Transitietechnologie - Factsheets energietechnologieën

Gas-centrales

Stand van de techniek

Technologiebeschrijving
Gasgestookte elektriciteitsopwekking gebeurt momenteel in zogenaamde STEG-centrales met een combinatie van een stoom- en gasturbine. Een nieuwe ontwikkeling is de integratie van een hoge temperatuur brandstofcel, de SOFC (Solid Oxide Fuel Cell ofwel vast oxide brandstofcel), met een gasturbine of STEG. Ook is een combinatie van STEG of SOFC-STEG met CO₂-afvang en opslag mogelijk.

Huidige toepassing
In Nederland worden gasgestookte centrales meestal uitgevoerd als eenheden van 50-250 MW al dan niet in combinatie met stadsverwarming. Daarnaast zijn er gasgestookte industri?le WKK-installaties. Het vermogen van gasgestookte centrales, inclusief industri?le WKK, bedraagt in 2000 ca. 15.430 MW. Hiermee werd in 2000 ca. 52 TWh opgewekt, overeenkomend met 52% van de Nederlandse elektriciteitsvraag. Slechts 23 TWh daarvan betreft traditionele gasgestookte elektriciteitscentrales in eigendom van elektriciteitsproducenten (?ex SEP-park?), de rest is WKK bij eindverbruikerssectoren (industrie, raffinaderijen, landbouw, utiliteit), voor een deel eigendom van elektriciteitsproducenten. Deze factsheet heeft betrekking op centrale, grootschalige gasgestookte elektriciteitsopwekking. In de IEA-landen is het aandeel gas in de totale elektriciteitsproductie lager dan in Nederland, namelijk ca. 16%.

Ontwikkelingsfase en verbeteropties
Elektriciteitsopwekking met behulp van een STEG wordt sinds de tachtiger jaren op grote schaal toegepast. Naar verwachting kan het rendement van de STEG in de toekomst nog verder toenemen en kunnen de investeringskosten dalen (in ?/kW). De SOFC-STEG komt naar verwachting vanaf ongeveer 2010 in het commerci?le stadium. Gasgestookte elektriciteitsopwekking met CO₂-afvang is in het vroege R&D-stadium

Technische gegevens en kostenaspecten
Figuur 1 schetst de verwachte ontwikkeling van het elektrisch rendement van de verschillende technologie?n voor gasgestookte elektriciteitsopwekking.

Het rendement van de STEG neemt toe van 50% rond 1980 tot ca. 58% in 2000 en wellicht 64% in 2050 (DWTC/SSTC, 2001). Deze verwachting is gebaseerd op materiaalontwikkeling - bijvoorbeeld SiC coating - gericht op een hogere gasinlaattemperatuur (tot meer dan 1500 ?C). De SOFC-STEG zal de komend jaren worden ge?ntroduceerd, eerst op een schaal van MW tot tientallen MW (integratie van SOFC brandstofcel en een gasturbine), later op grotere schaal (integratie met STEG). Het rendement zal in 2010 beneden 70% liggen, maar kan in de periode tot 2050 oplopen tot 73%. (Alle omzettingsrendementen zijn weergegeven op LHV-basis (onderste verbrandingswaarde). Het operationele rendement ligt ca. 3% lager en is afhankelijk van de wijze van bedrijfsvoering).

Ruether et al (2002) geven aan dat het rendement van een STEG zonder CO₂-afvang ca. 59% bedraagt en met CO₂-afvang ca. 48%. Het rendementsverlies door CO₂-afvang bij een STEG zal naar verwachting kunnen afnemen tot 7%-punten bij geavanceerde technieken.

Met nieuwe gasgestookte centrales met CO₂-afvangst en bestaat nog geen ervaring. Wel zijn analyses gemaakt van het rendement en de investeringskosten. Figuur 2. toont de verwachte ontwikkeling van de investeringskosten van de verschillende technologie?n voor gasgestookte elektriciteitsopwekking. De investeringskosten van een gasgestookte STEG zijn bepaald aan de hand van gebouwde of geplande STEG?s in de Verenigde Staten (Petroleum Economist, 2003 en Global Power Report, 2003). Figuur 2 geeft ook richtgetallen voor een STEG met CO₂-afvang. Aangenomen is dat de investeringskosten ca. 60% hoger zijn dan bij een STEG zonder CO₂-afvang (Dijkstra, et al, 2002). Dit percentage zal naar verwachting kunnen dalen tot 40% in 2050.

Figuur 1 Verwachte ontwikkeling rendement gasgestookte elektriciteitsopwekking

Figuur 2 Verwachte ontwikkeling investeringskosten gasgestookte elektriciteitsopwekking

Figuur 3 Verwachte ontwikkeling onderhoud- en bedieningskosten gasgestookte elektriciteitsopwekking

Verwacht wordt dat de prijs van gas bij afname door de centrale (dus inclusief transport) in de periode tot 2050 substantieel zal stijgen (Internetbron 1). Aangenomen wordt een stijging van 60% met een gasprijs in 2010 van ? 4/GJ en in 2050 van ca. ? 6,4/GJ. Gerekend is met een economische levensduur van 20 jaar, discontovoet van 8% (conform Scheepers et al, 2003) en een loadfactor van 75%. De kosten van gasgestookte elektriciteitsopwekking bedragen in 2010 in de orde grootte van 3,6 ? ct/kWh en zullen, door stijgende brandstofprijzen, stijgen naar ca. 4,6 ? ct/kWh in 2050 (Figuur 4). Enerzijds wordt verwacht dat de investerings- en onderhouds- en bedieningskosten dalen. Anderzijds stijgt het rendement, waardoor de brandstofkosten per kWh minder sterk stijgen dan de kosten van gas zelf. Voor gasgestookte elektriciteitsopwekking met CO₂-afvang en -opslag worden hogere opwekkingskosten verwacht, namelijk op langere termijn ca. 5,5 ? ct/kWh.

Figuur 4 Verwachte kostenontwikkeling elektriciteit op basis van aardgas zonder en met CO₂-afvang

Bron: ECN-rapport ECN-C--04-020, 2004