ANSALDO ENERGIA EXPERIENCE ON FUEL FLEXIBILITY. "Shale Gas Revolution: opportunità e sfide per l'industria italiana nel mondo" Alessia Bulli

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1 ANSALDO ENERGIA EXPERIENCE ON FUEL FLEXIBILITY "Shale Gas Revolution: opportunità e sfide per l'industria italiana nel mondo" Alessia Bulli Milano Pag.

2 SOMMARIO Introduzione: Ansaldo Energia Shale Gas: una nuova opportunità L esperienza AEN sulla fuel flexibility Conclusioni Pag. 2

3 Introduzione: Ansaldo Energia Shale Gas: una nuova opportunità L esperienza AEN sulla fuel flexibility Conclusioni Pag. 3

4 ANSALDO ENERGIA GROUP Ansaldo Energia è in Italia il principale produttore, installatore e fornitore di servizi per impianti di generazione di energia e relativi componenti. 45% 40% 15% References as per Dec Pag. 4

5 PRODOTTI E SERVIZI Open and Combined Cycles Power Plants Thermal Power Plants Equipment: Gas Turbines, Steam Turbines and Turbogenerators Service on AEN installed fleet (OEM) Service on third party installed fleet (OSP ) References as per Dec Pag. 5

6 ANSALDO ENERGIA POWER PLANTS Open Cycle Far East Geothermal Combined Cycle Africa & Middle East 18% 6% Solar Power 19% 57% Thermal Americas Europe & CIS Wind Power Cogeneration Hydroelectric Waste to energy References as per Dec Pag. 6

7 GAS TURBINE PORTFOLIO Model Power [MW] Class Reliability AE64.3A 75 F AE E > 98% AE94.2K 170 E AE94.3A 310 F Ansaldo Energia independent technology Widely proven models References as per Dec Pag. 7

8 Introduzione: Ansaldo Energia Shale Gas: una nuova opportunità L esperienza AEN sulla fuel flexibility Conclusioni Pag. 8

9 Shale Gas: una nuova opportunità Gas convenzionale e Shale gas - Rocce porose e permeabili - Giacimenti di dimensioni contenute - Produzione costante ma meno longeva - Produttività maggiore (fino al 70%) - Argille - Giacimenti molto vasti - Produzione che decresce rapidamente dopo un picco iniziale ma di lunga durata - Produttività inferiore (fino al 30%) Pag. 9

10 Shale Gas: composizioni Component [%vol] U.S. Mean Value Shale gas major components before processing 4 Methane Ethane Propane Butane 0.2 Pentane 0.2 Carbon Dioxide Nitrogen Total inerts (CO 2 +N 2 ) TOTAL LHV MJ/m Specific Gravity Wobbe Number MJ/m Pag. 10

11 Introduzione: Ansaldo Energia Shale Gas: una nuova opportunità L esperienza AEN sulla fuel flexibility Conclusioni Pag. 11

12 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2 AE 94.3A AE 94.2K AE 64.3A Pag. 12

13 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE64.3A Low BTU gas Basso PCI (fino a 19 MJ/kg) Camera di combustione Portata gas: LBTU gas = 2.6 GN Compressore Sistema Aria Secondaria Rapporto di pressione: 18.6 con LBTU (18 con GN) ISSUES: Cambiamento della curva caratteristica del compressore ACTIONS: Verifica margini al pompaggio Verifica flussi aria secondaria e spinta assiale rotore Pag. 13

14 L esperienza AEN sulla fuel flexibility Dati sperimentali per gas con PCI 19 MJ/kg: Pag. 14

15 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2 AE 94.3A AE 94.2K AE 64.3A Pag. 15

16 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2 BASIC DESIGN: Gas naturale e gasolio GAS NATURALE PREMIX MODE NOx < 25 ppm GASOLIO DIFFUSION MODE La soluzione base prevede il funzionamento a diffusione, molto semplice e flessibile, ma con alte emissioni di NOx CON WATER INJECTION NOx < 42 ppm Un altra soluzione prevede il funzionamento a PREMIX, che consente di risparmiare una grande quantità di acqua demi. NOx < 75 ppm dry Ad oggi più di 80 AE94.2 sono equipaggiate con un sistema dual fuel Pag. 16

17 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2 BASIC DESIGN: FUNZIONAMENTO a NAPHTA Possibili tutti i tipi di change over : gasolio naphtha gasolio gas naturale naphtha gas naturale Testato il funzionamento misto naphtha - gas: combustione stabile Range di carico: 50% - base load con water injection raggiungimento del target di emissioni di NOx Pag. 17

18 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2 AE 94.3A AE 94.2K AE 64.3A Pag. 18

19 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2K: FUNZIONAMENTO a SYNGAS AE94.2K Power Plant ISAB Energy Priolo Elettra GLT Servola EniPower Ferrera E. Net Power (GT/CC) 2x162 MW / 516 MW 1x110 MW / 170 MW 1x 166 MW / 255 MW First Firing (Sec. Fuel/Syngas) November, 1998 August, 1999 August, 2000 November, 2000 March, 2004 March, 2006 Equivalent Operating Hours (EOH) Unit 1: Unit 2: Fuel Loading 0-100% BL % BL 0 100% BL NOx, CO emissions [ppm] GT/CC efficiency [%] 75/10 ppm 30/10 ppm 25/10 ppm 34.5/ / /50.1 Pag. 19

20 Natural Gas Integration (as thermal Input to Gas Turbine) L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2K: FUNZIONAMENTO a SYNGAS ISAB Energy (I) Elettra GLT Servola (I) EniPower Ferrera E. (I) Feedstock Asphalt Steel mill process gas Asphalt Gasification Texaco - Shell 0% 45-49% 0-35% Fuel Gas Temperature 195 C 260 C 190 C Fuel Gas Pressure 22 barg 20 barg 22 barg H2/CO ratio Fuel Gas Comp. [% vol.] H2 CO H2O N2 CO2 CH4 C A B C H2- H LHV [MJ/Nm3] Pag. 20

21 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.2 AE 94.3A AE 94.2K AE 64.3A Pag. 21

22 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.3A FUNZIONAMENTO con OFFGAS Proprietà Maggiore temperatura di combustione stechiometrica Maggiore velocità di fiamma Inferiore potere calorifico Pre-ignizione Rischio di Flash Back in Premix Mode NOx più elevati Dinamiche di combustione Fuel Properties CH 4 H 2 LHV [MJ/kg] LHV [MJ/Nm 3 ] Flame speed in air [cm/s] Stoich. Comb. Temp. [K] Density [kg/nm 3 ] Specific heat [kj/kg K] Flammability limits [%] Pag. 22

23 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.3A FUNZIONAMENTO con OFFGAS Affidabile funzionamento dual fuel con un solo sistema di combustione Diversi settaggi per funzionamento GN+OG e solo GN 70%-100% Carico esercibile con GN+OG 15% H 2 max carico parziale 11% H 2 max alto carico Effetto sulle emissioni di NOx trascurabile Pag. 23

24 Shale Gas: composizioni Component [%vol] U.S. Mean Value Shale gas major components before processing 4 Methane Ethane Propane Butane 0.2 Pentane 0.2 Carbon Dioxide Nitrogen Total inerts (CO 2 +N 2 ) TOTAL LHV MJ/m Specific Gravity Wobbe Number MJ/m Pag. 24

25 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.3A Effetti del cambio gas - Stabilità di combustione - Emissioni Installazione di un calorimetro per una reazione rapida sui parametri di combustione Pag. 25

26 L esperienza AEN sulla fuel flexibility AE 94.3A Effetti del cambio gas Repentini cambi della composizione del gas possono condizionare le dinamiche di combustione in termini di stabilità di fiamma. In questi casi, per prevenire fenomeni di humming, è preferibile avere una risposta rapida del sistema di controllo, in modo che i parametri di combustione siano settati correttamente. Repentini cambi gas LHV changes within 10mins Massimo carico: elevato input termico in camera di combustione Rampe di carico: elevato input termico alla fiamma pilota L installazione di un CALORIMETRO garantisce una risposta rapida del sistema di controllo sui parametri di combustione Pag. 26

27 Stabilità di combustione ad alto carico Confronto della stabilità di combustione al variare della tipologia di gas variazione delle frequenze Pag. 27

28 Emissioni CO / Emissioni NOx [mg/nm 3 ] PGT[MW] Emissioni a basso carico NOx [mg/nm3] CO [mg/nm3] PTG [MW] Emissioni CO & NOx vs. CH % CH 4 increasing CH 4 [%] Pag. 28

29 Introduzione: Ansaldo Energia Shale Gas: una nuova opportunità L esperienza AEN sulla fuel flexibility Conclusioni Pag. 29

30 Conclusioni Lo SHALE GAS rappresenta un importante opportunità per il mercato energetico italiano. Per coglierla è necessario adeguare le turbine a gas al funzionamento con un combustibile dalla composizione molto variabile. Ansaldo Energia, forte della sua vasta esperienza in ambito FUEL FLEXIBILITY, si è mostrata pronta a cogliere questa opportunità su tutta la sua flotta, con filosofie di controllo capaci di gestire variazioni anche repentine della composizione del gas. Pag. 30

31 Thank you for your attention Pag. 31