Nanjing) Co., Ltd., sagte: „Vor dem Hintergrund der Energieeinsparung und der Reduktion von Kohlenstoffemissionen hat die Stahlindustrie den Anteil der selbst erzeugten Strommenge aus Gas rasch erhöht. Ohne signifikanten Anstieg der Produktionskapazität stieg dieser Anteil am gesamten installierten Eigenstromerzeugungsvolumen bis zum Ende des ‚13. Fünfjahresplans‘ um 12,8 Prozent. Obwohl das allgemeine Niveau der Eigenstromerzeugung bei Stahlunternehmen kontinuierlich steigt, dominieren in der Branche nach wie vor mittlere Parameter-Generatoren – beispielsweise Doppel-Superkritische und Unterschrankritische Anlagen. Der Anteil großer, hocheffizienter CCPP-Generatorsätze mit einer Stromerzeugungseffizienz von über 45 Prozent bleibt hingegen relativ gering. Die installierte Leistung solcher großen CCPP-Generatorsätze in China beträgt 2983 MW; im Vergleich dazu liegt die installierte Leistung entsprechender Anlagen in der japanischen Stahlindustrie bei 2363 MW. Eine vergleichende Analyse der chinesischen Stahlproduktionskapazität von einer Milliarde Tonnen mit der japanischen Kapazität von 90 Millionen Tonnen zeigt, dass für Chinas Stahlindustrie bei fortschrittlichen, hocheffizienten Gaserzeugungsanlagen auf Basis von Hochofengas noch erhebliches Entwicklungspotenzial besteht.“

Jiang Zuoming, Leiter Ingenieur des Betriebsbereichs Anshan Energy Control Kraftwerk Nr. 2, sagte: „Anshan Iron & Steel legt großen Wert auf Umweltschutz und die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft und verfolgt stets das Konzept der ‚kreislauforientierten Entwicklung‘. Um das überschüssige Gas effizient zu nutzen, setzt das Unternehmen den CCPP-Stromerzeugungsprozess für die effiziente Nutzung des überschüssigen Kohlegases ein. Im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinenaggregaten weist das 180-MW-CCPP-Aggregat eine hohe Anpassungsfähigkeit sowie einen breiten Brennwertbereich für Hochofengas auf; Verbrennungsmotor und Dampfturbine sind in einer Doppelwellenanordnung installiert, wodurch die Anlage Wärme an die Öffentlichkeit liefern kann und die Luftverschmutzung im Stadtgebiet durch Kohle-Heizkessel reduziert wird; durch intensive Potenzialerschließung und Optimierung des Betriebs erreicht der Wirkungsgrad der Stromerzeugung über 47,3 % – ein Wert, der höher liegt als bei herkömmlichen Gas-Kessel-Anlagen.“

Zhang Jianqiu, Verbrennungsmotoringenieur der Energieerzeugungsabteilung der Abteilung für Energie und Umwelt von Maanshan Steel, sagte: „Die Abteilung für Energie und Umwelt des Unternehmens setzt den ersten inländischen einwelligen M701SDAX-CCPP-Generatorsatz mit niedrigem Heizwert ein. Die Anlage ist für eine Nennlast von 183 Megawatt ausgelegt, weist einen konstruktiven thermischen Wirkungsgrad von über 47 % und einen gemessenen Wirkungsgrad von über 48 % auf sowie eine jährliche Stromerzeugungskapazität von rund 1.427,4 Millionen Kilowattstunden. Sie ermöglicht die vollständige Rückgewinnung und Nutzung der bei der Eisen- und Stahlherstellung anfallenden überschüssigen Gasressourcen, verringert die Gasverluste, schützt die Umwelt und steigert die Eigenstromerzeugungseffizienz.“

„Seit der Inbetriebnahme des 183-MW-Kombikraftwerks (CCPP) im Kraftwerk Masteel Beihu wurde eine kontinuierliche, sichere und stabile Langzeitproduktion erreicht; von Januar bis Juni 2022 wurden insgesamt 780,3 Millionen kWh Strom erzeugt, wobei ein Lastfaktor von 99 % erreicht wurde – ein Erfolg, der wirtschaftliche, gesellschaftliche und ökologische Vorteile vereint.“, sagte Zhang Jianqiu.

Um die Qualität und Effizienz weiter zu verbessern und die Kohleemissionen zu reduzieren, führt Mitsubishi Power derzeit Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für effizientere und kompaktere CCPP-Generatorsets für Stahlunternehmen durch. Gleichzeitig entwickelt Mitsubishi Power auch Wasserstoff- und Ammoniak-betriebene Gasturbinen, eine Technologie, die vollständig kohlenstofffreie Brennstoffe verwenden und null Emissionen realisieren wird.