Energibruk og energiutnyttelse ved Kårstø gassprosesseringsanlegg

Abstract

Hensikten med denne masteroppgaven har vært å studere energiforbruket på Kårstø gass- prosesseringsanlegg. Økende energipriser og strengere miljøkrav fører til et økende fokus på energibesparende tiltak. Denne rapporten betrakter muligheter for slike tiltak i kraft- og varmeforsyningssystemet på anlegget. Hele kraft- og varmeforsyningssystemet er analysert. Dette består av seks gassturbiner med tilhørende kjeler, samt to direktefyrte kjeler. Det eksisterende anlegget har blitt sammenlignet med to mulige scenario for kraft- og dampproduksjon. Første scenario forutsetter at en kjel av typen Foster Wheeler er ute av drift til enhver tid. Andre scenario ser på virkningen av å la de to direktefyrte kjelene utnytte røykgass fra hver sin nye gassturbin for dampproduksjon. Energiutnyttelsen på anlegget ved disse scenarioene er også sammenlignet med energi- utnyttelsen på et nytt anlegg, der all produksjon av kraft og damp skjer ved kogenerering. Analyser for årene 2010 og 2017 er utført. I tillegg er en mindre del av anlegget studert i nærmere detalj; Avon-Foster Wheeler-anlegget. Avon-turbinene driver tre salgsgasskompressorer i Statpipe-anlegget direkte, mens Foster Wheeler-kjelene produserer damp. Denne delen av kraft- og varmeforsynings- systemet har vært i drift siden Kårstø ble bygget tidlig på 1980-tallet, og bærer derfor preg av slitasje. I tillegg er nyere teknologi nå tilgjengelig, og det har vært av interesse å finne ut hvordan kraften og dampen fra denne delen av anlegget kan produseres mer energieffektivt. Følgene alternativer for dampproduksjon og drift av salgsgasskompressorene er betraktet: - Alternativ 1: Bytte ut Avon-turbinene med tre nye gassturbiner. Salgsgasskompressorene drives fortsatt direkte. - Alternativ 2: Bygge et nytt CHP-anlegg for produksjon av damp og elektrisitet. Elektrifisering av salgsgasskompressorene. Tre ulike muligheter er betraktet for kraft- og varmeproduksjon er betraktet. - Alternativ 3: Elektrifisere salgsgasskompressorene med elektrisitet fra nett. Direktefyrte kjeler for dampproduksjon. Ulike mengder resirkulering av røykgassgass fra kjelens utløp til kjelens innløp er betraktet og nummerert fra 3a-e. Analysen av kraft- og varmeforsyningssystemet tar for seg omsetning av masse, energi og eksergi i tillegg til enkle overslag av CO2-utslipp. For analysen av hele kraft- og varmesystemet viste resultatene at det eksisterende anlegget, bestående av kjeler og gassturbiner, har en total eksergivirkningsgrad på 41,4% i 2010 dersom en Foster Wheeler-kjel er ute av drift. Dersom alle kjelene er i drift øker eksergivirkningsgraden til 43,6%. Dersom man i tillegg kobler gassturbiner til KEP- og Sleipner-kjelen øker eksergivirkningsgraden ytterligere til 47,3%. Dette kan igjen sammenlignes med et helt nytt anlegg med nye gassturbiner og kjeler. Et slikt anlegg er modellert med en resulterende eksergivirkningsgrad på 51,1%. For Avon-Foster Wheeler-anlegget er det vist at nyere teknologi utnytter innfyrt eksergi bedre enn det eksisterende anlegget. Alternativ 3 resulterer derimot i at eksergiutnyttelsen blir dårligere. Når det gjelder total eksergivirkningsgrad for alle anleggene viser resultatene at alternativ 2b er det alternativet som har den høyeste totale eksergivirkningsgraden med 53,6% tett etterfulgt av alternativ 2a med 53,5%. Dette kan sammenlignes med Avon-Foster Wheeler-anlegget som har en total eksergivirkningsgrad på 46,7%. I tillegg er alternativ 2b det alternativet med det laveste CO2-utslippet på 356,44 kg/MWh eksergi levert fra anlegget. Dette tilsvarer 14,4% lavere spesifikke utslipp enn Avon-Foster Wheeler-anlegget.