Ciclul combinat de gazificare integrată ( IGCC) este o tehnologie CCGT care utilizează un generator de gaz pentru a transforma cărbunele și alți combustibili în gaz de sinteză . Odată cu purificarea ulterioară a acestui gaz de impurități înainte de ardere și cu transformarea în continuare a poluanților precum sulful în produse utile. Ca urmare, se reduce emisia de dioxid de sulf , funingine etc.. Căldura din arderea primară și căldura din gazele de eșapament sunt utilizate, în mod similar cu CCGT, pentru a produce abur utilizat de turbina cu abur . Acest lucru face posibilă obținerea unui factor de eficiență ridicat pentru o stație care funcționează pe combustibil solid, similar cu factorul de eficiență al unei instalații cu abur-gaz ~ 45-55% și cu cogenerare chiar mai mare de 90%.
În Rusia , în 2005, ponderea cărbunelui în balanța energetică a țării era de aproximativ 18 la sută (media mondială este de 39 la sută). Conform estimărilor pentru 2010-2013, rezervele de cărbune la consumul curent vor dura 100-150 de ani, în timp ce petrolul și gazele vor dura doar 30-50 de ani. De asemenea, costul pentru 1 tonă de combustibil standard ( TUT ) pe cărbune este în cele mai multe cazuri cel mai mic în comparație cu păcură și gaz. În 2006, randamentul mediu global al centralelor termice era de 31%. Utilizarea centralelor cu ciclu combinat cu gazeificare a cărbunelui va crește eficiența producției de până la două ori și, în același timp, va reduce emisiile de poluanți.
Mai jos este o diagramă a unei centrale electrice care utilizează un CCGT cu gazeificare a cărbunelui:
Întregul proces constă din patru subprocese separate:
Planta folosește mai multe tipuri de transformări termodinamice pentru a produce energie utilă. Generatorul de gaz este folosit ca sursă de gaz de sinteză (un amestec de CO ~ 50%, ~ 25% H 2 , restul este CO 2 , H 2 O, CH 4 ). După purificare, gazul este alimentat într-o turbină cu gaz pentru ardere. Arborele turbinei este conectat la un generator electric . O parte din căldura gazelor de evacuare de la turbină este utilizată pentru a genera abur în cazanul de căldură reziduală. Aburul antrenează o turbină cu abur care învârte un al doilea generator electric. Blocul IGCC (vezi figura) este astfel similar ca structură cu unitățile CCGT utilizate pe scară largă în lume, iar gazul natural este un combustibil de rezervă pentru o astfel de centrală. Principala diferență este doar în prezența unui sistem de producere a gazului sintetic din combustibil solid și integrarea acestuia (datorită schimbului de căldură) cu un CCGT și o unitate de separare a aerului. De asemenea, este posibil să folosiți ca combustibil păcură, biomasă, deșeuri menajere. Pentru a crește rentabilitatea procesului, gazul de sinteză furnizat turbinei poate fi separat de hidrogen și sulf. Ele pot fi apoi folosite pentru a produce produse utile (inclusiv îngrășăminte, amoniac sau metanol). Deși eliminarea hidrogenului și a sulfului din fluxul de gaz de sinteză reduce puterea calorică a acestuia, profitul din vânzarea acestor produse compensează pierderile. Pentru a proteja mediul și pentru a proteja turbina cu gaz de coroziune și eroziune, gazul de sinteză este îndepărtat înainte de ardere în turbină: praf de sulf (sub formă de granule, datorită temperaturii ridicate a procesului de topire și praf), cloruri și Mercur. Oxigenul după separare este utilizat pentru procesul de gazificare, în timp ce azotul (nu este întotdeauna produs) este amestecat cu gazul de sinteză la intrarea în camera de ardere. Acest lucru crește debitul de masă de lichid de răcire prin turbina cu gaz, ceea ce îi crește puterea de ieșire. În plus, prezența azotului în gazul de ardere ajută la reducerea emisiilor de oxizi și poate reduce nevoia de injecție cu apă sau abur. Cantități mici de azot pot fi folosite pentru a răci turbina cu gaz. În timpul separării oxigenului și azotului, este nevoie de energie pentru comprimarea aerului - o astfel de operațiune consumă până la 25% din energia electrică brută generată de turbină. Procedura de adăugare a azotului gazos sau aburului crește rezistența obținută într-o turbină tipică cu aproximativ 20% în comparație cu funcționarea unei turbine cu gaz natural. Producerea gazului de sinteză, care este un amestec de hidrogen și monoxid de carbon, are loc într-un reactor etanș în care carbonul reacționează cu aburul în prezența oxigenului (presiune 20-50 bar, temperatură de la 1000 la 1500 K). Pe lângă producția de gaz de sinteză, generatorul de gaz elimină cenușa și alte particule. După părăsirea gazeificatorului, compușii de sulf, amoniacul, metalele grele și chiar dioxidul de carbon sunt îndepărtați din gazul de sinteză (așa-numita absorbție de CO 2 ). Ca rezultat, contaminanții sunt îndepărtați înainte de ardere în turbina cu gaz și nu - ca în tehnologia tradițională - din produsele de ardere. Prin sintetizarea presiunii ridicate a gazului înainte de ardere, soluția de decontaminare a IGCC este atât mai ieftină, cât și mai eficientă decât instalațiile convenționale.
Principalul dezavantaj al acestei tehnologii este complexitatea și costul ridicat de construcție. Funcționarea, având în vedere eficiența ridicată și costul scăzut al combustibilului, ar trebui să fie profitabilă.
Ca parte a proiectului demonstrativ DOE Clean Coal din Statele Unite, au fost construite 3 stații folosind IGCC pe cărbune: Wabash River Power Station din West Ter Oate, Inidana; Polk Power Station din Tampa, Florida (lansată în 1996) și Pinon Pine din Reno, Nevada. Alte unități IGCC care funcționează pe cărbune sunt la Alexander (fostul Buggenum) în Țările de Jos, Puertollano în Spania și JGC în Japonia. În SUA, proiectul en:Kemper din Mississippi este, de asemenea, în construcție .
În Italia, 4 unități IGCC au fost construite pe produsele reziduale ale rafinării petrolului: cu o capacitate de 512 MW la rafinăria ISAB din Priolo ( insula Sicilia ) [1] , cu o capacitate de 575 MW la rafinăria Sarroch ( insula Sardinia ) [2] , cu o capacitate de 280 MW la rafinăria Falconara [3] și 250 MW la Rafinăria San Nazzaro [4]