docModerne Erdgasverflüssigung mit motorgetriebenen
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Moderne Erdgasverflüssigung mit motorgetriebenen
Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. Das eLNG Konzept ein evolutionärer Ansatz zu einem profitableren, umweltfreundlichen und flexiblen Betrieb von Erdgas-Verflüssigungsanlagen Präsentation bei der Herbstveranstaltung der ÖGEW/DGMK am 11. Oktober 2007 in Salzburg durch Oberingenieur Fritz Kleiner Leiter Geschäftsentwicklung, Elektrische Energiesysteme für eLNG Anlagen Siemens AG, Power Generation, Steam & Emerging Plant Technologies Copyright © Siemens AG 2006. All rights reserved Die LNG Wertschöpfungskette eLNG* betrachtet nur den Kältemittelkreislauf in der Verflüssigungsanlage eLNG focus * eLNG ist die Siemens Kurzbezeichnung für Erdgasverflüssigungsanlagen mit elektrisch angetriebenen Kältemittelverdichtern Seite 2 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Die Ursache Alle Gasturbinen zeigen bauartbedingte Charakteristika Jede GT benötigt regelmässige Wartung und damit sind Produktionsausfälle verbunden GT haben feste Leistungen und Drehzahlen und ihre Leistung ist temperaturabhängig Starten und Wiederanfahren von Einwellen-GT ist schwierig LNG Natural gas Warm precooling mixed refrigerant Seite 3 GT ÖGEW Präsentation 11.9.2007 M M Fritz Kleiner GT Cold mixed refrigerant Power Generation, Power Plants for eLNG Die Idee Ersatz der GT und des SHM durch einen großen Elektromotor GT und Starter-Helper-Motoren mitsamt ihrer Infrastruktur entfallen komplett Ein Stromrichtermotor übernimmt den drehzahlregelbaren Verdichterantrieb Das kleine Kraftwerk für die übrige Prozeßlast wird durch ein Großkraftwerk ersetzt LNG -160°C Erdgas 30°C M Seite 4 Warm precooling mixed refrigerant ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Cold mixed refrigerant Fritz Kleiner M Power Generation, Power Plants for eLNG Das eLNG Konzept Benutzervorteile Unterbrechungsfreier Vollastbetrieb ist möglich für 5 bis 6 Jahre *) Die Anlagengröße kann dem Markt angepaßt werden, nicht der GT Größe Reduktion der Betriebskosten Größere Betriebssicherheit und Flexibilität der Bedienung Die Verdichterstränge sind einfacher und können optimiert werden Verkürzte Projektlaufzeiten durch schnellere Lastprüfungen beim Hersteller Geringere Luftverschmutzung und Geräuschemissionen *) mit unterbrechungsfreier Stromversorgung bei maximaler Umgebungstemperatur Seite 5 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG eLNG ist unabhängig vom Verflüssigungsprozeß Wirtschaftliche Vorteile Maximale Produktivität & Anlagenausnutzung Bis zu 25 Tagen zusätzliche Produktion jedes Jahr *) Kapazitätsausnutzung unabhängig von der Umgebungstemperatur Kurze Stillstandszeiten nach erzwungenen Prozeßabschaltungen Potential für Investitionseinsparungen Anlagengröße orientiert sich am Markt, nicht an vorhandenen GT Modellen Die Umgebungstemperatur hat keinen Einfluß mehr auf die Anlagenausnutzung Das zugehörige Kraftwerk kann durch einen IPP Vetrag finanziert werden Vergabe des gesamten eLNG Pakets an einen qualifizierten Lieferanten Betriebskosteneinsparungen Weniger Brennstoff durch höheren Wirkungsgrad (bei Einsatz eines GuD Kraftwerks) Geringere Wartungs- und Ersatzteilkosten in der Prozeßanlage Verkauf von kWh aus Kraftwerks-Überkapazitäten Steuervorteile für geringere CO2 und Lärmemissionen *) Planziel – hängt von Vergleichsdaten bestehender Anlagen ab Seite 6 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG eLNG reduziert Kosten und Risiken Betriebliche & HSE Vorteile Einzelleistung und Lastverteilung zwischen den Kältekreisläufen kann optimiert werden Die Kältemittelverdichter sind grundsätzlich drehzahlveränderbar Die Produktionsmenge kann den Marktbedingungen angepaßt werden Die Austarierung der einzelnen Kältekreisläufe wird erleichtert Problemloses und schnelles Wiederanfahren nach Prozeßabschaltungen Verdichter können unter vollem Gegendruck wieder angefahren werden Kein kostbares Kältemittel muß abgefackelt werden Keine Einschränkung bei der Anzahl und Dauer von Anfahrvorgängen Reduziertes Risiko für Personal und geringere Versicherungsprämien Keine befeuerten Anlagenteile in der Prozeßanlage Keine geplanten Wartungsarbeiten im explosionsgefährdeten Bereich Weniger Möglichkeiten für Gasleckagen durch Wegfall der Brenngasanlage Seite 7 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Grundsätzliche Möglichkeiten Das traditionelle mechanische und das evolutionäre elektrische Konzept GT-Kraftwerk „all electric“ Gasturbinen Direktantrieb M M M C C C GT GT GT C C C M M M G G G G GT GT GT GT GuD-Kraftwerk „all electric“ C C C M M M G G G GT GT ST + bewährtes Design - geringerer Wirkungsgrad + höchster Wirkungsgrad - geringere Verfügbarkeit - höhere Emissionen + höhere Verfügbarkeit - höhere OPEX + höhere Verfügbarkeit - höhere CAPEX Seite 8 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Motorgetriebener Kältemittel Verdichterstrang Das robuste Aggregat kann direkt auf Höhe ±0 aufgestellt werden Kältemittelverdichterstrang direkt angetrieben durch einen Stromrichtermotor mit 72 MW bei 4195 min-1. Das innere Verdichterbündel des Hochdruckkompressors kann zur Wartung horizontal aus dem Gehäuse gezogen werden ohne einen Starter-Helper-Motor zu entfernen. Seite 9 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Die Implementierung Einsatz eines großen Stromrichtermotors Bürstenlos erregte Synchronmotoren mit 3600 min-1 sind bis über 90 MW verfügbar Volle Steuerbarkeit von Drehmoment und Drehzahl sind systemimmanent Einfacher, robuster Motor-Kompressor Strang Projektspezifische Auslegung für alle bekannten Verflüssigungsprozesse Seite 10 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Erfahrung & Vertrauen Wir bleiben innerhalb bekannter Grenzen VSDS Leistungsgrenzen über der Drehzahl PMR comp. driver 60 MW – 4000 rpm 120 Cooling Water Temperature MR comp. driver 65 MW – 3600 rpm 100 20°C FG comp. driver 55 MW – 3750 rpm 35°C 80 EF comp. driver 22 MW – 5100 rpm C3 comp. driver 12 MW – 6300 rpm Hammerfest LNG Norway - 2004 65 MW – 3600 rpm (built & tested) 40 20 NAM Norg UGS Netherlands - 1986 38 MW – 4200 rpm 0 Hammerfest LNG Norway - 2004 17 MW – 6350 rpm (built & tested) 0 Seite 11 1 2 3 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 n x 103 [rpm] 6 Fritz Kleiner 7 8 Power Generation, Power Plants for eLNG Elektrische Anlagenkonfiguration Eine 4.5 mtpy LNG Prozeßlinie benötigt ein Kraftwerk mit ca. 300 MW G ~ G GT SGT5-2000E ~ ST G SST-800 ~ GT SGT5-2000E 132 kV 50 Hz Power plant Process plant 20 kV 50 Hz SM ~ SM ~ MR (50%) Compressor 1 General Process Load MR (50%) Compressor 2 ASM ~ End Flash Gas Compressor SM ~ SM ~ PMR (50%) Compressor 1 PMR (50%) Compressor 2 Elektrisch angetriebene Verdichter und die Prozeßanlage benötigen eine sichere elektrische Stromversorgung – normalerweise ein GT oder ein GuD Kraftwerk Seite 12 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Train #1 G ~ G ~ GT G ~ GT GT G ~ Train #2 G ~ ST G ~ GT ST G ~ G ~ ST GT G ~ GT N+1 unit 200 MVA 200 MVA Y Y 200 MVA 200 MVA 200 MVA 200 MVA Y Y Y 200 MVA 200 MVA Y 200 MVA Y Power plant Process plant 132kV 50Hz 40 kA Spare Spare 150 MVA 150 MVA VSD VSD VSD VSD VSD VSD VSD VSD VSD VSD VSD M M M M M M M M M M M Feed Gas 1 57.6 MW Feed Gas 2 57.6 MW Feed Gas 3 57.6 MW PMR 1 75.5 MW MR 1 74.4 MW PMR 2 75.5 MW MR 2 74.4 MW PMR 1 75.5 MW MR 1 74.4MW PMR 2 75.5MW MR 2 74.4 MW 33 kV 3000A 31.5 kA *) Note: The 400V subsystem has not been designed at this point and will be adapted when more data are known. 1600 kVA *) VSD VSD VSD VSD VSD M M M M M End Flash 2 29.1 MW Propane 3 14 MW Propane 1 14 MW End Flash 1 29.1 MW Propane 2 14 MW 400 V 50kA VSDS & compr. aux. loads for one 50% compressor string Seite 13 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 VSDS & compr. aux. loads for one 50% compressor string Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG GT oder GuD ? Kundenpräferenzen bestimmen den Kraftwerkstyp: GuD Kraftwerk: ¾ Höchster Wirkungsgrad (geringe OPEX) ¾ Geringste Emissionen ¾ Größere Stabilität bei Fehlern 100 % ~ 52% Seite 14 ← ← ÖGEW Präsentation 11.9.2007 GT Kraftwerk: ¾ Geringste Investitionskosten (CAPEX) ¾ Einfaches Design und Errichtung ¾ Keine Wasser-Dampf Kreisläufe relative Investitionskosten Wirkungsgrad Fritz Kleiner → → ~ 60 % ~ 32 % Power Generation, Power Plants for eLNG Neue Technologie ? Alle Komponenten haben sich in anderen Anwendungen bewährt Drehzahlregelbare Antriebe in vergleichbarer Leistung werden seit den 80er Jahren gebaut Verdichter in der Öl & Gas Industrie bis zu 65 MW Gebläse in der Stahlindustrie bis zu 55.000 HP Fahrantriebe in Schiffen bis über 20 MW HGÜ Systeme bis zu 3000 MW Elektrische Maschinen in viel höherer Leistung & vergleichbaren Betriebsbedingungen 2-polige Turbogeneratoren in Größen bis über 800 MW Seite 15 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Elektrische Motoren Kältemittelverdichterantrieb 65 MW @ 3600 rpm Einer von zwei Motoren mit je 65 MW / 3600 min-1 für den Antrieb der Kältemittelverdichter in der ersten eLNG Anlage Snøhvit in Hammerfest/Norwegen. Ein zusätzlicher Antrieb mit 32MW / 3600 min-1 und einer mit 16MW / 6600 min-1 vervollständigen das Projekt. Seite 16 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Der Elektromotor Rotore sind „flexible“ 2-polige Massivstahlläufer Das Läufer-Design basiert auf langjähriger Erfahrung mit Turbogeneratoren Symmetrische Luftkühlung mit wartungsfreien Axiallüftern auf den Wellen Rotordynamik und Wellenschwingungen nach API Betriebstemperaturen < 100°C und sehr niedrige elektrische Beanspruchungen Seite 17 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Frequenzumrichter Standardisierte, modulare, wassergekühlte Geräte Thyristor-Frequenzumrichter stellen das konstante Volt-Hertz Paar für den drehzahlveränderbaren Betrieb bereit Ein 6-pulsiges System eines 12-pulsigen 65 MW SINAMICS GL Frequenzumrichters mit integrierten ZK-Drosseln und Multimikroprozessor-Steuerung & Regelung Seite 18 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Antriebselektronik Modulare Konstruktion erleichtert Prüfung & Errichtung Freiluftinstallation in küstennahem tropischen Klima Voll klimatisiert und überdruckbelüftet um salzhaltige feuchte Luft auszuschließen Layout berücksichtigt leichte Installation und ggf. späteren Austausch von Komponenten Seite 19 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Leistungstests Prüfungen unter Vollast reduzieren das Risiko auf der Baustelle Back-to-back Vollasttests sind möglich bis zu 80 MW Motorleistung Dieser Werkstest kann durch den Vollasttest im Verdichterwerk ersetzt werden Vollasttest mit 2 x 65 MW Antrieben erfolgreich bestanden in 2004 für Hammerfest LNG Seite 20 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Lastprüfungen reduzieren Risken Hammer 1+3 Prüfaufbau beim Verdichterhersteller 32 MW Motor für pre-cooling Kompressor 65 MW Motor für liquefaction Kompressor *) mit Nuovo Pignone Kompressoren im GE Prüffeld in Massa, Italien im Juni 2004 Seite 21 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Verantwortung für den Kältekreislauf Der Betreiber liefert Brenngas und Siemens garantiert Kältemittelzirkulation und Strom für den Prozeß – potentiell ununterbrochen für 5...6 Jahre Responsibility of Siemens (New Unit Sales) Client PG E PTD H PTD TN Client A&D LD PG I6 Supply of refrigerant circulation Fuel gas supply GT G ST G GT G M ~ C Natural gas ~ M ~ Liquid natural gas C Supply of „general process“ load PG O I&S IS PG I1 Contractual reference points Responsibility of Siemens (Service & Maintenance) Gleich hohe Pönalen und Bonuszahlungen sichern eine faire Risikoverteilung! Seite 22 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Process Control Stabilität des Inselnetzes In eLNG Anlagen müssen die Automatisierungssysteme miteinander kommunizieren um die Stabilität des Prozesses zu garantieren Der ungeplante Ausfall eines Turbosatzes stellt die größte Gefahr für die Stabilität des Verflüssigungsprozesses dar. Mit Modifikationen an Maschinen und schnellen miteinander kommunizierenden Steuer- & Regelsystemen kann dieses Szenarion sicher und reproduzierbar beherrscht werden. Lastrechner Prozeßwarte Schneller DCS Bus Turbogeneratoren Energieverteilung Motor-Verdichterstränge Seite 23 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Schlüsse & Zusammenfassung Das eLNG Konzept ist eine evolutionäre Entwicklung mit beachtlichen wirtschaftlichen und betrieblichen Vorteilen für die Betreiber Die Systeme entsprechen in allen Details der Vorgabe, 5...6 Jahre ununterbrochenen Betrieb des Kältemittelkreislaufs zu gewährleisten Die el: Antriebssysteme bestehen aus weitgehend bewährten Modulen und sind für den Einsatz in allen klimatischen Zonen geeignet Die kompletten Kältemittel-Verdichterstränge können unter Vollast im Werk geprüft werden, um Projektrisiken zu reduzieren Das eLNG Konzept ermöglicht den Bau von hochprofitablen, umweltfreundlichen und betriebssicheren Gasverflüssigungsanlagen und öffnet einen Monopolmarkt für neue Anbieter mit bisher unbekannten Leistungsmerkmalen und Garantien Seit Ende September 2007 arbeitet die erste eLNG Anlage problemlos in Norwegen Seite 24 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen und Diskussionen sind willkommen – jetzt oder später! Sie können den Autor unter [email protected] kontaktieren Seite 25 ÖGEW Präsentation 11.9.2007 Fritz Kleiner Power Generation, Power Plants for eLNG
