International CCS Knowledge Centre:Petra Nova 的採集率為 92.4%,標誌 CCS 的成就


以下是 Corwyn Bruce, P.Eng 代表 International CCS Knowledge Centre 發表的一份聲明。

成功的定義。如果能持續捕集 90% 的二氧化碳,我會說他們做到了。

薩斯喀徹溫省里賈納, Sept. 04, 2020 (GLOBE NEWSWIRE) --  在重點關注油價對 Petra Nova 決定暫停其碳捕集和儲存 (CCS) 營運的影響,我想將首要重點放在其營運取得的成功上。

透過健全技術審查發現的安靜評估往往缺乏創新、重組和優化方面應有的認可。這種情況正好在 Petra Nova 的 CCS 設施體現,其中 Petra Nova 是一個由 NNG 和 JX Nippon 提出的聯合倡議。有關該設施的一些評論表示,在前三年有很多停工時間,但是,如果您聽過曾在那裡親身體驗的人分享,我可以告訴您這個項目是值得慶祝的。

我有幸得以提供一個獨特的視角,成為 SaskPower 的邊界大壩 3 CCS 設施 (BD3) 設計和建造碳捕集系統的工程團隊,並在當中將其與燃煤電廠整合,成為世上相同性質的第一個成功項目。我也有幸不但可以繼續為該工廠的優化提出建議,而且領導 International CCS Knowledge Centre(碳捕集和封存國際知識中心)的團隊分享世界各地的經驗教訓,以支援下一代 CCS 設施的部署,同時幫助實現全球氣候目標。

雖然了解可能會有外部阻礙因素(例如市場力量、電力價格和油價)非常重要,但這種因素已經影響了將 Petra Nova 置於儲備狀態的決定 - 作為碳捕集專家,我希望突出技術的可行性及其運作原因。

該工廠旨在實現目標。而它確實做到。

好消息是,Petra Nova 錄得捕集效率高達 92.4%(Petra Nova 的最終技術報告i 已提交予美國能源部),不僅超過其 90% 的目標,更指出工廠對捕集過程的長期可靠性。CCS 設施運作良好,並已克服了許多已被證實在其他設施構成挑戰的風險項目。

事實上,Petra Nova 的捕集設施嚴格按照其性能指標,甚至以各種積極的方式超越這些指標。因此,工廠成功做到它計劃要做的工作,還表現超卓。除了比預期捕集率更高之外,重點也包括:比預期更低的功耗和蒸汽需求;二氧化碳純度高於要求的 99%;以及揮發性有機化合物 (VOC) 排放速率為每年 2.8 噸 - 這數字超越了德克薩斯州國家臭氧環境空氣質量標準行政法規標題 30 中的規則。ii

此外,胺消耗量也符合規格。在溶劑捕集系統中使用的胺化學品容易分解,也失去完成與將煙氣中的二氧化碳分離出來的化學反應的能力。透過減低捕集率、更高化學藥品替代品和增加維護成本,將可證明這點。Petra Nova 的碳捕集設施並無報告胺消耗量高於預期的問題。

我們在 BD3 的學習曲線一部分是掌握基於成為先入為主的項目而產生的意外情況。我們能夠提高安全性和提高可靠性,從而使焦點轉移到提高產量和降低設施營運成本上。這點在 Petra Nova 彰顯,然而,工廠的總產量不錯,實在是很不錯。因此,當它啟動並運作時,它可以持續達到或超過其目標。分享寶貴的經驗是我們向 Petra Nova 提供服務的一部分,這對於標誌成功並繼續看到 CCS 設施順利運作是非常重要的。

隨時準備就緒可供使用

與 BD3 一樣,Petra Nova 捕集設施的可用性隨著時間顯示穩定的改善。當我們談論 CCS 工廠時,性能、可用性和可靠性都是對話的一部分。正如我們經常在 Petra Nova 和 BD3 上看到一樣,二氧化碳捕集量不一定是捕集設施可靠性的必要指標。實際上,停機時間已被證實與許多非捕集工廠問題相關。請別忘了,在 2018 年,邊界水壩發電廠遭受嚴重風暴襲擊,或颶風哈維導致 Petra Nova 出現停機時間。

在研究技術數據後,碳捕集過程只佔工廠停機時間的一小部分。在 2017 年,Petra Nova 的第一年營運,與任何需要啟動時間才能調整營運的新項目類似,其捕集過程造成了 41 天的總虧損時間(相當於一整天)。2018 年的數字減少至 34 天,並在 2019 年再次減少至 29 天。因此,在世界歷來第二次和在這個規模的第一次,在 365 中有 29 天相當於 92-93% 的可用性,而運作時間只是三年,這實在是一件好事! 特別是,這種規模的工廠設備通常需要較長的付運時間,因為其規模較大和專業特性,故此可能會增加作出任何變更的時間。

Petra Nova 的其餘停機情況與其他因素有關,特別是熱電聯產設施、燃煤機組、油田和天氣。重要的是,大家不要將二氧化碳捕集工廠的可靠性與熱電聯產工廠的可靠性混淆,因為後者在運作過程中提供蒸汽。

相比之下,單在 7 月,BD3 記錄顯示 CCS 設施有 99.8% 保持在線,當因水冷卻問題而使助力風扇暫時停止運作時,設施離線了 1.5 小時。 7 月期間,設施捕集了 75,503 噸的二氧化碳,平均每天捕集率(當工廠在線時)為 2,435 噸,另外,一天的峰值捕集率為 2,627 噸。

先鋒項目如 BD3 和 Petra Nova 都有重要作用,它們為下一輪的實質改善提供有效的平台。正如第二代 CCS 報告所述,Shand CCS 可行性研究iv 的體驗突出設計上的調整,以便即時查看性能改善。

過去一代挑戰

在進一步回顧 Petra Nova 的技術報告時,我們可以辨識熟悉的挑戰,因為它們密切反映了我們在 BD3 的體驗。很多事情看來好像是問題,但後來順利處理,也在 BD3 時妥善處理。我們希望提供這些重要的學習經驗,並將其應用於新工廠,因為這些預防措施將提高保證並降低成本和風險。

要注意的重點是,在兩間工廠一致報告的可靠性問題都是機械問題(而不是化學問題)。任何工業設施中的機械設備的可靠性通常都遵循相同的成熟度曲線。這是一個好消息,因為機械問題是可以解決的,而實際上亦已妥善解決。這不但可豐富我們的經驗和理解,也為我們的下一個設計疊代提供所需資料。與任何想建立 CCS 工廠的人合作,這些就是我們可以確保不會重複的事情。

例如,停機時間可能會因冗餘而縮短。在 CCS 在全球各地有更多疊代以增進更多知識之前,一些冗餘將是明智的考慮因素。值得一提的是板框式換熱器的可靠性,這點在 Petra Nova 和 BD3 上都導致性能下降和停機時間。在 BD3,這個問題在 2018 年時已在很大程度上成功補救。

兩間 CCS 工廠常見的另一個可靠性問題例子是增壓風扇葉片背面的水垢擴張。這種水垢引起震動,最終導致清潔操作中斷。自 BD3 提出解決方案以來,我們已諮詢並建議 Petra Nova 和其他客戶使用一種簡單而低成本的解決方案。

第三個例子是與二氧化碳壓縮機冷卻器在材料兼容性方面出現互不相配的問題。雖然表現不同,但 Petra Nova 和 BD3 都在二氧化碳壓縮機冷卻器的結構材料方面存在問題。這突顯了切實經驗的價值,以及我們必須為客戶了解下一個構建所需適當和堅固材料所獲得的基本知識。

冗餘和可靠性問題的一致性指出了三個重要趨勢:1) 經驗表明我們必須使用第一代技術工作;2) 成功和適應表明,可靠性可隨著時間而提高;及 3) 我們現在知道如何解決問題並繼續學習,在第二代碳捕集方面取得重大進步。

排放量並不表示閒置

Petra Nova 的中斷操作代表排放現已進入大氣層中,而捕集工廠則處於閒置狀態。CCS 在電力業界中起著有意義的作用(佔全球二氧化碳排放量的 32%)。v 為了將全球暖化限制在攝氏 1.5 度,必須對大規模、排放密集的工業和發電過程進行脫碳。CCS 可以做到這一點。

從科學/工程學的角度來看,令人難以置信的是,即使技術已取得通過證實的成功並迅速發展,以快速落實部署並減低風險和成本,但新 CCS 設施捕集過程的採納和現有設施的持續運作仍欠缺響亮的「支持」。

Corwyn Bruce 是 International CCS Knowledge Centre 項目開發和諮詢服務副總裁,在開發 BD3 CCS 設施方面擁有實戰專業知識,是 Shand CCS 可行性研究的主要作者。

關於 International CCS Knowledge Centre(知識中心):在推動全球大型 CCS 的了解和部署以減少全球 GHG 排放量的使命下,知識中心可提供知識,指導如何透過全面整合的邊界大壩 3 CCS 設施和全面第二代 CCS 研究(稱為 Shand 研究)中獲得的基本教訓,以實施大型 CCS 項目和進行 CCS 優化。自 2016 年以來,知識中心根據獨立董事會的指示由 BHP 和 SaskPower 成立。如欲了解更多資訊,請瀏覽:https://ccsknowledge.com/

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i W.A. Parish Post-Combustion CO2 Capture and Sequestration Demonstration Project Final Technical Report as submitted to DOE, https://www.osti.gov/biblio/1608572-parish-post-combustion-co2-capture-sequestration-demonstration-project-final-technical-report

ii Texas Commission on Environmental Quality, https://www.tceq.texas.gov/

iii SaskPower, BD3 Status Update: July 2020, 12AUG20, https://www.saskpower.com/about-us/our-company/blog/bd3-status-update-july-2020

iv Shand CCS Feasibility Study, https://ccsknowledge.com/initiatives/2nd-generation-ccs---shand-study

v International Energy Agency, Energy Technology Perspectives 2017, https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2017

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