יום העיון השביעי בנמועי סילון וטורבינות גז 6 לנובמבר 2008, טכניון, חיפה שילוב טורבינות גז ומחז"מים בתוכנית הפיתוח של מערכת ייצור החשמל ד"ר דוד אלמקיאס מנהל אגף תכנון, פיתוח וטכנולוגיה חברת חשמל נובמבר 2008 1
מצב מערכת הגז כיום 2
חיפה: יח' קיטור: 2x 141 MW חגית: יח' מחז"מ: 2x 340 MW יח' מחז"מ: 1x 360 MW רידינג: יח' קיטור: 2x 214 MW סכימת צינור גז טבעי ותחנות הכוח לשימוש בגז אסדת גז גזר: יח' ט"ג: 4x 150 MW יח' מחז"מ: 2x 360 MW אלון תבור: יח' ט"ג: 2x 115 MW יח' ט"ג: 1x 240 MW +( MW 120 ט"ק בעתיד( הספק מותקן: 5852 MW 1622 MW יחידות קיטור: 1770 MW יחידות ט"ג: יחידות מחז"מ: 2460 MW אשכול: יח' קיטור: 4x 228 MW יח' מחז"מ: 1x 360 MW צפית: יח' ט"ג: 2x 115 MW יח' ט"ג: 1x 240 MW +( MW 120 ט"ק בעתיד( מקרא: צינור הגז קיים צינור הגז בבניה רמת חובב: יח' ט"ג: 2x 115 MW יח' מחז"מ: 1x 340 MW 3
פילוג ייצור אנרגיה לפי דלקים בתרחיש רכישה ב- SPOT בהיקף של MMBTU 5000 100% 80% 60% 40% סולר מזוט גז טבעי פחם 20% 0% 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 4
טכנולוגיות מחז"מ בשימוש חברת החשמל 5
מחז"מ חד-צירי מבוסס על טורבינת הגז של טכנולוגית "F" או 300 g/mwh אתרים: גזר, חגית ציר אחד: ט"ג + גנראטור + ט"ק הספק: 360 MW נצילות: (LHV) 57% פליטת (15% O2) 25 ppm(vd) :NOx פליטת ~350 g/kwh :CO2 6
"F" מחז"מ דו-צירי מבוסס על טורבינת הגז של טכנולוגית או 300 g/mwh אתרים: אשכול, צפית, אלון תבור ציר אחד: ט"ג + גנראטור ציר שני: ט"ק + גנראטור הספק: 120 MW + 240 MW נצילות: (LHV) 57% פליטת (15% O2) 25 ppm(vd) :NOx פליטת ~350 g/kwh :CO2 7
"E" מחז"מ רב-צירי מבוסס על טורבינת הגז של טכנולוגית אתרים: חגית, רמת חובב ציר אחד: ט"ג + גנראטור MW 115 ציר שני: ט"ג + גנראטור MW 115 ציר שלישי: ט"ק + גנראטור 110 MW הספק: 340 MW נצילות: (LHV) 48% 650 g/mwh או (15% O2) פליטת 50 ppm(vd) :NOx פליטת ~400 g/kwh :CO2 8
טכנולוגיות ט"ג חדישות מחז"מ מבוסס על ט"ג בטכנולוגית "H" ציר אחד: ט"ג + גנראטור + ט"ק הספק: 520 MW 500 נצילות: LHV) (ISO, 60% פליטת (15% O2) 25 ppm(vd) :NOx או 300 g/mwh פליטת ~320 g/kwh :CO2 משטר הפעלה: בסיסי יצרן:,GE קירור להבי הטורבינה על-ידי קיטור לחץ ביניים ממעגל קטורי. ט"ג היא חלק בלתי נפרד במחז"מ. יצרן:,SIEMENS קירור להבי הטורבינה על-ידי אוויר. ט"ג מסוגלת לעבוד במעגל פתוח. ט"ג סילונית/תעשייתית LMS100 של חב' GE במעגל פתוח שלושה צירים: מדחס+טורבינה לחץ נמוך; מדחס+טורבינה לחץ גבוה; טורבינה+גנראטור הספק: 100 MW נצילות: LHV) (ISO, 45% פליטת (15% O2) 25 ppm(vd) :NOx או 390 g/mwh פליטת ~420 g/kwh :CO2 משטר הפעלה: התנעה מהירה, תגובה מהירה, התנעה יומיומית (two-shift) 9
טכנולוגיות תרמיות חדשות-סיכום תוצאות האופטימיזציה של פיתוח טורבינות הגז LMS100 החל בשנת משתלב יותר בתוכנית האופטימלית מערכת,2017 הייצור מראות שעם כניסת אף מחז"מ בטכנולוגיה F לא H החל מסוג משנת 2021,.LMS100 משתלבות יחידות גם מחז"מ מסוג לט"ג בנוסף החיסכון הכולל מהשתלבות מסתכם בכ- 290 מיליוני דולר ט"ג LMS100 ומחז"מ H )מהוונים לראשית 2008( במערכת הייצור למרות זאת 10 מאחר שמספר ההתקנות של ט"ג LMS100 ומחז"מ H ברחבי העולם קטן ועדיין קיימת אי-וודאות לגבי הפרמטרים הצפויים, מתכנני המערכת סבורים שעדיין מוקדם לקבל החלטה לגבי הקמתם ובשל כך הן לא נכללו בליבת תוכנית הפיתוח, הדורשת החלטות מיידיות
תכנון ופיתוח המערכת לטווח ארוך 11
עקרונות תכנון משק החשמל בהצהרת המילניום של ארגון WEC-World Energy Council הוגדרו שלושת הנושאים הקובעים את עקרונות תכנון משק החשמל זמינות Availability יובטחו רציפות האספקה לטווח ארוך, אמינות ואיכות החשמל. נגישות Accessibility רמה מינימלית של שרותי חשמל תהיה זמינה במחירים סבירים )גם לשכבות חלשות( אולם במחירים שישקפו את העלות האמיתית של האנרגיה. Acceptability קבילות מתייחסת להיבטים ציבוריים וסביבתיים. מכסה נושאים רבים כגון: בטיחות כורים גרעיניים, זיהום אוויר כתוצאה משריפת דלקים, זיהום קרקעות, פינוי פסולת. 12
עקרונות תכנון משק החשמל מתוך: WEC-World Energy Council 3 A s שלשת נושאים אלו מוגדרים כ - זמינות Availability 3 A s נגישות Accessibility קבילות - הבטחת מקורות אנרגיה לאורך זמן - אמינות ואיכות -טכנולוגיה -חיסכון Acceptability - זיהום אוויר - שינויים אקלימיים -בטיחות -חסכון -אנרגיה מתחדשת - עלות התחנה )מחיר תכנון הקמה תחזוקה תפעול( -עלות הדלקים -חסכון 13
הקשר בין אומדנים/אילוצים/מטרות לבין ה 3A Availability זמינות )הבטחת רציפות,אמינות( אמינות איכות החשמל Accessibility גישה לאנרגיה Reliability נגיש כספית Energy Quality Affordability Acceptability בטיחות שינויי אקלים Safety Climate Change זיהום אוויר Air Pollution תשתיות Infrastructure עמדת הציבור שימור Conservation Public Attitude הבטחת האספקה Energy Security תקנות טכנולוגיה - Regulation Technology 14
נתוני מערכת ייצור הקיימתהחשמל תחזית הביקוש לחשמל נתוני מועמדים לפיתוח מערכת ייצור החשמל נתונים כלכליים דלק עלויות איכות מגבלות הסביבה מגבלות טכניות תוצרי תוכנית הפיתוח עלות תוכנית הפיתוח כמויות דלק לסוגיו פליטות מזהמים לסוגיהם אנרגיה מיוצרת לפי סוגי דלק אנרגיה בלתי מסופקת עתודה תוכנית פיתוח הספק מתווסף והספק סוג היחידות מועדי הפעלה נגרע 15
UCOD Unit Commitment Optimal Dispatch מודל לדימוי שעתי מפורט של פעולת מערכת ייצור החשמל, תוך התחשבות במאפיינים ספציפיים ובדרישות מיוחדות של מדיניות התפעול של חברת החשמל המודל פותח באגף תפ"ט 16
UCOD coal gas Heavy fuel oil Diesel fuel oil ~ ~ ~ ~ Cost ($/kwh) P(t) L(t) 1 2 2020... 2007 8760 hour Operational constraints Transmission constraints Production cost minimization Subject to Expansion plan Maintenance schedule Gas consumption constraints P1, P2,.Pn Fuel consumption Fuel prices Operation policy 17
הרכב ההספק המותקן במערכת הייצור בהתאם לתוכנית המבוססת על גז טבעי ופחם הכל סך מותקן הספק ]מגוואט[ ההספק המותקן לפי סוג דלק וטכנולוגיה התפלגות סולר טבעי גז פחם ]מגוואט[ שאובה אגירה 0 613 6,782 4,840 2010 שנת )0.0 %( )5.0 %( )55.4 %( (39.6 %) 12,235 400 613 10,329 6,100 2015 שנת )2.3 %( )3.5 %( )59.2 %( )35.0 %( 17,442 800 613 11,452 7,360 2020 שנת )4.0 %( )3.0 %( )56.6 %( )36.4 %( 20,225 800 613 18,342 9,880 2030 שנת )2.7 %( )2.1 %( )61.9 %( )33.3 %( 29,635 18
ט"ג LMS 100 2x96 8x96 2x96 מחז"מ H שנה יחידות פחמיות על- קריטיות יחידות במחזור משולב F בגז טבעי יחידות אגירה שאובה שילוב של טכנולוגיות תרמיות חדישות עד 2030 2x96 ט"ג גז E יעדי הממשלה לגבי חיסכון בחשמל היעד המנחה של הממשלה הינו לצמצם כ- 20% בצריכת החשמל הצפויה בשנת 2020 יעדי משרד התש"ל לגבי שילוב מקורות אנרגיה מתחדשים החל מ- 2016 5% מהאנרגיה החשמלית במשק יופקו באמצעות מקורות מתחדשים החל מ- 2020 10% עד 20% מהאנרגיה החשמלית במשק יופקו באמצעות מקורות מתחדשים 2x200 2x200 4x365 2x365 3x365 1x630 1x630 1x630 1x630 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 5x155 36x96 9x451 4x630 2021-2030 מחז"מים H מאופיינים ע"י נצילות גבוהה )כ- 60% (, המקנה לטכנולוגיה זו יתרון הן בהקטנת תצרוכת הדלק והן בצמצום פליטות. טורבינות גז סילוניות LMS100 מאופיינות ע"י נצילות גבוהה )כ- 44% בגז בהשוואה לכ- 38% בט"ג F( 19 והוצאות נמוכות יחסית של תפעול ואחזקה יחסית לטורבינות גז אחרות.
כושר הייצור הנדרש במשק החשמל עד 2015 בהתאם לאופטימיזציה מגו "ט התחזית הנמוכה התחזית הגבוהה של שיאי ביקוש של שיאי ביקוש התחזית המשוקללת 20000 18000 16000 14000 1460 2190 3285 3915 4945 12000 10000 8000 6000 12610 12610 12610 12610 12610 4000 2000 0 2011 2012 2013 2014 2015 ההספק המותקן במערכת לקראת אמצע 2011 ללא המחז"מים של תוכנית החירום 20 תוספת כושר הייצור הנדרשת בהתאם לאופטימיזציה בהתחשב בצורך להשבית יח' ייצור פחמית להתקנת אמצעים לצמצום פליטות
21